转基因烟草（转基因技术应用成果）

2023-10-06 阅读 598 评论 0

摘要：转基因烟草就是利用转基因技术应用到烟草植物的种植中。把吞噬毒素的生物基因嫁接到了烟草植物身上。最新研究表明，转基因烟草具有清理汞污染严重的土壤，吸收军事TNT污染的功能方面与清除RDX（旋风炸药）以及获取了防艾滋病病毒抗体2G12的功能。因此具有重要的价值。转基因烟草清理汞污染严重的土壤吸收军事TN

转基因烟草就是利用转基因技术应用到烟草植物的种植中。把吞噬毒素的生物基因嫁接到了烟草植物身上。最新研究表明，转基因烟草具有清理汞污染严重的土壤，吸收军事TNT污染的功能方面与清除RDX（旋风炸药）以及获取了防艾滋病病毒抗体2G12的功能。因此具有重要的价值。

转基因烟草

清理汞污染严重的土壤

吸收军事TNT污染的功能方面

清除RDX

简介

转基因烟草就是利用转基因技术应用到烟草植物的种植中。是把吞噬毒素的生物基因嫁接到了烟草植物身上。这些转基因植物，也称为基因改良植物，因为它们含有两种不同的组织，在实验室炸药的溶液中，这种植物增长很快。这些植物分解毒素比普通的植物要快。

转基因烟草在吸收TNT污染的功能方面与清除RDX（旋风炸药）方面略有不同。烟草植物清除TNT基本上是把TNT的分子结构转换成无毒形式，而对于RDX，植物主要是把RDX逐渐分解，分离出其中的氮元素，然后又把氮当作成长的肥料。

转基因烟草，商业上有三种主要的转基因烟草种植：一是中国式的农艺：防病毒和抗虫性。其次是，维克托烟草在美国和其他国家生产的转基因烟草，具有低尼古丁的特点，再次就是用于提炼药物和烟草的替代产品。

转基因烟草的种植和使用类型决定了所面临的风险因素是不同的。在许多国家里，如保加利亚、加拿大、法国和印度，烟草仍是用做转基因研究的。

背景

转基因技术的引进、目前转基因作物在世界农业中的地位、欧盟对转基因有争议而且消费者反对这项技术，以及烟农和制造商对转基因烟草的预期如何。

对于转基因技术，有人提出“我们不应扰乱自然，转基因技术改变了食品的属性，要小心地使用转基因技术。转基因技术将破坏食物中的营养价值，同时新技术的应用将提高产品的价格，但这是不必要的。

新技术的引进就是利用细菌或其他转基因技术把不同生物的DNA组织引入植物中。在烟草中使用转基因技术仅是20年前的事情，当时一小部分的细菌基因被融合到烟草中，随后下一代的烟草都继承了这些属性，并在某种类型的烟草中进行了许多小规模的尝试。

全球的转基因作物的面积从1995年开始逐渐增长，到2002年，大约有550到600万烟农种植转基因烟草。种植商业转基因作物的国家有美国、阿根廷、加拿大、中国、印度、德国等国家，其中美国的转基因烟草份额达到了全球的67%，阿根廷为23%，加拿大为6%，中国为4%。其中转基因比例最高的是大豆。种植生物技术的优势有环境优势、农业潜在作物生产、消费者的益处、加工者的利润和第三大世界农业。在美国40个州种植的转基因作物的产量、净利润和降低害虫方面都取得了显著的成效。

历史

自1996-1997年起，中国的许多省份都出现了转基因烟草：主要是用于国内的烟草作物，也进入了国际贸易。这些转基因烟草的主要特点是：烟草植入了病菌和黄瓜的抗病菌性，在控制这些疾病方面非常有效。中国烟草专卖局对转基因烟草的立场非常严肃，是想通过合作来解决这些问题：制定加强种子分配和绿色烟草移动的新规则。与测试实验室之间保持着良好的关系，还加入了CORESTA探测转基因烟草的工作小组中。

农民对种植转基因烟草的信息了解的非常少。抗病毒的技术使转基因烟草可能被农民所接受。在美国和加拿大，一些烟农可能在农场内种植有转基因大豆或小麦，因此毫无疑问，他们可能想在烟草作物上使用转基因技术。

市场

对转基因烟草来说没有广泛的市场，因为根据目前的数据，特别是在欧洲，烟农和烟草种植者协会在采用转基因技术方面的看法不同。所有的转基因烟草必须完全与传统烟草作物分开：否则就会导致无意中混淆了种子和绿色烟草。如果在产品中发现了转基因烟草，那么这个国家的出口将受到威胁。

全球制造商基本上把转基因看作是一种危险。在世界的许多地方特别是在欧洲，消费者并不接受转基因技术，但是日本、澳大利亚和新西兰也有同样的忧虑。在许多国家里，对转基因烟草有法律规定。与转基因食品和其他作物相关的问题非常复杂，需要解决。

对烟草业来说，转基因烟草可能提供许多机会：是降低烟草产品潜在风险的主要工具?能够使烟草作物发生改变，降低烟雾中的有害成分。不过，产生烟雾的物质主要是蛋白质和纤维素。对烟农来说，农业将在抗病毒和抗霜霉病方面受益。该技术不是解决烟草业所有问题的万能药，但是它能提供一些开发的机会。转基因食品引起了许多争议，许多问题必须在转基因技术广泛被接受之前就解决了。

研究

英国

在英国的约克大学（University of York）中由布鲁斯领导的研究人员说，转基因烟草可能被证明是一种清除焚烧类别、军事垃圾甚至战后战争区域的廉价方法。正在创造的能分解RDX的植物是格外重要的，因为它能比TNT更快地穿透土壤和地表水，这就意味着它能完成数百万美元的清除工作。

对于这种烟草植物来说，最好的地方是交战地区，如要人工清理的话就会太危险了，而这种转基因烟草能够提供“持续的清理”。但是他说，在进行“有效的户外培养”之前，还有许多研究工作要做。

俄国

俄国专家日前培育出了一种转基因烟草，能够合成与蛛丝蛋白类似的蛋白。俄科学院瓦维洛夫普通遗传学研究所专家不久前获得了一种能够编码类似蛛丝蛋白的基因。在研究中，他们将这种基因植入在烟草中生存的一种细菌，并在营养条件下培养烟草细胞。随著烟草细胞分裂，携带新基因的细菌DNA片段会进入烟草细胞，研究人员利用这种烟草细胞培育出了转基因烟草。

研究人员认为，由于烟草种植、收割、保存和加工都很方便，与使用细菌合成类似蛛丝蛋白相比，转基因烟草合成蛋白的成本要小得多，并且不用担心产生毒素和病毒，适合用来大量生产类似蛛丝蛋白，以制造各种强弹力材料。

德国

德国弗劳恩霍夫分子生物和生态应用研究所在这个专项中承担了开发生产工艺的重要任务。研究人员首先将收获后的转基因烟草洗净和切碎，然后用萃取的方法，并通过多级过滤和层析法获得所要的药物成分。为此，研究人员还开发出了有4道工序的生产试验装置。经过不断的工艺完善，该研究所的这一中试生产装置在今年8月获得了GMP药品生产质量资格证书，每周可生产1000公斤植物型抗艾滋病药物。

中美

中美科学家经过3年合作努力，培育出世界上首次具有明显食汞效果的转基因烟草，这在人类治理汞污染的道路上迈出了重要一步。中美科学家选择烟草治理汞污染，是因为烟草具有植株大、生长快、吸附性强、种植范围广、基因易转移等特点。

据课题组中方负责人何玉科研究员介绍，植物修复是一项新兴的生物学技术，它是利用植物已污染的生态环境。用转基因烟草“吃”汞，不仅效率高，而且本身不留残毒。科学家先从微生物中分离出一种可将无机汞转化为气态汞的基因，经过序列改造，再将其转入烟草，这种烟草即可大量“吞食”土壤和水中的汞，转化为气态汞后，再释放到大气中。[1]

具体应用

清理污染土壤

植物修复是一项新兴的生物学技术，它是利用植物已污染的生态环境。用转基因烟草“吃”汞，不仅效率高，而且本身不留残毒。科学家先从微生物中分离出一种可将无机汞转化为气态汞的基因，经过序列改造，再将其转入烟草，这种烟草即可大量“吞食”土壤和水中的汞，转化为气态汞后，再释放到大气中。

这种转基因烟草食汞效果比常规烟草提高了5－8倍，一块汞污染严重的土壤，在生长了三四茬转基因烟草后，汞含量即可明显降低。除了汞之外，这种转基因烟草还可吸收金和银，因此具有多种推广价值。

清除军队残留物

利用植物来清除军队残留物并不是新生事物。以前就有过利用植物的先例。不过，从来没有军事基地利用转基因植物来清除过基地，传统的植物不能够降解炸药。它们只是吸收了这些炸药，而一旦这些植物死亡后，这些有毒物质重新又回到了土壤中。转基因烟草生长的这些军事基地毒性很大，因此这些植物只能产生有利的影响。已经在温室内进行了4－5年的试验。

生产抗艾滋药物

在欧盟资助的一个针对艾滋病的专项研究中，研究人员成功地从转基因烟草中获取了防艾滋病病毒抗体2G12，这种抗体与病毒表面的蛋白质结合后，可以阻止病毒进一步侵入人体的免疫细胞。

从转基因烟草中提取抗体，可以极大地降低抗艾滋病药物的成本，这个专项研究由欧盟国家的39个研究机构和企业共同参与。

主要作用

环境净化方面

日本电力中央研究所主任研究员吉原利一等人通过转基因技术，开发出一种转基因烟草，它从土壤中吸纳镉的能力提高到普通烟草的2.5倍左右。如果在废弃物和矿山废水等受到污染的土地上种植这种转基因烟草，则可在不使用人力的情况下清除污染，而且费用约为以往土壤净化方法的十分之一。此课题组将进一步深入研究转基因烟草的这种特性，从而使之能够消除更多的有害金属，或者能够用来回收金等贵重金属。

TNT炸药污染普遍存在于二战战场，军事训练场和炸药生产地，因其毒性成为一种危害人类健康的重要环境问题。研究人员证实特定的土壤细菌能够代谢TNT并将其转变为无毒的化合物，但是这类天然的细菌的数量太少而难以降解TNT。Hannink等(2001)将一种细菌编码的转化TNT的酶基因插入到烟草中，然后种植在TNT污染的土壤中，检验转基因烟草的降解TNT效果。结果表明，转基因烟草可显著降低TNT污染土壤的毒性。

英国约克大学和爱丁堡大学的科学家将细菌基因dhlA和dhlB插入转基因烟草的基因组中，开发出够清除土壤和地下水中1,2-DCA污染的转基因烟草。美国环保局已将1,2-DCA列为主要污染物质和可能致癌物质。

中美科学家经过三年的努力合作，首次培育出具有明显食汞效果的转基因烟草。烟草具有植株大、生长快、吸附性强、种植范围广等特点，科学家选择烟草治理汞污染，不仅效率高，而且本身不留残毒。

医疗方面

美国佛罗里达大学的Daniell等(2001)培育出能生产阿米巴病疫苗蛋白的转基因烟草植株。阿米巴病严重影响着中南美洲、非洲和亚洲人民的健康。世界卫生组织估计阿米巴病每年导致5000万人患病、10万人死亡。该病是由一种称作溶组织内阿米巴(Entamoeba histolytica Schaudinn)的寄生虫导致的。目前还没有预防该病的疫苗获得批准。这组科学家表示，这种转基因方法的产量高、费用低，并且防止了转入的基因传播到其他作物中的可能。

费城托马斯·杰夫森大学的Koprowski等（2003）领导的一组研究人员培养出经遗传改良后，生产人类狂犬病毒抗体的烟草植物。从烟草中提取出抗体后，在感染狂犬病毒的细胞培养物中进行检测，试验结果表明，植物源抗体与人类抗体相比，抗几个狂犬病毒株的效果一样好甚至更好。

美国中佛罗里达大学研究人员在研究中先对烟草进行胰岛素基因改造,然后从烟草中提取胰岛素制成胶囊，让患有糖尿病的实验鼠服用。结果显示，8个星期后，这些实验鼠血和尿中的糖含量都恢复到正常，他们体内的胰腺β细胞能够正常分泌足够的胰岛素。

科研方面

烟草作为模式植物，在科学研究中也有占据着十分重要的位置。在研究植物的光合作用中，日本近畿大学重冈教授在2001年应用转基因技术把蓝藻的光合作用基因导入烟草细胞中，培育出可大量吸收二氧化碳并且生长迅速的烟草新品种。重冈教授把其中的两种光合作用基因取出来置入烟草的细胞中，经过栽培试验，发现转基因烟草的二氧化碳吸收能力比原有品种提高了24%，而且生长迅速，由光合作用形成的蔗糖和淀粉含量大幅度增加，当然烟草的生长量也有了提高。

在研究植物的抗逆境和抗虫等方面，加利福尼亚大学戴维斯分校的科学家说，他们向普通烟草作物中插入了一种名为IPT的基因，这种基因可延缓烟草作物叶片衰老脱落。在作物成熟或环境干旱引发叶片脱落的情况下，ipt基因会被激发表达，刺激叶片生长，因此插入这种基因的烟草作物抗旱能力大大增强。

科学家在种植实验中发现，正常情况下，转基因烟草作物和普通烟草作物生长状况类似。但如果连续15天不浇水，普通烟草作物立即枯萎，之后即便再继续浇水也活不过来。而转基因烟草作物在平安度过无水期后，能够接受浇水而继续生长。实验还发现，在生长季节，即便灌溉水量只有正常灌溉水量的三分之一，转基因烟草作物也能正常生长。

比利时根特大学的科学家开发出一系列对甜菜夜蛾和烟草蚜虫等几种昆虫具有抗性的转基因烟草品系。通过插入接骨木(Sambucus nigra)2型核糖体失活蛋白编码基因，该基因编码的核糖体失活蛋白(RIPs)是一组能使催化真核生物核糖体失活的植物蛋白，它们在蛋白质合成中不可缺少，同时对甜菜夜蛾和烟草蚜虫等动物具有不同程度的毒性。

其他方面

南非科学家正在研究一种转基因烟草，它在地雷附近会变红——这为清除雷区提供了一种可能的廉价手段，而且使用这种方法可以方便地检查整片雷区。非洲很多从前爆发过冲突的地方都埋设了大量地雷。常规排雷方法既昂贵又危险，烟草在世界的绝大多数地区都可以很容易的生长，容易辨认，依靠它可以对小片区域进行随机检查。这些研究有的还不成熟，不完善，但是，它是一个有益的信号，启发我们的思维，指引我们去探索未知的世界，这些可能也是今后转基因生物研发的方向之一。

评价

开展这项合作研究的是中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所和美国南卡罗来纳州大学的科学家。英国权威的《植物生物学时评》杂志最近对这项研究进行了评介，认为在环境污染问题日益突出的今天，这一成果展示了转基因植物在土壤汞污染物解毒方面的潜在价值。

继续改造基因序列，预计这种转基因烟草的食汞功能还会增强。这种转基因烟草主要通过根部吸收和转化汞，科学家正探索将其转化“器官”从根转移到叶片上来。同时，这一成果近期可望在中国内陆一些重要的矿区种植和推广，以进一步检验其实际效果。中美科学家还计划将食汞基因导入杨树等树木，以使植物修复汞污染发挥出更大的生态效益。

艾滋病是传播很广和危害极大，迄今还没有完全被攻克的疾病，目前的抗艾滋病药物价格昂贵，许多发展中国家的艾滋病患者都承受不起。植物型抗艾滋病药物的成功开发，对治疗艾滋病药物的普及具有重要意义。