转基因除草剂的研究进展

转基因除草剂是近年来出现的一个新概念，目前尚无严格的定义，归纳起来主要有以下3种：（1）通过转基因使作物获得或增强对除草剂的抗性遗传性状，从而解决除草剂的选择性问题，使许多优秀的灭生性除草剂得以广泛使用，同时也促进新除草剂的研制与开发。（2）通过转基因使作物获得或改良“他感效应”和“异株克生”能力，从而使作物能够抑制杂草，达到相当于使用除草剂的目的。（3）利用转基因改良或改造生物，使之能够寄生杂草或其分泌物能够抑制杂草。 一、研究概况 1．转基因抗除草剂作物 20世纪80年代以来，由于生物基因工程技术的发展，转基因技术已经在除草剂研究中被广泛应用。近年来对植物抗除草剂机理分子水平上的研究进展和积累的知识使得通过转基因让农作物获得抗除草剂性状成为可能。1983年第一个除草剂抗性作物烟草问世，标志着这一领域的研究从探索走向成功。美国农业部批准的1987－1993年400多个有关转基因植物研究课题中，涉及除草剂抗性的占34％，达145个。据不完全统计，1998年已有近300种植物先后培育出抗除草剂品种，涉及的除草剂主要有草甘膦、草铵膦、磺酰脲类、咪唑啉酮类、溴苯腈、2，4－滴等；已开发成功并商业化的作物主要有玉米、大豆、小麦、油菜、甜菜、亚麻、烟草、水稻、棉花等。1998年美国盂山都公司开发出耐草甘膦玉米，并由DEKALB Genetics公司独家销售。1999年10月26日美国氰胺公司宣布与Agripro公司及加拿大United Grain Growers公司合作开发并商品化耐除草剂咪唑琳酮类小麦。 以转基因的性状而论，发展得最快的是转基因抗除草剂作物，1997年全球种植面积为690万hm2，1998年猛增1290万hm2，达到1980万hm2， 1999年又增加到2820万hm2。此外，抗除草剂与抗虫双价转基因作物也有所发展（表1）。 我国转基因抗除草剂作物的研究也获得了很大发展。据1996年统计，有3个品种的表达水平已经达到田间实用的程度，但尚没有商品化的品种问世。 2．他感效应和异株克生的利用 任何一种植物，无论是有生命力的还是死亡的个体都能产生一定的生化他感物质，影响其他生物的生长发育和行为，这种现象被称为他感效应或异株克生。利用转基因技术改良或使作物获得这种性状来控制杂草的研究近年来开展较多。美国ARCO植物细胞研究所有一个长期计划，并取得了一定进展，国内对这方面虽有一些评述，但未见研究结果报道。 3．生物除草剂的基因改良 随着化学农药的公害问题和抗性问题的日益尖锐，微生物及其代谢产物的除草作用被逐渐重视起来。但这些天然资源常存在一些缺陷，如致病力不强、对作物不安全、寄主范围窄、自然传播和抗逆性弱等。通过转基因技术对其进行改良，使之达到田间使用水平则具有广阔的前景，目前这方面的研究都只局限在基础水平上，未见开发的实例报道。 二、转基因除草剂的安全性评价 为了促进基因工程技术的研究和开发，同时预防遗传工程及其产品对人类健康和农业生态环境可能造成的危害，许多国家都十分重视基因工程安全性的评价和管理。1990年12月美国等发达国家共同提出了“基因工程安全问题备忘录”。我国也重视这方面问题，1993年国家科委颁布了“基因工程安全管理办法”，1996年农业部又发布了“农业生物基因工程安全管理实施办法”。近两年来我国已受理的基因工程安全评价申请达到120余例，这标志着我国农业基因工程研究的开发管理已开始同国际接轨，步入了规范化和法制化的轨道。 安全性评价是基因工程安全管理的核心，涉及到实验研究、中间试验、环境释放和商业化生产的各个环节。主要评价行为或产物对人类健康和生态环境的安全性。 当前转基因除草剂的开发多是基于抗化学除草剂的作物上。在巨大的经济利益驱使下，对一些有隐患的除草剂无节制的开发可能会给人类和自然带来无穷的危害，如有人担心转基因作物本身可能变为杂草；转基因作物通过基因流可使野生近缘种变为杂草。此外，抗（耐）除草剂的基因漂移到其他杂草上，可能加快其抗性的产生而成为“超级杂草”，增加人们对杂草防除的难度，甚至引发新一轮灾害性草害的发生。 三、问题与展望 1．必须加强基础研究 至今我们对植物、杂草与生态之间相互作用的了解还很肤浅，各类抗除草剂基因的鉴定与分离、基因表达与调控，以及某些植物遗传转化体系等方面的研究都有待深入。所以加强基础研究，包括人才培养是实现这一宏伟目标的可持续方略。 2．生物技术要同传统技求相结合 现代生物技术的发展必须与传统的技术，常规的方法相结合，这一点已为越来越多的实践所证明。以转基因抗除草剂作物育种为例，某一特定基因的直接导人要比常规杂交育种简便快速，而且更有目的性和预见性。然而，目前对外源基因在植物中的遗传规律和表达调控缺乏了解，若要获得稳定。良好的抗除草剂性状和农艺性状，仍需要育种、植保和分子生物学家紧密配合，对转基因植株后代进行鉴定分析和优选优育。 3．转基因除草剂具有广阔的开发空间 从抗除草剂机理方面看，这一研究方向有着丰富的资源和广阔的空间。目前可以想象的包括代谢过程的抗性，来自微生物的抗性基因、来自其他植物的抗性基因、诱导突变的抗性基因，甚至来自昆虫的抗性基因都可能作为利用的资源。 随着转基因除草剂的推广应用，将从根本上解决除草剂的选择性问题，最大限度地发挥现有除草剂的经济效益；同时也将改变现有的杂草防治体系，使保水、保土及低投入的少耕、免耕、密植将进一步兴起与迅速普及。