中国批准转基因水稻商业化迈出全球农业生物技术一大步

2009年12月1日在中国生物安全网上公布的"2009年第二批农业转基因生物安全证书批准清单"上,华中农业大学申报的转抗虫基因水稻品种榜上有名.经过严格的实验研究、中间试验、环境释放、生产性试验和申请生产应用安全证书等阶段的多年安全性评价,华中农业大学申报的转抗虫基因水稻品种华恢1号和杂交种Bt汕优63获得了中国农业生物安全委员会的批准.这一事件被美国生物技术信息委员会组织的相关专家评选为2009年度对未来全球农业生物技术具有重要意义和影响的三件大事之一.<华尔街日报>声称这一批准意味着中国政府在亚洲数十亿人的主食作物中允许使用生物技术迈出了重要一步.     

转cry1Ac/CpTI双价抗虫水稻CrylAc杀虫蛋白的表达特性及其对二化螟的毒杀效果

CrylAc杀虫蛋白基因在转crylIAc／CpTI双价抗虫水稻(Oryza sativa L.)各部位中均得到了表达。不同水稻生育期及不同部位中CrylAc杀虫蛋白的表达量均有所不同。总的趋势是生育前期的表达量较生育后期高。在时间上，主茎叶片中的杀虫蛋白在拔节期最高，孕穗期开始下降，在扬花期和和灌浆期达到最低，到成熟期略有回升；主茎中的杀虫蛋白在苗期、拔节期和扬花期较高，种子中含量很低。不同生育期转基因水稻主茎顶叶对二化螟(Chilo suppressalis)初孵幼虫表现出了很强的抗虫性。在灌浆期前，取食转基因水稻顶叶的二化螟幼虫校正死亡率均90％左右，灌浆期后抗虫性有所下降，校正死亡率在60％左右。活体成株测定法评价结果表明，转crylAc／CpTI双价抗虫水稻对二化螟表现高抗。     

不同发育时期转基因高梁不同株系Cry1Ab蛋白含量的比较

高粱的害虫种类众多，影响着产量与品质，培育抗虫品种是重要的育种目标，但目前高粱中缺乏有效的抗螟虫资源，难以通过常规育种培育出抗螟虫的品种。张明洲（2002）成功地将来自Bt密码子优化的抗虫基因crylAb转入高粱中，并经农业部批准进入中间试验阶段。为有效和合理地利用这一抗虫资源，有必要了解crylAb基因的表达情况，本实验分析了田间自然条件下crylAb基因在不同发育时期的表达水平，并对不同转基因高粱株系的CrylAb蛋白含量进行了比较。     

转Cry1Ab/Ac基因水稻对稻田底栖动物群落的影响

转Bt基因抗虫水稻的成功研发,为有效控制鳞翅目害虫对水稻的危害提供了一条最为有效、经济的途径。稻田底栖动物群落是转Bt基因抗虫水稻的重要非靶标生物。为了解转Bt基因水稻对稻田底栖动物群落的安全性,以转Cry1Ab/Ac基因抗虫水稻‘华恢1号’(简写为HH1)为材料,以其非转基因亲本‘明恢63’(简写为MH63)为对照,以稻田底栖动物群落为指示生物,运用群落学方法,通过连续2年在江西南昌的大田试验,研究了转Cry1Ab/Ac基因抗虫水稻对稻田底栖动物群落的影响。结果显示:2012年在HH1与MH63的稻田中分别采集到底栖动物22种与25种,其中两生境中相同物种19种,两群落物种组成相似度为0.808 5,有7种优势种,优势种相似度为0.833 3。2013年在HH1与MH63稻田中分别采集到底栖动物26种与28种,两类稻田相同底栖动物22种,两群落物种组成相似度为0.814 8,有6种优势种,优势种相似度为1.000 0。2012年与2013年群落总体分析与时间动态分析均显示,两类稻田中底栖动物的物种丰富度、个体数量、多样性指数、均匀性指数及优势集中性指数变化趋势相似,且均无显著差异。结果表明:连续种植2年转Cry1Ab/Ac基因水稻HH1对南昌稻田底栖动物群落无明显的负作用。     

转Bt基因水稻"克螟稻"淀粉食用品质与稻米营养成分的研究

对转Bt基因抗虫水稻（Oryza sativa subsp.japonica）与原亲本的淀粉食用品质和稻米关键性营养成分进行了检测与比较,发现这两种水稻在表观直链淀粉含量、胶稠度和淀粉粘滞特性等淀粉食用品质方面基本相同;在粗蛋白、粗脂肪、总灰分、氨基酸和矿物质等关键性营养成分上差异不显著.表明在水稻遗传转化操作过程中T-DNA（Transferred DNA）并未改变原亲本的品质性状.     

福建省转基因抗虫稻田节肢动物群落多样性研究

试验研究转MH86^CpTI基因抗虫水稻和转MH86^CpTI＋Bt双价基因抗虫水稻稻田节肢动物群落的多样性，结果表明：转基因稻田节肢动物群落可分为先锋群落、郁闭未稳定群落和郁闭稳定群落3个阶段；在水稻灌浆期到蜡熟期，转基因水稻稽田中每次采得的节肢动物的物种数为CK〉MH86^CpTI〉MH86^CpTI＋Bt，个体数量大小为CK〉MH86^CpTI〉MH86^CpTI＋Bt，总体多样性指数与均匀性指数均为CK〉MH86^CpTI〉MH86^CpT＋Bt；转基因水稻稻田节肢动物群落的多样性与常规稻相比未见明显差异。在水稻生育前期与后期，转基因抗虫水稻田害虫优势度最高的分别为电光叶蝉和褐飞虱。     

用两个抗虫基因分别转化水稻及抗虫株系的获得

用水稻（Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａＬ．）的幼胚、愈伤组织作受体,采用ＰＩＧ基因枪法,成功地将苏云金杆菌毒蛋白基因〖Ｂｔ毒蛋白基因,ｃｒｙＩＡ（ｂ）〗和马铃薯蛋白酶抑制剂基因（ｐｉｎⅡ基因）连同抗除草剂Ｂａｒ基因分别转入不同的水稻中,获得大量的转基因植株。Ｓｏｕｔｈｅｎ杂交分析途中外源抗虫基因均分别整合到水稻的基因组中。Ｎｏｒｔｈｅｒｎ杂交分析显示它们在水稻叶片中表达的水平较高。外源基因在一代中遵循３     

花药培养获得转Bt基因抗虫水稻纯系*

采用改良一步成苗法，对转Bt基因水稻(Qryza sativa L.)“克螟稻”与粳稻(O.sativa ssp.japonica)品种秀水63的杂种F1进行花药培养，结果表明：Bt基因不影响花培绿苗分化，但改变绿苗分化进程。对“克螟稻”与秀水63的杂种花培株观察表明，Bt基因按孟德尔规律简单遗传。携带Bt基因与否直接影响花培苗的成活率；潮霉素筛选可增加Bt转基因阳性株的相对比率，但显著降低绿苗率；花培产生的带Bt基因株系与不带Bt基因株系间的农艺性状差异不显著。经培养，成功选育3个抗虫和高产的转基因新品系。     

揭开转基因的神秘面纱

恐怕没有哪一种高新技术,像转基因这样遭受公众的质疑。特别是前不久主管部门为我国科学家培育的转基因抗虫水稻“华恢1号”和“Bt汕优63”发放安全证书之后,更是围绕“转基因食品是否安全”展开了一场论战。公众为何对转基因有这么多疑问和担心？因为,就绝大多数普通大众来说,对转基因还是知之不多、甚至全然不知的高新科技东西,超出了以往的经验常识所能理解、判断的范围。     

抗除草剂转基因水稻的安全性评价

以转基因抗除草剂水稻（Oryza sativa ssp.japonica）为例,对转基因作物进行安全性评价.对转bar基因水稻进行了基因流动实验、小鼠急性毒性实验、致突变实验和Ames实验.结果表明,转bar基因水稻花粉在5 m内有少量的漂移到普通野生稻（O.rufipogon）,但没有向其它野生稻（O.officinalis和O.meyeriana）和杂草漂移.小鼠经口急性毒性半数致死量LD50＞20 g/kg,属实际无急性毒性物质;经微核实验、精子畸变实验及Ames实验均未发现有致突变作用,初步表明转bar基因水稻对小鼠是安全的.     

转CryIAb水稻对稻田杂草群落组成及多样性的影响

尽管基因工程技术可以增加作物产量, 但转基因作物是否对农田生态产生影响受到广泛关注。本研究通过田间定位试验, 应用群落生态学方法研究了转CryIAb基因抗虫水稻"Mfb"连续2年在传统栽培和半野生条件下对稻田杂草群落组成及多样性的影响。调查结果显示: 转CryIAb基因稻"Mfb"与非转基因稻"明恢86"田间杂草种类没有显著差异。稻田杂草的频度和密度与栽培方式有关, 半野生稻田杂草的频度和密度显著高于传统稻田, 但相同栽培条件下, 转基因稻"Mfb"与非转基因稻"明恢86"田间杂草频度和密度在整个生长期内均无显著差异。半野生稻田物种丰富度(Sr)指数明显大于传统稻田; 相同栽培条件下, 相同生长时期抗虫转基因水稻"Mfb"与其非转基因对照"明恢86"对稻田杂草群落丰富度的影响差异不显著。稻田杂草群落优势度(D)、均匀度(J)以及多样性(H)各处理、各生长时期内转基因稻与非转基因稻相比均没有显著差异。稻田杂草Shannon-Wiener多样性指数变化无明显规律, 相同栽培方式相同生长期的抗虫转基因水稻"Mfb"与其非转基因对照"明恢86"的Shannon-wiener指数差异不显著。综合上述分析, 转CryIAb基因抗虫稻对稻田杂草群落的组成及多样性没有显著影响。     

转基因水稻秸秆还田对土壤硝化反硝化微生物群落的影响

转基因作物可能通过根系分泌物和植株残体组成的改变及外源基因的转移释放令土壤微生物群落产生变化,影响土壤微生物的生态功能。氨氧化细菌和反硝化细菌是驱动土壤硝化和反硝化过程的关键微生物,其群落结构的变化直接关系土壤氮素的转化与利用。本研究利用荧光定量PCR和PCR-DGGE技术分析了转cry1Ac/cpti双价抗虫基因水稻‘Kf8’秸秆还田降解过程中,土壤氨氧化细菌和反硝化细菌群落丰度与组成的变化,探讨转基因水稻是否存在影响稻田土壤氮素转化与N2O排放的可能。结果显示:无论是氨氧化细菌amo A基因还是反硝化细菌nirS基因,其丰度在转基因水稻‘Kf8’与非转基因水稻‘Mh86’的秸秆还田土壤中都没有显著差异;转基因水稻‘Kf8’和非转基因水稻‘Mh86’秸秆还田降解过程中0~10 cm土层中的amo A基因丰度均显著高于10~20 cm及20~30 cm土层(P0.05);各深度土层中的nirS基因丰度均存在随秸秆还田时间延长而增加的趋势。水稻秸秆还田降解过程中,转基因水稻‘Kf8’的土壤氨氧化细菌和反硝化细菌的群落多样性指数及组成,均与非转基因水稻‘Mh86’没有显著差异。相关分析结果表明土壤氨氧化细菌和反硝化细菌群落组成均与水稻秸秆还田时间存在显著相关性(P=0.002),反硝化细菌群落组成还与土层深度显著相关(P=0.024)。本研究表明转cry1Ac/cpti抗虫基因水稻秸秆还田对稻田土壤硝化和反硝化关键微生物群落不会产生明显影响。就土壤微生物群落而言,转cry1Ac/cpti抗虫基因水稻秸秆还田不存在影响土壤氮素转化与N2O排放的可能。     

农杆菌介导法获得大量转双价抗虫基因水稻植株

构建含Bt杀虫基因cryIA(c)和豇豆胰蛋白酶抑制剂基因CpTI的双价抗虫转基因载体PCAM-Bt-CpTI，并用于农杆菌（Agrobacterium tumefaciens)介导法对粳稻品系“浙大19”遗传转化，约2000块盾片愈伤组织与农杆菌共培养后，得到了约1300块潮霉素抗性愈伤，从中分化抗性再生苗约1500株，对不同抗性愈伤来源的70个T0代再生株进行PCR及PCR-Southern检测，62株为转cryLA(c)和CpTI双价抗虫基因植株，阳性植株比例为88.6%，抗虫鉴定表明，3个转基因T1代株系对二化螟有很高的毒性。     

转单价及双价基因抗虫棉田棉铃虫发生动态初报

试验研究转单价及双价基因抗虫棉田棉铃虫的发生动态结果表明,转单价及双价基因抗虫棉的棉叶、蕾、铃被害率均显著低于常规棉,抗虫棉田第2代、3代棉铃虫幼虫发生数量均很少,第4代虽有一定数量发生但低于常规棉棉田。第2代、3代和4代棉铃虫发生期间,转单价及双价基因抗虫棉田其幼虫平均数量及棉叶、蕾、铃被害率均未达显著差异水平,表明在田间转单价与双价基因抗虫棉对棉铃虫的抗性差异不明显。     

西红柿原系统素基因转化水稻的抗虫性研究

构建了两个含西红柿原系统素基因的双元载体pNAR304（UbiI5’+Prosystemin+NOS3’）和pNAR305 (UbiI5’+Prosystemin+NOS3’+ PinⅡ5’+PinⅡ+PinⅡ3’)，并用农杆菌介导方法将其转入水稻品种秀水63、合江19和日本晴。经潮霉素抗性、PCR和Southern blot确证，共获得转基因水稻14株。Northern blot检测表明，原系统素基因(Prosystemin)和马铃薯蛋白酶抑制剂基因(PinⅡ)在这些转基因植株中都能转录表达。然而，植株的二化螟和褐飞虱抗虫性鉴定表明：单独转入Prosystemin（pNAR304）不能提高转基因水稻的抗虫能力；Prosystemin和PinⅡ双价（pNAR305）转基因植株能明显提高水稻的抗虫性，但其抗性水平与PinⅡ单个基因的转基因水稻植株间并无显著差异。 这表明，Prosystemin基因转入水稻并不能有效调节转基因水稻PinII基因的表达量。据此试验结果推测，水稻中可能不存在类似于西红柿系统素的信号途径，很可能水稻的伤害信号转导是经由与双子叶植物系统素体系不同的其它途径来实现的。     

转codA基因的耐盐碱水稻对大鼠生理代谢的影响及外源基因的水平转移

实验选用32只SD大鼠随机分成2组，分别饲喂含30％转codA基因水稻（Oryza sativa L．）和含30％非转基因水稻的大鼠配合饲料，2组饲料其它成分相同，各项营养指标和卫生指标均无显著差异，连续饲喂30d。结果发现，实验组大鼠体增重与对照组相比无显著差异（P〉0．05），血清中生长激素（growth hormone，GH）、胰岛素（insulin）、胰高血糖素（glucagon）、甲状腺素（triiodothyroxine T3，tetraiodothyroxine T4）、促甲状腺素（thyroid—stimulating hormone，TSH）、尿素氮（serum urea nitrogen，SUN）、葡萄糖（glucose）、谷丙转氨酶（glutamyl tranpeptidase，GPT）和血清总胆固醇（total cholesterol）等与对照组相比无显著差异（P〉0．05）。同时，分析大鼠的血液、肌肉、肝脏、胰脏、肾脏、胃及肠道内容物PCR扩增水稻内源基因SPS和外源基因codA的特异性片段在大鼠体内的转移情况，结果表明，用含转codA基因水稻的饲料饲喂大鼠，大鼠血液及各组织器官中没有发现转基因水稻内源基因和外源基因片段，而在大鼠胃、肠道内容物中发现了转基因水稻的内源基因和外源基因的片段，说明短期内转基因水稻的内源和外源基冈没有发生遗传转移。     

转OsbHLH1和Bar基因水稻及相关特性分析

OsbHLH1基因编码bHLH(basic helix-loop-helix,碱性螺旋-环-螺旋)类转录因子,与水稻耐低温相关。草铵膦是一种高效低毒灭生性除草剂,Bar基因表达产物能解除草铵膦的毒性。本实验对通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)浸染法获得的以粳型水稻(Oryza sativaL.subsp.japonica Kato)恢复系淮C17为受体的转OsbHLH1和Bar基因水稻进行研究,鉴定其除草剂抗性和耐低温能力,考查其农艺性状。草铵膦筛选发现Bar基因正常表达;对草铵膦筛选获得的转基因植株进行PCR、Southern、RT-PCR和实时荧光定量PCR检测,发现OsbHLH1基因已经整合到水稻基因组中并且在水稻中表达。转基因T3代株系芽期(萌发芽长0.5mm)在2℃条件下处理6d,第6号转基因株系死苗率为17.8%,对照死苗率为61.1%。T3代苗期(一叶一心)在8～10℃下处理7d,第5、6、9、11号株系的根长显著长于对照,第3、5、11号株系的根数显著多于对照,第3号株系的平均鲜重显著重于对照。芽期、苗期耐冷性试验表明,OsbHLH1基因在水稻中过量表达显著提高了水稻芽期、苗期的耐低温能力。对转基因T2代的农艺性状进行考查,株高、千粒重、结实率、理论产量等农艺性状与对照相比较均出现了显著的变化,外源基因的导入对水稻的农艺性状有明显影响。研究结果将为选育抗除草剂、耐低温杂交粳稻新组合提供新种质。     

水稻醇溶蛋白4a基因启动子在转基因水稻中的特异性表达

利用ＰＣＲ方法从水稻“中花８号”基因组中扩增出醇溶蛋白４ａ基因启动子后,将其与ＧＵＳ基因融合,通过基因枪法导入水稻“台北３０９”中。对转基因水稻植株进行的组织化学分析表明,ＧＵＳ基因特异性在种子的胚乳中表达,而在其它的组织中没有表达。水稻醇溶蛋白基因４ａ启动子的胚乳特异性表达可以稳定遗传到下一代。     

拟南芥CycD2基因在水稻中的表达及初步分析

细胞周期蛋白CycD2基因是在拟南芥（Arabidopsis thaliana）基因组中发现的，对调节细胞周期具有重要作用的调控因子。研究利用RT-PCR技术由拟南芥幼苗mRNA扩增了CycD2基因，构建了超量表达载体并对单子叶植物水稻（Oryza sativa ssp. japonica）进行了转化。对获得的转基因植株进行半定量RT-PCR分析表明，CycD2 mRNA的确能够在水稻中积累。超量表达CycD2的转基因水稻植株在发育早期生长与发育加快，表现为幼苗植株根长和株高均显著高于对照（转空载体植株），加快了水稻的生长速率。     

袁隆平与张启发合作推进转基因研发

在许多人看来,“杂交水稻之父”袁隆平院士的传统水稻育种技术与张启发院士的转基因水稻育种技术“泾渭分明”。但前不久袁隆平院士在与张启发院士交流后表示,对转基因作物的研发和政府的决策积极支持,他所在的国家杂交稻工程技术研究中心将与张启发科研团队加强合作。袁隆平说,为了消除公众对转基因抗虫稻米安全性顾虑,他愿作为第一个志愿者试吃转基因大米。