转基因玉米

2013-06-26 | 作者: | 标签: 玉米


图自earthtimes.org

玉米是全球分布最广的粮食作物,也是中国最重要的作物之一,种植面积和总产均居第2 位。随着人口的增加和经济的发展,中国粮食的进口特别是饲料玉米的进口呈增加趋势。

1996年转基因抗虫玉米开始大规模商业化种植,当年只有美国种植转基因玉米30万公顷, 第二年加拿大加入到种植行列中来, 第三年西班牙和法国加入到种植行列中, 使得转基因玉米的种植国家增加到了4个,到2010年,转基因玉米的种植面积达到4680万公顷, 仅次于大豆, 占转基因种植面积的31%。占到玉米种植面积的26%,比1996年增加了将近156倍。种植转基因玉米的国家增加到16个, 占转基因作物种植国家总数( 29个)的一半以上, 在所有已商业化种植的转基因作物中, 种植转基因玉米的国家数量最多。按照种植面积的次序依次为美国、巴西、、加拿大、阿根廷、南非、乌拉圭、菲律宾、西班牙、智利、洪都拉斯、捷克、葡萄牙、罗马尼亚、波兰、埃及、斯罗文尼亚。
 
转基因玉米标志性事件:
 
1990 年,Fromm 和Gordonkamm等首次获得可育的转基因玉米植株,使得利用转基因技术进行玉米品种改良成为可能;
 
1995年,美国批准了先正达公司研发的抗虫转基因玉米BT176的食用、饲用和商业化种植;
 
1995年,美国批准了拜耳公司研发的耐除草剂转基因玉米T14的食用、饲用和商业化种植;
 
1996年,美国批准了先正达公司研发的抗虫耐除草剂复合性状转基因玉米BT11的食用、饲用和商业化种植;
 
1998年,欧盟批准美国先正达公司研发的抗虫耐除草剂复合性状转基因玉米BT11的食用、饲用和商业化种植;
 
1998年.美国批准了国际先锋种子公司研制的转基因耐除草剂与不育基因的转基因玉米676,678,680食用、饲用和商业化种植;
 
2004年,中国批准了转基因抗虫玉米BT176、MON863,耐除草剂玉米GA21、T25和复合性状抗虫加耐除草剂玉米BT11和TC1507的食用和饲用;
 
2006年,加拿大批准了高赖氨酸转基因玉米LY038食用、饲用和商业化种植;
 
2006年,美国批准了孟山都研制的转基因抗虫基因与高赖氨酸基因复合性状的LY038+MON810食用和饲用。
 
1、研发现状
 
目前获准商业化生产的转基因玉米的转化事件共有65 个,包括抗虫基因、耐除草剂、耐除草剂与抗虫复合性状、高氨基酸含量,雄性不育基因等。其中耐除草剂的转基因玉米有6个,抗虫转基因玉米有7个,复合性状的转基因玉米有49个。2009年,陶氏益农公司研制了含有8个基因(pat、cp4 epsps 、cry1Fa2、cry1A.105、cry2Ab、cry3Bb1、cry34Ab1、cry35Ab1)的抗虫耐除草剂转基因玉米。中国批准了11种转基因玉米进口用作原料加工,2009年批准了转植酸酶玉米的安全证书,但未进入商业化种植。
 
1.1 耐除草剂转基因玉米 
 
目前批准商业化种植的单性状耐除草剂转基因玉米转化事件共4个,包括孟山都的GA21、NK603和拜耳公司培育的T14和T25。其中GA21和NK603为耐草甘膦转基因玉米,GA21中含有修饰过的玉米自身的epsps基因,NK603中含有cp4- epsps。T14和T25为耐草铵磷转基因玉米,转化体中含有pat基因。
 
1.2 抗虫转基因玉米
 
单性状抗虫转基因玉米转化事件共4个,包括先正达公司的MIR604和MIR162,以及孟山都公司的Mon810和Mon863。MIR604中含有抗虫基因mcry3A,MIR162中含有抗虫基因vip3Aa20,Mon810中含有抗虫基因cry1Ab, Mon863中含有抗虫基因cry3Bb1。MIR604和Mon863具有抗线虫的特性,Mon810和MIR162能抗鳞翅目害虫。
 
1. 3高赖氨酸转基因玉米
 
cordapA基因克隆自谷氨酸棒状杆菌,该基因编码一种对赖氨酸不敏感的酶,这是一种在赖氨酸合成途径中的调控酶,对赖氨酸反馈抑制不敏感,它在玉米中的表达导致了籽粒中游离赖氨酸的含量提高。高赖氨酸转基因玉米LY038 2005年首次在美国批准食用和饲用,目前已在澳大利亚、加拿大、日本、菲律宾、墨西哥、台湾批准食用、饲用和田间释放。
 
1.4 雄性不育性状转基因玉米 
 
转基因玉米MS3和MS6,是拜耳作物科学公司1996年选育的兼有对草胺磷抗性和雄性不育性状的转基因玉米品种,用于人类消费及牲畜饲料。1996年美国批准了MS3和MS6的食用饲用和田间种植。MS3和MS6品种包含克隆自解淀粉芽孢杆菌的雄性不育基因,解淀粉芽孢杆菌是一种普通的土壤细菌,常用作工业酶的来源。雄性不育基因编码一个核糖核酸酶(RNA酶),仅在花粉发育阶段的花粉囊的绒毡层细胞中表达。RNA酶影响RNA的生产,扰乱正常的细胞功能,阻止早期的花粉发育,最终导致雄性不育。
 
1998年美国批准了先锋公司研制了雄性不育和耐除草剂性状的玉米676, 678, 680的食用饲用和田间种植。2011年批准了先锋公司的雄性不育玉米DP32138-1/2。
 
1. 5转植酸酶基因玉米 
 
中国农业科学院生物技术研究所的研究者将黑曲霉来源的phyA2 基因通过基因枪法转化至玉米,转基因植株植酸酶表达量是野生型菌株的30 倍,并能分泌到玉米植株根组织周围,高效利用植酸磷。2009年中国批准了转基因植酸酶玉米的安全证书。
 
1.6 复合性状转基因玉米
 
在所有65个转化事件中,复合性状转基因玉米转化事件为51个,同时兼有抗虫与耐除草剂的转基因玉米有44个,占到所有转化事件的68%。大部分抗虫耐除草剂转基因玉米是通过抗虫转基因玉米与耐除草剂转基因玉米通过有性杂交获得的。另外,同时含有两个抗虫基因的有15个转化事件,含有3个抗虫基因的有6个转化事件,含有4个抗虫基因的一个转化事件,含有5个抗虫基因的有的2个转化事件,其中一个是孟山都公司2009年选育的耐除草剂抗虫性复合性状的MON 89034 x DAS1507-1 x DAS 59122-7,含有5个抗虫基因cry1A.105,cry2Ab2 、 cry1F 、 cry34Ab1,cry35Ab1 和一个除草剂抗性基因pat,另一个是先正达种子公司2011年选育的抗虫耐除草剂复合性状的Bt11 x DAS 59122-7 x MIR604 x TC1507 x GA21,含有5个抗虫基因cry1Ab,cry34Ab1、cry35Ab1,cry3Aa2,cry1F和2个除草剂抗性基因pat、 mEPSPS。
 
2、商业化应用及效益
 
1996年,美国和加拿大开始商业化种植抗虫转基因玉米BT176,种植面积为30万公顷。1997年加拿大和美国,种植转基因玉米320万公顷,第三年阿根廷、南非、西班牙和法国加入到种植行列中, 使得转基因玉米的种植国家增加到了6个,种植面积达到830万公顷,到2005年全球种植转基因玉米的国家达到12个,面积达到2120万公顷,2009年全球种植转基因玉米的国家达到16个,面积达到4170万公顷。
 
到2010年,转基因玉米的种植面积为4600万公顷,其中美国玉米为3061.6万公顷;巴西730万公顷;阿根廷大豆种植面积为300万公顷;加拿大为130万公顷;南非为190万公顷,这5个国家种植的转基因玉米占到总面积的96%。
 
世界各国对转基因玉米在本国的应用都进行了法律规定,截止目前,全球共有29个国家和地区种植或进口转基因玉米,其中种植转基因玉米的国家有16个,进口转基因玉米的国家13个。
 
转基因玉米的种植带来了巨大的经济效益,1996年农民种植转基因玉米的收益为1千9百万美元,1997年为1亿9千万美元,到2006年净收益为14亿美元, 2007年净收益为24亿美元,2008年的净收益为30亿美元,2009年的净收益为42亿美元。从1996-2009年农民种植转基因玉米带来的收益为167 亿美元。
 
资料来源:
 
农业部农业转基因生物安全管理办公室等,《转基因30年实践》,中国农业科学技术出版社,2012

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