我国转基因水稻商品化应用的潜在环境生物安全问题

转基因水稻的研发和商品化应用将为提高我国水稻的生产力提供新的机遇,并缓解我国的粮食安全问题.转基凶水稻的人规模环境释放和商品化生产可能会带来一定的环境生物安全问题,处理不好会影响转基因水稻的进一步研究和发展.通常所指的环境生物安全问题主要包括以下几个方面:(1)抗生物胁迫转基因对非靶标生物的影响及效应;(2)外源基因向非转基因作物和野生近缘种逃逸及其可能带来的生态后果;(3)转基因作物对农业生态系统、土壤微生物以及生物多样性的潜在影响;(4)抗生物胁迫转基因的长期使用导致靶标生物对转基因产生抗性等.为了安全有效和持续利用转基因生物技术及其产品,有必要对转基因水稻的环境生物安全性进行科学评价.基于风险评价的原则,本文对转基因水稻在我国商品化生产和大规模种植可能带来的环境生物安全问题进行了理性分析,希望为我国转基因水稻商品化应用的决策和生物安全评价提供科学依据.     

中国转基因水稻的研究进展及产业化问题分析

水稻在我国粮食生产和消费中占有重要地位,也是世界上最重要的粮食作物之一。水稻转基因研究已成为当前国内外植物分子生物学和作物育种研究的热点。目前我国转基因水稻研究处于国际领先水平,有望成为转基因抗虫棉之后又一个进入产业化的转基因粮食作物,这可能将在确保我国粮食安全中发挥重要贡献。从国内外转基因水稻研发概况、我国Bt抗虫水稻生物安全评价两方面综述了我国转基因水稻产业化的前景,并在此基础上对产业化提出相关建议与对策。     

水稻非生物胁迫相关QTL研究进展

培育优质高产水稻品种是水稻育种工作者的首要目标。近年来,不断恶化的环境条件使水稻生长面,临更多的逆境胁迫。其中,非生物胁迫严重影响水稻产量提高和品质改善。从QTL角度研究水稻对非生物胁迫的适应机理,对于提高水稻产量、品质和抗逆性等方面具有重要的意义。本文综述了近年来水稻非生物胁迫相关QTL的研究进展,以及通过分子辅助育种手段创制多目标性状聚合的优良水稻品种的主要策略,为实现水稻优质高产和广适性的综合改良提供思路。     

过表达抗miR98的OsmCSD2基因提高水稻的重金属抗性

CSD（Cu／Zn superoxide dismutases）基因在拟南芥中参与多种胁迫应答,而miR398是CSD基因响应胁迫的原因。此处,我们成功克隆出了水稻的OsCSD2基因,并根据密码子的兼并性,突变了miR398作用的位点,但不改变其氨基酸序列,得到新的抗miR398的OsmCSD2,构建过表达载体并转入水稻中。对阳性转基因株系的分子鉴定表明,过表达植株的OsmCSD2基因获得了高表达。在重金属铜胁迫下,转基因株系表现出良好的抗逆性,H2O2含量显著低于野生型。     

施加外源物质对盐胁迫下水稻生长发育的影响

水稻是重要的粮食作物之一,属于不耐盐的甜土植物,土壤盐渍化是影响其产量和生长发育的主要因素。消除或缓解盐胁迫是当务之急,目前主要应用传统育种、转基因技术及外源物质缓解盐胁迫。拟从外源物质对盐胁迫下水稻的影响作一综述,旨在为水稻生产及抗性育种提供理论依据和实践方法。     

利用转基因途径提高植物非生物胁迫耐受性的研究进展

包括干旱在内的非生物胁迫是农业生产中导致作物减产的主要因素。利用现代分子生物学技术阐明非生物胁迫耐受性的控制机理,以及工程化胁迫耐受性作物均基于特异胁迫相关基因的表达。因此,发展胁迫耐受性植物的基因工程可能是增强作物品种胁迫耐受性的一条捷径。但转基因品种产生不仅受限于转化过程的是否成功,而且受限于胁迫耐受性是否适当整合;仍需阐明胁迫条件下转基因植物的评价,以及转入基因在整体植株水平的生理效应。综述利用转基因技术提高植物非生物胁迫耐受性的研究进展,讨论在接近大田环境条件下的非生物胁迫响应的评估和转基因植物耐受性的检测标准。     

非生物胁迫下作物磷素利用研究进展

磷对作物生长发育和抗逆性有重要作用。非生物胁迫常严重影响作物对磷的吸收、利用和转运,使作物生长代谢减缓,产量降低。在作物磷肥过量施用和抗逆品种选择的综合背景下,本文对干旱、盐碱和低温这三种非生物胁迫下作物磷素养分特征及生理响应机制进行了分析,并对磷素养分效率进行了总结评价。非生物胁迫不仅直接损伤作物根系,还降低了土壤中无机磷素的可移动性和有效性,导致作物生理性缺磷。施磷可有效减轻非生物胁迫对作物的伤害,促进作物对水分和养分的吸收,并在一定程度上提高作物抗逆性。此外,不同作物种类或同一作物不同基因型对胁迫条件及磷素养分的响应存在显著差异,只有抗逆和磷高效相结合才是提高非生物胁迫下作物磷素利用的最优途径。本文对未来非生物胁迫下作物磷素利用的研究方向提出了以下展望和建议:土壤根际磷素有效性的影响因素及改善途径、最适磷肥施用量的确定、抗逆及磷高效利用作物基因资源的发掘与鉴定。     

主要农作物转基因研究现状和展望

近15年来,大豆、水稻、玉米、小麦等主要农作物转基因研究取得了较大进展,几乎各种遗传转化方法在这些作物上都取得了成功,尤其是农杆菌介导法,不仅在难转化的双子叶作物大豆上取得了成功,而且在单子叶作物水稻、玉米、小麦上先后取得了突破。同时,将一些与重要性状改良有关的外源基因转入了主要农作物,包括抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆、品质改良、发育调控、营养吸收等。转基因大豆、玉米、棉花、油菜在生产上得到了大面积种植,产生了极大的经济效益,2004年全球转基因作物的种植面积达到了8100万公顷。本文对大豆、玉米、水稻和小麦等主要农作物转基因研究历史和产业化现状进行了综述,并对主要农作物转基因研究中存在的问题进行了分析。     

胁迫诱导型启动子在植物抗逆基因工程中的应用

在抗逆基因工程中,大多采用的是组成型表达启动子,组成型表达启动子驱动外源抗逆基因表达虽然可以提高转基因植物的抗逆性,但会导致转基因植株生长迟缓或不育;而胁迫诱导型启动子则可提高转基因植物的抗逆性,不影响其正常生长发育,所以,胁迫诱导型启动子已逐渐用于植物抗逆基因工程。本文介绍不同胁迫诱导型启动子在植物抗逆基因工程中的应用。     

ACC脱氨酶的应用研究进展与评述

ACC脱氨酶是一种有效降低逆境乙烯含量的外源促生物质,该酶在干旱、盐胁迫及重金属污染等逆境条件下能显著提高农作物的抗逆性和增加产量,深入挖掘ACC脱氨酶的应用价值对农业可持续发展具有重要的意义.该文综述了ACC脱氨酶的作用机制及酶活性的影响因素,并重点论述了ACC脱氨酶在提高作物抗逆性及产量和转基因技术等方面应用研究进展.分析了关于拓展ACC脱氨酶取材和应用范围,量化含ACC脱氨酶的根际微生物定殖能力等问题,并展望了 ACC脱氨酶在植物修复领域的应用以及建立ACC脱氨酶转基因技术体系等方面的研究前景和意义.     

逆境胁迫对水稻DNA甲基化水平的影响

植物在逆境胁迫下发生复杂的表现遗传变化,包括DNA甲基化、组蛋白修饰和RNA介导的基因沉默等.其中DNA甲基化是表现遗传学中的重要组成部分,主要通过甲基化、去甲基化来参与逆境胁迫下基因表达的调控,进而增强植物体的抗逆性,调节植物体的生长发育.就非生物与生物胁迫对水稻DNA甲基化水平的影响进行综述,为从表观遗传水平研究水稻抗逆性的机制提供理论参考.     

干旱高温胁迫下转基因水稻的生理变化

用PEG-6000、38℃及PEG-6000+38℃胁迫处理携带谷胱甘肽转移酶(GST)和过氧化氢酶(CAT1)的转基因水稻和非转基因水稻(Oryza sativa L.cv中花11), 并比较分析了二者在胁迫下的生理指标和抗氧化酶活性变化.结果显示,在单一PEG及PEG和高温复合胁迫下,植株生长、光合参数和相对含水量的降低幅度及H2O2和MDA(malon dialdehyde)的积累量在非转基因水稻与转基因水稻之间都有显著差异.在这2种胁迫下,转基因水稻的可溶性糖含量及CAT和POD (Peroxidase) 活性与非转基因水稻也有显著差异.这些结果表明,谷胱甘肽转移酶(GST)和过氧化氢酶(CAT1)的表达减轻了转基因水稻在单一干旱及干旱+高温复合胁迫下的伤害.     

胁迫相关蛋白激酶OsSAPK9调控水稻对铝胁迫的反应

水稻胁迫相关蛋白激酶(OsSAPKs,stress-activated protein kinase genes in rice)在调控水稻非生物胁迫信号传导中起着重要作用。本研究对OsSAPK9在水稻耐铝(Al)胁迫中的功能进行了初步研究。结果表明10 mmol/L Al处理12 h以上,OsSAPK9过表达转基因水稻植株根部Al的吸收量显著低于野生型植株; Al胁迫处理20 d,OsSAPK9过表达转基因植株株高降低百分比显著低于野生型植株。进一步分析发现OsSAPK9过表达转基因水稻植株根部超氧化歧化酶(SOD,Superoxide Dismutase)和过氧化物酶(POD,Peroxidase)的活性高于野生型,而根上部的SOD、POD和过氧化氢酶(CAT,Catalase)的活性则低于野生型植株。上述结果为改良水稻的耐铝性以及进一步揭示OsSAPK9调控水稻耐铝胁迫反应的分子机制提供了信息。     

高等植物胁迫诱导型启动子的研究进展

逆境胁迫严重影响植物生长发育,降低作物产量。目前在植物抗逆基因工程中,大多使用组成型启动子驱动目的基因表达,组成型启动子的表达虽然能提高转基因植株的抗逆性,但持续过量地表达转化的外源基因有时会阻碍植物的生长且降低其产量。因此,诱导型启动子的研究具有重要的应用价值。该文对近年来植物在逆境胁迫处理下,一些诱导型启动子的种类和功能,可能具有的顺式作用元件,反式作用因子及其研究方法进行了综述。     

生物技术将成为发展中国家粮食自给自足的重要手段

2009年11月,中国为转基因抗虫水稻和植酸酶玉米颁发了生物安全证书,对于推广转基因作物商业化来说,这是一项里程碑式的决策。水稻是全球最重要的粮食作物,养育全世界近半数人口,而玉米是最重要的饲料作物。对二者的生物安全认证对未来转基因作物在中国、亚洲乃至全世界的推广有巨大的影响。     

热激转录因子HSFA1d参与植物内质网胁迫应答

环境胁迫是全球范围内影响植物正常生长发育的重要因素之一.研究植物的抗逆机制,运用生物技术提高作物的抗逆性,不仅具有重要的科学意义,也对农业生产具有重要的促进作用.内质网是蛋白合成和加工的重要场所,当环境胁迫引起内质网中错误折叠蛋白积累时,就会引起一个保守的未折叠蛋白应答(UPR)机制,帮助细胞达到一个新的平衡状态.热激转录因子HSFA1s在植物细胞质热激反应过程中起着重要的作用.本研究证明,拟南芥HSFA1d的表达受内质网胁迫的诱导,过表达HSFA1d的转基因植株对内质网胁迫诱导剂衣霉素(TM)具有一定程度的抗性.统计显示,在TM板上生长的转基因植株出真叶率明显提高.亚细胞定位显示,HSFA1d在正常条件下定位于细胞质中,当受到内质网胁迫时,HSFA1d从细胞质转移到细胞核中.HSFA1d可以调控UPR下游基因的表达.这些结果表明,经典的热激反应相关热激转录因子HSFA1d也参与了植物的内质网未折叠蛋白应答过程.     

Bt/CpTI转基因稻及其非转基因亲本对照在间隔种植条件下的转基因漂移

随着转基因技术的迅速发展,越来越多的转基因作物被培育出来。转基因作物的外源转基因通过花粉传播向非转基因作物的漂移,会影响非转基因作物品种的种子纯度,从而可能导致一系列生物安全问题。为了研究转基因栽培水稻(Oryzasativa)中的外源转基因通过花粉介导向非转基因水稻品种逃逸的可能性及其频率,我们选用3个含双价抗虫基因(Bt/CpTI)的转基因水稻品系及其相对应的非转基因水稻亲本品种(近等基因系)进行了转基因漂移的实验。为了获取在近距离状况下转基因水稻与非转基因水稻品种之间的转基因漂移频率,采用了转基因与非转基因水稻品种间隔种植的栽培方式,分别在福建省福州市和海南省三亚市的转基因环境安全实验地进行实验,并利用潮霉素抗性筛选标记基因来鉴定转基因和非转基因稻的杂种。共检测了从非转基因水稻品种随机收获的70,056颗种子,以此计算转基因漂移频率。结果表明,在相邻种植的情况下,由这3个转基因水稻向对应的非转基因水稻品种的转基因漂移的频率比较低(0.275–0.832%)。如此近距离条件下获得的低转基因漂移频率表明,对于严格自花授粉的水稻而言,通过一定的隔离措施,能有效地降低由花粉介导的转基因漂移导致的非转基因种子混杂。     

中国转基因作物风险评估技术研究进展

现代生物技术的发展为利用外源基因培育优良作物品种提供了新的途径,目前国内外已培育出多个高抗害虫的转基因作物。但是,人们对转基因作物潜在的风险尚存在疑问,这是目前转基因作物是否能进一步获准商品化生产的一个重要原因。综述了中国转基因作物研究和转基因产品安全性检测技术取得的主要进展,对我国转基因作物的研究前景进行了展望,并对将来的工作提出了几点建议。     

转基因稻及其非转基因亲本对照在间隔种植条件下的转基因漂移

随着转基因技术的迅速发展, 越来越多的转基因作物被培育出来。转基因作物的外源转基因通过花粉传播向非转基因作物的漂移, 会影响非转基因作物品种的种子纯度, 从而可能导致一系列生物安全问题。为了研究转基因栽培水稻(Oryza sativa)中的外源转基因通过花粉介导向非转基因水稻品种逃逸的可能性及其频率, 我们选用3个含双价抗虫基因(Bt/CpTI)的转基因水稻品系及其相对应的非转基因水稻亲本品种(近等基因系)进行了转基因漂移的实验。为了获取在近距离状况下转基因水稻与非转基因水稻品种之间的转基因漂移频率, 采用了转基因与非转基因水稻品种间隔种植的栽培方式, 分别在福建省福州市和海南省三亚市的转基因环境安全实验地进行实验, 并利用潮霉素抗性筛选标记基因来鉴定转基因和非转基因稻的杂种。共检测了从非转基因水稻品种随机收获的70,056颗种子, 以此计算转基因漂移频率。结果表明, 在相邻种植的情况下, 由这3个转基因水稻向对应的非转基因水稻品种的转基因漂移的频率比较低(0.275–0.832％)。如此近距离条件下获得的低转基因漂移频率表明, 对于严格自花授粉的水稻而言, 通过一定的隔离措施, 能有效地降低由花粉介导的转基因漂移导致的非转基因种子混杂。     

脱落酸对植物抗逆性影响的研究进展

脱落酸（ABA）是一种重要的植物激素,受到生物胁迫和非生物胁迫的调控,在植物对胁迫环境抗逆性中发挥重要作用。综述了近些年来国内外有关ABA生理功能抗逆性研究的一些最新进展,重点介绍ABA在植物干旱、高盐、低温、病虫害等逆境胁迫反应中起重要作用,在植物保护和农林业生产中的应用有重要意义。