项目需求分析调研报告

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“转基因小麦新品种培育”项目需求分析调研报告转基因生物技术的发展，推动了常规育种技术的全面升级，大幅度提升了选育植物优良品种的能力，催生了新兴产业的发展。21世纪是生物经济时代，以转基因技术为核心的生物产业已成为美国等发达国家生物经济的主导产业。近年来，全球转基因农作物的种植面积呈现逐年大幅度增长的趋势。自1996年转基因作物商业化应用以来，全球累计推广面积已达122.4亿亩，2008年推广面积已达18.9亿亩，约占全球耕地面积的8%，种植转基因作物的国家达到25个。目前，世界各国已累计批准23种转基因作物商业化应用。以提高产量、增强抗性、改善营养、增进健康等为主要目标的新一代转基因作物的研究开发速度显著加快。一、国际研发现状与发展趋势1、重要功能基因研究重要基因的挖掘与鉴定成为竞争的焦点。拥有自主知识产权的重要基因是转基因新品种培育的基础。目前跨国公司通过手中的专利基因，牢牢地控制着国际种业市场，世界各国越来越认识到基因资源对农业发展的重大意义。1989年启动国际小麦族遗传作图计划，1998年成立了小麦EST研究国际合作组织，目标是确定和破译小麦基因组所有基因在染色体上的位置和功能，目前已建立了小麦族EST公共数据库。近年来，欧美等发达国家正在加紧小麦基因组测序工作，全球范围内的生物基因资源的争夺日趋激烈，基因挖掘和克隆正在从纯粹的功能基因向调控基因等延伸。重要基因的发现与功能研究将迅速走向应用。近年来，国际上在抗病虫、抗逆、优质及资源高效利用相关基因克隆与功能验证方面取得较快的发展，为开展小麦转基因育种提供了基础。抗病虫基因克隆：迄今为止，已从小麦中克隆的部分抗性基因为数不多（见表1），国际上通过图位克隆方法分离出3个小麦抗病基因，包括抗叶锈病基因Lr10（HuangL等2003）、Lr21（FeuilletHA等2003）、和抗白粉病基因Pm3b（YahiaouiN等2004），其功能已经获得验证。此外，还分离了小麦抗线虫基因Cre3 （Lagudah等2001），抗条锈病基因Yr10等候选基因。另外，从小麦中克隆的抗病相关基因还有：几丁质酶基因（Lorz等1998；Li等2001;Kong等2005）,β-1,3-葡聚糖酶基因(Li等.2001),PR4(BertiniL等2006),germlike基因TaGLP2、WIR3、TaGLP4(Wei等1998;Schweizer等1999),Dehydroascorbatereductase(DHAR，Chen等2003)和glotahioneS-transferase(GST，Cummins等2002)等。表1.从小麦中克隆的抗病、抗虫基因基因符号主要功能文献Lrk10叶锈病抗性Feuilletetal(1997)Lr10叶锈病抗性Feuilletetal(2003)Lr1叶锈病抗性LingetalLr21叶锈病抗性Huangetal(2003)Wch2锈病抗性李和平等(2003)TaLRK锈病抗性Niuetal(2006))S2A2和LRR1叶锈病抗性WangHYetal(2006)TaGLP4白粉病抗性WeiY-Detal(1998)SchweizerPetal(1999)Pm3b白粉病抗性YahiaouiNetal(2004)几丁质酶基因抗病性Lorzetal.(1998);Lietal.(2001);Kongetal.(2005)葡聚糖酶基因抗病性Lietal.(2001)GST抗病性Cumminsetal.(2002)DHAR抗逆性Chenetal.(2003)PR-9抗病性Bagaetal(1995)OxO抗病性Liangetal(2001)RPL3赤霉病抗性Lucyshynetal(2007)SM194,SM383,SM289,SM638赤霉病抗性Lietal(2001)Chi1赤霉病抗性KongLRetal(2005)PR4赤霉病抗性BertiniLetal(2003)Cre3线虫抗性Lagudahetal(1997)抗逆基因克隆：在小麦中已分离出一些抗逆相关基因，如在抗逆性中直接发挥功能的编码LEA蛋白的基因PMA80、PMA1959、PMA1949以及脱水素基因Wdhn13（LEAD-11家族）；受低温胁迫诱导表达的Wcor15，Na+/H+逆向转运蛋白TNHX1等。目前，对这类基因的具体功能研究的比较透彻，获得了一些耐旱、 耐盐的转基因植物。但是，转基因小麦的抗逆性提高幅度尚不能达到育种应用的水平。近年来，对编码参与调控下游基因表达以及信号传导的蛋白激酶、依赖钙的蛋白激酶（CDPK）、受体蛋白激酶（RPK）和转录因子（如bZIP、MYC、MYB及AP2/EREBP转录因子等）等基因的研究倍受关注，如克隆了受盐和ABA诱导的蛋白激酶PKABA1，受干旱、高盐、低温和ABA诱导的AP2/EREBP转录因子TaDREB基因等。近年来，转录因子基因功能研究取得突破，成为抗逆转基因研究的热点。表2小麦中已被克隆的与耐盐、耐旱有关的基因基因符号主要描述参考文献TmHKT7AGeneforSaltToleranceinDurumWheatHuangetal.,2006TaAIDFCharacterizationoftheTaAIDFageneencodingaCRT/DRE-bindingfactorresponsivetodrought,high-salt,andcoldstressinwheaZhao-ShiXuetal.,2008WGAtheWGAgenewasinducedbydrought.Bhaglaletal.,1999PMA80andPMA1959TwowheatLEAgenesenhancedehydrationtoleranceoftransgenicrice.Chengetal.,2002PKABA1PKABA1isup-regulatedbydehydration,coldtemperature,andosmoticStress.Holappaetal.,1995LCT1LCT1GeneratesHypersensitivitytoSodiuminaSalt-SensitiveYeastStrain.Amtmannetal.,2001TaHKT1TaHKT1contributestothedifferenceinionichomeostasisandsalttolerance.SchachtmanandSchroeder;1994TNHX1aNa+/H+antiporterup-regulatedbysalt-stressBrinietal.,2005TVP1ThefirstvacuolarH+-PPasepumpgenefromwheatBrinietal.,2005MnSODMnSODgenewasdroughtinducibleanddecreasedafterrehydration.Wuetal.,1999Cu/ZnSODCu/ZnSODmRNAwasnotdroughtinduciblebutincreasedafterrehydration.Wuetal.,1999优质基因克隆： 克隆了影响籽粒蛋白品质的高低分子量麦谷蛋白亚基基因，并明确了可以赋予小麦籽粒优异蛋白品质的高分子量麦谷蛋白亚基基因（如1Dx5，1Ax1亚基基因）以及低分子量麦谷蛋白亚基基因（如KS2，GL1/GL2亚基基因）（Altpeter,etal.,1996；BlechlandAnderson,1996；Baroetal.,1997；Maruyama-Funatsukietal.,2004,2005）；克隆了影响籽粒硬度和磨粉品质的Pina和Pinb基因，并明确了可以赋予小麦籽粒优异磨粉品质的等位变异（如Pinb-D1b）（Chenetal.,2006）；克隆了参与籽粒淀粉合成的多个基因，如ADPG焦磷酸化酶、颗粒结合型淀粉合成酶、可溶型淀粉合成酶、淀粉分支酶、淀粉脱分枝酶（Lalondeetal.,1997；Lietal.,1999,2000；Genscheletal.,2002；McCueetal.,2002；Kuboetal.,2005；Reginaetal.,2005；Shimbataetal.,2005）。小麦氮磷养分利用相关基因克隆：克隆了参与氮代谢的一些基因，如硝酸还原酶基因、亚硝酸还原酶基因、谷氨酰胺合成酶基因、以及谷氨酸合酶基因（Boissonetal.,2005）；克隆了参与小麦磷吸收的高亲和力转运蛋白的基因（Daviesetal.,2002；Glassopetal.,2005），但是，相关基因的育种利用价值尚有待进一步研究。小麦光能利用相关基因克隆：克隆了许多参与光合作用酶类的编码基因（见表3），但是，这些基因在育种上的利用价值尚不十分清楚。表3小麦中已被克隆的光合相关的基因及其产物基因产物名称主要功能文献PsbP光合放氧JamesandRobinson,1991PsbI光系统Ⅱ反应中心复合体亚基Howeetal.,1988ELIP早期光诱导蛋白Shimosakaetal.,1999ThioredoxinH电子传递氧化还原Serratoetal.,2001Ferredoxin电子传递氧化还原Bringloeetal.,1995PEPC催化磷酸烯醇式丙酮酸形成草酰乙酸Besnard,2004Rubisco二氧化碳同化关键酶Sasanuma2002RAB1活化Rubisco酶Rampinoetal.,2006GAPD催化1,3-二磷酸甘油酸形成3磷酸甘油醛脱氢酶BustosandIglesias,2002FBPase催化1,6-二磷酸果糖形成6磷酸果糖Lloydetal.,1991SBPase催化1,7-二磷酸景天庚酮糖形成7-磷酸景天庚酮糖Rainesetal.,1992Sucrosesynthase合成蔗糖Maranaetal.,1988 Sucrosephosphatesynthase催化6-磷酸蔗糖形成蔗糖Castledenetal.,2004Invertase催化蔗糖形成葡萄糖和果糖Greenshieldsetal.,2004Sucrosetransporter蔗糖转运Aokietal.,20022、遗传转化技术研究国际上转基因技术水平目前处于发展完善阶段，标准化、工厂化和流水线式基因转化已成为提高转基因效率的重要途径，安全、高效、规模化成为转基因技术的主要发展方向。小麦的遗传转化目前依然受到基因型的限制，转化效率尚有待提高。通过创新转化受体、新型载体、时空表达调控元件、叶绿体遗传转化、定点整合、多基因转化等新型转化方法以及无选择标记基因的安全转基因技术，提高小麦遗传转化的效率和安全性，已成为小麦转基因技术发展的主要方向。小麦遗传转化研究起步虽晚，但发展较快。1992年Vasil等利用基因枪介导法将Bar基因导入了小麦，获得了世界上第一例转基因小麦植株。1993年Weeks等利用基因枪介导法分别将GUS基因、Bar基因导入了小麦，初步建立了基因枪法转化小麦的技术体系。此后，小麦的基因转化技术研究进展较快。目前，小麦转基因方法大体可以分为两大类：一是不依赖于组织培养的转化，如花粉管通道法、显微注射法等；二是依赖组织培养的转化，包括基因枪法、农杆菌介导法、电击穿孔法、PEG法等。我们对国内外主要学术期刊发表的小麦转基因文献进行统计，发现应用较为广泛的是基因枪法(68.8%)和农杆菌介导法(15.9%)，花粉管通道法等其它方法占15.3%。小麦基因枪法转化效率主要取决于小麦再生体系的效率[14]。在转化过程中，加入氯化钙和亚精胺能提高核酸与微弹的结合力，选择合适的转基因表达载体及受体组织，优化基因枪轰击参数（包括轰击距离、氦气压、真空条件等）可有效提高基因枪的转化效率[14]。同时，小麦供体应避免病虫害侵染及不适宜的温度、湿度等，否则会影响供体组织的生理状况和转化时的细胞全能性。根据载体本身的特点，Uzé等[15]采用与Bar基因共转化的方法评估了线性、环状、双链、单链DNA对转化效率的影响，发现线性双链和 单链DNA的转化效率明显高于环状DNA。基因枪法具有宿主广泛、可控性强、操作简便等优点。然而，基因枪法在轰击过程中容易导致骨架载体的插入、DNA断裂和多拷贝整合等。另外，外源基因是随机整合到宿主染色体上，染色体的位置效应或基因的多拷贝整合，会造成外源基因在表达水平存在一定差异，并且可能导致基因沉默。第一例农杆菌介导的转基因小麦于1997年获得成功[17]；Xia等[18]和Weir等[19]也分别报道了利用农杆菌介导法获得转基因小麦植株，并证明外源基因能够稳定表达和遗传。在小麦农杆菌转化体系中，受体基因型、农杆菌细胞的浓度、接种及共培养时间、载体类型、筛选方式等都会影响转化效率[20]。2003年Hu等[21]对基因枪法和农杆菌介导法的小麦转化效果进行了比较，结果发现：农杆菌介导法的转化效率为4.4%，高于基因枪的3.4%；获得单拷贝转基因植株的几率(>60%)为基因枪法(20%)的三倍多。此外，农杆菌介导法还具有操作简单、成本低、整合位点较稳定，并能转移一些相对较大的DNA片段等优点。农杆菌介导法近年来已广泛用于小麦遗传转化。3、新品种培育迄今为止，转基因小麦品种尚没有进入商业化生产，但是，目前已经具有一批较好的材料储备，并进行了多年的田间试验，抗除草剂转基因小麦已经具备了产业化条件。转基因小麦主要涉及抗病、抗虫、抗逆、抗除草剂、品质改良、提高产量等，应用较多的为抗病(39.7%)和品质改良(25.6%)方面(图1)。图1小麦转基因研究现状（1）抗病转基因小麦 小麦在整个生长期内，常受到锈病、白粉病、赤霉病、纹枯病、黄花叶病毒病等多种病害的危害，仅真菌病害每年可造成减产5~10℅[23]。利用转基因技术培育的抗病转基因棉花、玉米等作物已广泛应用于生产。尽管转基因抗病小麦尚未进入商品化生产，但是，小麦抗病转基因研究成为小麦分子改良的热点，约占39.7%(图1)。目前，利用抗病以及防御反应相关的基因已经获得一些具有潜在利用价值的转基因小麦材料(表4)。应用于转基因小麦的抗病基因包括：(1)抗病及病程相关蛋白类基因：如几丁质酶基因和β-1,3葡聚糖酶基因[42-44,47-50]、SGT1[34]、RAR1[36]、类甜蛋白基因[23,45-46]等。例如，大麦几丁质酶II基因可显著提高小麦对白粉病和赤霉病的抗性[48-49]。Oldach等[44]将大麦几丁质酶Ⅱ基因和巨曲霉菌抗菌蛋白基因Ag-AFP共转入小麦，转基因株系明显降低了白粉病菌和叶锈菌孢子的形成。(2)抗菌肽及抗菌蛋白类基因：如核糖体失活蛋白基因[39]、KP4[54]等。Clausen等[54]将病毒基因KP4转入小麦，获得抗黑粉菌属真菌的转基因小麦材料。(3)抗病毒类基因：如病毒复制酶和外壳蛋白基因[24-26,29-32]、自裂殖酵母来源的Pac1基因[28]、大肠杆菌来源的突变核糖核酸酶基因III[33]等。(4)真菌酶及毒素抑制基因：如多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIP)基因[53]等。真菌侵染植物时，往往会释放一种多聚半乳糖醛酸酶，破坏植物细胞壁，PGIP能特异性结合并抑制真菌多聚半乳糖醛酸酶活性，增强植物的抗病性。Janni等[53]对三个转基因小麦株系的PGIP表达水平、亚细胞定位及对半乳糖醛酸酶的抑制活性进行了分析，发现转基因株系中该蛋白分泌到质外体，并保有对半乳糖醛酸酶的识别特异性。接种小麦根腐病菌72小时后，与对照相比，转基因小麦株系的症状减轻46%~50%。目前，小麦抗病转基因研究多为单个抗病基因的转化，通过多种抗病基因的聚合，培育多抗小麦品种将成为小麦抗病分子育种的发展趋势。小麦赤霉病、纹枯病、根腐病等重要病害在小麦品种中缺少抗源，挖掘抗病基因，利用转基因技术创制抗病小麦材料，将成为今后我国抗病转基因小麦的研究重点。表4抗病转基因小麦研究现状基因名称Geneintroduced基因来源Speciesof功能Trait转化方法Transformation文献 introducedgenemethodReferen-ce病毒复制酶基因小麦条纹花叶病毒抗病毒病基因枪[25]Pac1基因自裂殖酵母抗病毒病农杆菌介导法[28]病毒外壳蛋白基因小麦土传花叶病毒抗病毒病基因枪[29]小麦黄花叶病毒抗病毒病基因枪[30-31]小麦条纹花叶病毒抗病毒病基因枪[32]突变的核糖核酸酶基因III大肠杆菌抗病毒病基因枪[33]SGT1基因中间偃麦草抗小麦黄矮病、白粉病基因枪[34]葡萄糖氧化酶黑曲霉菌抗小麦白粉病基因枪[35]RAR1基因中间偃麦草抗小麦白粉病基因枪[36]芪合酶基因葡萄抗小麦白粉病基因枪[37-38]核糖体失活蛋白基因大麦种子抗小麦白粉病基因枪[39]Vp16基因番茄抗小麦白粉病基因枪[40-41]β-1,3-葡聚糖酶基因拟南芥抗小麦白粉病和根腐病基因枪[42]烟草抗小麦白粉病农杆菌介导法[43]几丁质酶Ⅱ基因大麦抗小麦白粉病和叶锈病基因枪[44]抗菌蛋白Ag-AFP巨曲霉菌类甜蛋白基因小麦抗小麦白粉病基因枪[45]水稻抗小麦赤霉病基因枪[46]大麦抗小麦叶疫病基因枪[23]几丁质酶基因水稻抗小麦赤霉病低能氩离子束介导[47]大麦种子抗小麦白粉病基因枪[48]大麦抗小麦赤霉病基因枪[49]几丁质酶基因烟草抗小麦赤霉病农杆菌介导法[50]β-1,3-葡聚糖酶基因菜豆细胞凋亡相关基因BCL人体细胞抗小麦赤霉病农杆菌介导法[51]RIP基因玉米α-1-曝呤硫素基因小麦抗小麦赤霉病基因枪[52]类甜味蛋白tlp-1基因大麦β-1,3-葡聚糖酶基因大麦多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白基因栽培大豆抗小麦根腐病基因枪[53]KP4基因玉米黑粉菌寄生病毒抗小麦黑粉病基因枪[54] （2）抗虫转基因小麦虫害一直是小麦生产的重要影响因素之一。据不完全统计，在我国为害麦类作物的害虫超过110种，隶属于8目40科以上，主要包括麦蚜、吸浆虫、地下害虫、麦蜘蛛、黏虫、蓟马、麦叶蜂、麦茎蜂等10余类群[55]。其中以麦蚜为害最为严重，我国常年发生面积达1.5～2.0亿亩，造成小麦减产10%左右，大发生年份超过30%[56]。近年来，由于全球CO2浓度不断增加、耕作制度变化等使麦蚜的繁殖能力和适应性显著增强[57]，其危害面积和危害程度正在不断扩大并日趋严重。抗虫转基因研究涉及的基因有：(1)蛋白酶抑制剂基因：如胰蛋白酶抑制基因BTI-Cme[63]，丝氨酸蛋白酶抑制基因PIN2[62]等。Alpeter等[63]将大麦胰蛋白酶抑制基因BTI-Cme转入小麦，该基因对储存害虫麦蛾有较强的抑制作用，但对小麦叶面害虫作用不大。(2)外源凝集素基因：如人工合成及来源于雪花莲的凝集素基因(gna)[58-61]，半夏凝集素基因(pta)[64]。凝集素是一类具有特异糖结合活性的蛋白，对蚜虫等同翅目害虫有很强的抗杀作用。Stöger等[61]将韧皮部特异启动子调控下的gna基因导入小麦，发现转基因株系对小麦长管蚜有抗性，目的基因表达量高于0.04%的植株可以显著降低蚜虫繁殖率，但不影响蚜虫存活率。Yu等[64]构建了cryIa和pta基因双元表达载体，通过农杆菌介导法转入小麦，对两个转基因小麦株系进行抗虫鉴定，蚜虫的存活率分别为对照的54%和78%，粘虫的存活率分别为对照的65%和73%。小麦抗虫转基因研究较少，约占7.7%(图1)。应用于小麦抗蚜的基因主要是gna和pta，抗蚜基因较为单一。根据Birch等[65]的报道，二星瓢虫取食转gna马铃薯上的蚜虫后，其产卵力、卵的生存力和寿命明显降低，因而，转gna植物对生态环境的影响引起了人们的关注。挖掘利用新的更加安全有效的抗蚜基因将是小麦抗虫转基因育种的重要课题。[反]-β-法尼烯(EβF)作为大多数蚜虫报警信息素的主要成份，可以使蚜虫产生骚动、从植株上脱落，并吸引蚜虫天敌。与常规杀虫剂混用时，可驱使蚜虫主动接触杀虫剂等，即EβF作为蚜虫体内的信息物质，可使蚜虫的虫口密度控制在一定域值之内，有效控制蚜虫危害。Schnee等[66]和 Beale等[67]分别将玉米TPS10和欧洲薄荷EβF合成酶基因转入拟南芥，获得释放EβF挥发物的植株，转基因植株可驱离蚜虫并吸引蚜虫寄生性天敌蚜茧蜂。利用EβF合成酶基因有可能为创制抗蚜虫转基因小麦提供新的途径。表5抗虫转基因小麦研究现状基因名称Geneintroduced基因来源Speciesofintroducedgene功能Trait转化方法Transformationmethod文献Reference雪花莲凝集素基因人工合成抗蚜虫基因枪[58-59]雪花莲抗蚜虫基因枪[60-61]丝氨酸蛋白酶抑制基因马铃薯抗禾谷孢囊线虫农杆菌介导法[62]胰蛋白酶抑制基因BTI-CMe大麦抗麦蛾基因枪[63]苏云金芽孢杆菌杀虫蛋白基因苏云金芽孢杆菌抗蚜虫和粘虫农杆菌介导法[64]半夏凝集素基因半夏（3）抗逆转基因小麦干旱、盐碱和低温等逆境是限制小麦产量的重要非生物胁迫，为了更充分利用现有耕地提高小麦产量，小麦抗逆育种显得尤为重要。小麦抗逆转基因研究大体涉及以下几类基因：(1)编码渗透调节物质及逆境中保护植物细胞的基因：如甜菜碱醛脱氢酶基因[69]、果聚糖蔗糖酶基因[68]、△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶[76]、甘露醇-1-磷酸脱氢酶[77]、胚胎发育晚期丰富蛋白基因[75]等，这些基因编码产物参与植物抗渗透胁迫反应，保护植物细胞。Abebe等[77]对甘露醇-1-磷酸脱氢酶(mtlD)转基因小麦进行抗旱和耐盐鉴定，发现转基因株系在湿重、干重、株高、旗叶长度等方面均有改善。植物胚胎发育晚期丰富蛋白是植物胚胎发育后期种子中大量积累的一类蛋白质，具高亲水性和热稳定性，与植物抗逆功能密切相关。Sivamani等[75]将大麦胚胎发育晚期丰富蛋白基因HVA1转入小麦，干旱条件下T3代转基因植株的水分利用效率、根部发育和地上部干重均明显优于对照。(2)细胞膜上离子排运基因：如Na+/H+逆向运转体基因[73]等。Xue等[73]田间试验表明，拟南芥Na+/H+逆向运转体基因（AtNHX1）可以提高小麦在盐渍地的耐盐性。(3)抗逆相关的调控基因：如DREB转录因子[70-72]等。高世庆等[70]将大豆GmDREB转录因子转入小麦，发现 转基因小麦的耐旱和耐盐能力明显提高。Pellegrineschi等[72]将拟南芥DREB1A基因转化小麦，对两周龄幼苗进行干旱处理，发现转基因小麦的耐旱性明显高于受体品种(推迟10天萎蔫)。小麦抗逆转基因研究约占转基因小麦研究的12.8%(图1)，多集中于一些与抗逆相关的功能基因，如甜菜碱醛脱氢酶基因、Na+/H+逆向运转体基因等，这类基因可以在一定程度上提高小麦的抗逆性。但植物抗逆(耐旱、耐盐碱等)性状多属于多基因控制的数量性状，单个功能基因的导入对植物抗逆性往往很难有质的提高。随着植物逆境胁迫信号传导及基因表达调控研究的深入，发现一些转录因子在逆境胁迫条件下可以激活一系列抗逆相关的基因表达，对提高植物的抗逆性起着关键作用。Maruyama等[78]利用基因芯片技术，以DREB1A转基因拟南芥植株为材料，鉴定出38个DREB1A下游基因，这些基因大都参与改善转基因植株的非生物胁迫耐性。近年来，利用抗逆相关的转录因子提高植物的抗逆性受到广泛关注，2009年日本国际合作局(JICA)批准了资助巴西转基因耐旱大豆开发的项目，该项目由JIRCAS和巴西农业研究公司(EMBRAPA)合作攻关，由JIRCAS提供相关DREB基因，目前该研究进展顺利并将于2009-2010年进行耐旱性评估试验。表6抗逆转基因小麦研究现状基因名称Geneintroduced基因来源Speciesofintroducedgene功能Trait转化方法Transformationmethod文献Reference果聚糖蔗糖酶基因枯草杆菌耐旱农杆菌介导法[68]甜菜碱醛脱氢酶山菠菜耐旱基因枪[69]DREB转录因子栽培大豆耐盐、耐旱基因枪[70]拟南芥耐旱基因枪[71]拟南芥耐旱基因枪[72]Na+/H+逆向运转体基因拟南芥耐盐农杆菌介导法[73]反义硫氧还蛋白基因蓝色黑鸭草抗穗发芽基因枪[74]胚胎发育晚期丰富蛋白基因HVA1大麦耐旱基因枪[75]△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶豆科植物耐盐花粉管通道法[76]甘露醇-1-磷酸脱氢酶大肠杆菌耐盐、耐旱基因枪[77]（4）改良小麦品质随着人们生活水平的不断提高，小麦品质改良越来越受到重视 。关于转基因小麦品质改良研究的报道较多（占25.6%）(图1)。主要涉及以下几方面：(1)优化面筋强度：麦谷蛋白是小麦籽粒贮藏蛋白的重要组成部分，与面筋强度密切相关，Blechl[86]等利用高分子量谷蛋白亚基基因启动子，在小麦品种Bobwhite中表达高分子量谷蛋白亚基基因Dy10:Dx5，结果表明，Dy10:Dx5基因可有效提高种子中麦谷蛋白含量。其后，许多研究者开展了高分子量谷蛋白亚基基因的转基因研究，主要集中在1Ax1,1Dx5和1Dy10等亚基基因。(2)改善籽粒硬度：籽粒硬度是小麦重要的品质性状之一，主要影响磨粉品质和食品加工品质。用于改善籽粒硬度的基因有PinA和PinB基因[89-93]等。Martin等[92]将Pina-D1a转入小麦品种Bobwhite，3个转基因小麦株系随着Pina在转录水平表达量升高，籽粒硬度明显变软，但谷物蛋白成分及千粒重等指标与Bobwhite相比并无变化。(3)优化营养成分：如利用支链淀粉酶Ⅱa、b[99]，赖氨酸合成关键酶基因DapA[94]等改善营养成分。小麦中可食性纤维与直链淀粉的含量相关，Regina等[99]通过抑制小麦支链淀粉酶Ⅱ的活性来提高直链淀粉含量，老鼠喂养试验显示，高直链淀粉含量的转基因小麦对老鼠健康有益。目前，在小麦营养成分改良方面研究较少，但在水稻、玉米、大豆等作物中通过转基因技术增加蛋白/淀粉/油份及必需氨基酸的含量，添加维生素、矿物质等已取得较大进展，对今后小麦转基因是很好的借鉴。表7小麦品质分子改良研究现状基因名称Geneintroduced基因来源Speciesofintroducedgene功能Trait转化方法Transformationmethod文献Reference高分子量谷蛋白亚基基因1Dx5和1Dy10小麦提高面团筋力基因枪[79-80]高分子量谷蛋白亚基基因1Dx5小麦提高面团筋力基因枪[81-84]高分子量谷蛋白亚基基因1Ax1,1Dx5和1Dy10小麦提高面团筋力基因枪[85]高分子量谷蛋白亚基基因Dy10:Dx5小麦提高面团筋力基因枪[86]高分子量谷蛋白亚基基因1Ax1小麦提高面团筋力基因枪[87-88] PinA和PinB基因小麦改善籽粒硬度花粉管通道法[89]小麦改善籽粒硬度基因枪[90-91]PinA基因小麦改善籽粒硬度基因枪[92]PinB基因小麦改善籽粒硬度基因枪[93]高赖氨酸含量基因wblrp四棱豆提高赖氨酸含量基因枪[94]赖氨酸合成关键酶dapA基因大肠杆菌谷蛋白GluA-2基因水稻改善氨基酸成份基因枪[95]颗粒结合型淀粉合成酶基因小麦降低小麦种子中直链淀粉的含量农杆菌介导法[96]肌醇六磷酸酶基因黑曲霉菌提高营养品质基因枪[97-98]支链淀粉酶Ⅱa、b小麦提高直链淀粉含量农杆菌介导法[99]（5）提高小麦产量高产是小麦遗传改良最重要目标之一，小麦产量由穗粒数、千粒重、有效分蘖数以及株型等多种农艺性状决定，属多种基因和环境协同控制的复杂数量性状。目前对产量相关的分子调控机制了解尚不充分，高产转基因小麦育种还处于探索阶段：(1)转入植物光合作用中的关键酶基因，提高小麦光合作用，如磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(pepc)[100-101]。陈绪清等[101]将玉米pepc基因转入小麦，发现部分转基因株系叶片中的PEPC酶活性提高了3~5倍，光合速率有所提高。(2)改善小麦分蘖、根部发育及延缓小麦叶片衰老等，如玉米侧芽分枝基因(TB1)[102]、红花菜豆赤霉素2氧化酶基因[103]、根癌农杆菌来源的异戊烯基转移酶基因[104-105]等。奚亚军等[104-105]分别利用花粉管通道法和农杆菌介导法将叶片衰老抑制基因P_(SAG12)-IPT导入小麦，对小麦叶片细胞分裂素和叶绿素含量、叶片衰老进程及农艺性状等进行综合分析，初步证明转基因小麦的叶片衰老受到明显抑制。(3)提高小麦胚乳中的淀粉含量，如ADP-葡萄糖焦磷酸化酶大亚基基因(Shrunken2)[106]。淀粉占小麦籽粒干重70%左右，淀粉含量直接决定小麦产量，而ADP-葡萄糖焦磷酸化酶决定小麦籽粒中淀粉的合成效率。玉米Shrunken2基因的转基因小麦株系与对照相比，单株籽粒产量增加38%，生物产量增加31%[106]。分子育种将是提高作物产量的有效手段之一，寻找与高产相关的功能基因对作物高产育种具有重要理论意义和应用价值。Song等[107]成功克隆了控制水稻粒重的数量性状基因GW2， GW2功能缺失或降低时，降解与细胞分裂相关蛋白的能力随之下降，从而使细胞分裂加快，谷粒谷壳的细胞数目增加，进而显著增加水稻谷粒的宽度、加快籽粒灌浆速度、增加粒重及产量。Huang等[108]首次阐述了DEP1基因在中国超级稻增产中起到的关键作用，DEP1的突变等位基因dep1普遍存在于我国东北和长江中下游地区的高产水稻品种中，dep1基因能促进细胞分裂，使得稻穗变密、植株半矮化、枝梗数增加和每穗籽粒数增多，从而提高水稻产量；研究还发现该基因同样在小麦穗发育过程中起着重要作用。这些研究成果可为高产小麦转基因育种提供新途径和新的基因资源。4、安全管理支撑技术研究（1）转基因植物安全评价美国转基因生物安全评价与生物技术研发受到同等重视，通过USDA、FDA和EPA组织实施转基因生物的安全评价，以科学数据为依据，遵循“个案分析”、“实质等同性”、“逐步完善”等原则，现已建立了从产前、产中直至产后严密完善的安全评价制度。杜邦公司的先锋国际种业，建立了转基因生物技术研发与环境安全和食用/饲用安全评价体系。先正达公司建立了系统的转基因生物环境和食用风险评估技术体系，在产品研发的不同阶段，划分了安全性评价的介入阶段。此外，不管转基因生物研发公司或大学均强化转基因生物安全评价的主体和主要责任人，视安全为产品的根本，效果和安全同等对待，在人员投入与经费安排等方面与生物技术研发同等重视。（2）转基因植物安全管理1986年美国总统科技政策办公室发布了《生物技术管理协调框架》。该框架规定生物技术产品与未修饰的有机或传统产品没有本质不同，监管的重点是最终产品而非生产过程。各部门对转基因生物的安全管理应该基于产品最终用途并且遵循个案审查原则。现有法律为监管生物技术产品提供足够的权力。2002年5月，五项涉及转基因农作物安全问题的法案被提交国会讨论，其中三项法案较为重要，分别为《转基因农作物和动物农民保护法案》（HR4812）、《转基因食品知情权法案》（HR4814）和《转基因生物责任法案》（HR4816）。从政府管理职能来看，美国对转基因生物安全管理主要由美国农业部（USDA）、环保署（EPA）和食品与药物管理局（FDA）负责。USDA、EPA、FDA根据联邦法律赋予的职能各司其职，有效管理转基因生物从研发到商业化生产的各个环节（表8）。 表8美国、欧盟和中国转基因相关法律法规美国欧盟中国重组DNA分子研究准则生物技术管理协调大纲动植物、微生物生物安全l植物检疫法l联邦植物有害生物法l病毒——血清——毒素法l联邦杀虫剂、杀真菌剂、杀啮齿类动物药物法l毒物控制法l生物技术微生物产品准则l关于新微生物申请的准备要点食品与药物管理l公共卫生服务法l联邦食品、药物和化妆品法转基因农作物安全法案l转基因农作物农民保护法案l转基因食品知情权法案l转基因生物责任法案重要指令l封闭使用转基因生物l转基因生物有意环境释放l一些转基因生物制品、添加剂和调味剂重要法案l转基因生物越境转移法规l转基因生物可追踪性和标识及由转基因生物制成的食品和饲料产品可追踪性l转基因食品和饲料条例基因工程安全l基因工程安全管理办法农业转基因生物安全l农业转基因生物安全管理条例l农业转基因生物安全评价管理办法l农业转基因生物标识管理办法l农业转基因生物进口安全管理办法l农业转基因生物安全评价管理程序l农业转基因生物进口安全管理程序l农业转基因生物标识审查认可程序转基因食品安全l食品卫生法l转基因食品卫生管理办法转基因药品安全l新生物制品审批办法转基因微生物安全l病原微生物实验室生物安全管理条例欧盟是生物安全国际法的主要推动者之一，1984年，欧盟建立了旨在协调共同体内生物技术政策的生物技术指导委员会，1986年进一步召集成员国就有关问题展开讨论，着力解决协调活动、发展控制水平、工业废物的管理、突发事件的应变以及有计划的环境释放授权等问题。20世纪90年代初，欧盟发布了关于封闭使用转基因生物的第90／219／EEC号指令和关于转基因生物有意环境释放的第90／220／EEC号指令。此外，欧盟还颁布了一些转基因生物制品、添加剂和调味剂的重要指令；转基因生物越境转移法规、转基因生物可追踪性和标识及由转基因生物制成的食品和饲料产品可追踪性法规等诸多法案。5、商品化与产业化目前转基因小麦品种尚没有进入商业化生产。由于随着近几年美国小麦种植面积逐年下滑、产量和效益持续下降，对利用生物技术提高小麦产量和效益的呼声不断提高，调查显示 75%的美国小麦生产农户开始愿意接受种植转基因小麦。特别是2009年，美国、加拿大、澳大利亚小麦协会发表联合宣言，表示同步推进转基因小麦的研发与生产。这个积极的信息预示着新一轮转基因小麦研发竞争开始了。2009年7月中旬，美国孟山都公司宣布重新启动转基因小麦的计划，预计在未来10年中将会出现商业化的转基因小麦品种。几天之后，德国的拜耳公司宣布和澳大利亚的CSIRO（联邦科学与工业研究组织）合作开发转基因小麦，重点是提高的小麦产量、逆境抗性以及提高磷肥的利用效率，并计划在2015年将转基因小麦品种推向市场。瑞士的Syngenta公司也一直致力于研发抗赤霉病的转基因小麦品种。6、知识产权状况到2007年1月为止与小麦遗传转化有关的国内外专利共计86项（表9，10）。其中有关遗传转化方法的专利共29项，包括有关基因枪转化方法的4项，农杆菌转化方法的8项，原生质体转化方法的2项，其他转化方法的15项。根据专利保护的地域分类，包括国际专利8项，美国专利14项，中国专利3项，日本专利1项，英国专利1项，墨西哥专利1项。按照专利保护的内容主要包括五个方面，转化受体组织的选择（包括小麦幼胚愈伤组织、芽尖、成熟胚愈伤组织、中胚轴分裂组织外植、悬浮细胞系体、分裂能力强的全能细胞等）；培养基成分的调整（包括利用硫辛酸提高愈伤组织的再生能力，增加培养基中铜离子含量等）；转基因再生组织的优化；新型选择标记的使用（包括氨腈水合酶基因的利用，草甘膦除草剂抗性基因的利用等）；新型表达载体的构建（包括将小麦基因组序列插入表达载体，利用同源重组提高转化效率）。有关各种功能基因转化小麦的专利共8项，包括有关抗逆基因1项（海藻糖合成酶基因，TPS和TPP），抗病基因4项（调控系统获得性抗性基因，NIM1；小麦赤霉病抗性基因；抗菌肽合成酶基因），抗虫基因1项（BT抗虫基因），除草剂抗性基因的2项（除草剂抗性基因，ahas2gene）。有关光抑制抗性基因专利1项（一种谷氨酸盐合成酶基因，glutaminesynthetasegene）。根据专利保护的地域分类，包括美国、墨西哥、日本专利各2项，国际和韩国专利各1项。总体来说，专利保护的功能基因还比较少，特别是抗逆、抗病和抗虫基因，随着全球水资源的不断紧缺和小麦病源物的不断变异，急待开发新的抗逆和抗病基因以迎接挑战。有关启动子克隆及应用专利有3项（用于单子叶植物转化的启动子，OsCc1， ABA等激素控制的启动子，EM）。目前，受专利保护的用于单子叶植物转化的启动子还比较少，特别是各种组织特异性表达的启动子和各种环境条件诱导型的启动子还比较少，这些启动子的应用对于提高转基因小麦的安全性，减少外源基因表达对受体植物正常生理代谢的影响具有重要的意义。涉及小麦品质、养分利用效率以及光能利用转基因育种和基因克隆的有关专利45个。关于小麦品质方面的专利，在过去15年中，欧美和澳大利亚科学家申请了一些调控小麦籽粒加工品质、磨粉品质或淀粉品质基因的专利。但这些专利主要是针对单个基因调控单个性状来申请的，而且目前尚未见到利用这些专利基因而培育出大面积推广商业化品种的报道。另外，这些基因专利对现阶段我国小麦遗传改良没有显著的限制作用，因为这些专利基因调控的性状可以利用我国小麦种质资源中存在的自然变异和分子标记辅助选择来实现进一步改良。目前国内外尚缺乏可以协调改良小麦品质和产量性状之关键基因的专利。因此，我国政府应加大小麦基础研究的支持力度，使我国科学家可以先于其它国家科研人员获得能够协调小麦品质和产量性状改良之关键基因的专利。目前，国际上与小麦养分利用效率改良直接相关的专利很少。但有关利用模式植物（拟南芥等）基因而改良植物养分利用效率的专利正逐渐增多。因此，我国政府应加大小麦养分利用效率基础研究的支持力度，使我国科学家可以先于其它国家科研人员获得调控这类性状关键基因的专利。表9有关小麦遗传转化的国内外专利序号公开日期及专利号名称1.2005-05-25CN1618278Techniqueforhigh-efficiencyhereditaryofwheat2. 1999-12-31GR3031054T METHODSFORSTABLETRANSFORMATIONOFWHEAT3.1999-09-21US5955362Methodsforstabletransformationofwheat4.1997-03-11US5610042Methodsforstabletransformationofwheat5.2006-10-05Methodfortheproductionofstablytransformed,fertilegramineae US2006225155employingagrobacterium-mediatedtransformationofisolatedgramineaezygotes1.2005-07-06CN1633839Improvedwheatshootapextransformationmethodinducedbyagrobacterium2.2004-10-13CN1536084Methodformakegeneconversionofwheatbyusingagrobacteriamediation3.2003-03-06WO03018822ANIMPROVEDEFFICIENCY(AGROBACTERIUM)-MEDIATEDWHEATTRANSFORMATIONMETHOD4.2003-08-14US2003154517Efficiencyagrobacterium-mediatedwheattransformationmethod5.2003-01-30US2003024014Methodsfortheproductionofstably-transformed,fertilewheatemployingagrobacterium-mediatedtransformationandcompositionsderivedtherefrom6.2001-02-22WO0112828METHODSANDAPPARATUSFORTRANSFORMATIONOFMONOCOTYLEDENOUSPLANTSUSINGAGROBACTERIUMINCOMBINATIONWITHVACUUMFILTRATION7.1997-12-24WO9748814METHODSFORTHEPRODUCTIONOFSTABLY-TRANSFORMED,FERTILEWHEATEMPLOYINGAGROBACTERIUM-MEDIATEDTRANSFORMATIONANDCOMPOSITIONSDERIVEDTHEREFROM8.2005-04-14US2005081259Herbicidetoleranceachievedthroughplastidtransformation9.2002-06-13US2002073443Herbicidetoleranceachievedthroughplastidtransformation10.2005-08-04WO2005070066CHLOROPHYLLOUSTOTIPOTENTCELLCULTURES11.2004-07-08US2004133938Useoflipoicacidinplantculturemedia12.2004-06-24US2004123342Monocotyledonousplanttransformation13.2003-01-09WO03002740IMPROVEDTRANSFORMATIONANDREGENERATIONOFWHEATUSINGINCREASEDCOPPERLEVELS14.2003-01-23US2003018991Transformationandregenerationofwheatusingincreasedcopperlevels15.2003-01-30WO03007698ANOVELMETHODFORTHEPRODUCTIONOFTRANSGENICPLANTS16.2003-06-12US2003110531Novelmethodfortheproductionoftransgenicplants17.2003-03-13US2003051275Methodsandmeansforexpressionofmammalianpolypeptidesinmonocotyledonousplants18.2001-10-04WO0173084METHODSFORRAPIDLYPRODUCINGTRANSGENICMONOCOTYLEDONOUSPLANTS19.2002-05-08MXPA00012520METHODSANDMEANSFOREXPRESSIONOFMAMMALIANPOLYPEPTIDESINMONOCOTYLEDONOUS PLANTS1.2001-07-31US6268547Transformationofwheatwiththecyanamidehydratasegene2.2000-11-28US6153812Rapidandefficientregenerationoftransgenicwheatplants3.2003-04-24 EA3423 ACULTUREOFTRANSGENICPLANTCELLSANDTRANSGENICPLANT,COMPRISINGEXPRESSIONCASSETTEOFUSPRECEPTORTARGETPOLYPEPTIDE,METHODSOFPRODUCINGOFTHEIRPROGENY,METHODSFORCONTROLLINGOFEXPRESSIONOFTARGETPOLYPEPTIDEINSAIDPLANTBYJUVENILE4.1994-05-11WO9409905PERCUSSIONMILLFORCEREALS5.1989-07-03JP1168288TRANSFORMATIONPROMOTORANDPROMOTIONOFTRANSFORMATIONUSINGSAME6.1983-04-14WO8301176PROCESSFORTHEGENETICMODIFICATIONOFCEREALSWITHTRANSFORMATIONVECTORS7.2003-12-31KR20030097366METHODFORINCREASINGABIOTICSTRESS-RESISTANCEINMONOCOTPLANTS8.2005-06-16US2005132438Novelmonocotylednousplantgenesandusesthereof9.2003-02-24MXPA02008641NOVELMONOCOTYLEDONOUSPLANTGENESANDUSESTHEREOF10.1999-02-25WO9909173TOLERANCEOFTRICHOTHECENEMYCOTOXINSINPLANTSANDANIMALSTHROUGHTHEMODIFICATIONOFTHERIBOSOMALPROTEINL3GENE11.1998-05-20CN1182135Geneticengineeringsynthesismethodofhorseshoecrabextractasanti-funguspolypeptide12.1990-03-26JP2085204METHODFORINCREASINGINSECTTOXINEFFECT13.2004-07-30MXPA02010625USEOFTHEMAIZEX112MUTANTAHAS2GENEANDIMIDAZOLINONEHERBICIDESFORSELECTIONOFTRANSGENICMONOCOTS,MAIZE,RICEANDWHEATPLANTSRESISTANTTOTHEIMIDAZOLINONEHERBICIDES14.2003-09-04US2003167538USEOFTHEMAIZEX112MUTANTAHAS2GENEANDIMIDAZOLINONEHERBICIDESFORSELECTIONOFTRANSGENICMONOCOTS,MAIZE,RICEANDWHEATPLANTSRESISTANTTOTHEIMIDAZOLINONEHERBICIDES15.2003-04-18KR20030030139PROMOTERFORTRANSFORMATIONOFMONOCOTPLANTS16.1992-08-18US5139954 DNApromoterfragmentsfromwheat17.1989-11-15EP0335528DNApromoterfragmentsfromwheat18.1994-10-21PLANTRESISTANTTOPHOTOINHIBITIONANDITS JP6292480PRODUCTION表10国际上涉及小麦品质、氮磷养分和光能利用效率转基因育种和基因克隆的有关专利序号专利号专利名称17122727NUCLEICACIDMOLECULESFROMWHEATENCODINGANR1-PROTEIN,ANDTRANSGENICPLANTCELLSANDPLANTSCOMPRISINGTHENUCLEICACIDMOLECULES27112718TRANSGENICPLANTSSYNTHESIZINGHIGHAMYLOSESTARCH37098381PLANTURIDINEDIPHOSPHATE-GLUCOSEDEHYDROGENASEGENES,PROTEINS,ANDUSESTHEREOF4EP1080187MODIFICATIONOFCEREALGRAINHARDNESSVIAEXPRESSIONOFPUROINDOLINEPROTEINS56723366USEOFPUROINDOLINEFORPREPARINGBISCUITS66638552GLUTENINGENESANDTHEIRUSES76596930MODIFICATIONOFCEREALGRAINHARDNESSVIAEXPRESSIONOFPUROINDOLINEPROTEIN86570008MODIFICATIONOFSTARCHBIOSYNTHETICENZYMEGENEEXPRESSIONTOPRODUCESTARCHESINGRAINCROPS96468799GENETICALLYMODIFIEDPLANTSWITHALTEREDSTARCH106392120MODIFICATIONOFSTARCHBIOSYNTHETICENZYMEGENEEXPRESSIONTOPRODUCESTARCHESINGRAINCROPS116376749STARCHESVIAMODIFICATIONOFEXPRESSIONOFSTARCHBIOSYNTHETICENZYMEGENES126252134TRANSFORMEDWHEATHAVINGIMPROVEDBREADMAKINGCHARACTERISTICS136174725ALTERINGWHEATDOUGHVISCOELASTICITYWITHMODIFIEDGLUTENIN145985351GLUTENINGENESANDTHEIRUSES155973225ISOLATIONANDCHARACTERIZATIONOFAGENEENCODINGALOWMOLECULARWEIGHTGLUTENIN165914450GLUTENINGENESANDTHEIRUSES175650558GLUTENINGENESANDTHEIRUSES18RE39114EXPRESSIONOFSUCROSEPHOSPHORYLASEINPLANTS197041484STARCHBRANCHINGENZYMES207001771GENESENCODINGWHEATSTARCHSYNTHASESANDUSESTHEREOF216951969NUCLEICACIDMOLECULESWHICHCODEFORENZYMESDERIVEDFROMWHEATANDWHICHAREINVOLVEDINTHESYNTHESISOFSTARCH226897358NUCLEICACIDMOLECULESENCODINGWHEATENZYMESINVOLVEDINSTARCHSYNTHESIS236890732NUCLEICACIDMOLECULESWHICHCODEFORENZYMESDERIVEDFROMWHEATANDWHICHAREINVOLVEDINTHE SYNTHESISOFSTARCH246734339NUCLEICACIDMOLECULESENCODINGENZYMESFROMWHEATWHICHAREINVOLVEDINSTARCHSYNTHESIS256730825ISOFORMSOFSTARCHBRANCHINGENZYMEII(SBE-IIAANDSBE-IIB)FROMWHEAT266307125NUCLEICACIDMOLECULESENCODINGENZYMESFROMWHEATWHICHAREINVOLVEDINSTARCHSYNTHESIS276600090TRANSGENICPLANTSEXPRESSINGPUROINDOLINESANDMETHODSFORPRODUCINGSUCHPLANTS28EP0927193TRANSFORMEDWHEATHAVINGIMPROVEDBREADMAKINGCHARACTERISTICS29EP0879283GLUTENINGENESANDTHEIRUSES30EP1080187MODIFICATIONOFCEREALGRAINHARDNESSVIAEXPRESSIONOFPUROINDOLINEPROTEINS316864405TRANSGENICPLANTSTHATEXHIBITENHANCEDNITROGENASSIMILATION326329573PLANTSCONTAININGTHEGDHAGENEANDMETHODSOFUSETHEREOF336268547TRANSFORMATIONOFWHEATWITHTHECYANAMIDEHYDRATASEGENE347091400TRANSGENICFIBERPRODUCINGPLANTSWITHINCREASEDEXPRESSIONOFSUCROSEPHOSPHATESYNTHASE356831217C3PLANTSEXPRESSINGPHOTOSYNTHETICENZYMEOFC4PLANTS36EP1439232METHODOFELEVATINGPHOTOSYNTHESISSPEEDOFPLANTBYIMPROVINGPYRUVATEPHOSPHATEDIKINASE376667171ENHANCEDPRACTICALPHOTOSYNTHETICCO2MITIGATION38EP1221846USEOFLIPO-CHITOOLIGOSACCHARIDESFORINCREASINGPHOTOSYNTHESISINPLANTSANDCORRESPONDINGMETHODSANDCOMPOSITIONS396175060PHOSPHATE-DEFICIENCYINDUCIBLEPROMOTER406320101ENHANCINGINORGANICCARBONFIXATIONBYPHOTOSYNTHETICORGANISMS41EP1036842USEOFCYANOBACTERIALFRUCTOSE-1,6-BISPHOSPHATASETOIMPROVEGROWTHOFPLANTS426096545PHOSPHATESTARVATION-INDUCIBLEPROTEINS435977435PLANTPHOSPHATASES445922564PHOSPHATE-DEFICIENCYINDUCIBLEPROMOTER45EP0917564PHOSPHATESTARVATION-INDUCIBLEPROTEINS 二、国内研发现状与发展趋势1、重要功能基因研究抗逆相关基因克隆：中国农科院从小麦中克隆了4个ERF基因，其中TaERF1和TaEBP基因提高了转基因拟南芥和烟草的抗旱性和耐盐性，目前已获得了T4代转基因小麦植株，初步试验证明，TaEBP的超表达提高了转基因小麦的抗旱性和对白粉病的抗性；克隆了5个DREB类转录因子，功能鉴定结果表明，这些转录因子的过表达可以提高植物的抗旱和耐盐、耐低温能力；克隆了小麦蛋白磷酸酶2A基因TaPP2Aa、TaPP2Ac，2个Na+/H+逆向转运蛋白基因，亚细胞定位证明这两个基因编码的蛋白为液胞逆向转运蛋白；克隆了8个MAPK基因和2个CDPK基因等与小麦耐旱密切相关的功能基因和调控基因。中科院遗传与发育所（2003）在干旱诱导的小麦中得到一个DREB转录因子基因TaDREB1，此转录因子受干旱、高盐和低温胁迫的诱导，而且WCS120的表达与TaDREB1基因的表达密切相关。中国农业大学和山东大学克隆了普通小麦的2个受环境胁迫因子（干旱、高盐、低温和/或ABA）诱导显著上调表达的转录因子基因（TaZnF和TaSrg6），超表达TaZnF的转基因植株提高了对干旱、低温及高盐胁迫的能力，并使转基因植株中rd29A的基因上调表达；超表达TaSrg6的转基因植株提高了抗干旱的能力，同时使转基因植株中erd1基因上调表达；这些结果暗示了TaZnF和TaSrg6基因在参与逆境胁迫时可能具有的调控机制。目前，已经获得TaZnF和TaSrg6超表达转基因小麦阳性植株。初步分析结果显示，转基因植株对干旱、低温及高盐胁迫的抗性有显著的提高。调控小麦品质、氮磷养分利用、光能利用效率基因的克隆：在过去的十年中，我国科研人员在分离调控小麦品质、氮磷养分利用效率、光能利用效率基因方面开展了一系列卓有成效的研究，分离了一大批关键基因及其优异等位变异。下表列出了目前已知的研究成果。对这些基因开展了一系列功能研究，发表了高质量的学术论文，并获得了一些关键基因知识产权。如我国科研人员发现小麦高分子量麦谷蛋白亚基基因1Bx14 可以在不影响面筋强度的前提下显著改善面团的延展性。通过组合1Bx14和1Dx5亚基基因的表达，可以获得强度和延展性同时改良的小麦品种。在磷高效性状研究方面，分离出了小麦中调控缺磷基因表达的转录因子TaPHR1，将该基因在拟南芥中表达可以显著提高植株中磷的含量以及转基因植株耐低磷的能力，目前已利用TaPHR1转化了小麦骨干亲本品种并获得了多个不同的T1株系。在氮高效性状研究方面，初步发现谷氨酰胺合成酶基因极有可能是我国大面积推广小麦品种具有相对较高氮素利用效率的原因之一，发现了该基因的优异等位变异，利用该等位变异培育氮高效小麦品种的研究正处于顺利进展之中。表13我国克隆的调控小麦品质、氮磷养分利用和光能利用效率的基因性状基因符号（名称）主要功能文献籽粒加工品质1Bx14面筋品质Lietal.,20041Ax1-1面筋品质李义文，贾旭，王道文等（待发表）1Dx2-1面筋品质李义文，贾旭，王道文等（待发表）1Dy12-1面筋品质李义文，贾旭，王道文等（待发表）1Ux1面筋品质Liuetal.,20031Slx154面筋品质王道文等（待发表）1Sly154面筋品质王道文等（待发表）1Bx6面筋品质张爱民等（待发表）1By13面筋品质张爱民等（待发表）1Dx2.2面筋品质Wanetal.,20051Dx2.2*面筋品质Wanetal.,20051Ssx49077面筋品质Sunetal.,2006HMW-GS-II2a面筋品质Fengetal.,20041Dy10.1t面筋品质Zhangetal.,20061Dy12.1t面筋品质Zhangetal.,2006XYGluD3-LMWGS1面筋品质Xuetal.,20061Aix1面筋品质张相岐等（待发表）1Bsy2面筋品质张相岐等（待发表）LAi1面筋品质徐虹等,2004LAi2面筋品质徐虹等,2004LAi3面筋品质徐虹等,2004LAi4面筋品质徐虹等,20041St1面筋品质张相岐等（待发表）1St2面筋品质张相岐等（待发表）1St3面筋品质张相岐等（待发表）1Ex面筋品质张相岐等（待发表）1Ey面筋品质张相岐等（待发表）1E1x面筋品质张相岐等（待发表）1E1y面筋品质张相岐等（待发表） 1E2x面筋品质张相岐等（待发表）Glu-A3LMW-GSgenes面筋品质凌宏清，张爱民，王道文等（待发表）Glu-B3LMW-GSgenes面筋品质凌宏清，张爱民，王道文等（待发表）Glu-D3LMW-GSgenes面筋品质凌宏清，张爱民，王道文等（待发表）Glu-D3LMW-GSgenes面筋品质Zhaoetal.,2006Pinb-D1b磨粉品质Chenetal.,2007淀粉品质GBSS1淀粉品质Lietal.,2005TaPMM-A1;1维生素C合成王道文等（待发表）TaPMM-A1;2维生素C合成王道文等（待发表）TaPMM-B1;1维生素C合成王道文等（待发表）TaPMM-B1;2维生素C合成王道文等（待发表）TaPMM-D1;1维生素C合成王道文等（待发表）TaPMM-D1;2TaPMM-D1;2维生素C合成维生素C合成王道文等（待发表）王道文等（待发表）TaGaLlDH1维生素C合成王道文等（待发表）TaGaLlDH2维生素C合成王道文等（待发表）TaVTC1维生素C合成王道文等（待发表）TaVTC2维生素C合成王道文等（待发表）TaLOX1脂肪氧化酶王涛，王道文等（待发表）TaLOX2脂肪氧化酶王涛，王道文等（待发表）TaLOX3脂肪氧化酶王涛，王道文等（待发表）小麦UDPG脱氢酶基因戊聚糖合成何中虎，夏兰芹等(待发表)小麦木聚糖合成酶基因戊聚糖合成何中虎，夏兰芹等(待发表)人工改造的乳铁蛋白基因提高铁元素含量何中虎，夏兰芹等(待发表)氮磷利用效率TaNRT2.1氮素利用Yinetal.,2004TaNRT2.2氮素利用Zhaoetal.,2004TaNRT2.3氮素利用Zhaoetal.,2004TaNRT1.1氮素利用童依平，李振声等(待发表)TaNar2.1氮素利用童依平，李振声等(待发表)TaNar2.2氮素利用童依平，李振声等(待发表)TaAMT1.1氮素利用童依平，李振声等(待发表)TaAMT2.1氮素利用童依平，李振声等(待发表)TaGS2-A1氮素利用童依平，李振声等(待发表)TaGS2-B1;1氮素利用童依平，李振声等(待发表)TaGS2-B1;2氮素利用童依平，李振声等(待发表)TaGS2-D1;1氮素利用童依平，李振声等(待发表)TaGS2-A1;2氮素利用童依平，李振声等(待发表)TaPT2磷素利用Zengetal.,2002TaPT8磷素利用常胜合等，2004TaIPS1磷素利用童依平，李振声等(待发表)TaIPS2磷素利用童依平，李振声等(待发表)TaIPS3磷素利用童依平，李振声等(待发表)TaPHR1磷素利用童依平，李振声等(待发表)TaIPS4磷素利用童依平，李振声等(待发表)TaIPS5磷素利用童依平，李振声等(待发表)TaVDE1抗光氧化Zhangetal.,2003 光能利用效率TaMnSOD1抗光氧化童依平，李振声等(待发表)TaPsBs1抗光氧化童依平，李振声等(待发表)TaSRX-A1抗光氧化王道文等（待发表）TaSRX-B1抗光氧化王道文等（待发表）TaSRX-D1抗光氧化王道文等（待发表）TaRBA1活化Rubisco张国等，2005抗病虫基因克隆：来自小麦本身的抗病虫基因不多。目前，国内外小麦抗病虫基因克隆进展不大，只有3个抗锈病基因被克隆出来。小麦转基因研究中利用的抗病基因多数是来自其他作物的抗病相关基因（如葡聚糖酶基因、芪合酶基因，几丁质酶基因等），以及微生物的抗菌肽、病毒的外壳蛋白或复制酶基因等。抗虫基因主要是利用雪花莲凝集素基因、半夏凝集素基因。最近几年，南京农业大学在对小麦近缘种簇毛麦的抗白粉病基因Pm21基因的克隆研究中有了新进展，已经获得抗病基因的侯选基因，并在转基因小麦中进行了功能验证，抗病效果非常明显。中国农业科学院也获得了来自小麦近缘种中间偃麦草的抗黄矮病基因的侯选基因克隆，转基因实验结果表明，该基因可以显著地提高转基因小麦的抗病性。此外，克隆了一批参与信号感应和信号传递的转录因子基因如ERF类，MYB类基因，功能验证结果发现，这些基因可以显著提高小麦的抗病性。2、遗传转化技术研究我国转化技术研究起步较晚，但进展迅速。近年来，全国不同实验室探索了利用DNA直接注射、花粉管通道、基因枪、农杆菌介导等多种途径对小麦进行遗传转化。在优化、比较的基础上，初步确定基因枪和农杆菌介导是目前小麦遗传转化的有效方法，其中，80%的小麦转基因植株是以基因枪法获得的，其它方法约占20%。涉及性状包括品质改良、抗病、抗虫、抗逆（抗旱、耐盐等）、抗除草剂、抗穗发芽、雄性不育基因以及发育等（见表14）。表14国内小麦遗传转化主要研究结果转移基因转移基因种类参考文献抗除草剂溴苯腈解毒基因bxn草甘膦解毒基因EPSPs草甘膦解毒基因GOX转谷氨酰胺合成酶王小军等，1996陈梁鸿等，1999Zhou等，1995黄其满等2005 抗病毒大麦黄矮病毒外壳蛋白基因BYDV-CP欧洲小麦梭条花叶病毒外壳蛋白基因WSSMV-CPNib8复制酶大麦黄矮病毒复制酶基因ORF天花粉蛋白基因TCS成卓敏等，1993徐惠君等，1999徐惠君等，2001田苗英等，1999郭宝太等，1995徐琼芳等，1998抗菌抗菌蛋白基因AFP真菌抗性有关的GCE、Bcl、Rip郭殿京等，1999叶兴国等2005芪合酶基因vst梁辉等，1999耐盐抗旱甜菜碱脱氢酶基因BADHDREB基因枯草杆菌果聚糖蔗糖酶基因(SacB)郭北海等，2000高士庆等2005刘伟华等2006改良品质高分子量麦谷蛋白亚基基因5与10的基因HMW-GSDy10,Dx5,1Ax1转1Ax1高赖氨酸含量基因(wblrp)和赖安酸合成关键酶(dapA)基因RNA沉默颗粒结合型淀粉合成酶WAXY蛋白张晓东等，1995姚琴等2006孟超敏等2004李加瑞等2005改良花发育特性春化相关基因ver203Chong等，1998创造雄性不育花粉绒毡层启动子与RNA酶基因TA29-Barnase花粉绒毡层启动子与反义肌动蛋白基因TA29-antiactin傅荣昭等，1997李艳红等，1999抗虫豇豆胰蛋白酶抑制剂基因CpTI雪花莲外源凝集素基因GNA豇豆胰蛋白酶抑制剂基因CpTI于洪欣等，1998徐琼芳等，2001梁辉等2004毕瑞明等2006抗穗发芽反义trxs基因周苏玫等2006刘雷等2004抗病小麦病程相关蛋白基因TaPR-1萝卜抗菌肽Rs-AFP2基因蒋正宁等2006廖勇等2006改良农艺性状反义PLDγ基因王瑞霞等2005抗衰老叶片衰老抑制基因P_(SAG12)-IPT奚亚军等20043、新品种培育我国转基因小麦研究发展较快，特别是在抗病毒、抗旱、抗穗发芽等转基因小麦方面取得显著进展，部分研究成果达到国际先进水平。 1997－2008年，62项转基因小麦获准进行环境安全评价，其中，中间试验44项，环境释放14项，生产性试验4项。涉及抗病21项、抗虫9项、抗逆16项、抗穗发芽2项、品质改良10项，其它4项。（1）抗病虫转基因小麦抗小麦黄花叶病转基因小麦进入生产性试验。中国农业科学院通过基因枪共转化法将小麦黄花叶病复制酶基因WYMV-Nib8导入扬麦158。经过6代功能鉴定，获得4个高抗小麦黄花叶病、抗性稳定遗传的小麦转基因新品系。已完成安全性评价的环境释放，2009年进入生产试验。中国农业大学获得遗传稳定、高抗WYMV的T7代转小麦黄花叶病毒cp基因小麦品系2个，第7代转小麦黄花叶病毒72kDa非结构蛋白基因小麦新品系3个，获得的转基因小麦新品系保持了原有受体品系的优良综合农艺性状、抗病毒能力达到极显著水平，具有较高的推广应用价值。其中，转cp基因小麦新品系H55和转72kDa非结构蛋白基因小麦新品系G7，2005年获准在江苏省进行生产性试验。抗赤霉病研究：华中农业大学将赤霉菌特异抗体融合蛋白基因转化小麦，接种鉴定结果表明，接种21天时，T1、T2及T3代转基因小麦的抗赤霉病性比对照提高70%以上。南京农业大学与美国堪萨斯大学合作，将水稻TPL基因和几丁质酶基因转化小麦，表达TPL蛋白的T1、T2和T3代转基因植株与对照植株相比，接种赤霉菌后发病程度明显减缓。接种后第十天，非转基因对照植株麦穗有43%为半枯萎状态，而转基因植株只有16%。中国农业科学院通过共转化几丁质酶和葡聚糖酶基因，获得了对赤霉病抗性提高的转基因小麦。抗纹枯病研究：中国农业科学院利用人工合成的抗菌肽RS-AFP2基因获得了抗纹枯病小麦株系，并获准进行中间试验。抗白粉病研究：山东大学和中科院遗传与发育所分别将烟草葡聚糖酶基因、芪合酶基因导入小麦，获得了抗白粉病转基因小麦。中国农业科学院将葡萄糖氧化酶基因（GO基因）和Bar基因共转化普通小麦，获得了无筛选标记基因且具备白粉病抗性的转基因小麦；南京农业大学从6B短臂上克隆的抗白粉病候选基因，在转基因小麦中表现高抗白粉病。 小麦抗蚜虫转基因研究：抗蚜虫转基因小麦已进入中间试验，中国农科院作科所将雪花莲凝集素基因转入小麦品种郑9405，田间接种蚜虫试验表明,转基因小麦的蚜虫虫口率降低80%以上，T2代抗病株系的接蚜虫能力与对照差异极显著。此外，山东农业大学将豇豆胰蛋白酶抑制蛋白CpTI转入小麦，T2代种子对谷蛾昆虫具有很强的毒杀作用。在未转化的种子中，T2代种子的虫驻率达到58.27%，而在三个转基因株系中分别只有19.77%，21.86%和32.87％，与对照的差异极显著。（2）抗逆转基因小麦研究进展抗旱耐盐转基因小麦进入环境试验。中国农业科学院作科所将大豆或小麦的DREB/ERF基因分别转到鲁麦22、鲁麦23、济麦19、济麦20周麦18、石4185、宁春4号、新春9号等小麦主产区的推广品种中。获得了抗旱、耐盐性明显提高的转基因小麦品系，其中2个转基因小麦品系进入安全性评价的环境试验。山东大学获得了转antiport的耐盐转基因小麦进入环境释放。首次验证了SOS信号系统在单子叶植物中的作用，探讨了SOS途径在单子叶植物高盐胁迫响应中的可能机制。创建了SOS2-SOS3和SOS1-SOS2-SOS3多基因串联转化的转基因株系。通过该方法完成了SOS信号转导途径三个基因：SOS1，SOS2，SOS3分别转化4个山东省优质、高产推广小麦品种，获得了高耐盐的转基因小麦品系。转基因抗穗发芽小麦新品系进入环境释放。国家小麦工程技术研究中心在克隆构建硫氧还蛋白反义基因的基础上，通过共转化、连续5代跟踪分析，获得目的基因稳定遗传、无标记基因的转基因小麦新品系4个。连续3年在小麦不同成熟期取样，采用子粒发芽、离体整穗发芽和人工模拟降雨穗发芽等方法重复试验，结果表明对照籽粒培养20h开始萌动，转基因系籽粒到68h才开始有萌动，直到5d两者都有明显的差别；转基因系整穗较对照发芽平均推迟7天，总体趋势为成熟前10d到后熟25d时抑制穗发芽；在模拟降雨试验中，初始萌发时间比对照晚3-5d，终期萌发子粒比对照少5-8倍；试验结果说明，反义trxs基因在转基因系中表达良好，转基因小麦获得了抗穗发芽的能力，大田正常播种后能正常出苗。 （3）小麦品质性状转基因小麦研究：华中科技大学和山东农业大学的科研人员利用我国大面积栽培小麦品种培育出了籽粒淀粉品质和加工品质显著改良的小麦转基因株系。华中科技大学培育的加工品质改良的小麦转基因品系已获准开展田间试验，部分株系已进入生产性试验。北京市农林科学院构建了高效小麦高分子量谷蛋白5+10亚基基因表达载体，获得转基因植株146株，并筛选出4个优良株系，已进入环境释放。通过回交转育，培育出优质强筋品系4个，其中3个品系的面团形成与稳定时间达到30分钟以上，面包烘烤评分分别为93分、95分，达到了国家一级优质强筋小麦的标准。1个高蛋白质含量品系（京优523）总蛋白质含量为17.5%，产量与对照相当。（4）氮磷养分和光能利用性状转基因小麦研究：这一领域研究国内外均处于起步阶段，我国有较好的前期工作基础，克隆了一批相关基因，为转基因研究提供了基础。4、安全管理支撑技术研究（1）转基因植物安全评价我国已建立了农业转基因生物安全评价制度，主要评价农业转基因生物对人类、动植物、微生物和生态环境构成的危险或潜在风险。安全评价工作按照植物、动物、微生物三个类别，以科学为依据，个案审查为原则，实行四个等级（危险、具有低度、中度、高度危险）、五个阶段（实验研究、中间试验、环境释放、生产性试验和申请领取安全证书）管理。我国在转基因作物的研发方面进展较为缓慢，目前进入安全证书申请阶段的有抗虫棉花、抗虫水稻、转植酸酶基因玉米等，有些安全检测方面的试验尚未完成。在环境安全评价方面，主要从基因操作、遗传稳定性、生存竞争能力检测、外源基因流散的生态风险、对生物多样性影响的检测等方面进行安全评价。在食用安全方面，主要针对营养和抗营养、毒理、过敏、加工对安全性的影响、抗生素标记基因安全等方面进行评价，其中我国的检测机构对转基因作物的大鼠90天喂养试验和抗营养因子进行了检测。 从总体上来看，我国已经基本建立了转基因生物安全评价体系，包括了技术标准、评价标准、评价队伍、检测机构等。但是，随着转基因技术的发展和新特点转基因生物的出现，现有的评价体系已经不能完全适应技术和研发带来的挑战，主要表现在：转基因生物环境安全评价研究缺乏系统性，关键评价模型和技术体系缺乏，转基因新性状的研究不足；转基因生物分子特征评价能力不强，食用安全评价自主创新不足；转基因产品检测监测技术方法研究系统性差、标准化程度较低；安全评价科学依据不充分，缺乏系统、动态、科学的技术指标体系及实际的检测验证试验。（2）转基因植物安全管理我国初步建立转基因生物安全管理体系。1994年，农业部成为生物技术安全管理的主要部门，成立了领导小组，设立了农业转基因生物安全管理办公室；省级农业行政主管部门设立了农业转基因生物安全领导小组及办公室。1996年，农业部发布《农业基因工程安全管理办法》，2001年，国务院颁布《农业转基因生物安全管理条例》（以下简称《条例》），对境内从事农业转基因生物研究、试验、生产、加工、经营和进出口各个环节进行安全管理。2002年，农业部发布了与《条例》相配套的《农业转基因生物安全评价管理办法》、《农业转基因生物进口安全管理办法》和《农业转基因生物标识管理办法》；2002年，卫生部颁布《转基因食品卫生管理办法》；2004年6月，国家质检总局发布了与进出口安全管理相衔接的《转基因产品进出境检验检疫管理办法》。条例及配套规章基本构成了我国转基因生物安全管理的法规体系。随着我国社会经济及转基因生物技术的发展，现有法规体系中不完善、不配套问题逐步显现。现有法规基本不涉及风险交流，相关政府部门与产品研发者和贸易商的交流比较到位，而与生产者、非政府组织和媒体的交流较欠缺。在监管方面，对农业科研田间试验申报和监管缺乏相关制度；省级农业行政主管部门的权限仅为环境释放、生产性试验和生产应用，而对中间试验缺乏管理。我国农业转基因生物安全管理队伍，力量明显不足，对田间生产试验、市场标识、进口产品、违法违规事件、环境安全等监测监控不够。5、知识产权状况 全面补充三、需求分析1、产业发展需求分析（现实需求与长期需求）小麦是我国第二大口粮作物，小麦生产对公民口粮安全起着十分重要的作用。2001-2006年，年均小麦面积2367万公顷，占全国粮食面积的22.8％，占世界小麦面积的11.1％，年均产量9219万吨，占全国粮食总产量的20.3％，占世界小麦总产量的16.2％。2006年以后，小麦生产有所回升，2007-2009年小麦总产都超过1亿吨，年平均产量为1.114亿吨。但是，从供求平衡看，我国小麦供需将长期处于“紧平衡”状态。预计2020年我国人口将达到14.5亿，小麦需求量为1.4亿吨，缺口达20％。同时，随着生活水平的提高，消费者对小麦食品的加工和营养品质的要求越来越高。近年来国产小麦品质虽有一定改善，但仍然不能满足市场需求。我国小麦病虫种类繁多、危害严重。特别是在小麦资源中缺乏对赤霉病、纹枯病、黄矮病、小麦黄花叶病、全蚀病和蚜虫等有效的抗源，常规育种难以在短期内奏效。随着全球气候变化，干旱等非生物逆境胁迫发生频繁，对小麦生产已构成威胁。此外，我国小麦品种养分利用效率低下，引发严重资源浪费和环境污染。因此，实现小麦安全供给面临着严峻挑战。我国粮食生产将长期受水、耕地资源的刚性制约，在耕地面积不可能继续扩大的背景下，提高粮食产量，保障国家粮食安全只有提高单位面积产量。根据统计，我国良种在提高单产改善品质中的作用约占到30%，美国等发达国家已达到50%以上，说明通过品种改良提高我国作物单产的空间还很大。近30年来，我国小麦单产提高速度缓慢，平均为0.7％左右。根据预测，到2020年小麦单产平均年增加2％以上才能基本满足国内需要。要实现小麦主体自给，仅依靠常规技术是难以达到的。转基因技术作为现代生物技术的核心，已成为世界各国增强农业核心竞争力的焦点。大力发展转基因技术将为提高我国小麦育种水平提供强有力的技术支撑。我国小麦生产中急需解决以下关键问题：（1）小麦产量潜力有待进一步提高 由于我国人多地少的矛盾十分突出，发展附加值较高的经济作物是大势所趋，小麦面积不可能大幅度恢复增长，唯一的选择是进一步提高单产。国内一直将高产作为小麦育种的主要方向，并在产量潜力改良方面取得举世公认的成绩。我国自主研发的小麦新品种在黄淮海平原大部分单产可达8000公斤/公顷，部分品种具有9000公斤/公顷以上的产量潜力。在不计成本的小面积产量创记录实验中，美国冬小麦品种1966年达到1450公斤/公顷，英国冬小麦品种1982年达到15700公斤/公顷，我国春小麦品种1978年达到15300公斤/公顷，冬小麦品种1999年达到11600公斤/公顷。但在大面积生产中，2004年全世界21756万公顷小麦平均单产仅2900公斤/公顷，我国小麦平均单产仅为4200公斤/公顷，黄淮海主产麦区大面积生产上的平均单产只有5000公斤/公顷～6000公斤/公顷。总体来说，我国小麦单产水平仍亟待提高，与高产国家相比还有很大差距，例如，英国199.1万公顷单产达7900公斤/公顷。实验产量与生产水平差异较大，说明现有品种的生产潜力还没有得到充分发挥。（2）小麦品质不能满足市场和消费多样化的需求随着生活水平的提高，消费者对小麦食品的加工和营养品质的要求越来越高。近年来国产小麦品质虽有一定改善，但仍然不能满足市场需求，此外，国产优质麦缺乏，只能满足市场需求量的30%-40%。随着生活水平的提高，消费者对食品的种类、质量和营养价值也提出新的更高要求。高产品种中大多数加工品质性状较差，优质品种的产量一般较低。因此，品质和产量性状的协调改良方面存在互相关，而且这种互相关在近期内可能很难通过常规育种得到解决。优质专用小麦品种缺乏。我国目前推广的优质品种虽然能达到一般家庭消费的需求，但对于大规模、专业化和工厂化加工的需求尚不能完全满足。优质麦的类型偏少，缺乏优质面条和饼干/糕点专用品种，面包加工品质与国外优质麦有一定距离。因此，现阶段我国许多面粉加工企业仍然需要从国外进口部分强筋粉作为面粉食品加工的配粉。功能性小麦品种缺乏。 面粉食品的功能性品质对于预防和治疗人类疾病具有重要意义，目前是国际上小麦面粉品质改良的一个重要发展方向。如澳大利亚研究人员已利用转基因技术培育出抗性淀粉含量高的小麦品系，其面粉制品对于防治肠道肿瘤具有明显作用。（3）我国小麦病虫种类繁多、危害严重我国小麦病虫害种类繁多，包括赤霉病、白粉病、条锈病、纹枯病、小麦黄花叶病、黄矮病、全蚀病和蚜虫等。病虫害的频繁发生危害严重成为限制小麦生产的主要问题。例如，我国赤霉病常年发生面积约1亿亩，造成减产20-50％,至颗粒无收，同时影响小麦品质和人、畜健康。河南省1985年因赤霉病损失高达9亿元。纹枯病近年有逐渐蔓延的趋势，1992年全国1/8小麦受害，预计2007年我国1.2亿亩受害（1/3以上），产量损失可达5-40％，至颗粒无收。特别是在小麦资源中缺乏对赤霉病、纹枯病、黄矮病、小麦黄花叶病、全蚀病和蚜虫等有效的抗源，常规育种难以奏效。小麦条锈病是一种全球性真菌病害，我国是世界上最大的小麦条锈病流行区，主要发生在西北、西南、华北和淮北等北方冬麦区及西北春麦区，可减产10－30％；在特重的条件下，可造成颗粒无收。2002年条锈病发生面积达1.1亿亩以上损失小麦300多万吨。白粉病已成为威胁我国小麦生产的主要病害之一。上世纪70年代以来，我国生产上所利用的抗性品种在大部分地区相继丧失，导致小麦白粉病在全国范围内危害严重。由于生理小种变异较快，单一抗病基因丧失速度快，品种抗病性频繁丧失。通过转基因技术不断挖掘新的抗性基因，并快速培育出抗性新品种，可有效解决目前生产上抗性基因单一，抗源匮乏的难题。（4）干旱等非生物逆境胁迫成为限制小麦产量的重要因素我国小麦耕地的1/3位于干旱、半干旱地区，灌溉水短缺已成为我国小麦生产的限制因素，在河北、山东等小麦主产区尤为突出。小麦用水量大且效率有待提高。河北省小麦用水占全省农业总用水量的70%，水资源有效利用率只有40%左右，井灌区约为60%，每立方米水生产粮食不足1公斤，而发达国家的水有效利用率为80%。小麦节水潜力巨大。目前，现有高产品种对肥水要求较严，生产上急需在减少灌溉条件下高产稳产的品种。 小麦穗发芽是一种世界性灾害，影响小麦产量和品质，造成严重的经济损失。我国小麦产区85%都有穗发芽问题，进入80年代以后，面粉加工业和农户更偏爱出粉率较高的白皮小麦品种，使小麦生产中的穗发芽问题日趋严重。此外，高温逼熟以及由于灌溉后引起的耕地次生盐碱化等不利环境因素也给小麦生产带来威胁，影响产量和产品质量的稳定性。高温胁迫是我国小麦生产的重要环境胁迫。高温胁迫除导致茎叶枯干、降低对光能的利用外，主要是缩短灌浆过程、降低千粒重，迫使小麦提前成熟。危害轻的年份，减产在10%以下，危害重的年份减产在10%～20%，有时可达30％以上，而且影响小麦的品质及降低出粉率。我国黄淮冬麦区、新疆麦区、西北春麦区每年有三分之二的小麦遭受高温低湿型和旱风型胁迫危害，长江流域麦区、四川盆地在小麦生育后期遭受雨后热枯型和高温低湿型胁迫危害。提高小麦品种的耐热性是减少高温胁迫危害的主要措施。（5）养分利用效率低下，引发严重资源浪费和环境污染氮、磷是限制作物产量的大量营养元素，因此，施用氮磷肥料是促进作物产量提高的重要途径之一。我国氮、磷化肥用量占全世界用量的30%，我国主要农作物（包括小麦）氮肥利用率仅为30～35%（而发达国家为45%），损失率高达50%以上，每年损失的氮素价值达300多亿元。我国主要农作物（包括小麦）当季磷肥利用率在10－20%左右，而我国磷矿资源只有27亿吨储量，仅够维持使用70年左右。肥料利用率的低下不仅造成粮食生产成本高，而且导致严重的环境污染，直接影响了农业生产的可持续发展。因此，目前和未来我国迫切需要大量养分高效的农作物品种。对以上部分内容，希望各位专家给予具体修改和补充最新进展2、技术研究基础分析（具体到研究方向或性状）（各重大课题牵头人具体负责，将本方向的研究基础总结一下） （1）抗病虫小麦转基因育种技术研究基础分析：总体判断：抗病毒病转基因小麦进展迅速，达到国际同类研究的先进水平，有望在近3-5年内通过安全性评价，具备产业化条件；抗纹枯病和白粉病转基因小麦进展显著，有一定的材料储备，有望在4-6年内通过安全性评价，具备产业化条件；（2）抗逆小麦转基因育种技术研究基础分析：总体判断：抗旱、耐盐、抗穗发芽转基因小麦进展显著，达到国际同类研究的先进水平，有望在近4-6年内通过安全性评价，具备产业化条件；（3）高产小麦转基因育种（4）优质小麦转基因育种（5）养分高效利用小麦转基因育种四、重点研究方向1、产业需求迫切，研究基础较好，有望近期取得重大突破的方向2、产业需求迫切，研究有一定基础，需要长期系统支持，有利与培育新兴战略产业的方向3、应对全球气候变化和农业产业升级，有助于引领未来农业产业发展和科技进步，需要超前部署的方向（各重大课题牵头人具体负责）1、抗病虫转基因小麦新品种培育重点突破抗黄花叶病、白粉病、纹枯病转基因小麦新品种培育；长期系统支持抗赤霉病、锈病、蚜虫等转基因小麦培育；超前部署抗除草剂转基因小麦研究，培育抗除草剂转基因小麦新种质和新品种。 2、抗逆转基因小麦新品种培育重点突破耐旱、耐盐碱、耐穗发芽转基因小麦新品种培育；长期系统支持耐高温、冷害、耐湿等转基因小麦研究。3、高产转基因小麦新品种培育长期系统支持以穗粒数、粒重、分蘖等产量相关性状为重点，兼顾株型和群体结构改良，广泛筛选相关基因及调控因子，系统评价其育种价值；通过转基因技术与常规育种技术相结合，培育产量潜力明显提高的转基因小麦新种质和新品种。4、优质转基因小麦新品种培育重点突破长期系统支持超前部署以改良小麦面筋、磨粉、淀粉等品质性状为重点，兼顾富含维生素、微量元素和健康纤维等功能性品质性状。5、养分高效利用转基因小麦新品种培育重点突破长期系统支持超前部署氮、磷等营养高效转基因小麦、钾高效转基因小麦五、研究目标（各重大课题牵头人负责提出修改意见）（1）总体目标重点培育高抗黄花叶病、抗旱、耐盐碱、抗穗发芽等转基因小麦新品种3～5个，抗性达到高抗，形成年推广400万亩的能力。建立高效安全的转基因小麦育种技术体系，创制抗赤霉病、锈病、白粉病、抗蚜虫、抗除草剂、品质改良（面筋、淀粉等）等转基因小麦新品系150份，耐高温、冷害、磷氮钾高效利用等转基因小麦新种质800份；申报发明专利50～60项，获得发明专利15～20项；申报植物新品种权10～15项，获得植物新品种权3～5项。 （2）具体目标①抗病虫转基因小麦新品种培育培育高抗黄花叶病等转基因小麦新品种2～3个，形成年推广300万亩的能力。创制抗赤霉病、纹枯病、白粉病、锈病、抗蚜虫、抗除草剂等转基因小麦新种质250份，新品系80个；聚合二种以上抗性基因，创制双抗或多抗小麦新种质20份。申报发明专利10～25项，获得专利4～6项；申报植物新品种权5～8项，获得植物新品种权2～3项。②抗逆转基因小麦新品种培育培育抗旱、耐盐、抗穗发芽高转基因小麦新品种1-2个，形成年推广100万亩的能力。创制抗旱节水、耐盐碱、高温、冷害等转基因小麦新种质200份，新品系60个。申报发明专利10～15项，获得发明专利4～6项；申报植物新品种权3～5项，获得植物新品种权1～2项。③高产转基因小麦新品种培育利用高光效、优异株型、产量构成因子（穗粒数、千粒重、粒型、分蘖等）等产量性状相关基因，创制高光效、理想株型等转基因小麦新品系40份，获得转穗粒数、千粒重、粒型、分蘖等相关基因的转基因种质60～80个。申请发明专利5～10项。④优质转基因小麦新品种培育创制面筋、磨粉、淀粉、耐储藏等性状优异的转基因小麦新种质250份，新品系50个，富含维生素、微量元素和健康纤维等转基因小麦新种质40份。申报发明专利10～15项，获得发明专利3～5项；申报植物新品种权3～5项，获得植物新品种权1～2项。⑤养分高效利用转基因小麦新品种培育建立养分利用小麦品种分子育种技术体系；创制氮、磷、钾等养分高效利用的转基因小麦新种质100份、新品系20个。申报发明专利8～10项，获得专利5～8项；申报植物新品种权2～4项，获得植物新品种权1～2项。六、研究内容（各重大课题牵头人负责提出修改意见） （1）总体研究内容：围绕保障国家粮食安全、农业可持续发展，以及产业发展需求，结合我国转基因小麦研发的现有基础，采用转基因技术，结合分子标记选择和常规育种等技术，研究高效的多目标性状或多基因聚合的小麦分子育种技术体系；重点开展抗病（赤霉病、纹枯病、小麦黄花叶病），抗逆（耐旱节水，耐盐碱，抗穗发芽），品质改良（面筋、磨粉、淀粉）等转基因小麦的研发。为应对全球气候变化和农业产业升级，积极开展抗黄矮病、锈病、白粉病，耐高温冷害，抗蚜虫，抗除草剂，氮磷营养高效利用，功能品质（富含维生素和微量元素、健康纤维等）等转基因研究。创制具有重要实用价值的转基因小麦优异新种质；培育目标性状突出、综合性状优良的具有重大应用前景的转基因小麦新品种，推进转基因小麦产业化。（2）具体研究内容：①抗病虫转基因小麦新品种培育针对小麦主要病虫害，以突破抗黄花叶病转基因新品种培育关键技术为重点，培育有重大应用前景的转基因小麦新品种，推进产业化进程。创制抗赤霉病、锈病、白粉病、纹枯病、蚜虫、抗除草剂等转基因小麦新品系。通过转基因技术与分子标记选择、常规育种等技术密切结合，建立高效的小麦抗病虫分子育种技术体系，重点解决小麦生产上病虫危害严重的问题。②抗逆转基因小麦新品种培育针对干旱、盐碱、高温、冷害、穗发芽等非生物逆境，以突破抗旱、耐盐碱、穗发芽等转基因新品种培育关键技术为重点，培育有重大应用前景的转基因小麦新品种，推进产业化进程。创制抗逆（高温、冷害等）转基因小麦新种品系。通过转基因技术与分子标记选择、常规育种等技术密切结合，建立高效的小麦抗逆分子育种技术体系，重点解决非生物胁迫对小麦生产的影响。③高产转基因小麦新品种培育针对高光效利用、理想株型以及穗粒数、粒重、分蘖等产量相关性状，筛选相关基因及调控因子，系统评价其育种价值；通过转基因技术与常规育种技术相结合，培育产量潜力明显提高的转基因小麦新种质新品系。 重点解决小麦单产偏低的问题。④优质转基因小麦新品种培育以改良小麦面筋、磨粉、淀粉、耐储藏等品质性状为重点，兼顾富含维生素、微量元素和健康纤维等功能性品质性状。通过转基因技术与分子标记辅助选择、常规育种等技术密切结合，建立高效的小麦优质分子育种技术体系；创制突破性的优质转基因小麦新种质；培育有重大应用前景的优质转基因小麦新品种。重点解决国产优质小麦类型单一的问题。⑤养分高效利用转基因小麦新品种培育以显著改良小麦对土壤中氮、磷、钾等营养元素的利用效率为重点，通过转基因技术与分子标记选择以及常规育种等技术的密切结合，建立养分高效利用的小麦分子育种技术体系；创制资源高效型转基因小麦新种质和新品系。重点提高小麦养分利用效率。七、国内优势单位和科研团队布局情况（各重大课题牵头人负责汇总各优势单位和团队情况）要系统分析国内有哪些单位、哪些队伍在从事这些工作，具体做什么。做到了什么程度，突出优势再哪？按课题编写1、抗病虫转基因小麦新品种培育基因克隆与验证主要优势单位及研究团队，具体工作，突出优势遗传转化新品种培育2、抗逆转基因小麦新品种培育3、高产转基因小麦新品种培育4、优质转基因小麦新品种培育5、养分高效利用转基因小麦新品种培育 八、参考文献九、编写人员名单