转基因麦类作物：未来前景
丁香园
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1. 引言
在过去的几年中，转基因作物的前景已被广泛评述 [1，2 ] ，本章将不再重复这些信息，而是重点讨论来自传统科学文献，以及已授权和/或正在申请的专利 [3 , 4 ] 的最新研究进展。此类资料可以从一些国际网站在线免费获取（ http://www .uspto.gov /patft/index. html ；http ：//www . bios, net/ daisy/bios/50；http：//www . surfip . gov. sg / ) ，通过查阅相关资料评估未来转基因作物商业化趋势不失是一种极好的方法。
2. 田间试验数据资料
通过查阅转基因作物田间试验申请的相关资料，可以评估转基因作物未来优先商业化发展的时间进程和长期发展趋势。从事此类试验的每一个主要国家的网站都可在线获取这些信息 。对于美国而言，通过进入生物技术信息系统（ Information Systems for Biotechnology ， ISB) 网站 （ http: // www .nbiap.vt.edu / cfdocs/ fieldtestsl.cfm) ，可轻易地获取美国农业部动植物检疫局（USDA APHIS ) 数据。搜索 2007 年 3 月的数据库，显示共有 420 项小麦田间试验申请、72 项大麦的申请和 1 项燕麦的申请（从 1998 年开始）。2006 年 1 月至 2007 年 3 月间，共有 28 份转基因小麦的田间试验申请，表 20.1 是最近小麦申请的项目。表 20.2 是大麦田间试验申请的相关信息。欧盟依据 90/220/EFC ( 欧共体）条例实施的实验资料，来自网站 http: // biotech. jrc.it / deliberate/ gmo. asp 提供的数据；依据 2001/18/EC 条例实施的最新实验数据，可以从 http: //gmoinfo. jrc. it / 网站获得；1999 年以前的资料从 OECD 网站获得（http: //webdominol. oecd. org / ehs / biotrack, nsf/ by% 20 organism ? opendatabas)。
3. 遗传转化方法
现在，小麦 [5, 6 ] 和大麦 [ 7 ] 有相对成熟的转化体系，而燕麦 [ 8 ] 的转化技术还不太成熟。目前，小麦 [10，11 ] 和大麦 [12, 13 ] 转基因研究的重点是，不断提高农杆菌介导法的转化效率 [9 ]，以及不复杂的组培技术的应用。此外，一些较简单的整合模式 [14~17 ] 和改进的共转化 [ 18 ] 等方法也正在被不断地开发出来。可以预期，这些方法将与质体转化方法（美国专利：7186560) —起继续发展与完善（ 表20. 1)。
除了较为“经典”的核转化方法外，其他一些新技术，如激光微束刺穿法[19] 和电穿孔法[ 20 ] 也已被开发出来。
4. 农艺性状
由于涉及商业机密，在近期开展的田间试验中，所测定的许多性状（表 20. 1 和表 20.2)，包括农艺性状，其全部细节无法得知。以下的综述将采用已公开的一些资料。
4.1 耐除草剂
小麦耐除草剂的例子，最成功的或许是小麦抗草甘膦。这些小麦已在许多地点开展了相关的测试，最近的一项研究表明 [21]，草甘膦控制杂草的效果往往比传统的除草剂更好； 与常用的灌装混合除草剂相比，草甘膦防治小麦杂草可增产约 10%。这些普通小麦转基因品系，以及转同效基因的硬质小麦品系，已获得加拿大管理部门的批准：“……，自 2007 年 1 月 4 日起， （ 加拿大）植物产品理事会的植物生物安全办公室 ( Plant Biosafety Office， PBO) 和动物健康与生产处伺养管理部门，授权自由地环境释放 CLEARFIELD 硬粒小麦品系 DW 2 、 DW 6 和 DW12，并批准硬质小麦项目 DW12 可用作牲畜伺料。任何由 DW 2、DW 6 和 DW12 品系中衍生出的品系也可以环境释放，任何由 DW12 品系衍生出的品系可以用作牲畜词料……”。同样，“自 2006 年 6 月 22 日起，普通小麦品系 BW255-2 和 BW238-3 也被批准环境释放和用作牲畜伺料”。尽管上述品系已通过审批，但能否完全商业化还不能确定。
4.2 耐虫性
最近与耐虫性相关的研究报道有：利用豇豆胰蛋白酶抑制剂防治麦蛾（Sitotroga cerealella Olivier) [ 22 ] , 利用马铃暮蛋白酶抑制剂（PIN2 ) 防治线虫 [23]。
4.3 耐病性
4.3.1 真菌
最近，多数转基因小麦和大麦的田间试验涉及抗真菌研究（表 20. 1 和表 20.2)。
其中一个申请项目来自先正达公司，它们申请在加拿大马的尼托巴种植抗镰刀菌的材料 ( 申请号 06-sbil-295 - wht01-0871-mb007-01) 。其他已报道的研究还包括提高综合抗性[24]、抗网腫黑稿病 （TriZeiia caries) [ 25]、抗白粉病（Blumeria grominis) [26，27 ] 、抗赤霉病 （ gramineamm ) [ 28~31 ] 、抗小麦叶镑病 （ Paccinia iri( icina ) 等试验 [32]。有报道 [33]，在转基因燕麦种子中表达大麦硫素蛋白（hordothionin ) ，获得对镰刀菌的抗性。除了这些特异性基因的研究外，还有报道通过优化启动子，以调控基因在需要的植物器官中的表达（表 20.3和表 20.4)。例如，大麦 Lem2 基因启动子，调控基因在禾谷类作物幼穗特定发育时期和特定组织细胞中表达，尤其是在外稃和外果皮中表达 [34]。
4.3.2 病毒
最近，报道了两例关于转基因小麦获得抗大麦黄矮病毒（ BYDV) 的研究，一 例是表达由大麦黄矮病毒病（ BYDV) GPV 菌株的双链复制酶（ dsRNA) 为茎、外壳蛋白基因同源反义 RNA 为环构建的复合发夹 RNA (hpRNA) 结构 [35]，另一例是表达裂殖酵母（SciizosaccAaromyces）的 pacl 基因 [36]。
4.3.3 耐非生物逆境
与抗病相比，耐非生物逆境研究的报道较少。已报道的有甘露醇积累转基因小麦耐盐和水胁迫 [37]，以及转大麦 HAVI 基因使燕麦具有耐盐性[ 38]。最近，来自抗冻多肽的抗冻蛋白 HPLC-6 , 经重新合理构建后转入小麦中，转基因小麦表现出极强的抗冻能力，即使低至 -7℃ 时，也表现出显著的防冻保护能力 [37]。不久前，一项来自澳大利亚的小麦田间试验申请特别令人关注（目录 071/2006) ( http: // www . ogtr . gov. au/rtf / ir / dir071appsum . rtf) ，“每个转基因小麦株系均携有 6 个可提高耐旱性的基因编码蛋白中的 1 个。这些基因有来自植物的拟南芥和玉米、来自苔藓的小立碗藓和来自酵母的酿酒酵母。每个基因都构建了两种表达框，一种由胁迫诱导启动子启动，另一种由组成型启动子启动，由此构建的 12 个不同的基因结构，转化获得了 30 个转基因小麦株系”。还有报道称，通过异位表达小 RAC/ R0P 家族的 G 蛋白，转基因大麦株系获得了生物和非生物逆境的抗性 [40]。也有报道，在大麦中超表达 1，3- 脂肪氧化酶基因，可修饰羟脂代谢信号通路，从而延缓植株的衰老[41]。
5. 品质性状
5.1 蛋白质和淀粉
目前，有许多报道通过转基因改良谷物种子蛋白质成分的研究。例如，通过基因操作可以改变小麦中高分子质量（HMW) 的谷蛋白亚基的组成，而并不影响小麦农艺性状 [ 42 ] 。最近研究发现，高水平表达高分子质量亚基1D x 5 和/或 1Dy10 的转基因小麦，其面团具有较髙的搅拌强度和韧性 [ 43 ] 。一项相关研究表明，两份分别含有约 20 个和 50 个 HMW 谷蛋白单基因拷贝及其启动子的转基因小麦株系中，检测到了相关的染色质解凝过程[ 44 ] 。在反义抑制硫氧还蛋白积累的转基因株系中，已检测到谷蛋白的降解 [45]。另一种改良蛋白品质的方法，是通过野生型基因序列互补其无效等位基因，使转基因小麦恢复了软质表型 [46]。
有关改良淀粉品质的报道并不多。一个报道是 RNA 沉默 Waxy 基因，使转基因小麦籽粒直链淀粉含量降低 [ 47 ] 。在一项更深入的研究中，转改良的玉米 ADP- 葡萄糖腺苷二磷酸焦磷酸化酶大亚基（sh2r6hs) 基因的小麦，进行了田间试验测试。采用不同种植密度和灌溉方式，在 3 个点进行了超过 4 年的转基因田间测试，结果表明，稀植 、灌溉环境比密植、旱作环境条件下更有可能显著提高产量。由此认为，有限的非生物资源的反而会限制由心相关基因的增产效果 [ 48 ] 。
其他一些研究进展是关于在转基因禾谷类作物中酶的产生的质量或数量（ 见 5.2 节）。例如，在转基因小麦中生产热稳定的植酸酶 [ 49 ] ; 通过增强 HvGAMYB 转录因子的表达，转基因大麦提高糊粉粒细胞水解酶的产量，从而改进麦芽品质 [50]。
正如其他转基因研究一样，这些研究的成功取决于合适的启动子的利用； 近期一项研究研发出一种新的顺式作用元件 ESP，它在燕麦球蛋白启动子中可促进目的基因在胚乳中特异性的高水平表达 [ 51 ] 。
5.2 生物燃料
当前，随着对减缓全球温室效应的日益重视，世界各国关注如何提高植物能源比例 ，从而减少非化石燃料。
背景
生物燃料指由淀粉或碳水化合物的聚合物（ 特别是纤维素）获得的生物乙醇或其他醇类，或由油脂类物质生产的生物柴油。目前，在巴西等一些国家，生物燃料已经成为主要的燃料，在其他许多国家，低浓度的生物燃料用作添加剂。当前国际上的相关动态 ，包括联合国最新公布的合作项目，可从国际农业生物技术应用服务组织（ISAAA) 的生物燃料附录 （http/ / www . isaaa.org / kc/ cropbiotechupdate/ biofuels/ news/ 2007/03/09 ) 和生物燃料评述 （ http ://www . biofuelreview.eom / content/ view / 799 / 2 / ) 等网页中获取。据估计，目前全球玉米产值约有 220 亿美元，由于美国和其他一些国家对玉米的基因改良品种及生物乙醇需求的扩大，预计至 2020 年其产值可达 350 亿美元 [ 52 ] 。在欧洲， 2003 年颁布了生物燃料条例，目的在于促进运输行业使用生物燃料和其他可再生燃料，这也为各成员国提出了指导性目标。为了达到 2010 年生物燃料占运输业燃料市场总份额 5.75% 的目标，欧洲委员会米纳了欧盟生物燃料的战略（ http ://ec. europa. eu / en _ergy /res /biomass_ action _ plan / doc/2006_ 02_ 08_ comm __ eu — strategy _ en. pdf) , EPOBIO 联合组织概括了进一步的研究工作（ http: // www.epobio.net/ ) 。有关英国产业定位的总结见网页 http: // www . bcsbioscience. co. uk / bcs/ biocms/ biocms. nsf/id / bunb-68bgu 4? OpenDocument。
先正达公司推出的玉米品系 3272，可能是专用于生产生物乙醇的最优良转基因品系。该品系经改良后含有玉米淀粉酶，这为生产乙醇的生物工艺过程改进了玉米淀粉转化为糖的发酵能力。该产品正在进行优良品系培育、田间试验和监管机构的备案，计划在 2008 年前进人生产。据先正达公司估计，美国种植生产乙醇专用玉米的比例，将从 2003 年和 2004 年的约 10%，增加到 2008 年的 30%，以后甚至更高，而乙醇的产量从不足 50 亿加仑/年，到 2011 年的将接近 150 亿加仑/年。新型生物乙醇或转基因生物乙醇的核心科技，是利用更高效的酶将淀粉或纤维素等生物质转化为可发酵的糖类。正如目前许多在生物技术和食品生产中使用的其他酶一样，可以预计这类酶有许多将需要经过基因重组，或者说需要转基因改良。许多公司正大量地投资于该项技术的研发。有关这一领域的经济趋势分析（ http://www. purchasing, com / index. asp? layout= articlePrint&articleID= CA6 4 1 9 0 8 2 ) 指出 “杰能科公司正致力于生物酶商业开发，以适用于未来纤维素生物燃料生产的需要。其他大公司，包括先正达公司、 Diversa公司、杜邦公司、诺维信（Novozymes) 公司和 Codexis 公司等也正在开展类似的项目研发 ”。
除了玉米 3272 品系外，先正达公司还希望研制一种所需的酶，以在绿色植物中生产纤维素生物燃料。它声称，与传统的生产方法如发酵工艺相比，这种植物表达的酶可为生物燃料生产“提供最低成本的酶制剂”。 Diversa 公司在生物燃料项目上与先正达公司合作，正在从各种资源中寻找编码纤维素降解酶的基因，包括从天然消化纤维素的牛胃中。 2007 年 1 月 8 日，最新公布的商业投资报告（ http: // www.seedquest.com / news /releases/2007/january /18020.htm ) 中，提到了先正达公司和 Diversa 公司特别联合投资的项目。这个新协议允许Diversa 公司利用其专有的平台独立开发和商业化生产基于发酵技术的酶制品，而先正达公司将独家享有在植物中表达这些酶的使用权，以便提高生产经济效益。很可能这项技术的许多内容适用于任何生物质，无论是来自玉米还是其他禾谷类作物。最近，美国农业部的一份报告总结了有关身份认证（ identity preservation) 的问题，特别是有关美国玉米，包括生物燃料玉米的 IP 问题 [53]。
毫不意外，反对利用转基因植物作为原料生产生物燃料，或所谓的怪物燃料的声音多来自一些媒体（http://www . newstatesman. com / 200608070031 ) , 以及其他一些运动组织（http://www . i-sis. org. uk/nbr. php) 。
除了蓄意的政治反对外，也存在某些基于经济原因误导的反对意见 [54, 55]。概括这些观点认为，生产玉米生物质燃料所消耗的燃料，比其产生的燃料还要多 29%，如生产大豆生物柴油需要多消耗 27% 的燃料； 柳枝稷要多用 45%；木质生物质要多用 57% ; 向日葵要多消耗 118%。大众所关注的问题是，美国 18% 的玉米已用于生产汽车所消耗的乙醇，而不是用作粮食，将来消耗掉的可能更多。在欧洲，面临着同样的问题 ，那就是小麦抑或是大麦将被用作生物燃料的原料。
5.3 生物制药
虽然利用植物获得活性蛋白至今没有获得商业上的成功 [57]，但是过去十年间，相对于利用微生物获取活性蛋白，其受到了更多的关注 [56]。Ventria 公司是开发植物活性蛋白的企业之一，其生产平台是基于在水稻和大麦种子中表达外源基因。在美国，用于生产乳铁蛋白和其他化合物的转基因作物已经开展了田间试验。最近相关的研究报道 ，包括在大麦胚乳中表达的糖基化 F4 ( K88) 菌毛黏附素 FaeG [58 ]。这种蛋白质通过口服使仔猪对 F4-阳性肠毒素性大肠杆菌（ enterotoxigenic Eschericiia coli , ETEC) ,一种常见的引发猪断奶后腹泻的细菌，可以获得免疫。另一个案例是，用于滴眼液的单链抗体片段，已在一种小麦商业品种中高水平地表达 [59]。
6. 小结
目前，转基因小麦和大麦在传统农业体系及高附加值行业中都有了丰富的生产经验。这一毋庸置疑的潜力[ 60 ] 能否成功实现，更多地取决于政府的监管和公众的接受程度，而不是科学自身潜在的不确定性。
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在过去的几年中，转基因作物的前景已被广泛评述 [1，2 ] ，本章将不再重复这些信息，而是重点讨论来自传统科学文献，以及已授权和/或正在申请的专利 [3 , 4 ] 的最新研究进展。此类资料可以从一些国际网站在线免费获取（ http://www .uspto.gov /patft/index. html ；http ：//www . bios, net/ daisy/bios/50；http：//www . surfip . gov. sg / ) ，通过查阅相关资料评估未来转基因作物商业化趋势不失是一种极好的方法。
2. 田间试验数据资料
通过查阅转基因作物田间试验申请的相关资料，可以评估转基因作物未来优先商业化发展的时间进程和长期发展趋势。从事此类试验的每一个主要国家的网站都可在线获取这些信息 。对于美国而言，通过进入生物技术信息系统（ Information Systems for Biotechnology ， ISB) 网站 （ http: // www .nbiap.vt.edu / cfdocs/ fieldtestsl.cfm) ，可轻易地获取美国农业部动植物检疫局（USDA APHIS ) 数据。搜索 2007 年 3 月的数据库，显示共有 420 项小麦田间试验申请、72 项大麦的申请和 1 项燕麦的申请（从 1998 年开始）。2006 年 1 月至 2007 年 3 月间，共有 28 份转基因小麦的田间试验申请，表 20.1 是最近小麦申请的项目。表 20.2 是大麦田间试验申请的相关信息。欧盟依据 90/220/EFC ( 欧共体）条例实施的实验资料，来自网站 http: // biotech. jrc.it / deliberate/ gmo. asp 提供的数据；依据 2001/18/EC 条例实施的最新实验数据，可以从 http: //gmoinfo. jrc. it / 网站获得；1999 年以前的资料从 OECD 网站获得（http: //webdominol. oecd. org / ehs / biotrack, nsf/ by% 20 organism ? opendatabas)。
3. 遗传转化方法
现在，小麦 [5, 6 ] 和大麦 [ 7 ] 有相对成熟的转化体系，而燕麦 [ 8 ] 的转化技术还不太成熟。目前，小麦 [10，11 ] 和大麦 [12, 13 ] 转基因研究的重点是，不断提高农杆菌介导法的转化效率 [9 ]，以及不复杂的组培技术的应用。此外，一些较简单的整合模式 [14~17 ] 和改进的共转化 [ 18 ] 等方法也正在被不断地开发出来。可以预期，这些方法将与质体转化方法（美国专利：7186560) —起继续发展与完善（ 表20. 1)。
除了较为“经典”的核转化方法外，其他一些新技术，如激光微束刺穿法[19] 和电穿孔法[ 20 ] 也已被开发出来。
4. 农艺性状
由于涉及商业机密，在近期开展的田间试验中，所测定的许多性状（表 20. 1 和表 20.2)，包括农艺性状，其全部细节无法得知。以下的综述将采用已公开的一些资料。
4.1 耐除草剂
小麦耐除草剂的例子，最成功的或许是小麦抗草甘膦。这些小麦已在许多地点开展了相关的测试，最近的一项研究表明 [21]，草甘膦控制杂草的效果往往比传统的除草剂更好； 与常用的灌装混合除草剂相比，草甘膦防治小麦杂草可增产约 10%。这些普通小麦转基因品系，以及转同效基因的硬质小麦品系，已获得加拿大管理部门的批准：“……，自 2007 年 1 月 4 日起， （ 加拿大）植物产品理事会的植物生物安全办公室 ( Plant Biosafety Office， PBO) 和动物健康与生产处伺养管理部门，授权自由地环境释放 CLEARFIELD 硬粒小麦品系 DW 2 、 DW 6 和 DW12，并批准硬质小麦项目 DW12 可用作牲畜伺料。任何由 DW 2、DW 6 和 DW12 品系中衍生出的品系也可以环境释放，任何由 DW12 品系衍生出的品系可以用作牲畜词料……”。同样，“自 2006 年 6 月 22 日起，普通小麦品系 BW255-2 和 BW238-3 也被批准环境释放和用作牲畜伺料”。尽管上述品系已通过审批，但能否完全商业化还不能确定。
4.2 耐虫性
最近与耐虫性相关的研究报道有：利用豇豆胰蛋白酶抑制剂防治麦蛾（Sitotroga cerealella Olivier) [ 22 ] , 利用马铃暮蛋白酶抑制剂（PIN2 ) 防治线虫 [23]。
4.3 耐病性
4.3.1 真菌
最近，多数转基因小麦和大麦的田间试验涉及抗真菌研究（表 20. 1 和表 20.2)。
其中一个申请项目来自先正达公司，它们申请在加拿大马的尼托巴种植抗镰刀菌的材料 ( 申请号 06-sbil-295 - wht01-0871-mb007-01) 。其他已报道的研究还包括提高综合抗性[24]、抗网腫黑稿病 （TriZeiia caries) [ 25]、抗白粉病（Blumeria grominis) [26，27 ] 、抗赤霉病 （ gramineamm ) [ 28~31 ] 、抗小麦叶镑病 （ Paccinia iri( icina ) 等试验 [32]。有报道 [33]，在转基因燕麦种子中表达大麦硫素蛋白（hordothionin ) ，获得对镰刀菌的抗性。除了这些特异性基因的研究外，还有报道通过优化启动子，以调控基因在需要的植物器官中的表达（表 20.3和表 20.4)。例如，大麦 Lem2 基因启动子，调控基因在禾谷类作物幼穗特定发育时期和特定组织细胞中表达，尤其是在外稃和外果皮中表达 [34]。
4.3.2 病毒
最近，报道了两例关于转基因小麦获得抗大麦黄矮病毒（ BYDV) 的研究，一 例是表达由大麦黄矮病毒病（ BYDV) GPV 菌株的双链复制酶（ dsRNA) 为茎、外壳蛋白基因同源反义 RNA 为环构建的复合发夹 RNA (hpRNA) 结构 [35]，另一例是表达裂殖酵母（SciizosaccAaromyces）的 pacl 基因 [36]。
4.3.3 耐非生物逆境
与抗病相比，耐非生物逆境研究的报道较少。已报道的有甘露醇积累转基因小麦耐盐和水胁迫 [37]，以及转大麦 HAVI 基因使燕麦具有耐盐性[ 38]。最近，来自抗冻多肽的抗冻蛋白 HPLC-6 , 经重新合理构建后转入小麦中，转基因小麦表现出极强的抗冻能力，即使低至 -7℃ 时，也表现出显著的防冻保护能力 [37]。不久前，一项来自澳大利亚的小麦田间试验申请特别令人关注（目录 071/2006) ( http: // www . ogtr . gov. au/rtf / ir / dir071appsum . rtf) ，“每个转基因小麦株系均携有 6 个可提高耐旱性的基因编码蛋白中的 1 个。这些基因有来自植物的拟南芥和玉米、来自苔藓的小立碗藓和来自酵母的酿酒酵母。每个基因都构建了两种表达框，一种由胁迫诱导启动子启动，另一种由组成型启动子启动，由此构建的 12 个不同的基因结构，转化获得了 30 个转基因小麦株系”。还有报道称，通过异位表达小 RAC/ R0P 家族的 G 蛋白，转基因大麦株系获得了生物和非生物逆境的抗性 [40]。也有报道，在大麦中超表达 1，3- 脂肪氧化酶基因，可修饰羟脂代谢信号通路，从而延缓植株的衰老[41]。
5. 品质性状
5.1 蛋白质和淀粉
目前，有许多报道通过转基因改良谷物种子蛋白质成分的研究。例如，通过基因操作可以改变小麦中高分子质量（HMW) 的谷蛋白亚基的组成，而并不影响小麦农艺性状 [ 42 ] 。最近研究发现，高水平表达高分子质量亚基1D x 5 和/或 1Dy10 的转基因小麦，其面团具有较髙的搅拌强度和韧性 [ 43 ] 。一项相关研究表明，两份分别含有约 20 个和 50 个 HMW 谷蛋白单基因拷贝及其启动子的转基因小麦株系中，检测到了相关的染色质解凝过程[ 44 ] 。在反义抑制硫氧还蛋白积累的转基因株系中，已检测到谷蛋白的降解 [45]。另一种改良蛋白品质的方法，是通过野生型基因序列互补其无效等位基因，使转基因小麦恢复了软质表型 [46]。
有关改良淀粉品质的报道并不多。一个报道是 RNA 沉默 Waxy 基因，使转基因小麦籽粒直链淀粉含量降低 [ 47 ] 。在一项更深入的研究中，转改良的玉米 ADP- 葡萄糖腺苷二磷酸焦磷酸化酶大亚基（sh2r6hs) 基因的小麦，进行了田间试验测试。采用不同种植密度和灌溉方式，在 3 个点进行了超过 4 年的转基因田间测试，结果表明，稀植 、灌溉环境比密植、旱作环境条件下更有可能显著提高产量。由此认为，有限的非生物资源的反而会限制由心相关基因的增产效果 [ 48 ] 。
其他一些研究进展是关于在转基因禾谷类作物中酶的产生的质量或数量（ 见 5.2 节）。例如，在转基因小麦中生产热稳定的植酸酶 [ 49 ] ; 通过增强 HvGAMYB 转录因子的表达，转基因大麦提高糊粉粒细胞水解酶的产量，从而改进麦芽品质 [50]。
正如其他转基因研究一样，这些研究的成功取决于合适的启动子的利用； 近期一项研究研发出一种新的顺式作用元件 ESP，它在燕麦球蛋白启动子中可促进目的基因在胚乳中特异性的高水平表达 [ 51 ] 。
5.2 生物燃料
当前，随着对减缓全球温室效应的日益重视，世界各国关注如何提高植物能源比例 ，从而减少非化石燃料。
背景
生物燃料指由淀粉或碳水化合物的聚合物（ 特别是纤维素）获得的生物乙醇或其他醇类，或由油脂类物质生产的生物柴油。目前，在巴西等一些国家，生物燃料已经成为主要的燃料，在其他许多国家，低浓度的生物燃料用作添加剂。当前国际上的相关动态 ，包括联合国最新公布的合作项目，可从国际农业生物技术应用服务组织（ISAAA) 的生物燃料附录 （http/ / www . isaaa.org / kc/ cropbiotechupdate/ biofuels/ news/ 2007/03/09 ) 和生物燃料评述 （ http ://www . biofuelreview.eom / content/ view / 799 / 2 / ) 等网页中获取。据估计，目前全球玉米产值约有 220 亿美元，由于美国和其他一些国家对玉米的基因改良品种及生物乙醇需求的扩大，预计至 2020 年其产值可达 350 亿美元 [ 52 ] 。在欧洲， 2003 年颁布了生物燃料条例，目的在于促进运输行业使用生物燃料和其他可再生燃料，这也为各成员国提出了指导性目标。为了达到 2010 年生物燃料占运输业燃料市场总份额 5.75% 的目标，欧洲委员会米纳了欧盟生物燃料的战略（ http ://ec. europa. eu / en _ergy /res /biomass_ action _ plan / doc/2006_ 02_ 08_ comm __ eu — strategy _ en. pdf) , EPOBIO 联合组织概括了进一步的研究工作（ http: // www.epobio.net/ ) 。有关英国产业定位的总结见网页 http: // www . bcsbioscience. co. uk / bcs/ biocms/ biocms. nsf/id / bunb-68bgu 4? OpenDocument。
先正达公司推出的玉米品系 3272，可能是专用于生产生物乙醇的最优良转基因品系。该品系经改良后含有玉米淀粉酶，这为生产乙醇的生物工艺过程改进了玉米淀粉转化为糖的发酵能力。该产品正在进行优良品系培育、田间试验和监管机构的备案，计划在 2008 年前进人生产。据先正达公司估计，美国种植生产乙醇专用玉米的比例，将从 2003 年和 2004 年的约 10%，增加到 2008 年的 30%，以后甚至更高，而乙醇的产量从不足 50 亿加仑/年，到 2011 年的将接近 150 亿加仑/年。新型生物乙醇或转基因生物乙醇的核心科技，是利用更高效的酶将淀粉或纤维素等生物质转化为可发酵的糖类。正如目前许多在生物技术和食品生产中使用的其他酶一样，可以预计这类酶有许多将需要经过基因重组，或者说需要转基因改良。许多公司正大量地投资于该项技术的研发。有关这一领域的经济趋势分析（ http://www. purchasing, com / index. asp? layout= articlePrint&articleID= CA6 4 1 9 0 8 2 ) 指出 “杰能科公司正致力于生物酶商业开发，以适用于未来纤维素生物燃料生产的需要。其他大公司，包括先正达公司、 Diversa公司、杜邦公司、诺维信（Novozymes) 公司和 Codexis 公司等也正在开展类似的项目研发 ”。
除了玉米 3272 品系外，先正达公司还希望研制一种所需的酶，以在绿色植物中生产纤维素生物燃料。它声称，与传统的生产方法如发酵工艺相比，这种植物表达的酶可为生物燃料生产“提供最低成本的酶制剂”。 Diversa 公司在生物燃料项目上与先正达公司合作，正在从各种资源中寻找编码纤维素降解酶的基因，包括从天然消化纤维素的牛胃中。 2007 年 1 月 8 日，最新公布的商业投资报告（ http: // www.seedquest.com / news /releases/2007/january /18020.htm ) 中，提到了先正达公司和 Diversa 公司特别联合投资的项目。这个新协议允许Diversa 公司利用其专有的平台独立开发和商业化生产基于发酵技术的酶制品，而先正达公司将独家享有在植物中表达这些酶的使用权，以便提高生产经济效益。很可能这项技术的许多内容适用于任何生物质，无论是来自玉米还是其他禾谷类作物。最近，美国农业部的一份报告总结了有关身份认证（ identity preservation) 的问题，特别是有关美国玉米，包括生物燃料玉米的 IP 问题 [53]。
毫不意外，反对利用转基因植物作为原料生产生物燃料，或所谓的怪物燃料的声音多来自一些媒体（http://www . newstatesman. com / 200608070031 ) , 以及其他一些运动组织（http://www . i-sis. org. uk/nbr. php) 。
除了蓄意的政治反对外，也存在某些基于经济原因误导的反对意见 [54, 55]。概括这些观点认为，生产玉米生物质燃料所消耗的燃料，比其产生的燃料还要多 29%，如生产大豆生物柴油需要多消耗 27% 的燃料； 柳枝稷要多用 45%；木质生物质要多用 57% ; 向日葵要多消耗 118%。大众所关注的问题是，美国 18% 的玉米已用于生产汽车所消耗的乙醇，而不是用作粮食，将来消耗掉的可能更多。在欧洲，面临着同样的问题 ，那就是小麦抑或是大麦将被用作生物燃料的原料。
5.3 生物制药
虽然利用植物获得活性蛋白至今没有获得商业上的成功 [57]，但是过去十年间，相对于利用微生物获取活性蛋白，其受到了更多的关注 [56]。Ventria 公司是开发植物活性蛋白的企业之一，其生产平台是基于在水稻和大麦种子中表达外源基因。在美国，用于生产乳铁蛋白和其他化合物的转基因作物已经开展了田间试验。最近相关的研究报道 ，包括在大麦胚乳中表达的糖基化 F4 ( K88) 菌毛黏附素 FaeG [58 ]。这种蛋白质通过口服使仔猪对 F4-阳性肠毒素性大肠杆菌（ enterotoxigenic Eschericiia coli , ETEC) ,一种常见的引发猪断奶后腹泻的细菌，可以获得免疫。另一个案例是，用于滴眼液的单链抗体片段，已在一种小麦商业品种中高水平地表达 [59]。
6. 小结
目前，转基因小麦和大麦在传统农业体系及高附加值行业中都有了丰富的生产经验。这一毋庸置疑的潜力[ 60 ] 能否成功实现，更多地取决于政府的监管和公众的接受程度，而不是科学自身潜在的不确定性。
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