轉基因番茄
茄科番茄屬植物
轉基因番茄即轉基因的番茄,轉基因食品的一種,具有某種抗癌的物質。番茄(Solanum lycopersicum)是一種世界性蔬菜,在蔬菜生產中佔有舉足輕重的地位,也是基礎生物學研究中的重要對象和模式植物,在所有蔬菜作物中番茄的研究文獻居於首位。由於番茄研究深入,而且易於轉化,轉基因番茄研究與應用得到了迅速的發展。隨著轉基因技術的成熟與發展,越來越多的轉基因番茄已被研製成功,並逐步走向產業化階段。本文就目前轉基因番茄的研究以及產業化情況進行概述,為進一步進行轉基因番茄研究工作提供重要的基礎信息,同時也為進行轉基因番茄的管理和研究提供理論基礎。耐貯存轉基因番茄是世界上最早批准進入商業化種植的轉基因作物之一。截至2011年年底,國外共批准6例轉基因番茄的商業化種植,其中5例為延熟(耐貯存)番茄,1例為抗蟲番茄。中國批准3例耐貯存、1例抗病毒轉基因番茄,目前均未大規模商業化種植。
1、抗鹽轉基因番茄
轉基因番茄
2、抗乾旱轉基因番茄
康涅狄格大學教授羅貝托?格拉克西奧亞等人在當天出版的美國《全國科學院學報》上發表論文說,全球的乾旱地區普遍農業低產,隨時有發生大飢荒的危險。因此,運用基因工程的知識培育抗旱、高產的農作物,可以幫助緩解世界農業面臨的危機。
在這一研究中,格拉克西奧亞等人將擬南芥的一個名為AVP1的基因植入普通番茄植株內,並觀察其效果。早先的研究已顯示,AVP1基因的過度表達能使擬南芥細胞免受脫水之害,並能使其根部吸收和保持水分的能力更強,從而幫助植株忍耐缺水環境。
研究人員發現,插入AVP1基因的番茄根部比普通番茄根部更強壯,在乾旱期吸水能力更好。研究人員還在實驗中模擬了13天的乾旱環境,並對比兩種番茄的生長情況,結果轉基因番茄不僅在乾旱期的生長狀況遠好於普通植株,在乾旱期結束后的恢復中,生長速度也比普通番茄快兩倍。此外,轉基因植株結出的果實在成分上與普通番茄沒有明顯區別。格拉克西奧亞等人因此認為,植入AVP1基因能幫助番茄更好地抵抗乾旱,安全且高產。
他們還指出,這一方法可能廣泛適用於更多重要農作物,如將轉基因技術應用在其他農作物的改造上,有望提高幹旱地區的農業生產力。
3、雙抗轉基因番茄
番茄是老百姓十分喜愛的蔬菜。但番茄果株在生長期間不耐寒,一個晚上霜凍就會導致其死亡。並且,如果生長期間受到黃瓜花葉病病毒(CMV)的影響,植株也往往會變成棕色最後枯死。
美國俄克拉何馬州農業研究所的科學家發現一種方法,能夠使番茄不僅不受CMV病毒的影響,而且能耐低溫。通常,與同一種形式CMV病毒有關的寄生菌觸發細胞后凋亡,或預先安排的細胞死亡,是一種因各種原因促使細胞自殺的自然過程。研究表明,將來自人或蠕蟲的特定基因嵌入番茄植株內,就能生長出耐這種寄生菌的番茄,所嵌入的基因可製造出多種蛋白質,能抗早期細胞凋亡,讓CMV病毒成為無害病毒。基因改造后的番茄也比自然生長的番茄有更好的抗低溫氣候特性。
4、高保健功能的新品種番茄
美國尤尼利陳公司的荷蘭籍和英國籍科學家最近開發成功了另一種轉基因番茄新品種,它是含有對預防心臟疾病和癌症有效的特殊化學物質烷醇增加了78倍的番茄新品種。
為了刺激產生查爾酮、異構酶,以增加取得黃烷醇這一特殊功能性成分的含量,研究中將敵牽牛屬植物中的遺傳基因插轉到番茄表皮。這種番茄品種的改良對其風味無任何影響,在以這種轉基因番茄新品種為基礎原料的加工中,黃烷醇的含量雖然會遭到一定量的損失,但是仍然能夠保持在65%左右。
轉基因番茄新品種在人體保健方面所具備功能特徵為人們提供了健康上的優越性及好處,為加工新型保健類番茄製品提供了新的可能和原料。現在,人們正在進一步研究開發利用這種番茄新原料加工有保健功能的比薩餅之類的新產品等各種新食品,其研發前景甚好。
5、番茄紅素增加3.5倍的生物技術新品種
美國印第安那州的帕丹尤大學與農業部農業研究局的科研工作者們最近培育出一種含抗氧化物質番茄紅素---比老品種高3.5倍,被確認為有抗癌作用和保健功能的新品種番茄。科研人員的原意是開發在成熟前的數天內獲得高品質加工用的番茄新品種。
帕丹尤大學園藝學科的阿伏塔·霍達教授指出:“這是通過生物技術提高營養價值的初期事例,而且也許對於果實作物而言,也是由生物技術提高營養價值最新的事例之一”。合作研究者美國農業部蔬菜研究室主任阿烏塔·瑪托介紹說:“番茄紅素是天然存在於自然界可供我們在日常生活中獲取的功能成分,通過遺傳基因替換和重組技術,這種有效物質的含量得以大幅度提高。”
這種番茄新品種是通過將酵母菌的遺傳基因引入到番茄的DNA中后取得的,酵母菌在這裡起到刺激產生番茄紅素的作用。番茄紅素是原本就存於番茄中的活性成分,但是隨著番茄果的成熟而進入“休眠”狀態。同時,番茄紅素是番茄體內形成紅色的色素成分,在人體內具有捕捉可使組織遭受損傷並誘發癌症的活性氧的性質,從而充分顯示其在抗癌保健中的重要作用。
6、抗艾滋病和乙肝病毒的轉基因番茄
俄羅斯西伯利亞植物生理學和生物化學研究所的科學家利用土壤農桿菌,將艾滋病病毒和乙肝病毒DNA片段合成物送入番茄植株。經過這種方法處理的番茄植株能製造這些病毒的蛋白質。
科學家給實驗鼠餵食含這種轉基因番茄粉末的溶液后發現,實驗鼠血液中產生了艾滋病病毒和乙肝病毒的高含量抗體。
研究人員還證實,HIV抗原能夠經繁殖遺傳給下一代轉基因番茄。食用這種番茄后,其中所含的HIV抗原會與胃腸道黏膜結合,激活免疫系統保護功能,肌體會針對病毒蛋白質生成抗體,對HIV病毒產生免疫作用。
科學家說,如果用這種番茄製造的疫苗同樣對人體有效的話,將能夠以片劑形式供人們服用。其優點是無需冷藏,無需注射,感染風險低,易於生產,比傳統的疫苗更為安全。這無疑為飽受病痛折磨的患者以及處於感染危險中的高危人群帶來了福音。
這種轉基因番茄長勢良好,葉子和果實中均含有HIV抗原。雖然此前科學家已經培植出含有HIV抗原的轉基因植物,比如煙草和土豆,但是都因無法直接食用而不適用於艾滋病治療。
只要吃上一個番茄就等於打了乙肝疫苗,這太方便了!既省錢省力,又減少了痛苦,何樂而不為呢?
但番茄大小不一樣,因此每一個番茄中所含的特殊蛋白質也不相同。而傳統接種疫苗的成功與否取決於每人每次所接受的疫苗劑量是否相同。如果劑量過多,會產生一些不良反應;過少,則可能不產生任何作用。因此,人們不禁要問:吃個兒大的番茄有沒有危險?吃多少才合適?對此問題,劉德虎研究員解釋說:“傳統的疫苗接種需要對劑量進行控制,而轉基因番茄就不要考慮這個問題。因為預防乙肝的轉基因番茄經消化道吸收后在人體內產生抗體,從而具有免疫能力。如果吃的番茄過大,多餘的疫苗成分就會自動排出體外,對人體不會產生副作用。另外,轉基因食品上市前必須經過嚴格的安全檢測。我們已經完成了動物試驗,目前正在進行安全測試。我和所里的其他科研人員已經吃過轉基因土豆、轉基因番茄了,我們現在身體都很好!”
劉研究員還介紹,可預防乙肝的轉基因番茄上市要經歷四個階段:中間試驗階段、環境釋放階段、生產試驗階段和生產證書的申報階段。每一個階段需要一年的時間,目前正在進行第三階段的試驗工作,因此只要再等上一年人們就可以吃到預防乙肝的番茄了。
發展前景
轉基因食品前景樂觀雖然對於轉基因食品還存在這樣那樣的爭論,但它的優勢還是表現得越來越顯著。在美國得到普遍種植的轉基因玉米中色氨酸含量提高了20%。色氨酸是人體必需的氨基酸,無法自己合成,只能從外界攝取,一般植物性食品中色氨酸含量很低甚至沒有,只有靠動物性食物中獲取,轉基因玉米的出現,對於素食主義者而言,無疑是個喜訊。轉基因油菜,不飽和脂肪酸的含量大增,對心血管有利。轉基因工程牛奶,增加了乳鐵蛋白、抗病因子的含量,降低了脂肪含量……西方發達國家已充分認識到轉基因食品的發展前景,並注入大量資金。儘管大多數英國人反對轉基因食品,但該國超過7000種的嬰兒食品、巧克力、麵包、香腸等日用品,可能含有經過基因改造的大豆副產品,而且英國政府對轉基因食品的研究非常支持,布萊爾首相就是轉基因食品的推崇者。在我國,人多地少狀況突出,基因工程是解決糧食產量、提高糧食質量的重要途徑。近年來,我國轉基因食品的研究有了長足的進步,目前的研究開發居世界中等水平,僅次於美國和加拿大。羅教授認為,隨著轉基因食品商業化的步伐不斷加快,轉基因食品必將成為人們餐桌上的美味佳肴。全球轉基因技術研究與應用情況自1996年首例轉基因農作物產業化應用以來,全球轉基因技術研究與產業應用快速發展。發達國家紛紛把發展轉基因技術作為搶佔未來科技制高點和增強農業國際競爭力的戰略重點,發展中國家也積極跟進,並呈現以下發展態勢:一是品種培育速度加快。隨著生命科學、基因組學、信息學等學科的發展,轉基因技術研究日新月異,研究手段、裝備水平不斷提高,基因克隆技術突飛猛進,一些新基因、新性狀和新產品不斷湧現。品種培育呈代際特徵,目前全球轉基因生物新品種已從抗蟲和抗除草劑等第一代產品,向改善營養品質和提高產量的第二代產品,以及工業、醫藥和生物反應器等第三代產品轉變,多基因聚合的複合性狀正成為轉基因技術研究與應用的重點。二是產業化應用規模迅速擴大。截至2009年底,全球已有25個國家批准了24種轉基因作物的商業化應用。以轉基因大豆、棉花、玉米、油菜為代表的轉基因作物種植面積,由1996年的2550萬畝發展到2009年的20億畝,14年間增長了79倍。美國仍然是最大的種植國,2009年種植面積9.6億畝;其次是巴西,3.21億畝;阿根廷,3.195億畝;印度,1.26億畝;加拿大,1.23億畝;中國,5550萬畝;巴拉圭,3300萬畝;南非,3150萬畝。值得一提的是,2000年以來,美國先後批准了6個抗除草劑和藥用轉基因水稻、伊朗批准了1個轉基因抗蟲水稻商業化種植;加拿大、墨西哥、澳大利亞、哥倫比亞4國批准了轉基因水稻進口,允許食用。三是生態和經濟效益十分顯著。1996至2007年,全球轉基因作物的累計收益高達440億美元,累計減少殺蟲劑使用35.9萬噸。2008年,全球轉基因產品市場價值達到75億美元。