转基因是将人工分离或重组的遗传信息,导入动、植物早期胚、胚胎或体细胞的基因组中,准确快速地改变受体的基因结构,获得期望性状的转基因动植物。转基因技术的应用打破了种间界线,使育种工作充分利用所有遗传变异特质,经过导入、卸除或抑制部分基因,培养出独特的动、植物品种。
这一育种技术开创了动、植物育种的新领域,取得了许多既有科学指导意义又具实用价值的新成就,并进一步向生产领域扩展。按育种目的分主要有:
一、优质丰产性育种:优质丰产性育种是转基因技术育种的首要目标。90年代前在农作物上应用广泛,且主要是提高农作物产量,近年则侧重于提高品质,如:美国科学家据此提高马铃薯淀粉含量达20%~40%,最高达40%~60%,韩国用转基因技术育成了一种便于淀粉加工的特异性微型薯种,产量高达普通马铃薯产量的3倍,淀粉含量达40%。目前世界上有43种农作物品种得到改良。
近年转基因育种应用于鱼类生产,成就斐然。1995年美国西太平洋海洋研究所成功地应用转基因技术培育出一种巨型鲑鱼,比普通鲑鱼长得又快又大,平均体重是普通鲑鱼的11倍,最大个体达37倍。
美国马里兰大学生物系将生长速度较快的虹鳟鱼体内的生长激素基因,移植在普通鲤鱼体内,结果使鲜果鱼生长速度提高了22%~30%。
二、提高抗逆性育种:抗逆育种主要是提高动植物抵抗病虫害和自然灾害的能力。近年这方面的成就有:1.将病毒外壳蛋白基因移植到农作物中,使农作物能抵抗病毒感染,培育出抗病毒番茄、抗病毒烟草、抗病毒黄瓜等抗病毒作物品种;2.将从豇豆中分离出的胰蛋白酶抑制剂基因,转移给烟草、棉花等作物,培育出抗虫棉、抗虫烟草;3.将编码维斯那病毒的被膜蛋白基因,导入绵羊体细胞,从而使绵羊产生被膜蛋白阻断病毒巨噬细胞。
最具创意的是澳大利亚遗传学家将一种能溶化昆虫的几丁质基因,移植在母绵羊的皮肤上,培育皮肤有毒的绵羊品种,以消除羊毛虫等寄生虫的危害,这一创新也可扩展到长毛兔、马海毛山羊等其他毛皮动物上。
三、综合改良性育种:在保持原品种优良性状的基础上,克服或去除不良性状,添加或补充优良性状,从基因型到表现型都有所改良,转基因技术在这一领域的应用较早也较广泛。先后有水稻、小麦、玉米、苜蓿等43种植物和18种动物得到改良。例如:英国科学家将中国梅山猪的高繁殖力基因分离出来,植入英国大白猪体细胞中,使英国大白猪生长发育快、瘦肉率高、繁殖力增强。美国农业研究局狄他州饲料和草原研究所的植物学家,将旱雀麦(一种恶性杂草)的耐低温和持续旺长基因(果聚糖及其酶),移植在暖季型植物苜蓿、绊根草、高粱等中,使后者获得抗低温及持续旺长能力,延长草场青草期,缩短枯草期,对植物的破季改良育种很有启发。
四、交叉保健性育种:利用转基因技术使动物或植物内部,或者动——植物之间交叉感染病原体,生产具有免疫抗体的保健性动、植物,成为近2年转基因技术育种的热点和难点。
科学家用转基因技术将微生物抗原基因植入蔬菜、水果等植物体细胞中,培育出秧苗、移栽到农田中,生产出含有微生物抗原基因的种子或蔬菜、水果(胡萝卜、香蕉、椰菜、甘蓝、芜青等),用于人类保健防疫。如:美国科学家查尔斯·阿尔特,据此培育出含有抗B型肝炎疫苗的马铃薯之后,又正在培育含有B型肝炎疫苗的香蕉,以期实现人们只需食用果蔬就能达到免疫目的,假若这种种子能永不衰退地繁殖和生产,将在节约大量微生物抗原疫苗和免疫费用的同时,将人类事业带入新的发展阶段。
与此同时,科学家也利用转基因技术培育具有医疗保健价值的动物,以防治人类的一些顽症。如:英国农业和食品研究会用获得的转基因鸡生产带有溶菌酶的鸡肉和鸡蛋,以消除细菌对人体的危害。日本国家动物产业研究所利用转基因技术培育出能生产含有人血凝因子(治血友病)和TPA(治心血管病)鸡蛋的转基因鸡,并准备进一步开发用于治疗高血压、动脉硬化、癌症、免疫功能不全、糖尿病和老年痴呆症的转基因鸡或小鼠。
1995年美国Agracetus 公司与Bristol Myers公司合作用转基因技术,使用大豆、玉米生产抗癌药,称此技术为“生物反应器生产(PBP)”它是将抗癌基因导入作物茎中,引导作物在其子粒中生产出特定的抗癌物,并进行大量的繁殖,两家公司合作生产的玉米、大豆被称为“BR96”是一种抗癌单克隆抗体,试想若用玉米、大豆的繁殖来繁殖生产这种药品,将会给抗癌药品生产带来极大的方便,若延用生产食品加工所需的多种生物酶,将会给食品加工业带来革命性进展。