植物转基因技术是指通过一定的方法将从动物、植物或微生物中分离到的目的基因转移到植物的基因组中，使之表达并稳定遗传，从而赋予植物新性状的技术。目前植物转基因技术主要在以下方面达到应用。第一、抗性基因工程，也被称为第一代植物基因工程。是研究最早，技术最为成熟，而且应用规模最大的植物转基因技术。主要包括抗虫基因工程、抗病基因工程、抗除草剂基因工程以及抗逆（盐碱、寒、冻、旱）基因工程。第二、植物品质改良基因工程。是目前植物转基因技术的研究热点，主要包括植物蛋白品质改良、碳水化合物（如淀粉、糖等）品质改良；脂肪、维生素品质改良以及后熟品质改良等。第三、有特殊疗效的保健食品、功能性食品以及治疗性食品。其他方面的应用还有杂种优势新品种的培育、生物反应器生产药物及工业原料等。
（一）发展回顾
从植物转基因技术的诞生到本世纪初，世界转基因作物种植面积达到数千万公顷，植物转基因技术在不到二十年时间内取得了巨大发展，并创造了巨大经济效益。
1983年美国华盛顿大学宣布成功将卡那霉素抗性基因导入烟草细胞。同年四月，美国威斯康星大学也宣布成功将大豆基因转入向日葵。标志着植物转基因技术的诞生，并对生物工程技术和世界农业都产生了巨大震动。随后转基因技术开始飞速发展起来，大量转基因植物开始陆续研制成功。1985年，第一批抗病毒、抗害虫和抗细菌病的转基因植物进入田间试验。同年美国专利局宣布遗传工程植物受专利保护。1986年美国环保署允许世界第一例转基因作物–抗除草剂烟草进行环境释放。1990年，我国研制的转基因抗病毒烟草一度成为世界上面积最大的转基因作物群落，并由此拉开了转基因作物大面积推广的序幕。1994年，美国的转基因延熟保鲜番茄–”FlavrSavr”番茄获得美国FDA的批准进入市场销售，成为第一个获许进行销售的转基因食品。
随后几年转基因作物得到迅速推广，全世界转基因作物推广面积已经从1996年的170万公顷猛增至2001年的5260万公顷，六年间增长了30多倍，累计种植1亿2千500万公顷。这期间种植转基因作物的国家数量亦从1996年的6个增加到2000年的13个。其中美国的转基因作物种植面积最广，2000年种植面积达到了3030万公顷，占68%；其次为阿根廷，1000万公顷，占23%；加拿大300万公顷，占7%；我国为50万公顷，占1% （这些数据太旧了，在以后的文章中会更新）。
转基因植物的推广为社会创造了明显的经济效益。1999年全球转基因作物出口总量为5467万吨，出口总额达到103亿美元。美国1996年从农业生物技术上得到的净利为9200万美元，到1997年时已增加到3.15亿美元。加拿大1997年从农业生物技术上获得的净利也达到了5300万美元。从全球角度看，1995年到1998年4年间转基因作物销售收入增加20倍。1995年时仅为7500万美元；1996年翻三番达2.35亿美元，1997年又再翻了近3番，达6.7亿美元；1998年则达到12～15亿美元。仅2001年，我国进口的大豆〔绝大多数为转基因大豆〕即达1500万吨。
我国在上世纪八十年代已经开始转基因植物的研究。到1990年，我国自行研制的抗烟草花叶病毒烟草在辽宁省进行了种植，并一度成为世界上最大的转基因植物群落。随后，转基因抗病毒烟草PK863和转Bt基因抗虫烟草PK893也于1992年在辽宁省种植，与相应的常规品种相比增产5～7％，节省2～3％的杀虫剂喷洒量。后来因为国际转基因安全性的争论而停止了进一步的应用。
国家有关科研计划对转基因植物的研究和开发给与了持续的支持，其中资助力度较大的计划有”国家高技术研究发展计划（863计划）”、”国家转基因植物研究与产业化专项”、”国家重点基础研究发展规划（973计划）”以及国家自然科学基金等。同时国际科研基金如”Rockefeller基金”、”McKnight基金”和”中国－欧盟科技合作计划”等也极大地支持了我国转基因植物的研究。据统计，我国1986年在植物生物技术领域的研究投入为1.4亿元，到1999年已经增长到9.2亿元。其占全国作物研究总投入的比例由1986年的1.2％增加到1999年的9.2％ 。在植物生物技术领域从事工作的科学家及专业技术人员也由1986年的740人扩大到1999年的1988人。
截至到2000年，我国累计进行大田试验的转基因植物有45项，进行环境释放的有65项，商品化生产31项。商品化和在研的转基因植物涉及到50多个植物种类和120多个功能基因。1996年我国转基因植物的商品化种植面积为11.25万公顷，到2000年已经达到50万公顷(图2)，列世界第四位（James，2001）。1999年我国转基因作物进口量达到283万吨，进口总额7亿5千万元。我国商品化的转基因植物有：中国农科院生物技术研究所研制的转基因抗虫棉花、北京大学研制的转查尔酮合成酶（CHS）基因矮牵牛、抗病毒甜椒和抗病毒番茄、华中农业大学研制的转基因耐存储番茄。另外，美国孟山都公司的抗虫棉也获准在我国进行商品化种植。
其中，转基因抗虫棉是我国目前唯一大面积种植并实现产业化的转基因农作物。在国家科技部、农业部、国家计委等国家项目的支持下，中国农科院生物技术研究所等研究单位自1991年起开展了转基因抗虫棉的研究，通过基因修饰获得了具有自主知识产权的抗虫Bt毒蛋白基因（Cry1Ab和Cry 1Ac），利用我国独立开发的花粉管通道法转化技术对主要棉花品种进行了转化，并最终获得具有优良抗性的转基因棉花品系。该基因已经获得国家专利，使我国成为继美国之后拥有自主知识产权、独立研制成功转基因抗虫棉的第二个国家。此后又于1998年合成了编码雪花莲凝集素基因和Bt＋CpTI（豇豆胰蛋白酶抑制剂基因）双价抗虫基因，并应用于转基因抗虫棉的研制。经过10年努力我国的抗虫棉取得了突破性的进展，2000年抗虫棉推广面积达到550万亩，累计产生的社会经济效益近7.7亿元。
（二）主要进展
2001年世界转基因植物商品化种植面积达到5260万公顷，其中我国的种植面积为150万公顷，是2000年的3倍，成为世界转基因作物种植面积增长最快的国家。其主要原因一方面是因为已开发的产品效果良好，受到农户的重视而加大了种植面积；另一方面是由于国家加大了研究力度，转基因植物的新技术和新产品不断产生。
1、抗虫转基因植物
2001年，转基因抗虫棉在已经取得重大成绩的基础上又有新的突破。中国农业科学院生物技术研究所的抗虫棉基因专利”编码杀虫蛋白质融合基因和表达载体及其应用”获得国家知识产权局和世界知识产权组织授予的中国专利金奖。同时，双价转基因抗虫棉SGK321也顺利通过河北省品种审定委员会审定，标志着我国在双基因抗虫棉研究领域处于国际领先地位。目前，SGK321已经通过了农业转基因生物安全性评价，并获准在晋、冀、鲁、豫、皖进行商品化生产，在湖北进行环境释放。综合2000年和2001年两年区试结果，SGK321早熟性明显优于其他品种，霜前皮棉亩产75.4公斤，相当于对照抗虫杂交种的93.4%。该品种纤维品质好，长度为29.2毫米，比强度29.4厘米/特克斯，马克隆值4.8，抗虫性突出。
到目前为止，我国已审定抗虫棉品种14个，其中单价棉11个，分别为：GK1(国抗1号)、GK12(国抗12号)、GK19(国抗19号)、GK22(国抗22号)、GK30(鲁棉研16号)、GK95-1(晋棉26号)和GK46(晋棉31号)、GKz10(鲁棉研15号)、GKz13(鲁RH-1)、GKz6(中棉所38)和GKz8(南抗3号)；双价棉3个，分别为：sGK321、sGK9708(中棉所41)、sGK5(新研96-48)。这些抗虫棉品种均高抗棉铃虫，具有较好的品质性状及丰产性。同时，还培育出一批具有较强竞争力的抗虫棉品种，其中杂交棉品种2个（鲁H9513和中抗杂5号），常规品种2个（ZGK9708和鲁S6145）。此外还有正在参加国家区试的有潜力的品种6个，杂交棉4个。2001年国产抗虫棉已经在河北、河南、山西、山东、湖南、湖北、江苏、安徽、新疆、辽宁等17个省市推广60万公顷，占据了国内抗虫棉43.3％的市场份额。加上孟山都公司的抗虫棉，2001年转基因抗虫棉的种植面积达到了全国棉花种植面积的31％，种植农户超过350万户。
在抗虫转基因水稻方面，中科院遗传与发育生物学研究所研制的转SCK基因（修饰豇豆蛋白酶抑制剂基因）抗虫水稻在福建已连续进行了5年大田试验。经鉴定，其对二化螟田间防治效果达90－100％，稻纵卷叶螟抗性达81－100％，对大螟62.6－63.9％，稻苞虫83.9%。鉴于目前政策原因暂时还不能大面积推广种植，但已采取多地区多点进行大田试验。该转基因水稻的食品安全性检测已基本完成，结果表明与常规稻无明显差异。目前正进一步发展无选择标记、高效表达、多价抗虫基因等转基因水稻新品种。
中国农业大学从Bt菌株克隆得到一种沉默的新杀虫基因cry1Ie1，该基因表达的毒蛋白对亚洲玉米螟显示了高杀虫活性，目前国际上已经确定了其在分类上的模式基因地位。该基因及该基因与cry1A基因的组合已申请国家发明专利。在此基础上进一步完成了cry1Ie1和cry1Ac基因的密码子改造和原核、真核表达载体的构建，改造基因的杀虫活性鉴定正在进行之中。
2、抗病转基因植物
中科院遗传与发育生物学研究所和国外单位合作定位和克隆成功的白叶枯病抗性基因Xa21通过独创的水稻Xa21基因农杆菌介导转化系统大量转化高产优质水稻品种明恢63、珍汕97B、盐恢559、太湖粳6、培矮64S、C418、8706和中花11等。抗性分析显示这些转基因系对19个不同的白叶枯病原菌株包括9个菲律宾小种，3个日本小种和7个我国病原型高度抗性，接种鉴定病斑面积小于10%。多数Xa21转基因系的抗性强于Xa21基因供体IRBB21，这表明在不同的遗传背影下Xa21仍保留了对白叶枯病的高度抗性和广谱抗性。目前部分转基因株系已经进入中试阶段。
中国农业大学利用已建立的小麦高频遗传转化体系，利用基因枪轰击法将小麦黄花叶病毒（WYMV）外壳蛋白基因、菌传相关72kDa蛋白基因和RNaseIII、2-5A System等目的基因分别导入小麦，获得多种抗病毒转基因株系。其中NY-8等50份材料已通过国家生物安全审定批准进入田间试验。从中筛选获得了多个保持了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的品系，并首次在禾谷类作物上确认了由转基因沉默所介导的抗病毒机制。
中国水稻研究所等单位通过转基因技术将昆虫抗菌肽基因通过基因枪技术或通过pCBl载体导入水稻未成熟胚，获得抗细菌病转基因水稻植株，实验证明转基因水稻在温室条件下对白叶枯病菌和水稻细条病菌的抵抗能力增强，并表现其遗传稳定性。
中国农科院生物技术研究所与中国科学院上海植物生理研究所等单位合作成功地克隆和修饰了植物来源的几丁质酶基因和葡萄糖氧化酶基因，获得了抗黄萎病和枯萎病的转基因棉花，现已进入中试阶段。
3、转基因植物反应器
中国科学院上海植物生理研究所开展了利用烟草花叶病毒（TMV）作为表达载体应用于植物生物反应器的研究，用该方法大规模表达口蹄疫病毒表面抗原多肽，制备高效，安全，廉价的重组口蹄疫疫苗。该研究利用自建的TMV本地株系基因组cDNA突变体库，在外源肽的表达上取得了较大突破。已获得能融合表达长达31肽的各种口蹄疫病毒表面抗原肽的重组TMV。重组病毒具有稳定的系统感染能力，每克烟草鲜叶中可得到1毫克以上高纯度的融合蛋白。并且找到了简单有效的从烟草中大规模纯化病毒蛋白工艺路线及重组疫苗的配制技术。
4、转基因植物品质改良
浙江省农科院在国际上首次从光合产物分配的角度，提出了利用反义PEP基因提高油菜种子含油量的技术路线，据此构建了反义PEP基因，利用农杆菌介导途径，将反义PEP基因导入油菜基因组，相继获得了多批反义PEP基因油菜植株。育成的”超油一号”含油量达47.4％，”超油二号”含油量高达52.82％，含油量均比传统品种提高25％以上，成为目前国际上含油量最高的甘蓝型油菜。打破了我国长江流域油菜含油量在37％~43％长期徘徊的局面，实现了我国油菜种子含油量的突破。
扬州大学及中科院遗传与发育生物学研究所等分离并克隆了与水稻种子中淀粉合成相关的基因：淀粉分支酶Sbe1、淀粉分支酶Sbe3和可溶性淀粉合成酶SSS，以及水稻胚乳特异性表达基因启动子元件Gt1、GluB-1、RP5和RAG1。构建了可转化水稻的、含有义或反义淀粉合成酶和高赖氨酸含量蛋白(LRP)基因等的工程载体，通过转化获得了含不同品质基因的转基因水稻植株800余株。目前已经完成了部分转基因水稻植株的分子鉴定。
（三）相关工作
2001年3月，双价转基因抗虫棉SGK321通过河北省品审委员会审定。标志着我国在双基因抗虫棉研究领域居国际领先地位。
2001年5月23日朱镕基总理签署第304号国务院令，公布了《农业转基因生物安全管理条例》。
2001年7月11日农业部经第五次常务会议通过，发布第8、9和10号令。分别公布《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》。上述办法将于2002年3月20日起施行。
2001年12月，”中国农作物基因资源与基因改良工程”项目获得国家计委批准开始实施。该项目是农业领域的第一个国家重大科学工程，项目总投资为14960万元。项目建设依托单位为中国农业科学院，建设期2年。该工程项目的总体目标是建设具有国际先进水平、大规模、高效率进行农作物基因资源和基因改良的现代化设施平台，为农作物基因资源研究和基因改良提供一个先进的设施与技术平台。
2001年12月27日，转基因抗虫棉项目的核心技术专利”编码杀虫蛋白质融合基因和表达载体及其应用”（专利号：95119563.8）经中国专利奖评审委员会评审，获得国家知识产权局和世界知识产权组织授予的”中国专利金奖”证书。
2001年12月29日，我国在国际上首次提出的利用反义PEP基因提高油菜种子含油量的技术路线培育的反义PEP超油油菜新品系通过了浙江省科技厅组织的技术鉴定。该转基因油菜含油量最高达52.82％，成为目前国际上含油量最高的甘蓝型油菜。
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