自人类耕作以来,就在探索有效防除杂草的途径。草甘膦,因能在结构上阻断植物体内芳香族氨基酸生物合成,导致杂草和作物死亡,有效控制危害最严重78种杂草中的76种,而占据着农药销售榜的首位。
科学家梦想将抗草甘膦基因导入作物中,获得抗草甘膦的转基因作物。抗除草剂,便成为转基因作物商业化后,最具优势的性状之一。
这些特性首先增加了作物的产量,中国农业科学院生物技术研究所所长林敏介绍说。“种植抗除草剂转基因作物可采用窄行间距方法,比如转基因抗除草剂大豆的行间距能从76厘米缩小到33厘米或更小。”从1996年以来,美国采用窄行间距方式使大豆增产35%。
此外,种植的抗除草剂转基因农作物在使用除草剂后,对田间作物的残留物无需进行处理,减少了劳动力的数量和力度。据了解,如果每年种植抗草甘膦转基因玉米1000万亩,平均每亩可减少除草用工3个,每年可减少3000万劳动工作日。同时,因为每亩玉米增产30—50公斤,农民每亩可增收50—100元。
2011年,全球耐除草剂性状的转基因农作物占到总转基因农作物种植面积的59%。面对如此庞大的市场,美国孟山都等公司在投巨资开展基因研究和开发的同时,申请并获得了上百项与草甘膦抗性相关基因的专利。目前推广的抗草甘膦作物品种中,有69.2%由孟山都研成。
我国每年因杂草引起损失约占粮食总产的10%。但由于抗草甘膦基因长期开发的欠缺,始终没有商业化生产的抗草甘膦转基因作物品种。突出跨国公司的垄断,成为紧迫的使命。
中国农业科学院生物技术研究所研究小组临危受命,与北京大学等研究单位密切合作,开始了自主创新抗除草剂转基因农作物的研发之路。
中国科学家采取3条技术路线齐头并进的方法:首先利用我国极其丰富的污染环境微生物基因资源优势,建成一批具有中国特色和自主知识产权的功能菌株库、功能基因库和分子酶库。另一方面,建立环境基因组学技术、功能基因组学分析技术、高通量表达筛选技术以及高水平技术等先进技术进行集成。同时,完善极端污染土壤微生物样品的DNA免培养分离技术及功能基因筛选平台,以及草甘膦抗性基因作为筛选标记的基因表达和功能鉴定的真核筛选系统。
通过努力,结构新颖、功能明确、草甘膦抗性显著的EPSP合成酶基因诞生。这是一个具有自主知识产权的新型抗草甘膦基因,同时获得了国内发明专利和美国专利。