植物生物反應器（植物生物反應器）

簡介

隨著新功能基因的分離、克隆以及各種農作物高效表達技術平臺的逐步建立，在今后15至20年內，將會有相當數(shù)量的高新生物技術產品不斷涌現(xiàn)并與消費者見面；這種“分子農業(yè)”的出現(xiàn)及普及將會對我國現(xiàn)有的農作物種植結構產生顯著影響，對增強我國農產品的競爭能力、極大的提高農民的收入以及維護農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。同時，也有利于形成新的產業(yè)鏈，培育出較大的產業(yè)集團。

國外研究

與石油和煤炭等礦物不同，植物是一種多樣化、低成本和可再生的生物資源。植物通過自身光合作用積累的各類生物大分子，如碳水化合物、纖維素、蛋白質和脂肪酸等，不僅為人類和動物提供了賴以生存所需要的各種食物，同時還提供了大量非食用性的化工產品。而生物技術特別是在基因工程研究領域內的快速進展則使人類進一步拓寬了植物的應用范圍。國外發(fā)達國家特別是美國采用植物生物反應器這種“分子農業(yè)”的方法，已經成功地生產出多種高新生物技術產品，包括特殊的飽和或不飽和脂肪酸、改性淀粉、環(huán)糊精或糖醇、次生代謝產物、工農業(yè)用酶以及一些高經濟附加值的藥用蛋白多肽，一些研究機構和公司已經開始從這些產品生產中獲得巨大的經濟效益。

在植物生物反應器研究中，最受人們關注同時研究進展也最快的是生產各種疫苗用的抗原蛋白。病毒和細菌性傳染病是威脅全球人類健康及生活質量最重要的因素之一，自古以來，人們就不斷尋求各種方法對付這些傳染性疾病。1778年，英國人Jenner首次發(fā)現(xiàn)人接種牛痘可預防天花病毒傳染，在此后的時間里，疫苗已被證明是對付傳染性疾病特別是病毒性傳染病最為經濟和有效的方法。

現(xiàn)在，人們通過接種疫苗已完全根除了天花，并在全球范圍內基本控制了脊髓灰質炎、狂犬病、破傷風、白喉、百日咳和乙型腦炎等多種病毒及細菌性傳染病的發(fā)生和傳播。疫苗的形式也由菌體疫苗發(fā)展到亞單位疫苗（Subunitvaccine），甚至還產生了DNA疫苗。但是，目前人們使用的疫苗還主要是通過微生物發(fā)酵或動物細胞組織培養(yǎng)獲得的，需要復雜的生產設備，生產工序繁瑣，生產成本較高，不易保存和運輸，因此，這些疫苗在經濟落后的發(fā)展中國家推廣起來比較困難，普通人群不易接受。此外，有些疫苗還存在著安全性和使用不便等方面的問題。

1992年，美國人C.J.Arntzen和H.S.Mason率先提出了用轉基因植物生產疫苗的新思路。此后，國內外多個實驗室相繼在煙草、馬鈴薯、番茄、苜蓿和萵苣中表達了乙肝表面抗原、大腸桿菌熱敏毒素B亞基、霍亂毒素B亞基、諾瓦克病毒殼蛋白和狂犬病毒G蛋白等抗原，并利用在植物中表達的抗原進行了動物和人體的免疫實驗，獲得了大量有價值的研究數(shù)據(jù)，為今后利用轉基因植物生產疫苗奠定了良好基礎（見附件2）。

植物來源的重組藥用蛋白第一次臨床應用研究是由星球生物技術有限公司（PlanetBiotechnology,Inc）報道的，該公司位于美國加利福尼亞境內。該公司利用轉基因煙草中表達的抗體sIgA生產新藥CaroRxTM，主要目的是預防和治療由細菌引起的齲齒。臨床實驗證實CaroRxTM可以有效清除人口腔內的變異鏈球菌（S.mutans）并預防志愿者口腔產生齲齒。該公司也正在設計和開發(fā)一些新的sIgA抗體，用來有效預防口腔、呼吸道、消化道，生殖和尿道等粘膜系統(tǒng)和皮膚受到一些傳染性病菌和毒性因子的感染。

美國著名的孟山都公司（Monsanto）已經培育出一種轉基因玉米，每公頃玉米可以產生3.7公斤達到藥用蛋白標準的人類抗體。假如每公頃的玉米產量可達8.6噸的話，在重組蛋白產量方面還具有相當大的改善空間。臨床醫(yī)學研究者計劃向每個癌癥患者注射250毫克這種玉米種子來源的抗體蛋白藥物。孟山都公司還在種植一種轉基因大豆，這種大豆可以生產針對單純皰疹病毒2（HSV-2）的人源化抗體，這種抗體的動物試驗表明它可以阻止HSV-2在小鼠陰道內的傳播。植物來源的抗體在體外的穩(wěn)定性和體內的生物活性與動物細胞培養(yǎng)來源的抗體是相同的，利用它將開發(fā)出一種低成本的治療方法來防治某些由性傳播的疾病。

美國的ProdiGene公司和EPIcytePharmaceuticals公司正計劃開展合作，進行玉米生產抗體的開發(fā)，主要是生產某些人粘膜抗體用于被動免疫治療，因為ProdiGene公司在蛋白表達和提取方面具有豐富的經驗，而EPIcytePharmaceuticals公司擁有多項相關專利。

LargeScaleBiology公司和斯坦福大學已經合作開發(fā)了一種腫瘤特異性疫苗，可用于阻止細胞的惡性生長，它們利用植物病毒作為瞬時表達系統(tǒng)。研究者們利用修飾后的煙草花葉病毒作為瞬時表達載體，可表達源自38C13鼠B細胞淋巴瘤的型特異的單鏈抗體。在重組病毒侵染本薩明那煙（N.benthamiana）后，單鏈抗體蛋白在細胞質外體內可以積累到很高的水平。這種抗體片段可與一種亞型特異的抗抗體反應，這表明植物產生的38C13單鏈抗體經過了正確的折疊，用經親合層析純化的38C13單鏈抗體免疫后的小鼠可以產生大于10ug/ml的型特異性的抗抗體。這些小鼠可以抵御致死劑量的38C13腫瘤的攻毒試驗，其保護效果類似于用38C13IgM-匙藍蛋白偶聯(lián)疫苗免疫后的結果。這種產生腫瘤特異性蛋白疫苗的病毒快速表達體系為治療非何杰金氏淋巴瘤提供了一種可靠的方法。治療的目的是在患者體內產生特殊的抗體，它能特異性識別惡性生長的B細胞表面特異性位點，使靶細胞最終受到破壞，而正常的細胞不會受到任何影響。

另外一個引起全球關注的研究成果是，瑞士聯(lián)邦技術研究所的IngoPotrykus教授及其同事在洛克菲勒基金會和歐盟農業(yè)研究計劃（EuropeanCommissionsAgriculturalResearchProgramme）共同資助下，在2000年將水仙的八氫番茄紅素合成酶和番茄紅素環(huán)化酶基因導入水稻，研制出一種富含β胡蘿卜素（維生素A前體）的水稻，品種名稱T309，每克稻米含1.6mgb胡蘿卜素，由于稻米色澤金黃，故稱為“金色大米”。發(fā)展中國家目前大約有2.5－10億人患維生素A缺乏癥，正是由于此癥，這些國家每年有1,000-2,000萬兒童死亡。食用富含鐵質和維生素A的這種轉基因水稻，將大大減少發(fā)展中國家兒童貧血癥和維生素A缺乏癥的發(fā)病率。該技術目前已被免費授權給菲律賓國際水稻研究所和印度的一個水稻研究中心，以期培育出適合當?shù)胤N植的水稻品種，大規(guī)模種植可能會在2005年前后開始。

國內基礎

我國植物生物反應器的研究始于上世紀90年代初期，雖然在構建高效植物表達載體和培育轉基因植物等主要技術環(huán)節(jié)上與國外相差無幾，但在研究的廣度和深度上與發(fā)達國家相比卻存在很大差距。幸運的是，由于國家有關方面已意識到植物生物反應器的重要性，所以在制訂“九五”計劃時，選擇了“利用轉基因植物生產口服疫苗和生物可降解塑料”等4個研究課題作為探索性項目而予以資助（見表2-1）?！熬盼濉逼谀?，已獲得如下研究成果：

將乙型肝炎病毒包膜的蛋白基因導入馬鈴薯和番茄中，獲得了高效表達該外源基因的工程植株，小鼠口服接種實驗表明該重組抗原蛋白可誘導特異性的保護性抗體產生，已進入臨床應用研究的前期準備階段，相關轉基因植物已進入環(huán)境釋放階段。

已將產毒素大腸桿菌熱敏毒素b亞基及定居因子CS6B抗原蛋白基因導入馬鈴薯中，獲得了高效表達重組抗原蛋白的轉基因馬鈴薯植株，小鼠的口服接種實驗證實可誘導特異性保護抗體產生，相關轉基因植物已進入環(huán)境釋放階段。

獲得了口蹄疫流行株的基因文庫及我國常發(fā)生的O型口蹄疫口服疫苗VP1基因，擁有相應的口蹄疫診斷技術和疫苗評價標準，已成功地利用TMV載體大量表達出與TMV外殼蛋白融合的多個口蹄疫病毒表面抗原小肽，可從100克煙草葉片中得到1-2克含口蹄疫病毒“OK1”株系抗原決定小肽（11肽和14肽）的融合蛋白。對模式動物豚鼠進行的免疫實驗結果表明，這些融合蛋白小肽具有良好的免疫原性，可作為預防口蹄疫的安全的新一代基因工程疫苗。

建立了農桿菌介導的胡蘿卜轉化系統(tǒng)，已在煙草和胡蘿卜中表達了CTB，霍亂毒素b亞單位（CTB）的表達量達到0.1%。通過在CTB基因前導入煙草病程相關蛋白PR1b的信號肽序列，使CTB在煙草中的合成量提高了20多倍，并通過一步親和層析法從煙葉中提純了CTB。

上述研究項目在立項前均已進行了專利查新工作，所涉及的基因、植物、外源基因轉移方法和高效植物表達載體的構建等關鍵技術有自己的獨創(chuàng)性。從事“863”計劃和計劃以外其他國內單位和個人為此都申請了國家發(fā)明專利，因此，這些研究成果擁有我國自主的知識產權。

通過“九五”的探索性研究，進一步縮短了我國與世界先進國家的技術差距。從表2-2中的數(shù)據(jù)可以看到，國外普遍應用的植物轉基因技術在我國已成功應用，有些技術還為我國所獨創(chuàng)，如花粉管通道轉基因技術。國外尚在探索的新技術，如使用植物病毒作為瞬時表達載體實現(xiàn)基因高效表達，我國也在探索。因此，應當說我國在利用植物生物反應器技術上已有較好的基礎。

在制訂“十五”“863”計劃時，國家進一步加大了在植物生物反應器研究方面的投資力度。其中“利用植物生物反應器生產動物口蹄疫、結核病等獸用疫苗”、“降鈣素和人乳鐵蛋白等功能蛋白植物生物反應器的研制”、“組織和器官特異性基因表達啟動子研究及高效表達載體構建”、“高效轉化系統(tǒng)的研究”和“外源蛋白在受體植物中高效和穩(wěn)定表達機制的研究”等課題被列為重大課題而予以了資助。這些研究在進行當中，到2005年前后，當上述重大專項主要技術經濟指標實現(xiàn)以后，我國醫(yī)藥市場上將出現(xiàn)幾種用植物生物反應器生產的藥物、疫苗或其他保健食品。

目前，國內在一些植物如馬鈴薯和玉米等高效表達外源基因的技術上還不是很成熟，從植物中提取和純化表達產物的技術還有待改進。許多植物病毒可在植株寄主體內大量擴增并表達病毒蛋白，如煙草花葉病毒感染煙草后，其外殼蛋白的含量可達煙草葉片蛋白總量的20%。此外，病毒的提取和外源蛋白的純化也比較方便，因而只要設計巧妙，就可以用植物病毒載體作為生物反應器，大幅度提高外源基因的表達量。用病毒載體既可表達分子量較大的全長外源蛋白，也可表達與病毒蛋白相融合的多肽。因為大部分病毒載體仍具有感染活性，無須經過植物基因轉化過程即可在常規(guī)植株體內表達外源基因，所以，用病毒作為植物生物反應器大量生產外源目的蛋白具有廣闊的市場前景。

特別應該指出的是，我國植物生物反應器的研究和利用還主要集中在藥用蛋白的研究和應用方面。而利用轉基因植物生產特殊飽和或不飽和脂肪酸、改性淀粉、環(huán)糊精或糖醇、次生代謝產物、工農業(yè)用酶制劑的研究仍然沒有引起國家足夠的重視，其實，這些生物制劑的市場潛力也是非常可觀的。國內一些有識之士早已看出了這一點，通過自籌資金或采用國際合作方式開展了前期研究工作，并取得了令人矚目的研究進展，如利用轉基因玉米生產植酸酶，在加工成動物飼料添加劑后，可有效降低家畜排泄物中的磷含量，這對于降低水污染和保護生態(tài)環(huán)境方面很有意義。

應用前景

在過去15年里，生物技術工業(yè)不僅誕生了百億美元級的公司，而且也成為當今世界商業(yè)活動中增長最快的領域之一。生物技術產品的市場非常大，包括了醫(yī)藥、農業(yè)、漁業(yè)、造紙業(yè)和其他許多產業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，從上世紀80年代至今，通過DNA重組技術所生產的生物醫(yī)藥年銷售額已超過100億美元。由于生物醫(yī)藥產業(yè)被許多國家視為強勁的經濟增長點而加以重點扶持，生物醫(yī)藥的年銷售規(guī)模將從1996年的101億美元擴大到2006年的320億美元，平均年增長率將達12%以上，其中治療藥物年平均增長16%，診斷試劑年平均增長9%。

美國是現(xiàn)代生物技術發(fā)展較早和較快的國家，1994年，美國生物技術藥品年銷售額為50多億美元，至2001年，美國生物技術產品在全球市場上的銷售額達200億美元，占到全球總市場的約90%以上。此外，美國還擁有世界上約一半的生物技術公司和一半的生物技術專利。迄今為止，獲得美國FDA批準上市的治療類生物技術藥品共16種，另外約有400多種生物診斷試劑在臨床中應用。

歐共體國家是世界第二大醫(yī)藥市場，自身對生物技術產品的需求是巨大的，但它的生物醫(yī)藥研究滯后于美國，因此，歐共體國家正在加大對生物技術研究的投入，以提升其生物技術產業(yè)在國際市場上的地位和市場占有份額。進行同樣努力的國家還包括日本、加拿大和澳大利亞等一些發(fā)達國家。

我國現(xiàn)有500多家生物技術公司，但與西方發(fā)達國家相比，我國生物醫(yī)藥研究和產業(yè)化起步都比較晚。從1989年我國第一個生物工程藥物β干擾素上市到2001年底，我國現(xiàn)有乙肝疫苗、促紅細胞生成素（EPO）、人胰島素、人生長素、細胞集落刺激因子（CSF）等15種基因工程藥品投入市場。1997年，我國生物醫(yī)藥全年的產值達到125億元，占整個醫(yī)藥工業(yè)的8.9%。

以EPO為例，它目前是世界上臨床療效最顯著、銷售額最可觀的一種生物技術產品，銷售利潤多年來一直排在生物醫(yī)藥類產品的前三名，每年的增長率在10%以上。目前國內有十幾家公司在生產EPO，年生產能力超過了500萬支。由于受超額利潤的誘惑，已有眾多廠家介入這個市場，由于企業(yè)競爭過度，導致產品價格下降，利潤攤薄。1999年1月11日，國家新藥研究與開發(fā)協(xié)調小組在《生物醫(yī)藥工程產業(yè)行動綱要》中指出，國家和企業(yè)各方應大力培育生物醫(yī)藥工程產業(yè)，使之保持15-20%的年增長率，到2005年生物醫(yī)藥工業(yè)年總產值要達到400-500億元，到2015年總產值達到1,100-1,300億元。要達到此目標，需不斷開發(fā)新的生物醫(yī)藥產品，另外，通過研制新的表達系統(tǒng)，增強表達效率和降低生產成本，對提高產品銷售利潤也非常重要。

目前，利用重組DNA技術生產的大多數(shù)治療用血液蛋白幾乎都是在哺乳動物細胞表達系統(tǒng)中生產出來的。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點是所表達的重組蛋白能夠進行正確的折疊及完成其他翻譯后加工過程的機會比較高，然而，有許多因素仍然限制哺乳動物細胞表達系統(tǒng)的廣泛應用，這些因素包括：

1）即使在最適的培養(yǎng)條件下，重組蛋白在哺乳動物細胞中的表達水平仍很低，通常為每天每升數(shù)十毫克；

2）重組蛋白最后必需從培養(yǎng)液中分離提純出來，這會進一步導致產量損失和增加生產成本；

3）哺乳動物細胞表達系統(tǒng)日常維護費用非常高，這也使產品的生產成本居高不下；

4）哺乳動物細胞對外力比較敏感，而振蕩培養(yǎng)通常又是工業(yè)化大規(guī)模生產所不可缺少的，這就使擴大生產規(guī)模變得相當困難；

5）胎牛血清是哺乳動物細胞生長所不可缺少的，它的價格昂貴，而且不同批次之間成份相差很大，這些變化會導致細胞的生長情況不一致，進而影響到細胞發(fā)酵過程及下游的提純加工過程；

6）哺乳動物細胞對一些環(huán)境因素如溫度、pH值、含氧量和次生代謝產物的變化非常的敏感，因此需要對培養(yǎng)條件進行精確的監(jiān)控；

7）利用哺乳動物細胞培養(yǎng)表達系統(tǒng)不能避免病原生物的污染。

由于存在著上述限制因素，利用植物作為生物反應器生產具有臨床應用價值的藥用蛋白日益引起人們的關注。尤其是當重組蛋白需求量比較大，供給時間又是長期的話，利用植物表達系統(tǒng)很顯然是一個不錯的選擇，它除了具備其它真核生物表達系統(tǒng)共有的那些優(yōu)點外，還有一些是其它表達系統(tǒng)所不具備的。例如，利用植物所收獲重組蛋白的數(shù)量僅僅受到植物種植面積的限制。普通的農業(yè)措施就可以產生令人吃驚的生物材料，例如，采用高密度種植的煙草每公頃可以產生170公噸的生物材料。假定在實驗室規(guī)模所生產的重組蛋白水平在田間生產仍能夠保持的話，那么170公噸的材料中有100公噸是葉子，每公頃土地就可以產生50公斤的分泌型抗體IgA或100公斤的重組葡萄糖腦苷脂酶（Glucocerebrosidase）。在表4-1中，列出了一些作物每公頃的生物產量作為重組蛋白生產量的依據(jù)。

親合素（Avidin）在診斷試劑中的應用十分廣泛，它是蛋清中比較豐富的一種真核生物蛋白，在常規(guī)情況下可從蛋清中直接分離純化。在轉基因玉米中生產這種蛋白并確定它是否能夠與蛋清來源的雞親合素進行商業(yè)化競爭成為研究的理由。一個雞親合素蛋白的編碼序列被首先按照玉米偏愛的密碼子進行優(yōu)化，然后與大麥α-淀粉酶信號肽編碼序列融合并導入玉米染色體中表達。信號肽序列將決定重組蛋白定位在細胞的分泌系統(tǒng)內，而且對于成功表達十分關鍵，因為定位在分泌系統(tǒng)內的重組親合素僅會導致玉米部分雄性不育或完全雄性不育，相反，如果親合素在細胞質溶膠內積累的話，則因有毒性使基因工程玉米完全不能夠成活。

每公斤轉基因玉米種子可產230mg的親合素，據(jù)估計這種玉米來源的親合素成本約比蛋清來源的親合素低10倍。玉米親合素具有與天然蛋白相同的生物活性，現(xiàn)在成為商品公開出售（見Sigma-Aldrichproduct#A8706）。該研究結果表明：不僅是罕見的蛋白，即使在自然狀態(tài)下相對豐富的蛋白也可以利用轉基因植物以低廉的成本進行生產。利用轉基因植物生產的β-葡萄糖醛酸酶（GUS）也已經商品化，而利用植物生產重組蛋白酶抑制劑Aprotinin的成本也比牛肺來源的天然蛋白要低很多?？紤]到重組抗體的天然生產來源不會像生產親合素的蛋清一樣低廉，因此利用轉基因植物生產重組抗體所節(jié)省的資金將會更多。

人們對生物蛋白醫(yī)藥需求的種類和數(shù)量正在不斷增加，研究人員必需開發(fā)出新的轉基因表達生產系統(tǒng)才能滿足這種需求，而植物最有希望承擔此項任務，如上面所提到的那樣，公斤數(shù)量的重組蛋白可以從1公頃的轉基因煙草中獲得。例如，人血清白蛋白全球每年的需求量是550噸，培育轉基因動物產生足夠量的蛋白滿足市場需求需要數(shù)年時間，然而，轉基因植物可以迅速達到如此生產規(guī)模。據(jù)估計要滿足全世界的需求，一年種植3萬公頃的煙草就足夠了（假如血清白蛋白表達量占煙草可溶性蛋白的1%），而這一面積僅占到美國總種植面積3,200萬公頃的千分之一。

面臨問題

改革開放20多年以來，我國農業(yè)和農業(yè)經濟在總體上得到迅速發(fā)展，農村居民的收入水平也有了大幅度的提高。1978-2001年，扣除價格因素影響后農村居民人均收入由133元增加到2,352元，年均增加13%。與年收入增長相對應，我國農村居民的生活水平也不斷提高，農村的貧困狀況得到明顯的減緩，貧困人口從1978年的2.5億下降到2000年的3,000萬，年均遞減9%。在總體上，中國農村已經擺脫貧困，進入溫飽有余的狀態(tài)。部分地區(qū)已經達到小康水平，現(xiàn)在進入全面建設小康社會時期。“九五”以來，我國農業(yè)發(fā)展步入了一個新的發(fā)展時期，但我國農村經濟的發(fā)展和農民收入的增長遇到了新的瓶頸?；咎卣魇牵恨r業(yè)綜合生產能力提高，農產品供求實現(xiàn)了總量平衡，且豐年有余。但由于農產品的需求受到制約，農產品總量的擴張已不能為農民創(chuàng)造更多的就業(yè)機會和收入來源，農業(yè)增產不增收或增產與增收嚴重不同步的矛盾比較突出。加入WTO后，我國農產品特別是種植業(yè)更是面臨發(fā)達國家價格低、質量好的產品的激烈競爭，農民的處境更加艱難，因此高度重視農業(yè)收益和農民收入問題，千方百計增加農民收入是新時期我國農業(yè)和農村工作的重點，也是各級政府部門和農業(yè)科技工作者責無旁貸的任務。

近年來，種植業(yè)收入的大幅度下降主要不是農產品產量下降的結果。從單位面積的產量來看，除糧食作物在2000年減產外，其他主要作物均有不同程度的提高。以產量衡量的農業(yè)生產力在提高，但以收益衡量的生產率卻在不斷下降。農業(yè)這種低效益一方面與宏觀經濟環(huán)境有關，另一方面也與農產品品質不高、不適合市場要求有直接關系。以大豆為例，美國的轉基因大豆在出油率和價格上均優(yōu)于我國的非轉基因大豆，所以國內食油加工業(yè)舍近求遠，寧愿購買美國的轉基因大豆，而不愿使用國產的非轉基因大豆。

發(fā)達國家如美國、歐盟和日本等對農民采用政府補貼的方式在我們國家行不通，要增加農民的收入，除了從農業(yè)外部做文章，全面免費免稅，還必須想方設法增加農民的非農收入來源與渠道，更關鍵的是要對農業(yè)內部進行戰(zhàn)略性的結構調整與改變，這才是改變農民地位和生活水平的根本之路。

應對措施

為提高農業(yè)經濟效益和農民收入，增強農產品國際競爭力，應該大力推進農業(yè)和農村經濟結構的戰(zhàn)略性調整，特別是調整農產品的品種與品質結構，在確保糧食供應安全的前提下，將大路產品、低檔產品、普通產品、原料性產品為主的生產轉向增加優(yōu)質產品、高檔產品、專用產品、功能性產品和高經濟附加值產品的生產。

實現(xiàn)上述目標的發(fā)展戰(zhàn)略之一是國家應從宏觀方面加強植物生物反應器的研究與產業(yè)化步伐，今后15-20年內，研究重點應該集中在以下幾個方面：

1）發(fā)掘可供植物遺傳轉化或病毒載體表達的新藥用蛋白基因，擁有我國自主知識產權。隨著人們生活水平的提高，由于膳食不均衡帶來的人類疾病如肥胖、高血脂、糖尿病和心血管疾病趨于大眾化和年輕化，如果在植物中導入這些疾病的抑制蛋白基因，將來人們只需簡單食用這些植物或由這些植物制成的新型功能性食品及藥物，便可以獲得抗病能力。種植這些高經濟附加值的轉基因作物可迅速帶動農民致富，并由此形成新的產業(yè)鏈。以種植馬鈴薯為例，若每畝可產2,000公斤，每公斤馬鈴薯1.6元計算，農民每畝收入可達3,200元。若改種抗乙肝的轉基因馬鈴薯，以每200克馬鈴薯可生產一劑乙肝口服疫苗，2,000公斤馬鈴薯可生產10,000劑乙肝口服疫苗。以每劑疫苗2元計算，則種植這樣一畝馬鈴薯每畝可收入20,000元。

2）建立高效表達技術平臺，提高外源蛋白在植物中的有效成份含量。這直接關系到將來的產業(yè)化進程，不僅可以降低生產成本，還可使植物表達系統(tǒng)更具吸引力。要做到這一點，可從兩方面入手：一是篩選高效表達的植物啟動子，二是選擇蛋白含量比較高的植物如豆科植物等。最終目的是使外源蛋白的表達量達到植物總蛋白的1%-5%左右。

3）構建新的植物病毒表達載體系統(tǒng)，使其更易于操作、更穩(wěn)定、表達效率更高和對生態(tài)環(huán)境更安全。利用基因工程植物病毒作載體，是生產多種藥用蛋白的另外一條重要途徑，也是最有希望實現(xiàn)產業(yè)化的研究領域之一。如利用病毒載體在植物中生產狂犬病毒疫苗、結核病菌抗原、丙型肝炎和SARS病毒疫苗，其有效性和安全性都將大大提高。

4）如果純化步驟是必需的，那么如何降低從植物中提取藥用蛋白和工農業(yè)用酶的生產成本則是首先要考慮的問題。如通過修飾外源蛋白基因，將其定位于植物不同的器官或部位中表達，或采用親和層析的方法等。

6）除藥用蛋白或酶制劑外，考慮利用植物生產其他具有特殊用途的高新生物制劑。如改性淀粉、脂類和其他次生代謝產物。

爭取達到如下研究目標：

1）利用植物生物反應器技術生產輪狀病毒多價口服疫苗、大腸桿菌（ETEC）和霍亂弧菌口服疫苗、口蹄疫、肺結核等5-10個醫(yī)用蛋白或疫苗；預防和治療心血管疾病的新型蛋白藥物3-5種；高效表達降鈣素、乳鐵蛋白和降血壓蛋白等3-5種具有保健功能的新型保健食品；工農業(yè)用酶5-10個；

2）獲得8-10個外源基因表達效率高、組織或器官特異性強并有特殊工業(yè)、環(huán)?；蜣r用價值的轉基因植物株系或載體系統(tǒng)；

3）開展與植物生物反應器相關的新基因、新的生物元件和新技術、新方法研究，進入基因定點整合與植物生物反應器的產業(yè)化相配套的關鍵技術研究，為今后的長期發(fā)展奠定工作基礎。取得發(fā)明專利20-30項，獲得專利申請?zhí)?0-100個；

4）建立3-5個大型的產業(yè)化基地并形成相應的產業(yè)集團。

我國在現(xiàn)階段仍是一個發(fā)展中國家，不可能像發(fā)達國家一樣投入巨資進行植物生物反應器的研究和開發(fā)，國家主要從政策上予以扶持和協(xié)調，特別是鼓勵國內大中小企業(yè)積極參與，國家也要有重點地選擇支持一些研究單位和課題，為此，我們提出如下建議：

1）增加不同學科，特別是醫(yī)學界和植物分子生物學界科研工作者之間的學術交流，二者優(yōu)勢互補將有利于發(fā)掘新的研究課題，加快該領域的研究和研究成果的產業(yè)化步伐；

2）制訂相應的優(yōu)惠政策，鼓勵企業(yè)投資參與研究和開發(fā)；

3）在科研經費投入上必須慎重，對開展工作比較好和已有工作基礎的的研究單位和課題予以支持，切不能像過去一樣一哄而上。投入必須注重回報，獲得資助的單位和課題在結題時不能僅以論文和人才培養(yǎng)等借口搪塞，關鍵是要有直接的經濟效益和社會效益。因為這是關系到將來千百萬農民是否能夠真正脫貧的大問題，因此以風險投資的形式為最好；

4）國家對課題的重視不能僅僅停留在研究階段，更重要的是關注此后的產業(yè)化進程，要給予產業(yè)化過程以更大的資金和政策扶持；

5）廣泛開展科普教育，提高全民文化素質，使百姓對基因工程及其產品有一個正確的認識。排除心理誤區(qū)，做到既不一味排斥，也不盲目迷信。否則就會像歐洲國家那樣，由于傳媒的誤導，使大眾對所有的轉基因產品產生了懼怕心理；

6）國家要在政策上予以強有力的支持，特別是理順各部門的關系。不能因各部門的利益，而導致政令不通，影響我國研究成果的產業(yè)化進程，最終導致國外產品占據(jù)國內的絕大部分市場；

7）盡管植物來源的轉基因產品，如藥物蛋白被認為是最安全的（即具有公認的GRAS狀態(tài)），但國家應及早制訂相應的安全和管理法規(guī)，嚴格規(guī)范和監(jiān)督這類基因工程產品的生產和使用。