陈一文按：农业部对抗民意竭力推动转基因小麦大规模种植，委托“河南省农业科学院小麦研究中心”实施，在没有任何媒体报道情况下悄悄完成了《国家黄淮海转基因小麦中试与产业化基地项目》招标采购所需设备[注]。为便于大家全面了解农业部近年推动转基因小麦商业化种植相关情况，特地全文转载河南农业大学/国家小麦工程技术研究中心尹钧、李永春2009年6月发表的《我国小麦转基因研究的现状及发展趋势》，在“存在的问题”方面确认“小麦转基因技术的发展还不够成熟”、“小麦转基因育种的功能基因还非常有限”、“转基因小麦的生物安全性仍是研究重点”。转载者强调，这篇文章尽管未能揭示有关学者正在准备的揭露农业部转基因小麦存在的一系列更为严重的问题，但是至少强调了“小麦转基因技术的发展还不够成熟”、“转基因小麦的生物安全性仍是研究重点”，已经难能可贵，必须赞许。
[注：http://www.ccgp.gov.cn/cggg/dfbx/zbgg/201101/t20110104_1469857.shtml ]
我国小麦转基因研究的现状及发展趋势
http://www.gsagr.ac.cn/libr/kjxx/showart.asp?id=1488
：尹 钧，李永春
来源： 《中国农业信息》.-2009（6）.-13－15
单位：(河南农业大学/国家小麦工程技术研究中心，郑州 450002)
转载者：陈一文（[email protected]）
《新浪网》“陈一文顾问博客”转载：http://blog.sina.com.cn/cheniwan
《陈一文顾问网站》：http://sea3000.net/cheniwan
自1983年获得第一株转基因作物以来，作物转基因技术得到了迅猛发展，转基因作物育种已成为常规育种的有效补充。目前，几乎所有的作物都开展了转基因研究，育种目标涉及高产、优质、高效、兼抗性及多用途等诸多方面，一批抗逆性(如抗病、抗虫、抗除草剂)转基因作物已进入商品化生产阶段。由于受到转基因技术的限制，小麦转基因研究滞后于其它作物。近年来，我国在小麦转基因方面也取得了初步的进展，并获得了一批具有抗病虫、抗逆境及改善品质的转基因小麦新材料，部分品系已经进入环境释放阶段。
1 小麦转基因的方法
1.1 花粉管通道法
花粉管通道法是我国学者周光宇提出的一种非常简便的植物转基因方法，其基本原理是利用植物授粉后花粉萌发形成的花粉管，将外源DNA送入胚囊中尚不具备正常细胞壁的合子，最终直接获得转基因的种子。该方法具有突出的发展优势：比如操作简单，耗费低廉，且不需要经过繁琐的组织培养和植株再生过程，特别是可以在未分离目的基因的情况下将植物的总DNA直接用于遗传转化。正是由于上述优点，该方法自20世纪70年代末问世以来倍受广大分子育种工的青睐。
关于花粉管通道法小麦转基因研究报道始于20世纪90年代初，我国从1994年后通过该法进行小麦转基因的研究报道以每年10篇左右的速度稳步上升(图1,略)。目前，国内已报道的花粉管通法小麦转基因研究达120余篇，约占国内小麦转基因报道总数的41%(图2，略)。可见，花粉管通道法已经成为我国小麦遗传转化的主要方法。
1.2 基因枪法
基因枪法是一种借助于火药、高压放电或高压气体产生的动力，将吸附了外源DNA的微弹(直径1μm的金粉或钨粉)直接射入受体细胞核，并实现外源基因整合到受体细胞基因组中的转基因方法。由于该方法不像农杆菌介导法那样受到作物基因型的限制，也不像其它基于原生质体的转基因方法那样存在组织培养及植株再生方面的困难，所以自1987年诞生以来在各类作物转遗传转化中得到了迅速广泛的应用。
1992年，Vasil等利用基因枪法获得了世界上第一株转基因小麦，之后基因枪法成为小麦遗传转化的重要方法。我国赵天永等于1994年报道了以小麦茎尖分生组织为受体的基因枪法转基因研究，1996年夏光敏等、陈乐玫等、杜立群等和王小军等也分别报道了基因枪法小麦转基因的研究工作，之后有关基因枪法小麦转基因的研究报道以每年4篇左右的速度直线上升；1999年关于基因枪法小麦转基因的研究报道猛增到12篇，2003年后每年的研究报道都在10篇以上，而且有递增的趋势(图1，略)。目前，我国通过基因枪法进行的小麦转基因研究报道达100余篇，约占小麦转基因报道总数的34%，成为仅次于花粉管通道法的主要转基因方法(图2，略)。
1.3 农杆菌介导法
因为农杆菌具有将其Ti质粒上一段DNA(T-DNA)插入寄主植物细胞染色体中的能力，所以将目的基因插入T-DNA中间后就可以借助于农杆菌将目的基因导入受体植物细胞，并利用细胞的全能性获得转基因植株，这就是农杆菌介导法植物转基因的基本原理。该方法具有易操作、低费用、高效率、插入片段的确定性好及拷贝数低等独特优点，所以已成为目前多数作物转基因的首选方法。
农杆菌介导法最大的不足就是能否转化和转化效率极大地受寄主植物基因型的限制，单子叶植物因不是农杆菌的天然寄主所以转化更加困难。令人欣慰的是，近年来农杆菌介导法在玉米、水稻、大麦和小麦(Cheng等，1997)等单子叶作物的遗传转化方面也取得了一系列突破性进展。1998年，刘庆法等首次在国内报道了开展农杆菌介导法小麦遗传转化的研究工作。1999年，夏光敏等再次报道了利用农杆菌介导法小麦遗传转化的工作，部分小麦品种的转化效率达到了5.9%。2000年后农杆菌介导法小麦转基因的研究报道迅速增多，而且抗病虫小麦转基因研究成为研究的重点(表1，略）。从2002年开始，农杆菌介导法小麦转基因研究的报道以每年8～10篇左右的速度快速增长，到2006年累计发表相关论文达到40余篇(图1)，约占小麦转基因研究报道总数的15%(图2)。
1.4 低能离子束介导法
离子束介导的植物转基因技术是20世纪90年代初期我国发展起来的一种新的转基因方法，其基本原理是：低能离子束可使得种胚细胞刻蚀并形成多个可修复的微孔，同时带正电荷离子的注入有利于带负电荷外源基因进入细胞而实现遗传转化，然后利用细胞全能性获得转基因再生植株。
2000年，吴丽芳等报道了他们用低能离子束介导法获得转基因小麦的研究工作，用于转基因的外源基因包括了报告基因Gus、绿色荧光蛋白基因、水稻几丁质酶基因及大豆总DNA等。到2001年，我国报道的利用低能离子束介导法小麦转基因的研究论文达到10余篇，之后以每年3～5篇的速度递增，截至2006年已经有相关的报道近30篇(图1)，约占小麦转基因研究报道总数的10%(图2)。
2 小麦转基因育种的研究
2.1 抗病虫转基因研究
病虫害是造成小麦减产的重要限制因素，多年来小麦抗病虫育种一直是农业科技工的重要研究方向。由于抗病虫小麦资源较少，常规育种获得的抗性又十分有限，所以小麦抗病虫育种进展缓慢。随着植物生物技术的迅猛发展及各类抗病虫基因的分离克隆，作物抗病虫转基因育种显示出巨大的发展潜力。自1994年以来，我国在小麦抗病虫转基因研究方面也取得可喜的进展，已发表关于小麦抗病虫转基因研究的论文近60篇。用于小麦抗虫转基因研究的外源基因包括雪花莲外源凝集素基因、苏云金芽胞杆菌毒蛋白基因和蛋白酶抑制剂基因三类；用于小麦抗病转基因研究的外源基因主要包括病毒外壳蛋白编码基因、几丁质酶基因、抑菌蛋白编码基因、抗病作物总DNA及其它病程相关蛋白基因等几类(表1)。
2.2 改善小麦品质的转基因研究
随着与小麦品质性状相关分子调控机制研究的不断深入，特别是关于小麦高分子量谷蛋白亚基的研究，通过基因工程的方法改善和培育优质小麦新品种已成小麦优质育种的重要策略(Blechl等，1996；Rooke等，1999；Barro等，2003)。近年来，我国科研工在小麦转基因优质育种方面也取得了一系列新进展。按照导入外源基因的类型来分，小麦转基因品质育种主要包括转高分子量谷蛋白亚基基因、优质植物总DNA和其它与品质相关基因等三大类。
关于表达高分子量谷蛋白亚基的研究是小麦转基因品质育种的主力军。比如，唐凤兰等(2002)、张晓东等(2003)、梁静静等(2004)、汪越胜等(2005)、张晓科等(2005)、施农农等(2005)分别将优质高分子量谷蛋白亚基基因导入小麦中获得了转基因优质小麦新材料；值得注意的是，随着花粉管通道法和离子束介导法等DNA直接转化技术的不断发展和完善，许多与优质性状相关的植物总DNA也被用于小麦优质转基因育种。比如，朱新产等(1996；1998；2002)通过将豌豆花DNA直接注射入小麦节间和幼穗的方法获得转基因小麦；王秀玲等(2003)。
通过花粉管通道法将野生大豆的总DNA导入小麦获得转基因材料；姬生栋等(2001)、马华平等(2001)、王素霞等(2002)、苏明杰等(2002)、苌收伟等(2004)和程玉红等(2005)通过低能离子束介导法将大豆总DNA导入小麦；王晓娟等(2000)和倪建福等(2005)利用花粉管通道法将高粱总DNA导入小麦等。其它一些与品种性状密切相关基因的转基因研究还有：孟超敏等(2004)通过基因枪法将高赖氨酸含量基因(wblrp)和赖氨酸合成关键酶(dapA)基因导入栽培小麦品种，获得了赖氨酸含量提高10%以上的小麦株系4个；陈豫等(2004)通过基因枪法将水稻谷蛋白GluA-2基因导入小麦获得了高赖氨酸的转基因小麦材料，为提高小麦中赖氨酸含量的品质育种奠定了基础；耿洪伟等(2005，2006)和张庆祝等（2004)分别通过花粉管通道法将与籽粒硬度密切相关的puroindoline基因导入小麦，为改善小麦籽粒硬度及其加工品质奠定了基础；李加瑞等(2005)和苗红梅等(2005)分别通过RNAi技术和反义RNA技术将转基因小麦中的waxy基因沉默，获得了种子中直链淀粉的含量明显下降的转基因小麦新材料；陈国庆等(2005)通过花粉管通道法将反义蜡质基因和高分子量谷蛋白基因同时导入小麦，为改善小麦加工品质积累了材料。
2.3 耐非生物逆境胁迫的转基因研究
干旱及高盐碱等非生物逆境是影响小麦持续高产稳产的重要限制因素，近年来，我国科研工也开展了一系列小麦耐逆境胁迫的转基因研究。薛哲勇等(2003，2004)利用农杆菌介导法分别将耐盐基因AtNHXl和大肠杆菌胆碱脱氢酶基因betA导入小麦，以期获得耐盐碱的转基因小麦新材料。LEA蛋白是一类保护生物大分子及膜结构的蛋白质，在水分亏缺时它们能保护细胞膜系统及生物大分子免受破坏。冀俊丽等(2002)通过负压花粉管法将LEA类基因HVAl导入小麦以期望获得耐水分胁迫的转基因小麦材料。已有研究表明，DREB转录因子在干旱、高盐及低温胁迫信号传递中起重要作用，该基因过表达后可以提高植物对水分胁迫的耐受性。刘录祥等(2003)、押辉远等(2004)、高世庆等(2005)、郝晓燕等(2005)和王军卫等(2006)分别将不同来源的DREB基因导入小麦获得抗旱转基因小麦新材料。郭北海等(2000)采用基因枪法将玉米Ubil启动子驱动的山菠菜甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因导人小麦获得转基因材料。对转基因材料进行鉴定表明，干旱和盐胁迫条件下，转基因小麦在种子萌发、幼苗生长、根系发育以及质膜保护等方面均得到了改善，田间鉴定显示转基因小麦叶片蒸腾强度比对照明显降低(张艳敏等，2003)。海藻糖是一种广泛存在于那些高度耐水分胁迫的生物体内的物质，它对许多处于逆境的低等生物维持生命、抵抗不良环境胁迫起着重要调节作用。已有研究表明，在水稻、甜菜、马铃薯等作物中过量表达海藻糖后可以大大提高转基因作物的扰旱和抗寒能力，所以将海藻糖合成酶基因导入作物已成为抗旱转基因研究的重要策略。刘录祥等(2003)将大肠杆菌的海藻糖合成酶基因导入小麦以期获得耐旱的小麦材料。国家小麦工程技术研究中心尹钧课题组也获得了转海藻糖合成酶基因的可育小麦新材料，关于转基因材料的抗旱特性研究正在进行中。随着我国花粉管通道法等DNA直接转化技术的成熟和发展，将抗旱和耐盐碱植物的总DNA导入小麦来培育抗逆新材料也成为一种可行的方法。比如，将高粱总DNA(裴新梧等，1999)、将芦苇草DNA(刘志生等，1998)以及长穗冰草DNA(黄承彦等，2000)导入小麦后都是选择培育抗逆小麦新材料的可行策略。
2.4 其它方面的小麦转基因研究
小麦是严格的自花授粉作物，其物理去雄非常烦琐、化学去雄易造成环境污染和其他的副作用，目前发现的胞质雄性不育系也由于恢复源偏少等原因极大限制了小麦杂种优势利用。随着植物生物技术的发展，通过转基因技术创造小麦雄性不育材料已成为可能。近年来，我国科研工在这方面也取得了一些新的进展。比如，傅荣昭等(1997)将人工构建的雄性不育基因（TA29-Barnase基因)导入小麦栽培品种豫责18的幼胚细胞，并获得了转基因植株；李艳红等(1999)以自己克隆的肌动蛋白基因为基础，构建了一种新的人工雄性不育嵌合基因，并获得转基因小麦材料。
化学除草剂的合理使用极大地解放了农业生产的劳动力，并有效提高了作物生产效率。但是，由于除草剂通过影响和阻断植物的生理生化过程来达到除草的目的，所以在一定程度上也会对作物的生长会造成伤害，这已成为限制化学除草广泛应用的主要限制因素。所以，通过培育抗除草剂转基因作物来推动化学除草技术的推广应用已成为作物转基因研究的重要内容。1992年，Vasil等获得了世界上第一株抗除草剂转基因小麦。近年来，我国关于抗除草剂小麦转基因方面的研究也有一些报道(柯遐义等，1997；黄粤等，1997；王小军等，1996；赵虹等，2002；张媛媛等，2005)。
穗发芽是一种世界性的气候灾害，在我国小麦产区约有85%的地区存在穗发芽问题，小麦穗发芽后会导致产量降低、品质恶化，甚至丧失食用、加工和种用价值，给小麦生产造成严重的经济损失。虽然穗发芽问题一直是世界各国农业科学研究的重要领域，但由于遗传资源所限，小麦抗穗发芽育种尚未有突破性进展，穗发芽问题仍然是影晌小麦生产的瓶颈问题。国家小麦工程技术研究中心尹钧课题组利用基因枪法获得了转反义硫氧还蛋白基因的抗穗发芽转基因小麦材料。研究表明，转基因小麦种子比非转基因小麦的萌动时间明显延长，转基因小麦从开花后30天至后熟25天这一时期内，穗发芽受到明显的抑制，人工模拟降雨穗发芽试验充分验证了转基因小麦具有较强的抗穗发芽能力。目前，转基因抗穗发芽小麦已通过国家转基因植物的安全评价，完成在河南省的中间试验，并进入生产释放与应用阶段。
3 存在的问题及前景展望
作物转基因育种和常规育种相比具有明显的发展优势，因为它不仅极大地拓宽了育种的基因来源(如动物、植物、微生物和人工合成)，而且可以实现高效精确的遗传改良，更为重要的是抗病虫等转基因育种的发展将有效减轻农田的环境污染。但其研究仍然存在较多的问题。
3.1 小麦转基因技术的发展还不够成熟
目前，国内仍以花粉通道法为主进行小麦转基因研究(图2)，但是由于花粉管通道法的遗传转化的效率还较低，而且外源基因整合的随机性很强等明显的缺点还是限制了其发展速度(图1)。基因枪法的不足是成本昂贵、、转化率因受体材料基因型不同变化较大、外援基因拷贝数高，而且转基因时插入片段的确定性较差。农杆菌介导法也因为受基因型的影响很大，所以在小麦转化中效率较低，转基因的方法还不成熟。在组织培养方面，小麦胚性愈伤组织的获得还比较困难，实验的成功与否在很大程度上依赖于研究者的经验这也是限制小麦转基因发展的重要因素。总的来看，农杆菌介导法小麦转基因研究已经取得一些初步进展，而且其发展速度很快，未来几年内关于农杆菌介导法小麦转基因的研究将会迅速增加。不过，以花粉管通道法和粒子束介导法为主的DNA直接转化技术在近几年内将仍占主导地位。
3.2 小麦转基因育种的功能基因还非常有限
可用于小麦转基因育种的功能基因，特别是控制小麦重要性状的功能基因还非常有限，这是限制小麦转基因育种发展的主要因素。比如抗虫转基因育种中，目前可以利用的主要是Bt基因、蛋白酶抑制剂基因和外源凝集素基因等非常有限的几种；改善品质的基因目前仍主要局限于高分子量谷蛋白亚基基因等有限的范围内等。所以，未来关于小麦功能基因的深入研究和开发将仍是研究的重点，特别是那些与高产、优质、抗逆性、株型、高光效密切相关的基因将是研究的热点。
3.3 转基因小麦的生物安全性仍是研究重点
转基因小麦的生物安全性可分为生态安全性和食品安全性两类：生态安全性主要表现在转基因的飘移方面，食品安全性主要集中在标记基因的水平转移和表达产物是否会对食用这产生副作用方面。所以，关于如何最大限度地消除转基因小麦可能带来的生物安全性风险将是很长一段时间转基因小麦研究的重要方向。目前，国内外已经开展了一系列的相关研究，已设计了一系列安全性转基因育种的分子策略(李永春等，2003)。需要特别指出的是，转基因小麦和其它转基因作物一道必将得到快速的发展，而且会向着精确性、高效性和多样性的方向转变，小麦转基因育种将和常规育种结合，为人类提供更加安全优质的小麦产品。
3.4 转基因育种是分子育种的主要途径之一
我国“十一五”科技规划把分子育种作为重点领域，确定为育种理论与育种技术创新发展的方向。因此，加强主要农作物重要性状功能基因研究，获得具有知识产权的功能基因是实现分子育种自主创新的关键，也是转基因育种的重要基础。小麦作物我国第二大作物，在国家粮食安全中占举足轻重的地位，也是遗传背景比较复杂的多倍体作物，外源基因功能表达难度更大，分子育种技术要求更高，应从理论与技术方面进一步加强研究，才能实现理论与技术的突破。
单位：(河南农业大学/国家小麦工程技术研究中心，郑州 450002)
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