土壤,、水體和大氣中殘留的有機(jī)污染物,，如來(lái)源于石油的烴類(lèi)、多氯聯(lián)苯,、多環(huán)芳烴,、含氯溶劑、炸藥和有機(jī)農(nóng)藥等,，大多數(shù)屬于持久性有機(jī)污染物(persistent organic pollutants,，POPs)；它們具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,、難以被生物降解和容易在生物體中富集等特點(diǎn),。這些有機(jī)污染物不僅會(huì)使農(nóng)作物減產(chǎn)或絕收，而且還會(huì)通過(guò)植物和動(dòng)物進(jìn)入食物鏈,，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成有害影響(易筱筠等2002,；楊柳春等2002),。另一方面，有機(jī)污染物在人體內(nèi)積累后有可能引起癌癥,、畸形和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等多種疾病,，嚴(yán)重威脅人類(lèi)的生存和健康。近年來(lái),，我國(guó)的整體環(huán)境質(zhì)量在不斷改善,，但許多地區(qū)由有機(jī)污染物引起的污染現(xiàn)象卻日益嚴(yán)重，環(huán)境污染治理與修復(fù)刻不容緩,。
對(duì)污染環(huán)境的修復(fù)有不同的途徑,，包括物理的、化學(xué)的及生物的途徑,。植物修復(fù),、微生物修復(fù)和動(dòng)物修復(fù)屬于生物修復(fù)的范疇，是最有生命力的修復(fù)技術(shù)(丁克強(qiáng)等2000),。其中,，植物修復(fù)技術(shù)是利用植物消除由有機(jī)毒物和無(wú)機(jī)廢物造成的環(huán)境污染(Anderson 1993)，被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì),、有效,、非破壞性的環(huán)境修復(fù)方式，有著很大的應(yīng)用前景(Alkorta和Garbisu 2001),。植物能夠直接吸收有機(jī)污染物,，然后再經(jīng)過(guò)不同的途徑去除這些物質(zhì)。植物也可以分泌各種酶類(lèi),，通過(guò)酶的催化作用來(lái)轉(zhuǎn)化或降解有機(jī)污染物,。同時(shí)，植物可以將有機(jī)污染物吸附在根的表面,，與根際微生物協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物的降解,。然而，不同性質(zhì)的污染物被去除的過(guò)程不盡相同(劉世亮等2003),；疏水性有機(jī)污染物易被根表面強(qiáng)烈吸附,，但不能向植物體內(nèi)轉(zhuǎn)移，只能富集在根系表面,；親水性強(qiáng)的有機(jī)污染物容易被植物體吸收,，幾乎不經(jīng)過(guò)吸附過(guò)程就直接進(jìn)入植物體內(nèi)。有機(jī)污染物被吸收后,，會(huì)有多種去向(桑偉蓮和孔繁翔1999,；沈德中1998)。一些有機(jī)污染物被植物分解,，其產(chǎn)物參與植物體的代謝過(guò)程,，或轉(zhuǎn)化成無(wú)毒性的中間代謝物，并儲(chǔ)存在植物細(xì)胞中,，或者完全降解,，礦化成CO2和H2O；有些有機(jī)污染物在植物體內(nèi)與其它有機(jī)化合物形成無(wú)毒的穩(wěn)定復(fù)合物,；還有一些有機(jī)污染物經(jīng)木質(zhì)部轉(zhuǎn)運(yùn),，隨后通過(guò)植物的蒸騰作用從葉表?yè)]發(fā)。
然而,，植物所具有的生物修復(fù)能力非常有限,，要達(dá)到應(yīng)用的水平，還需大幅度提高植物對(duì)有機(jī)污染物的吸收,、轉(zhuǎn)化和降解水平,，改善影響生物修復(fù)效率的主要因素。近年來(lái),，植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展為植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用提供了良機(jī),。很多研究者試圖將轉(zhuǎn)基因技術(shù)用于改造植物的特性，以增強(qiáng)其在吸收,、富集,、轉(zhuǎn)化和降解有機(jī)污染物方面的能力。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)植物降解有機(jī)污染物機(jī)理的深入了解,，人們改造植物的能力將會(huì)越來(lái)越強(qiáng),，一大批更加適合污染環(huán)境修復(fù)的轉(zhuǎn)基因植物將會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)。
1 轉(zhuǎn)基因增強(qiáng)植物對(duì)有機(jī)污染物的耐受能力
植物對(duì)有機(jī)污染物的耐受能力是其能否在污染環(huán)境中正常生長(zhǎng)的首要因素,。當(dāng)體內(nèi)污染物濃度達(dá)到一定的高度時(shí),，植物就會(huì)表現(xiàn)出受傷害的癥狀。耐受能力差的植物不適合用于修復(fù)污染環(huán)境,，這類(lèi)植物即便是對(duì)污染物有很強(qiáng)的吸收效率和富集能力,，也會(huì)因?yàn)槲廴疚锒竞Φ牟粩嗉又囟鵁o(wú)法正常生長(zhǎng)(Baker和Brooks 1989)。
在自然界,，有些植物如柳樹(shù)對(duì)苯達(dá)松(bentazon)等有機(jī)污染物的耐受能力極強(qiáng)(Conger 1997),。在同一種植物中，不同植物品種或生態(tài)型對(duì)有機(jī)污染物的反應(yīng)差異也很大,。在篩選有凈化能力的植物時(shí),，往往有這樣一類(lèi)植物，它們對(duì)一種特定污染物有吸收和轉(zhuǎn)化能力,，但是對(duì)這類(lèi)污染物的耐受能力卻很弱,。有些植物對(duì)特定的污染物降解作用，但是在該污染物存在時(shí)本身卻無(wú)法正常生長(zhǎng)(Pavlostathis等1998)。因此,，植物對(duì)有機(jī)污染物的耐受能力是其是否有環(huán)境修復(fù)價(jià)值的關(guān)鍵因素,。
通過(guò)轉(zhuǎn)基因的辦法能提高植物對(duì)特定有機(jī)污染物的耐受能力。土壤中殘留的除草劑是土壤的一大污染源,。研究者們用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高農(nóng)作物對(duì)有機(jī)污染物的耐受能力,，使它們對(duì)除草劑的抗性大大增強(qiáng)。例如,，Inui等(1999)將人的CYP1A1(cytochrome P450 monooxygenase)基因轉(zhuǎn)入馬鈴薯后增強(qiáng)了植物對(duì)多種除草劑的抗性,。目前，在外源有用基因中,，來(lái)源于微生物的基因占有很大比重,。Hannink等(2001)將微生物硝基還原酶(nitro-reductase)基因轉(zhuǎn)入煙草后觀(guān)察到轉(zhuǎn)基因植物能提高植物對(duì)TNT(2,4,6-Trinitrotoluene)的抗性。TNT作為爆炸殘留物在土壤內(nèi)殘留時(shí)期相當(dāng)長(zhǎng),，對(duì)土壤,、水源和大氣環(huán)境的潛在威脅很大。將野生型和轉(zhuǎn)基因煙草發(fā)芽后分別置于不同濃度TNT的MS培養(yǎng)基上培養(yǎng),，結(jié)果發(fā)現(xiàn),，在含有TNT 0.1 mmol/L培養(yǎng)基上野生型煙草的生長(zhǎng)基本被抑制，而轉(zhuǎn)基因煙草的生長(zhǎng)狀態(tài)依然良好,。Wang等(2004)在擬南芥中過(guò)量表達(dá)棉花分泌型漆酶后增強(qiáng)了植物對(duì)酚類(lèi)化合物的抗性,。轉(zhuǎn)基因擬南芥的根在含有酚酸類(lèi)物質(zhì)的培養(yǎng)基上伸長(zhǎng)快。測(cè)定結(jié)果表明,，漆酶活性與酚酸類(lèi)物質(zhì)的抗性之間成正相關(guān),。由此可見(jiàn)，漆酶基因的表達(dá)是植株產(chǎn)生抗性的直接原因,。有機(jī)態(tài)的汞容易通過(guò)食物鏈危害人的中樞神經(jīng)系統(tǒng),，具有重金屬和有機(jī)污染物的雙重危害作用。Tian等(2002)將細(xì)菌中催化甲基汞轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子汞的merB基因進(jìn)行序列改造,，通過(guò)農(nóng)桿菌的介導(dǎo)轉(zhuǎn)入煙草,，其轉(zhuǎn)基因植株后代對(duì)有機(jī)汞表現(xiàn)較強(qiáng)的的抗性。在水培條件下,，有些轉(zhuǎn)基因株系能抵抗2.5 μmol/L醋酸苯汞(PMA),，而野生型煙草幼苗在0.1 μBmol/L的PMA條件下會(huì)很快死亡。
越來(lái)越多的研究結(jié)果都表明：通過(guò)轉(zhuǎn)基因能夠提高植物對(duì)特定有機(jī)污染物的抗性(Doty等2000,；Yamada等2002a,；Inui等1999)。應(yīng)當(dāng)看到,，人們對(duì)轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行生物修復(fù)的研究還處于起步階段,，許多有關(guān)的理論問(wèn)題還沒(méi)有解決。例如，來(lái)源于動(dòng)物和微生物的外源基因在植物體內(nèi)是如何表達(dá)和起調(diào)控作用的?改造基因序列和植物表達(dá)載體結(jié)構(gòu)能夠在多大程度上提高植物抗性?轉(zhuǎn)基因植物耐受有機(jī)污染物的分子生物學(xué)機(jī)制和生理機(jī)制如何?回答這些問(wèn)題仍需要很長(zhǎng)的時(shí)間和艱苦努力,。
2 轉(zhuǎn)基因提高植物對(duì)有機(jī)污染物的吸收和轉(zhuǎn)化能力
很多植物原來(lái)就有吸收和轉(zhuǎn)化特定有機(jī)污染物的能力,，但是這種吸收和轉(zhuǎn)化的效率比較低。在無(wú)菌條件下水生植物鸚鵡毛 (Myriophyllum aquaticum),、浮萍(Lemna minor),、伊樂(lè)藻(Elodea cnadensis)可以富集水環(huán)境中的DDT[trichloro-2-(o-chlorophenyl)-2-(p-chlorophenyl)ethane],，并將它降解為DDD[dichloro-2-(o-chlorophenyl)-2-(p-chlorophenyl)ethane]和DDE[dichloro-2-(o-chlorophenyl)-2-(p-chlorophenyl)-ethylene](Gao等2000),。熱帶豆科樹(shù)木Leuceana leticocephala var．K636能吸收EDB(ethylene dibromide)和TCE(trichloroethvlene)(Doty等2003)。Pascal-Lorber等(2003)發(fā)現(xiàn)大豆和小麥能吸收和降解二氯酚和二氯苯胺,。Hannink等 (2001)將微生物硝基還原酶(nitro-reductase)基因轉(zhuǎn)入煙草大大促進(jìn)了它對(duì)持久性有機(jī)污染物TNT的吸收,。他們將野生型煙草植株和轉(zhuǎn)基因煙草植株同時(shí)置于TNT 0.1 μmol/L的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，經(jīng)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn),，7 d后野生型煙草吸收了培養(yǎng)基中約80％的TNT,；而轉(zhuǎn)基因煙草6 h后吸收了71％的TNT，20 h后培養(yǎng)基中TNT被完全吸收,。當(dāng)野生型和轉(zhuǎn)基因煙草植株同時(shí)置于TNT 0.25 μmol/L的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí),，野生型煙草基本不吸收培養(yǎng)基中的TNT，而轉(zhuǎn)基因植株6 h后吸收了50％的TNT,，72 h后培養(yǎng)基中TNT被完全吸收,。Doty等(2000)將人的P450 2E1基因(編碼一種細(xì)胞色素氧化酶)轉(zhuǎn)入煙草后，研究了該轉(zhuǎn)基因植物對(duì)TCE的吸收和轉(zhuǎn)化作用,。他們將該轉(zhuǎn)基因煙草植株和對(duì)照(空載體轉(zhuǎn)化煙草)植株在含有118 μg TCE/mg的水溶液中培養(yǎng)5d,，轉(zhuǎn)基因煙草植株根組織中明顯含有TCE轉(zhuǎn)化產(chǎn)物三氯乙醛和三氯乙醇，而對(duì)照植物(用空載體轉(zhuǎn)化過(guò)的)中幾乎檢測(cè)不到這些物質(zhì),。轉(zhuǎn)基因植物中三氯乙醇的平均含量,，根中是對(duì)照的149倍，葉中72倍,，莖中是44倍,。三氯乙醇的毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于TCE，而且在植物體內(nèi)不很穩(wěn)定,，還會(huì)降解成小分子的有機(jī)物,。將這些處理過(guò)的植株清洗去掉TCE后置于無(wú)菌營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)，5d后收集植物材料,，抽提后用GC-ECD分析,，結(jié)果根中91％的三氯乙醇消失，莖中是94％,，而葉中為37％,。這種消失被認(rèn)為是三氯乙醇降解的緣故。通過(guò)對(duì)多個(gè)轉(zhuǎn)基因株系研究還表明，轉(zhuǎn)基因植株中,，三氯乙醇的量和CYP 2E1基因的表達(dá)量成正比,。其它研究者的研究結(jié)果也表明，通過(guò)轉(zhuǎn)入外源基因可以使植物獲得轉(zhuǎn)化特定有機(jī)污染物的能力(Shimizu等2002),，并且這種增強(qiáng)作用是由于外源基因的過(guò)量表達(dá)引起的,。當(dāng)然，這類(lèi)轉(zhuǎn)基因植物在田間栽種時(shí)對(duì)TCE是否具有同樣的吸收和轉(zhuǎn)化效率,，還需要實(shí)地研究,。
3 轉(zhuǎn)基因提高植物對(duì)有機(jī)污染物的降解能力
植物除了通過(guò)轉(zhuǎn)化作用將所吸收的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化成無(wú)毒的其它有機(jī)物外，也可以通過(guò)降解作用使其分解為無(wú)毒的小分子化合物,。最理想的方式是將大分子的有機(jī)化合物經(jīng)生物降解轉(zhuǎn)化成H2O和CO2,。楊樹(shù)在人工控制的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中能夠去除濕地中99％的三氯乙烯(Newman等1999)；熱帶豆科樹(shù)木Leuceana leticocephala var．K636能降解EDB(二溴乙烷)和TCE(二氯乙烯)(Doty等2003),；鴨茅(果園草)(Dactylis glomerata)能加速除去二甲(苯)酚和三甲(苯)酚等有機(jī)污染物(Rasmus-sen和Olsen 2004),；大米草(Spatina)可以吸收有機(jī)汞，將有機(jī)汞部分地轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)汞(田吉林等2004),。關(guān)于植物對(duì)有機(jī)污染物的吸收和代謝等作用,，Newman和Reynolds(2004)曾做過(guò)較全面的闡述。
植物,、動(dòng)物和微生物中有多種降解有機(jī)污染物的物種,，它們體內(nèi)可以發(fā)生一系列有用的生物化學(xué)反應(yīng)。人們相繼發(fā)現(xiàn)很多能夠降解有機(jī)污染物的酶類(lèi),，如：細(xì)胞色素P450單加氧酶,、過(guò)氧化物酶、漆酶和脫鹵素酶等,。通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)已經(jīng)將有些有用基因轉(zhuǎn)入植物,。有些基因能夠極大地增強(qiáng)植物對(duì)有機(jī)污染物的降解能力。French等(1999)將一個(gè)微生物的五赤蘚糖醇四硝酸酯還原酶(pentaerythritol tetranitrate reductase)基因轉(zhuǎn)入煙草后檢測(cè)到該植物對(duì)五赤蘚糖醇四硝酸酯和甘油三硝酸酯的脫硝基能力大大提高,。他們將轉(zhuǎn)基因植物和對(duì)照植物體的抽提液置于含五赤蘚糖醇四硝酸酯的溶液中,，60 min后檢測(cè)亞硝酸鹽的產(chǎn)生，其中轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)生量最大的達(dá)到1.4 mol亞硝酸鹽/mol五赤蘚糖醇四硝酸酯,，對(duì)照組中則幾乎檢測(cè)不到亞硝酸鹽的產(chǎn)生,。另外，他們將轉(zhuǎn)基因種子和野生型種子發(fā)芽7d后,，置于含有甘油三硝酸酯的燒瓶中培養(yǎng),，用HPLC檢測(cè)溶液中甘油三硝酸酯的減少量和其代謝產(chǎn)物甘油二硝酸酯和甘油一硝酸酯產(chǎn)生量。結(jié)果表明,，五赤蘚糖醇四硝酸酯還原酶的轉(zhuǎn)入大大提高了煙草的脫硝基能力,。此外,，除草劑降解方面的結(jié)果表明，通過(guò)轉(zhuǎn)入特定外源基因能夠增強(qiáng)植物降解除草劑的效率,。Yamada等(2002b)將老鼠的CYP1A1基因轉(zhuǎn)入馬鈴薯使植株對(duì)除草劑的降解能力大大增強(qiáng),。Inui等(2001)發(fā)現(xiàn)將人的CYP1A1、CYP2B6和CYP2C19等基因轉(zhuǎn)入馬鈴薯使其對(duì)除草劑和其它一些污染物的降解加強(qiáng),。Kawahigashi等(2002)將人CYP2B6基因轉(zhuǎn)入水稻后,，使其對(duì)除草劑呋草黃(ethofumesate)的降解作用增強(qiáng)了至少60倍。
植物從外界吸收各種物質(zhì)的同時(shí),，也不斷地分泌各種物質(zhì),。這些分泌物成分非常復(fù)雜，其中包括一些能夠降解有機(jī)污染物的酶類(lèi),。植物分泌的酶類(lèi)對(duì)有機(jī)污染物有一定的降解活性,，從而對(duì)有機(jī)污染物的環(huán)境污染起修復(fù)作用(Salt等1998)。Yoshitami和Shann(2001)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了這一點(diǎn),。他們觀(guān)察到玉米(Zea mays L.)根的分泌物能夠促進(jìn)芘(pyrene)的礦化作用。而且,，不同誘導(dǎo)條件下植物分泌產(chǎn)物的組成不同(Gleba 等1999),。采用強(qiáng)啟動(dòng)子可以使分泌物的含量增加，也可以使植物分泌物中特定組份增加,。這些技術(shù)已經(jīng)部分用于增強(qiáng)植物修復(fù)能力的研究中,。Wang等(2004)將35S啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的棉花GaLAC1(GaLAC1基因編碼一種分泌型漆酶)轉(zhuǎn)入擬南芥中，轉(zhuǎn)基因植株的根部漆酶活性比野生型高約15倍,，分泌到培養(yǎng)基中漆酶的活性高約35倍,。Yamada等(2002a)使用未成熟塊莖特異性表達(dá)啟動(dòng)子class-1 patatin使老鼠CYP1A1基因在馬鈴薯塊莖中特異性表達(dá)。Gleba等(1999)用根特異性表達(dá)啟動(dòng)子和分泌性信號(hào)肽使植物分別大量分泌多個(gè)異源基因表達(dá)的蛋白,。這些方法都可以用來(lái)增強(qiáng)植物修復(fù)環(huán)境的能力,。
雖然植物的生物降解作用相當(dāng)廣泛，但是與此有關(guān)的基因卻知之甚少,，其作用機(jī)理還不清楚,。同微生物相比，植物的生物降解作用要復(fù)雜得多,，涉及的基因網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜得多,。在這種情況下，微生物中大量生物降解基因的存在將會(huì)給我們多種選擇,。結(jié)合高等植物的特點(diǎn),，分析植物生物降解基因的同源基因，研究它們的生物學(xué)功能,，在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)新的生物降解基因,。這一方面有助于人們了解植物降解有機(jī)污染物的原理,，另一方面將大大增加植物源生物降解基因的利用，增強(qiáng)轉(zhuǎn)基因植物對(duì)有機(jī)污染物的降解作用,。
4 轉(zhuǎn)基因植物在污染環(huán)境修復(fù)上的應(yīng)用前景
雖然自然界現(xiàn)存的植物類(lèi)群中,，有能對(duì)有機(jī)污染物吸收、富集,、轉(zhuǎn)化和降解作用的植物種類(lèi),。但是它們的作用效率比較低，很難達(dá)到應(yīng)用的水平,；例如,，某些樹(shù)種對(duì)氯代烴如三氯乙烯有吸收和降解作用，但是其降解效率太低,，因而無(wú)法用于環(huán)境修復(fù),；而有些個(gè)體小的植物雖然有很高的吸收效率，但是由于其生物量太小,，也限制了其在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用(Hannink等2001),。只有當(dāng)植物對(duì)有機(jī)污染物的吸收、富集,、轉(zhuǎn)化或降解水平達(dá)到一定高度時(shí),，才有大規(guī)模應(yīng)用的價(jià)值。另外,，污染環(huán)境中的有機(jī)污染物多種多樣,，其存 在形態(tài)也很復(fù)雜。因此要成功修復(fù)被有機(jī)污染物 污染的環(huán)境,，所應(yīng)用的植物必須具備多種特性：對(duì)一種或多種污染物有很強(qiáng)的吸收能力,；對(duì)一種或多種有機(jī)污染物有很強(qiáng)的耐受能力；吸收進(jìn)入植物體的污染物能最終被降解或集聚并固定在特定的植物器官中：有合適的根系和比較大的生物量,，易于栽種,，且其生長(zhǎng)和繁殖不會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境。雖然現(xiàn)存的植物中,，有些已經(jīng)具備了以上的某些特征,，但目前為止，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)哪種能夠達(dá)到上述全部標(biāo)準(zhǔn)的植物,。
在植物修復(fù)中,，很多植物只能將污染物轉(zhuǎn)化成另一種形式，而不能完全降解,。類(lèi)似的情況也發(fā)生在轉(zhuǎn)基因植物上,。這是因?yàn)椋袡C(jī)污染物完 全降解的途徑往往需要多個(gè)酶共同作用才能降解完 全,。而大多數(shù)污染地區(qū)都是多種污染物的復(fù)合污染,。這就要求用于修復(fù)的植物能夠同時(shí)修復(fù)多種 污染物,。雖然天然的植物如楊樹(shù)能夠修復(fù)多種污 染物質(zhì)的污染，也能夠徹底降解一些污染物,；但是因?yàn)槲廴疚锖芏?，即使能夠修?fù)多種污染物，仍然會(huì)有不能降解的污染物,。針對(duì)特定的有機(jī)污染物和不同的復(fù)合污染,，很難，甚至不可能在自然界里找到合適的修復(fù)植物,。然而,，多基因轉(zhuǎn)化技術(shù)的逐漸成熟，讓我們能夠按照環(huán)境的要求“創(chuàng)造”目標(biāo)植物,。我們可以將為降解特定有機(jī)污染物所需的基因全部轉(zhuǎn)入修復(fù)植物使其獲得完全降解有機(jī)物的能力,；也可以將修復(fù)不同污染物的基因同時(shí)轉(zhuǎn)入同一修復(fù)植物，使其具有修復(fù)復(fù)合污染的能力,。
獲得多基因轉(zhuǎn)化植物的方法很多,，最簡(jiǎn)單的方法是通過(guò)多次轉(zhuǎn)化獲得。雖然單基因轉(zhuǎn)化已經(jīng)是比較成熟的技術(shù),，但是因其多次轉(zhuǎn)化需要的時(shí)間長(zhǎng)效率低而不可取,。構(gòu)建多基因植物表達(dá)載體是一種獲得多基因轉(zhuǎn)化植物的辦法(Tircoli等1995；Chen等1998,；Wu等2002；Campbell等 2000),。Siminszky等(2003)同時(shí)轉(zhuǎn)入大豆CYP71A10和P450還原酶能使煙草對(duì)苯尿(phenylurea)型除草劑降解能力提高20％-23％,。這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展水平已經(jīng)表明，能夠通過(guò)轉(zhuǎn)基因的方式獲得對(duì)多種污染物有降解能力的修復(fù)植物,，同時(shí)也可能將降解同一污染物的代謝途徑中的多個(gè)基因同時(shí)轉(zhuǎn)入植物以使其能夠完全降解這種有機(jī)污染物,。
在運(yùn)用植物修復(fù)技術(shù)時(shí)，選擇合適的植物相當(dāng)重要,，因?yàn)橛猩锝到饽芰Φ闹参锊灰欢ㄟm合用于修復(fù)有機(jī)污染物污染的土壤或水體,。比如，雖然水葫蘆對(duì)有機(jī)污染物有降解能力(劉建武等2003),，但是由于水葫蘆的過(guò)度生長(zhǎng)繁殖會(huì)影響生態(tài)環(huán)境(Matagi 2002),，因此須將水葫蘆的生長(zhǎng)速度控制在一定限度之下才能適合用于環(huán)境修復(fù)。由于轉(zhuǎn)基因技術(shù)能夠使植物獲得修復(fù)特性,，因而轉(zhuǎn)基因所用的受體植物本身就不一定要有修復(fù)污染環(huán)境的能力,；這樣我們就可以盡量選擇有其它優(yōu)勢(shì)性狀的植物，如：不具入侵生物特性,、生物量較大和根系較深等?，F(xiàn)階段用于環(huán)境修復(fù)研究的植物基本局限于本身有修復(fù)能力的植物,。但是許多植物所具有的環(huán)境修復(fù)能力，可以通過(guò)生物降解基因的轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn),。這樣,，植物修復(fù)可供選擇的植物種類(lèi)就大大增加，我們就更有機(jī)會(huì)獲得更好的用于環(huán)境修復(fù)的“優(yōu)勢(shì)植物”,。
有些學(xué)者希望通過(guò)雜交的方法把不同親本的優(yōu)良性狀能夠結(jié)合在一起,，從而獲得應(yīng)用價(jià)值更大的后代(Gleba等1999)。如果將不同性狀的轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行有性雜交,，使其同時(shí)具有多種有利的修復(fù)性狀,，那么，它們?cè)诃h(huán)境修復(fù)方面的利用價(jià)值就會(huì)大大提高,。然而,，因?yàn)殡s交本身的局限性(如無(wú)法雜交等)，人類(lèi)所需要的優(yōu)良性狀不一定都能夠通過(guò)雜交獲得,。因此,，將轉(zhuǎn)基因技術(shù)與傳統(tǒng)育種方法結(jié)合起來(lái)，會(huì)加快轉(zhuǎn)基因植物在污染環(huán)境修復(fù)上的應(yīng)用,。
如前所述,，在微生物中發(fā)現(xiàn)了大量的能夠降解有機(jī)污染物的基因，但是還有很多有機(jī)污染物至今尚未找到降解它們的基因,。從植物中克隆生物降解基因是一項(xiàng)緊迫的研究工作,，它對(duì)于獲得高效表達(dá)和修復(fù)能力強(qiáng)的轉(zhuǎn)基因植物至關(guān)重要。獲得特定降解基因的前提是對(duì)有機(jī)污染物降解途徑的了解,。只有了解有機(jī)污染物的降解途徑,，我們才能克隆到完全降解有機(jī)污染物所需要的基因?？梢云谕?，隨著大量有機(jī)物降解基因的發(fā)現(xiàn)和植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)建用于修復(fù)有機(jī)污染物的理想植物的障礙將漸漸掃除,，轉(zhuǎn)基因植物將在生物修復(fù)中展示其強(qiáng)大的威力,。
5 轉(zhuǎn)基因植物用于環(huán)境修復(fù)的安全評(píng)價(jià)
轉(zhuǎn)基因植物給我們帶來(lái)巨大利益，包括提高糧食產(chǎn)量,、產(chǎn)生大量各種用于醫(yī)藥的物質(zhì)和修復(fù)污染環(huán)境,。同時(shí)，它也存在一些安全隱患,。主要表現(xiàn)在,，轉(zhuǎn)基因生物所含的外源基因?qū)θ祟?lèi)本身基因組的影響，它所攜帶的抗性基因(主要是抗抗生素基因)會(huì)影響人體內(nèi)的正常菌群,。轉(zhuǎn)基因作物給野生種造成危害,，造成生物多樣性的喪失,，它可能會(huì)因?yàn)檫m應(yīng)性高而成為入侵種；同時(shí)轉(zhuǎn)基因植物中的抗性基因滲入近緣雜草會(huì)提高這些雜草的適應(yīng)能力,，從而造成所謂“超級(jí)雜草”的出現(xiàn),；轉(zhuǎn)基因植物在消滅特定害蟲(chóng)時(shí)，也會(huì)影響昆蟲(chóng)生態(tài)平衡,。從現(xiàn)有的生物學(xué)知識(shí)看,，直接食用轉(zhuǎn)基因食品不會(huì)污染人類(lèi)自身基因。
現(xiàn)階段人們對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的爭(zhēng)議大多是關(guān)于轉(zhuǎn)基因作物的大面積栽種以及大量的轉(zhuǎn)基因食品流入市場(chǎng)所帶來(lái)的問(wèn)題,。用于修復(fù)環(huán)境的轉(zhuǎn)基因植物不同于用作食品的轉(zhuǎn)基因作物之處是：它可以不作為食物直接進(jìn)入食物鏈(但是也有可能通過(guò)進(jìn)入食物鏈而間接被人們食用),，因此對(duì)人體健康不會(huì)構(gòu)成直接威脅。對(duì)于這類(lèi)轉(zhuǎn)基因植物的安全性評(píng)價(jià)重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)關(guān)注它對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的影響,。某些轉(zhuǎn)基因植物能夠大量富集有機(jī)污染物,，對(duì)這些轉(zhuǎn)基因植物的回收和處理將是環(huán)境修復(fù)的技術(shù)關(guān)鍵。我們還要考慮到,，轉(zhuǎn)基因植物是否會(huì)與同種野生植物或其親緣種雜交,，影響生物多樣性。雖然已經(jīng)有學(xué)者提出這種危險(xiǎn)性的存在,，但是更多的學(xué)者認(rèn)為這種結(jié)論缺乏確切的證據(jù)(ChriStou2002),。不過(guò)，轉(zhuǎn)入外源基因的植物一旦散布到自然界便無(wú)法控制,，所造成的損失也無(wú)法挽回,；因此，在使用特定轉(zhuǎn)基因植物凈化環(huán)境時(shí),，必須仔細(xì)評(píng)估它的生態(tài)效應(yīng),。轉(zhuǎn)基因植物是否會(huì)因?yàn)槠湫誀畹淖兓淖兂蔀槿肭稚铮瑥亩淖兩鷳B(tài)環(huán)境對(duì)這種新環(huán)境是否有效的遏制因子Williamson1994)?一般情況下,，用于修復(fù)目的的轉(zhuǎn)基因植物在特定污染環(huán)境下生存能力較強(qiáng)，并表現(xiàn)出很強(qiáng)的生物修復(fù)能力,，在無(wú)污染或低污染的環(huán)境下則沒(méi)有特別的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì),。當(dāng)土壤和水體污染水平降低時(shí)，這些轉(zhuǎn)基因植物的生長(zhǎng)發(fā)育速度將接近野生型植物,。因此,，與同類(lèi)野生型植物相比，它不會(huì)有更大的成為生物入侵種的趨勢(shì),。我們也不應(yīng)該因?yàn)檗D(zhuǎn)基因植物可能帶來(lái)危害而放棄轉(zhuǎn)基因植物在修復(fù)污染環(huán)境中的運(yùn)用,，而應(yīng)該考慮如何發(fā)展和“創(chuàng)造”安全有效的用于修復(fù)環(huán)境的轉(zhuǎn)基因植物。
在利用轉(zhuǎn)基因植物修復(fù)被污染的環(huán)境時(shí),，污染物可能會(huì)通過(guò)食用被污染的植物的動(dòng)物進(jìn)入食物鏈(唐世榮和Wilke 1999),。如果能使植物吸收的污染物不在果實(shí)和種子中富集,，就可以在很大程度上減少這類(lèi)問(wèn)題出現(xiàn)的可能性。用植物組織或器官特異性表達(dá)啟動(dòng)子能夠使外源基因只在特定組織或器官表達(dá),。因此,，基因特異表達(dá)技術(shù)可以為這個(gè)問(wèn)題的解決提供技術(shù)支持。已經(jīng)有很多研究者利用不同特性的啟動(dòng)子研究目標(biāo)基因的表達(dá),；通過(guò)選擇特定的啟動(dòng)子,，他們使所轉(zhuǎn)化的目標(biāo)基因在植物特定的組織或器官特異表達(dá)(Liu和Ekramoddoullah 2003；Dinant等 2004),。有些研究者已經(jīng)將組織或器官特異性表達(dá)技術(shù)用于研究有機(jī)物污染物降解基因,。雖然基因組織特異表達(dá)技術(shù)在環(huán)境修復(fù)研究中的應(yīng)用還很少，但其技術(shù)特點(diǎn)表明它在特定的環(huán)境修復(fù)中發(fā)揮一定的作用,。
注：
（1）參考文獻(xiàn)：略,；需者可與本站Email聯(lián)系，或到中國(guó)水稻研究所圖書(shū)館查閱,；
（2）文章來(lái)源：植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào),，2005年31卷第4期；
（3）作者單位：華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 等,。
