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自人類耕作以來，就在探索有效防除雜草的途徑。草甘膦，因能在結(jié)構(gòu)上阻斷植物體內(nèi)芳香族氨基酸生物合成，導致雜草和作物死亡，有效控制危害最嚴重78種雜草中的76種，而占據(jù)著農(nóng)藥銷售榜的首位。
科學家夢想將抗草甘膦基因?qū)胱魑镏校@得抗草甘膦的轉(zhuǎn)基因作物。抗除草劑，便成為轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化后，最具優(yōu)勢的性狀之一。
這些特性首先增加了作物的產(chǎn)量。“種植抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物可采用窄行間距方法，比如轉(zhuǎn)基因抗除草劑大豆的行間距能從76厘米縮小到33厘米或更小。”中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所所長林敏介紹說，從1996年以來，美國采用窄行間距方式使大豆增產(chǎn)35%。
此外，種植的抗除草劑轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物在使用除草劑后，對田間作物的殘留物無需進行處理，減少了勞動力的數(shù)量和力度。據(jù)了解，如果每年種植抗草甘膦轉(zhuǎn)基因玉米1000萬畝，平均每畝可減少除草用工3個，每年可減少3000萬勞動工作日。同時，因為每畝玉米增產(chǎn)30—50公斤，農(nóng)民每畝可增收50—100元。
2011年，全球耐除草劑性狀的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物占到總轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物種植面積的59%。面對如此龐大的市場，美國孟山都等公司在投巨資開展基因研究和開發(fā)的同時，申請并獲得了上百項與草甘膦抗性相關基因的專利。目前推廣的抗草甘膦作物品種中，有69.2%由孟山都研成。
我國每年因雜草引起損失約占糧食總產(chǎn)的10%。但由于抗草甘膦基因長期開發(fā)的欠缺，始終沒有商業(yè)化生產(chǎn)的抗草甘膦轉(zhuǎn)基因作物品種。突出跨國公司的壟斷，成為緊迫的使命。
中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所研究小組臨危受命，與北京大學等研究單位密切合作，開始了自主創(chuàng)新抗除草劑轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的研發(fā)之路。
中國科學家采取3條技術路線齊頭并進的方法：首先利用我國極其豐富的污染環(huán)境微生物基因資源優(yōu)勢，建成一批具有中國特色和自主知識產(chǎn)權(quán)的功能菌株庫、功能基因庫和分子酶庫。另一方面，建立環(huán)境基因組學技術、功能基因組學分析技術、高通量表達篩選技術以及高水平技術等先進技術進行集成。同時，完善極端污染土壤微生物樣品的DNA免培養(yǎng)分離技術及功能基因篩選平臺，以及草甘膦抗性基因作為篩選標記的基因表達和功能鑒定的真核篩選系統(tǒng)。
通過努力，結(jié)構(gòu)新穎、功能明確、草甘膦抗性顯著的EPSP合成酶基因誕生。這是一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型抗草甘膦基因，同時獲得了國內(nèi)發(fā)明專利和美國專利。
其中，G2-EPSPS基因作為研究組從免培養(yǎng)技術構(gòu)建的群落水平DNA庫中分離鑒定的第一個抗草甘膦基因，成為草甘膦抗性最強、酶活最高的基因之一。
“經(jīng)試驗，G2-EPSPS基因的結(jié)構(gòu)新穎，在核酸水平上與已見報道的EPSP合成酶編碼基因無任何同源性，與孟山都公司專利報道的根癌農(nóng)桿菌CP4的同源性為24.53%，且不含有專利保護序列和突變位點。在酶學水平上G2-EPSPS基因草甘膦耐受性高于孟山都公司的CP4-EPSPS基因，是一個具有自主知識產(chǎn)權(quán)和重要育種價值的新型抗草甘膦基因。”林敏強調(diào)說。
該小組同時與國內(nèi)眾多研究機構(gòu)以及北京奧瑞金種業(yè)有限公司等合作，開展了轉(zhuǎn)G2-EPSPS基因玉米、棉花、油菜、水稻、大豆和小麥等的研發(fā)工作。
從2010年開始，經(jīng)過北京、海南兩地連續(xù)三代試驗，奧瑞金研究人員發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因玉米在田間生產(chǎn)上能穩(wěn)定耐受使用劑量5倍的草甘膦。模擬農(nóng)民噴施除草劑的方法后，也發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因玉米在能耐8倍的草甘瞵。研究人員在北京、海南兩地的兩個生長季節(jié)，對轉(zhuǎn)基因玉米的農(nóng)藝性狀進行了觀察和測量，結(jié)果表明，與非轉(zhuǎn)基因受體玉米相比，轉(zhuǎn)基因玉米除耐草甘膦目標性狀以外，其他農(nóng)藝性狀等均與非轉(zhuǎn)基因受體玉米沒有差異。
同時，對進入生產(chǎn)性試驗的抗草甘膦轉(zhuǎn)基因玉米的環(huán)境安全和食品安全，研究小組委托國家認可的兩家檢測機構(gòu)中國農(nóng)科院植保所和中國農(nóng)業(yè)大學食品安全檢測中心分別進行試驗。
“2009年邁出了產(chǎn)業(yè)化過程中最關鍵的一步，我們與種業(yè)公司簽訂了基因獨家使用和共同推進產(chǎn)業(yè)化協(xié)議。利用本發(fā)明專利所保護的EPSP合成酶基因培育出轉(zhuǎn)基因抗草甘膦玉米，進行了轉(zhuǎn)基因生物安全的中間試驗和環(huán)境釋放試驗，于2012年獲得農(nóng)業(yè)部批準，進入生產(chǎn)性試驗階段，這也是轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)業(yè)化應用的關鍵階段，如能在今后兩年內(nèi)獲得生物安全評價的安全證書，3—5年內(nèi)獲得品種審定并實現(xiàn)商品化生產(chǎn)，將有利于打破跨國公司在抗除草劑轉(zhuǎn)基因產(chǎn)業(yè)上的壟斷。”林敏說。
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