转基因草坪草研究概况论文

作为一个积极支持现代生物技术和现代农业技术的人，经常被问到的一个问题是：转基因食物这样“安全性还没有得到完全确认”的食物，你敢吃吗？我的回答是这样的：只要是上市的食物，我根本不考虑是不是转基因的，只要好吃、便宜我就吃。实际上，美国市场上的食物除非特别说明，默认都是含有转基因成分的。而那些贴着“非转基因”标签的，一是贵，二是没有显示什么好的地方，所以我是一贯敬而远之。算起来，我吃那些“转基因食物”的年头，也快10年了。恐慌，经常来自于不了解。对于大多数公众来说，最担心的还是“这东西会不会不安全”。我的专业知识告诉我：“绝对安全”的食物根本就不存在，相对于传统食物，转基因食物“有害”的可能性不会更高。在某些方面，它的安全风险甚至较低。对于引起许多人忧心忡忡的转基因水稻，最常见的疑问是：“虫子吃了会死，难道对人不会有害吗？”与传统水稻相比，目前的转基因水稻不过是转入了一个Bt基因而已。这个基因的作用就是表达出一种蛋白质。它被昆虫吃下去之后，能与昆虫体内的受体结合，从而产生毒性，杀死昆虫。所以，从某种程度上来说，Bt蛋白相当于“虎符”的一半，而受体是“虎符”的另一半，只有两部分结合，才能发挥作用。对于人体来说，受体这一半根本就不存在，所以Bt蛋白在人体内不会产生“毒性”。实际上，用细菌生产出Bt蛋白，作为农药喷洒到农作物上的做法，已用了几十年，而且是作为一种“无公害”的“绿色农药”来使用的。转基因不过是让这种“绿色农药”的生产直接在植物体内进行而已。还有人会担心，这种“非自然”的蛋白质在人体内会不会产生其他的有害作用。其实，所有的蛋白质被人吃了之后基本上都会被分解成单个的氨基酸。来自不同蛋白质的氨基酸对于人体来说都是一样的。只有一小部分没有分解完全的蛋白质片段（多肽），可能在肠道内引发人体的过度免疫反应，从而产生过敏。在我们的传统食物中，很多都能够导致过敏，比如花生、鸡蛋、海鲜等。转基因作物开发中的规则之一就是避免从这些可能含有过敏原的物种中寻找被转基因。对于转基因作物来说，转进去的基因是明确的，很容易地跟踪它会不会引起过敏。而“传统育种技术”，比如诱导突变筛选所产生的突变基因是未知的，我们很难跟踪它表达出来的蛋白质，也就无法知道它是否会引起过敏。从这个角度来说，转基因的食品更安全。还有人担心，转进水稻中的Bt基因会转移到人或者微生物体内。从逻辑上，我们不能说“不可能”，但想想科学家们要费多大的力气才能把一个基因转到另一种作物中，就不难理解：大米中的Bt基因要转移到人体中有多难了。同时，Bt基因已经整合到了水稻中，它转移到人体或微生物中的机会———即使有也不会比其他基因更高。如果它能转移到人体中，那么其他食物所含的基因也能转移进人体。我们为什么不担心因为吃了鸡肉而将鸡的基因引入自己的身体呢？转基因作物的开发与推广，除了作为食品本身的安全性，还受到其他许多复杂因素的影响，比如环境、政治、经济、伦理等等。但就作为食物的转基因作物来说，只要被批准上市了，就没有什么不能吃的。已发表在 新京报《新知周刊》

我这儿有一个例子，是从“竞争优势-优势选择-杂交稳定-保持多样性”方向来讲的，你可以参考参考。 个人觉得辩论的主要侧重点应该在人类的控制上面，转基因生物如果控制得当（如种植区域 传粉途径） 不会威胁其他生物的多样性 近几十年来，由于各种运动场地、城市公地绿化、城市小区草地和高速公路周边草地的建设，使草的需求量大幅增加。而且为了获得经久耐磨、生长快、抗性好、易于整修和移植的草类，人类将转基因技术用于草坪草的培育，培育出大量转基因草。 随着转基因草的大量应用，科学家又生出了另一个忧虑，由于转基因草在生长和抗性上优于其他草类，可能会给环境和生态带来意想不到的灾难，例如造成生态的单一性，使草本植物的多元化丧失，而且还会影响到以这些植物为生的动物。如今这种担心逐渐得到证实。 美国生态学家经过调查发现，高尔夫球场的转基因草坪草，具有一种大大超过当地草（土著草）的竞争力，它们可能会对当地本土草类造成伤害。 现在，研究人员在美国俄勒冈州的一块试验场地种植了一种转基因草——匍匐翦股颖草。匍匐翦股颖草是一种生物特性非常好的草类。它是一种禾本科翦股颖属多年生草本植物，具有匍匐枝、叶纤细、喜冷凉湿润气候、耐寒、耐践踏、绿期长等特点。俄亥俄州马尼斯维利的斯格茨公司的研究人员为该草转入了耐除草剂草甘膦的基因后，使其生长特性更为优良。不仅观赏效果好，而且适宜运动场所种植。 然而，研究人员一直担心这种转基因草会造成生态灾害。因此，美国环境保护署的研究人员一直在监视该转基因草试验场地周围地区的生态情况。 研究人员对试验场地以外约5公里的草坪区进行了检查，结果发现在检查的55个场点中，有6个含有转基因匍匐翦股颖草的子代。据此研究人员认为，来自试验场地的转基因草的种子和花粉已借助风力传播。 不过，美国环境保护署的研究人员强调，目前转基因草转移的范围还不能确定。科学家杰伊·赖克曼参与了在野外对转基因草的追踪，他认为，也许转基因草会在野外持续生存，还需要继续观察它们对环境的影响。 由于转基因匍匐翦股颖草拥有耐除草剂的基因，因此，它难以在种植地区被根除，而这些地区其他土生草类，却容易被除草剂根除。尽管在野外，转基因匍匐翦股颖草不可能遇到除草剂，它的转基因特性可能不一定是个问题，但它仍能胜过土著草类。 美国科罗拉多国家入侵物种科学研究所生态观察室的生态学家汤姆·斯托尔格林认为，这种转基因草能迅速蔓延，通过形成浓密的有根草席，生长出更多的根系，还能靠花粉和种子的有性繁殖广泛地传播，几十公里的距离根本不足以阻止这种转基因草的蔓延。与食品作物不同，草本植物是多年生植物，这意味着它们可以年复一年地生长，它们的种子生存力强，能够借助风力或粘附在动物、人和交通工具上，轻而易举地从一个地方向另一个地方传播。此外， 转基因匍匐翦股颖草能通过杂交，把耐受除草剂草甘膦的基因传递给其他草类。 由于转基因草类的疯狂入侵而危害生态的情况在美国已有发生，1998年，美国肯塔基蓝草（又名草地早熟禾）就横扫了南达科他州的风洞国家公园，排挤以前在该地区生长的各种草类。这显然影响了这一地区的生物多样性，不仅是草本植物的多样性，还有依赖草类生存的动物的多样性。 还有一点资料，你看看吧 转基因植物对作物遗传多样性的影响 遗传多样性是指种内基因的变化，包括种内显著不同的种群问和同一种群内的遗传变异，也称为基因多样性。关于转基因植物对作物遗传多样性的影响，存在两种截然不同的观点：一种观点认为，转基因植物(起码是现在这一代的转基因植物)的引入和发展对作物遗传多样性存在着负面的作用。Ahieri认为，转基因作物的引入，使为数不多的几家大型生物技术公司控制和垄断了种子和生物技术市场，大大减少了作物种植类型和品种数量，加剧了作物系统品种简单发展的同时，也加剧了作物遗传多样性的流失。因为农民通过持续将商业化种子与本地种杂交，可以增加当地作物的遗传多样性。绿色革命期间，作物品种的．开发还未受制于现代农业生物技术知识产权，因而不妨碍农民对种子的保留和试验，那时作物遗传多样性的丧失还不至于像近期这么严重。 Gupta认为，获得品种知识产权的高成本抑制了民间品种繁育者的积极性，破坏了生物多样性的保护。 另一种观点认为，转基因植物的引入对作物遗传多样性的保护起着良好的促进作用。 Hawtin认为， 转基因生物技术的应用在植物遗传资源保护中起着重要作用，可以为建立种子库进行异地保护作物遗传资源提供更为有效的手段。 他断言，分子遗传技术可以使种子库中遗传物质的跟踪更为精确。这些技术对精确鉴定植物材料是否抗病非常有用，而这种鉴定对于抗病材料的收集和储藏是至关重要的。超低温保存更使遗传资源的长期保存成为可能，使更多的遗传材料能在需要时保证供给。然而也有学者认为，种子库并不能将目前各种植物的所有遗传多样性保存起来，而且植物(尤其是草本植物)本身仍在进化中。

一）自然选育不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程称为自然选育。这类突变没有人工参与并非是没有原因的，一般认为自然突变有两种原因引起，即多因素低剂量效应和互变异构效应。所谓多因素低剂量效应，是指在自然环境中存在着低剂量的宇宙射线、各种短波辐射、低剂量的诱变物质和微生物自身代谢产生的诱变物质等作用引起的突变。互变异构效应是指四种碱基第六位上的酮基或氨基的瞬间变构，会引起碱基的错配[3]。自然突变可能会产生两种截然不同的结果，一种是菌种退化而导致目标产量或质量下降；另一种是对生产有益的突变。为了保证生产水平的稳定和提高，应经常地进行生产菌种自然选育，以淘汰退化的，选出优良的菌种。在工业生产上，由于各种条件因素的影响，自然突变是经常发生的，也造成了生产水平的波动，所以技术人员很注意从高生产水平的批次中，分离高生产能力的菌种再用于生产。同时也可利用自发突变而出现的菌种性状的变化，去选育优良的菌株，如在味精发酵被噬菌体污染过程中，所选出的抗噬菌体菌株。自然选育是一种简单易行的选育方法，可以达到纯化菌种，防止菌种退化，稳定生产，提高产量的目的。但是自然选育的效率低，因此经常要与诱变育种交替使用，以提高育种效率。（二） 诱变育种微生物的诱变育种，是以人工诱变手段诱变微生物基因突变，改变遗传结构和功能，通过筛选，从多种多样的变异体中筛选出产量高、性状优良的突变株，并且找出发挥这个变株最佳培养基和培养条件，使其在最合适的环境下合成有效产物[2]。诱变育种和其他育种方法相比，具有速度快、收益大、方法简单等优点，是当前菌种选育的一种主要方法，在生产中使用的十分普遍。但是诱变育种缺乏定向性，因此诱变突变必须与大规模的筛选工作相配合才能收到良好的效果。目前，人们用于诱变育种的诱变因素有物理因素和化学因素，前者包括紫外线、激光、X-射线、γ-射线和中子等；后者主要是烷化剂(包括EMS，EI，NEU，NMU，DES，MNNG，NTG等)，天然碱基类似物，亚硝酸和氯化锂等。在物理诱变因素中，紫外线比较有效、适用、安全，其他几种射线都是电离性质的，具有穿透力，使用时有一定的危险性，化学诱变剂的突变率通常要比电离辐射的高，并且十分经济，但这些物质大多是致癌剂，使用时必须十分谨慎[1]。目前，多种诱变剂的诱变效果、作用时间、方法都已基本确定，人们可以有目的、有选择地使用各种诱变剂以达到预期的育种效果。诱变育种也可采用复合诱变，即两种或多种诱变剂的先后使用；同种诱变剂的重复作用；两种或多种诱变剂的同时使用。普遍认为复合诱变具有协同效应，如果两种或两种以上诱变剂合理搭配使用，复合诱变较单一诱变效果好。虽然复合因子较单一因子诱变效果有很大优势，但因为目前大多微生物，尤其是抗生素产生菌的遗传背景不清楚，往往对诱变剂，特别是复合诱变剂的选择使用，带有很大的盲目性[4]。通过诱变处理，在微生物群体中，会出现各种突变型个体，但从产量变异的角度来讲，其中绝大多数都是负变株。要从中把极个别的、产量提高较显著的正变株筛选出来，可能要比沙里淘金还难。因此突变株的分离和筛选是诱变育种的关键，体现了突变不定向性和筛选定向性。为了获得我们所需的突变株，使得突变株的新表型得以表达，淘汰原养型或负变株，必须设计一个良好的筛选培养基和确定合适的培养条件。筛选的步骤主要分初筛和复筛，初筛以量为主，选留较多有生产潜力的菌株，复筛以质为主，对少量潜力大的菌株的代谢产物量进行精确测定[5]。筛选的方法依据目的物不同而异，常用的方法有浓度梯度法、影印平板法、生长谱法、琼脂平板活性圈法、纸片法、夹层培养法、循环筛选法以及与电脑化、智能化的高效筛选技术相结合的现代方法。（三） 杂交育种杂交是指在细胞水平上进行的一种遗传重组方式。杂交育种是利用两个或多个遗传性状差异较大的菌株，通过有性杂交、准性杂交、原生质体融合和遗传转化等方式，而导致其菌株间的基因的重组，把亲代的优良性状集中在后代中的一种育种技术。通过杂交育种可以实现不同的遗传性状的菌株间杂交，使遗传物质进行交换和重新组合，改变亲株的遗传物质基础，扩大变异范围，获得新的品种。同时不仅可克服因长期诱变造成的菌株活力下降，代谢缓慢等缺陷，也可以提高对诱变剂的敏感性，降低对诱变剂的“疲劳”效应[2、本小节将从有性杂交、准性杂交和原生质体融合三种常见的育种技术来介绍杂交育种。A 有性杂交有性杂交是指不同遗传型的两性细胞间发生的接合和随之进行的染色体重组，进而产生新遗传型后代的一种育种技术。凡能产生有性孢子的真菌，原则上都能像高等动、植物杂交预育种相似的有性杂交方法来进行育种[5]。一般方法是把来自不同亲本、不同性别的单倍体细胞通过离心等方式使之密集地接触，就有更多的机会出现种种双倍体的有性杂交后代。在这些双倍体杂交子代中，通过筛选，就可以得到优良性状的杂种。B 准性杂交准性杂交是在无性细胞中所有的非减数分裂导致DNA重组的过程，微生物杂交仅转移部分基因，然后形成部分重组子，最终实现染色体交换和基因重组，在原核和真核生物中均有存在。准性杂交的方式主要有结合、转化和转导，其局限性在于等位基因的不亲合性。C 原生质体融合原生质体融合就是把两个不同亲本菌株的细胞壁，分别经酶解作用去除，而得到球状的原生质体，然后将两种不同的原生质体置于高渗溶液中，由聚乙二醇（PEG）助融，促使两者高度密集发生细胞融合，进而导致基因重组，就可由此再生细胞中获得杂交重组菌株[7]。原生质体融合技术具有许多常规杂交方法无法比拟的独到之处[8]:由于去除了细胞壁，原生质体膜易于融合，即使没有接合、转化和转导等遗传系统，也能发生基因组的融合重组；融合没有极性，相互融合的是整个胞质与细胞核，使遗传物质的传递更为完善；重组频率高，易于得到杂种；存在着两株以上亲株同时参与融合并形成融合子的可能[9]；较易打破分类界限，实现种间或更远缘的基因交流[10]；同基因工程方法相比，不必对试验菌株进行详细的遗传学研究，也不需要高精尖的仪器设备和昂贵的材料费用等。由于以上优点，迄今，这项技术不仅在基础研究方面，而且在实际应用上，均取得了引人注目的成绩。随着生物学研究手段的不断创新，该技术的基本实验方法逐步完善.经过多年的实际应用，证明微生物原生质体融合确是一项十分有用的育种技术[11]。通过原生质体融合改良工业微生物菌株的遗传本质是培育高产、优质、抗逆性强的良种的一种行之有效的手段，可以与诱变育种等结合使用，同时还需要不断积累有关基础资料，克服育种盲目性，以期达到工业生产的新需求。原生质体融合育种基本步骤为：标记菌株的筛选和稳定性验证→原生质体制备→等量原生质体加聚乙二醇促进融合→涂布于再生培养基，再生出菌落→选择性培养基上划线生长，分离验证，挑取融合子进一步试验、保藏→生产性能筛选。（四） 代谢控制育种微生物代谢控制育种是指以生物化学和遗传学为基础，研究代谢产物的生物合成途径和代谢调节的机制，选择巧妙的技术路线，通过遗传育种技术获得解除或绕过了微生物正常代谢途径的突变株，从而人为地使用有用产物选择性地大量合成积累。代谢控制发酵的关键，取决于微生物代谢调控机制是否被解除，能否打破微生物正常的代谢调节，人为地控制微生物的代谢。代谢控制育种和发酵过程的代谢控制培养是实现这一目标的两的手段，而代谢控制育种则为主要支柱技术。微生物代谢控制育种是集生物化学、微生物学、遗传学、发酵工程、生理学、分子生物学、化学等学科交叉产生的一门工程技术，该技术的广泛应用，导致了氨基酸、核苷酸以及某些次级代谢产物的高产微生物菌株大批的推向生产，大大促进了发酵工业的发展。微生物代谢控制育种主要是通过控制酶的作用来实现的，因为任何代谢途径都是一系列酶促反应构成的。微生物细胞的代谢调节主要有两种类型，一类是酶活性调节，调节的是已有酶分子的活性，是在酶化学水平上发生的；另一类是酶合成的调节，调节的是酶分子的合成量，这是在遗传学水平上发生的[。利用发酵过程的一些限制因素来促进或控制酶产生的速率及其活性，可以控制发酵过程中不同阶段的反应处于平衡状态，同时也可以使微生物对外界环境的变化作出相应的反应。在细胞内这两种方式单独或协调进行选育，获得突变株，达到改变代谢通路、降低支路代谢终产物的产生或切断支路代谢途径及提高细胞膜的透性，使代谢流向目的产物积累方向进行。代谢控制育种的调节体系主要包括诱导、分解阻遏、分解抑制、反馈阻遏、反馈抑制、细胞膜透性调节等。（五） 基因工程育种基因工程育种是在基因水平上，运用人为方法将所需的某一供体生物的遗传物质提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，与载体连接，然后导入另一细胞，使外源遗传物质在其中进行正常复制和表达[13]，与前几种育种技术相比，基因工程育种技术是人们在分子生物学指导下的一种自觉的、能像工程一样可预先设计和控制的育种新技术，它可实现超远缘杂交，因而是最新最有前途的一种育种新技术。这种使DNA分子进行重组，再将受体细胞内无性繁殖的技术又称为分子克隆。通过基因工程改造后的菌株叫“工程菌”。这项技术不仅是生命研究发展的里程碑，也使现代生物技术产业发生了革命性的变化。基因工程育种的一般步骤是：(1)目的基因的获得，一般通过化学合成法、物理化学法(包括密度梯度离心法、单链酶法、分子杂交法)、鸟枪无性繁殖法、酶促合成法(逆转录法)、Norther杂交分析法、cDNA文库筛选法、杂交筛选法、编码序列富集(磁珠捕获)、产物导向法、Nod 连接片段筛选法、外显子捕获法及外显子扩增法、剪接位点筛选法、作图克隆法、杂交细胞克隆法、消减杂交法、相同序列克隆法、差异显示逆转录 PCR 法、显微克隆与微克隆法和插入诱变法等方法获得目的基因；⑵载体的选择，基因工程载体主要是质粒和病毒。载体一般为环状 DNA，其要求有自我复制能力、分子小、拷贝数多、易连接和易筛选等特点；⑶重组子体外构建，主要方法有粘性末端连接法、平端连接法、人工接头连接法和同聚物加尾连接法；⑷重组载体导入受体细胞，其主要途径有转化、转导、显微注射、电穿孔法、快速冷冻法和炭化纤维介导法等⑸重组体筛选和鉴定，以合适的筛选方法选择具有最佳性能的突变重组子，重组体筛选和鉴定主要通过表型法、DNA 鉴定筛选法，选择性载体筛选法、分子杂交选择法、免疫学方法和 mRNA 翻译检测法等方法来实现。

林忠平、北京大学教授、博士生导师、1963年毕业于北京大学生物系并考取中国科学院植物研究所的研究生。研究生毕业后留植物所工作。曾任该所基因工程中心主任。1995年调入北京大学，在蛋白质工程及植物基因工程国家重点实验室从事分子生物学和植物基因工程研究。早期研究灵芝人工培养技术和药效。著有《灵芝》一书，推动了这一传统药物的应用。其后在植物生物化学和细胞生物学领域有不少研究。1986年起主要研究植物分子生物学。承担国家高技术研究计划（973计划，863计划）生物技术领域中的课题和多项国家重要科研项目。曾获二个省部级科技进步二等奖和其它一些奖项。有多项科研成果通过鉴定，获省部级成果。1991年升为教授。做为有特殊贡献的科学家，享受政府特殊津贴。曾任中国植物学会分子生物学专业委员会主任。在中科院曾获优秀研究生导师称号。在北京大学还担任研究生课程《生命科学新思考》的主讲，引导学生去探索生命科学的前沿，介绍生命现象中许多发人深省的哲理。两次获北大奖教金。发表学术论著近200篇，申请中国专利13项。编撰了《走向21世纪的植物分子生物学》一书。近年来多次到新疆考察和做了许多支援边疆发展的工作。目前所领导的北大农业分子生物学实验室（AgMoBiol实验室）在以下几个方面从事高新生物技术研究： （1）提高植物对逆境胁迫的抗性Plant resistance to environmental stress（2）植物生物反应器生产药用蛋白Plant bioreactor for production of pharmaceutical protein（3）植物次生代谢的基因调控Genetical control of secondary metabolite in plants（4）转基因食品的致敏性评估Assessment of GMO allergenicity其中一些成果显示了良好的产业化应用的前景：关于利用高新生物技术培育耐旱、耐寒草坪草的工作（863计划资助）于2005年通过了教育部组织的成果鉴定。已有转基因草坪草获准进入生产性试验。一个非转基因的优良草坪草品种，在大面积种植和比较的基础上通过了国家品种审定。利用遗传改良的植物和微生物用于污泥无害化处理和废水净化方面做了一些有应用价值的试验。利用植物和高等真菌做为生物反应器，制备口服型的人胰岛素、人表皮生长因子等在动物试验和培养细胞的试验系统中取得可喜结果。利用基因操作技术进行植物次生代谢途径的分子调控取得良好结果。其中包括在生菜中制造高含量的白藜芦醇。在非豆科植物中产生大豆异黄酮。建立了转基因食品的致敏性评估的数据库，血清学试验方法，并通过电脑模拟过敏原蛋白进行致敏性预测的研究和蛋白可消化性的预测。