二、农作物遗传改良走向何方

人类在开展农作物遗传改良实践中，利用杂种优势，在增加作物产量、改进品质及提高劳动生产率等方面都取得了显著成效。这是人类在整体植物水平上认识并改良作物遗传的成功范例。但作物杂种优势利用方面，也有不尽人意之处，如有的杂交作物产量高，但品质不好；有的表现高产优质，但易感染病害；有的蔬菜杂种产量高，但不耐贮藏；多种作物杂交一代的产量出现徘徊不前的局面，究其原因，人类对作物的认识有待深化。要解决上述问题，需要加强作物遗传育种基础学科的研究，要充分利用高新技术，循着多条途径，采用多种手段，进行作物遗传性状改良。近年来，科技工作者，一方面在细胞水平上采用原生质体培养、细胞融合技术对作物进行改良并取得了不少成果；同时，由于分子生物学的迅速发展，人类对植物的认识，正在从整株、器官、组织、细胞水平向分子水平深入，从而导致了作物遗传改良的高新技术——植物基因工程的问世。随着分子遗传学的发展和植物基因工程手段的革新，使人们逐步识别了许多控制植物各种性状的基因。通过基因转移技术，已获得了一批高产、优质、抗虫、抗病毒、抗真菌、抗除草剂的转基因植物，并已开始田间试验和推广。可以预言，在21世纪的农作物遗传改良中，将会在分子水平上充分发挥植物基因工程技术的主导作用。并且在整体水平、细胞水平上对农作物实现全方位的改良，使农业生产产生新的飞跃，使21世纪真正成为“生命科学世纪”。

1 21世纪的生物基因工程农业

现代生物技术是20世纪70年代初产生的一门新兴科学。自从重组基因技术、单克隆抗体获得成功以来，已在动植物繁殖、育种、病虫害防治等方面，取得了一系列重大突破，获得了用传统和常规方法无法替代的效果。近年来，特别是生物基因工程技术在农业上的应用，硕果累累。目前世界上已取得成功的转基因工程植物有400多种，畜禽100多种，有的已进入试验示范阶段，有的产品已获准上市销售。据专家们预测，到21世纪末，生物基因工程技术产品的销售额可达1 000亿美元，其中农业基因工程技术产品回收的利润，比从生物工程技术制药回收的利润高出10倍，所获得的效益是投资的40倍。

什么是基因？生物基因工程又是怎么回事？其实基因是一种外来语，按字面解释是基本因子，是控制生物性状遗传物质的功能单位和结构单位，用英文表示为Gene；从化学结构看，基因就是位于染色体上的DNA片段。它是具有一定遗传效应的DNA分子上的特定的核苷酸顺序。基因是遗传信息传递、表达和性状分化、发育的根据。一切环境因子都是通过基因来影响生物遗传的。所谓基因工程，也就是DNA重组技术，其关键是在生物体外把所需的基因切割加工和重新组合，然后导入另一生物体的活细胞内，以改变该种生物体的遗传性状，或创造出新的生物品种来。生物基因工程农业，正是利用农杆菌、基因枪、电激、显微注射等高新技术手段，将外源重组基因移植、转化到另一作物组织细胞的基因内，使受体具有已知优良性状或特殊用途，达到优质、高产、多抗的目的（见图6）。

图6 生物基因工程选育新品种图解

近年来，国内外科学家利用生物基因工程技术，在农业上培育出不同优良性状的新品种，特别是具有优良抗病性以及特殊用途的新品种，不断取得突破性的新成果。据有关研究资料表明：黄瓜花叶病毒可危害近800多种不同种植物种类，包括西红柿、芹菜、莴苣、瓜类、甜椒等。美国马里兰州的科学家，正在应用一种被称为病毒随体的基因片段，由于这种基因片段带有一种关键性酶，使入侵病毒不能复制和致病，把这种病毒随体以基因工程方式，转录于西红柿细胞体中，使之发育为结果植株，其后代就具有抗花叶病毒的新性状，且田间试验结果令人满意。我国农业科技人员在利用生物基因工程技术育种方面，也取得了十分可喜的成果。中国农科院生物技术研究中心，在建立马铃薯抗菌肽基因工程技术体系的基础上，成功地获得了马铃薯抗青枯萎病毒的新株系。

随着分子克隆（无性繁殖）和转基因技术的迅速发展。各种农作物的优良性状、特殊基因，可以在动植物、微生物之间相互转移，甚至可将人工合成的基因导入生物体中。利用这一高新技术，人们可以得心应手地创造出千姿百态的新品种、新性状。这种异种生物体之间的基因工程技术，把生物基因工程农业推向了新的更高水平，应用范围更加广泛。据有关资料报导，美国在取得转基因抗虫棉的基础上，菲律宾国际水稻研究所的专家们，正在研究和培养抗虫水稻新品种。这种抗虫水稻是将苏云金芽孢杆菌（Bt）的杀虫基因，采用工程技术，将其移植到水稻植株细胞体内，使水稻具有抗虫新特性。近年来，我国的农业专家，通过协作攻关，也培养成功带有Bt基因的抗虫棉，在南北方主产棉区共66个试验点的试种结果，证明抗虫棉对棉铃虫的抗性明显增强。

美国在生物基因工程方面，一直走在世界的前列。自从1994年美国批准第一个转基因延熟番茄上市以来，到目前已有20多种转基因产品投放市场。

我国转基因作物研究始于20世纪80年代，1986年启动的863计划起了关键性的导向、带动和辐射作用。现正在研制的转基因作物50种以上。

1997年7月华中农业大学研究培育成功的转基因耐贮番茄，已通过国家农业生物基因工程安全委员会审批，正式获准上市，成为我国唯一首家获准上市的转基因农产品。

除了转基因番茄正式上市外，我国还有一批转基因农产品正在做好上市前的准备工作。这些产品包括抗虫方面的转基因棉花、水稻；抗病毒方面的转基因马铃薯、烟草；提高营养品质方面的转基因马铃薯等。转基因抗病毒番茄和甜椒已进入商品化；生物杂虫剂进入实用化，我国科学家发现新型Bt杀虫基因约20余种，占世界Bt杀虫基因的1/3。

随着转基因生物产品和农产品的日益增多，转基因产品的安全性一直是公众关注的焦点。近年有少数国家拒绝进口美国的转基因玉米、大豆，1997年4月，奥地利发生要求禁止销售转基因食品的国民签名活动，该国议会因此将审议禁止在国内销售转基因食品的立法问题。

转基因农产品受到一些欧洲国家的强烈反对，这并不表明生物基因工程农业及其产品会对人体、环境带来危险。我国农业生物技术权威人士认为，转基因农产品不存在现实的危险。人们从未怀疑过常规育种的安全性，如果用常规育种作为参照，应该说转基因品种更为安全。因此，从本质上讲，转基因农产品和常规育成的新品种是同一原理，两者都是在原有品种基础上，对部分性状进行修饰或增加新性状，或消除原有不利性状。只不过其中一些目标性状，如涉及多基因控制的高产性、稳产性，用常规育种技术更容易成功，而另一些性状，如抗虫性、除草剂抗性等，则用基因工程技术更容易实现罢了。

正是对于生物基因工程农业的以上基本认识，1996年4月，根据国家科委1993年12月24日颁布的《基因工程安全管理办法》，农业部颁发了《农业生物基因工程安全管理办法》（以下简称《安全法》）。农业部为此专门成立了农业生物工程安全管理委员会。《安全法》按照潜在的危险程度，将基因工程工作对人类健康和生态环境的危害分为：不存在危险、具有低度危险、具有中度危险和具有高度危险4级。并规定从事基因工程工作的单位，应分类分级申报，经审定批准后方能进行相应的工作。同时，《安全法》还规定了具体安全措施和预防事故的应急措施，以及法律责任。这标志着我国生物工程农业的管理，已逐步走上了法制化的轨道。