水稻是我国最重要的粮食作物之一，每年播种面积在2800万～3000万hm2之间。杂交水稻面积约1466.7万～1666.7万hm2，占水稻播种面积的一半以上；在南方稻区，杂交水稻的种植面积在90%以上，杂交水稻增产约在15%～20%之间。目前，我国水稻平均单产为6500kg/hm2左右，总产量1.8～2.0亿t，占粮食总产量的38%、口粮的70%。我国水稻生产用全国四分之一的耕地面积生产出了全国三分之一的粮食，养活了全国二分之一以上的人口。可见，水稻生产在我国粮食安全中占有举足轻重的地位，其中杂交水稻作出了重要的贡献，继续加强水稻育种研究对维护我国粮食安全具有重要意义。
1 我国水稻生产中的主要问题
1.1 病虫害造成的损失
病虫害依然是水稻生产中的主要障碍，每年造成数百亿元的经济损失。病害主要包括：水稻白叶枯、稻瘟病、纹枯病、稻曲病和条纹叶枯病等；虫害主要包括二化螟、三化螟、大螟和稻纵卷叶螟等鳞翅目害虫，以及稻飞虱、稻褐飞虱和白背飞虱等同翅目害虫。我国每年由于病虫害造成的水稻产量损失超过20%。据研究表明，仅鳞翅目害虫中的二化螟每年造成的损失就高达70亿元人民币。目前，用于防治病虫害的农药使用量近60万t，相当于我国农药总用量的一半，不仅加重了农民的负担，对生态环境和人类健康也造成了严重威胁。
1.2 灾害、干旱和逆境
我国是一个灾害频发且资源相对短缺的国家，干旱等逆境在水稻生产中造成严重减产。水稻用水量约占农业耗水量的70%，占我国总耗水量的一半左右，对水资源仅占世界人均拥有量四分之一的中国来说，无疑是一个沉重的负担。近年来，干旱、高温、冷害频繁发生，已经严重影响我国水稻生产。
1.3 化肥的过分使用
我国水稻种植面积约占世界总水稻种植面积的20%，而氮肥用量却占世界的37%；磷肥用量也远远高于世界平均水平。由于化肥过量使用，既增加了生产成本、造成土壤退化，同时也引起水体富营养化，对农业可持续发展和人类赖以生存的环境构成了严重威胁，提高化肥使用效率势在必行。
1.4 稻米品质有待改良
随着生活水平的不断提高，我国已基本解决了温饱问题，片面的追求产量而忽视品质的育种目标势必要改观。人们对稻米的蒸煮、食味、外观、加工和营养等品质不断地提出了更高的要求：目前，我国稻米品质已不能满足人民生活和经济发展的要求。
1.5 育种技术的革命
在近半个世纪的时间内，我国水稻生产技术实现了两次飞跃：半矮秆基因种质资源的利用和杂交水稻的大规模推广使我国水稻单产由不足3000kg/hm2提高到了目前的6000多kg/hm2;然而，近十年来我国水稻单产一直徘徊不前。要进一步大幅度提高水稻单产，采用新的育种技术势在必行。
转基因技术为水稻新品种培育提供了一个崭新的重要途径，其可以克服生殖隔离，实现物种间遗传物质的转移。尤其是当一些种质资源不存在于作物品种以及相关种中时，无法通过常规育种方式实现遗传物质的转移，转基因技术将是唯一的不可取代的方式。例如，在水稻品种及其亲缘种中不存在抗鳞翅目害虫的抗性资源，因此，必须采用转基因途径培育抗性水稻品种。
2 转基因水稻的研发现状
2.1 水稻转化技术和基因表达系统的完善
2.1.1 转化技术 将外源基因转移到受体植物中是转基因技术的第一步，水稻转基因技术在20世纪80年代才有所突破，人们通过原生质体体系将外源基因导入到水稻中，并发展了直接转化法、PEG介导法、电激法和脂质体介导法等水稻转化方法。20世纪90年代初，根癌农杆菌(Agrobacterium tumorfaciens)转化水稻技术的建立使水稻转化成为一项常规的实用技术，目前绝大多数的水稻转基因事件都是通过此法获得的。
2.1.2 无选择标记转化系统 出于生物安全方面的考虑，必须建立无选择标记转化技术。使用基因枪法共转化分别携带有目标基因和选择标记基因的表达载体，通过自交分离从后代中选择出无选择标记转化子的技术已获成功。使用双T-DNA载体建立的无选择标记转化系统已成为常规技术，并被广泛使用。基于Cre/loxP的删除系统也适用于无选择标记转化体系，同时还可用于转基因的删除；目前，基于Cre/loxP的多基因转化体系也已成功建立。
2.2 外源基因表达调控技术
使用强启动子、转录增强子(enhancer)、转译增强子(omega factor)以及核基质结合序列(MAR)等提高外源基因高效表达的技术日臻成熟；外源基因组织、器官、发育时期特异表达体系业已建立；对特殊物理信号、化学信号、生物信号、生物逆境和非生物逆境反应的外源基因表达体系也已经建立。通过反义RNA技术和RNAi技术阻断基因表达的技术已被广泛应用。上述体系和技术的建立和完善为转基因农作物研究和应用提供了有用的工具。
2.3 转基因水稻研发概况
2.3.l 国际概况 目前，全球转基因水稻研究进展迅速，已有数百例转基因水稻获准田间试验，涉及抗虫、抗病、抗除草剂、品质和农艺性状改良等多方面内容。美国于2001年和2006年分别批准药用型转基因水稻和抗除草剂转基因水稻的商业化种植；第三世界国家伊朗于2004年批准Bt抗虫转基因水稻的商业化种植，面积从开始的2000hm2 现已增加数倍。
2.3.2 国内概况 我国转基因水稻研发与世界同步，其中抗虫转基因水稻处于世界领先水平。到2005年为止，转基因水稻进入大田试验的共有173项，其中抗鳞翅目害虫、抗白叶枯病和抗除草剂等5个转基因水稻已涉农信息服务大全进入生产性试验阶段；最近，其中两个已获农业部颁发的安全证书。这些研究积累为推进我国转基因水稻产业化奠定了良好的基础。
3 转基因水稻的研究进展
3.1 抗虫转基因水稻培育
虫害是水稻生产中的一个重要制约因素，虫害造成的损失约占我国水稻总产量的5%以上，每年损失高达1000万t，约合100亿元人民币。水稻鳞翅目害虫如二化螟、三化螟、稻纵卷叶螟等是我国水稻生产中的主要害虫，危害面积达333.3万hm2。目前，施用杀虫剂是控制水稻虫害的主要途径，在长江流域和华南稻区防治水稻鳞翅目害虫的费用为150～300元/hm2，全国防治的费用每年就在135亿元人民币以上。由于长期施用农药，害虫已逐步对杀虫剂产生抗性；化学农药的大量使用使稻米农药残留与环境污染问题日趋严重。
我国在抗虫转基因水稻方面起步较早，被公认处于世界领先地位。以华中农业大学为主的研究团队研制的抗虫转基因水稻具有高抗鳞翅目害虫特性。继我国对转植酸酶基因玉米颁发安全证书之后，最近又为转基因抗虫水稻“华恢1号”和“Bt汕优63”发放了安全证书。“华恢1号”的受体品种是三系杂交水稻恢复系“明恢63”，外源基因是人工改造合成的苏云金芽胞杆菌(Bacillus thringiensis, Bt)杀虫蛋白基因。依照《农业转基因生物安全管理条例》和配套规章规定，以及安委会的评价，农业部转基因生物安全检测机构对“华恢l号”和“Bt汕优63”的目标性状、分子特征、环境安全和食用安全进行了检测验证。经安委会综合评价，并经农业部批准，于2009年8月17日发放了“华恢l号”和“Bt汕优63”在湖北省的生产应用安全证书。据悉，后续工作如果进展顺利，转基因抗虫水稻大约2～3年后就可以大规模种植。这是我国首例批准商业化生产的转基因粮食作物，在国内外产生了重大影响。
以中国科学院遗传与发育生物学研究所和福建农业科学院为主的研究团队主要进行双价转抗虫基因水稻的研究，他们同时使用修饰的CpTI基因和Bt杀虫蛋白基因，并采取了去除选择标记转化技术、细胞内定位技术和高效稳定表达等技术，获得了无选择标记高抗鳞翅目害虫的转基因水稻株系。与此同时，他们联合四川农业大学、湖北农业科学院、广东农业科学院、江西农业科学院、黑龙江农业科学院等优势育种单位，通过转育方式将抗虫基因转移到了适宜长江上游稻区、长江中下游稻区、华南稻区的主栽品种以及粳稻的主栽品种中，并配置了大量的抗虫杂交组合。多点大田试验表明，转基因抗虫水稻亲本及其组合显示出高抗二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟等鳞翅目害虫的能力。在不施杀虫剂的情况下，转基因水稻的生长状态和受害情况依然优于施农药的对照品种，表现出了明显的增产效果。目前，已有多项获准进入生产性试验阶段，是另一个具有商业化前景的研究成果。除了上述两个团队外，浙江大学、四川省农业科学院也进行了类似的研究，并获得了具有良好抗虫效果的水稻品种。
中国科学院农业政策研究中心对2001-2003年转基因抗虫水稻在湖北、福建等地试种进行了调查，结果表明转基因抗虫水稻有以下优点：①节省投入成本，减少劳动强度，避免由此造成的人体中毒、中暑风险；②可以大幅减少杀虫剂的用量，降低了农药对田间益虫的影响，有益于稻田生物种群的动态平衡；③减少农药残留对食物自然生态环境的污染，减少农业面源污染的危害程度。
在培育抗虫转基因水稻方面，未来的主要任务是培育具有抗稻飞虱等同翅目害虫的转基因水稻，目前这方面的研究工作正在积极努力探索之中。
3.2 抗病转基因水稻培育
3.2.1 抗白叶枯转基因水稻品种培育 白叶枯(bacterial blight)是我国水稻生产的主要病害，是由水稻黄单胞菌致病变种(Xanthomonas oryaepv. oryzae, Xoo)引起的。近年来，随着南繁制种的频繁调运，病害逐步蔓延。感病后水稻一般减产10%～30%，严重的可能绝产。根据近年的资料估算，我国每年因水稻白叶枯病引起的损失约2亿～10亿元。
以中国农业科学院生物技术研究所和安徽省农业科学院，以及中国科学院遗传与发育生物学研究所和四川农业大学为主的两个团队开展了抗白叶枯转基因水稻研究，获得了抗白叶枯的转Xa21的水稻植株，其中有的品系已获准进入生产性试验阶段。Xa21基因来自稻属(O.longistaminata)，其可抗病原体生理小种P1～P9；之后发现的Xa23来源于稻属(O.Rufipogon)，其抗性谱涵盖了P1～P10和Kl～K8，并且具有更高的水稻生长期全程抗性。Xa23以及新发现的Xa27可能是未来培育高抗白叶枯水稻的重要候选基因，目前此项工作正在进行之中。
3.2.2 抗稻瘟病转基因水稻 水稻稻瘟病(rice blast)是由稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)侵染引起的，是世界性的最重要水稻病害之一，我国每年均有不同程度的发生，重病区一般减产10%～20%，严重年份减产可达40%～50%。
以往的工作主要利用几丁质酶基因、β-1，3葡聚糖酶基因、溶菌酶基因、核糖体失活蛋白基因和葡萄糖氧化酶基因等防卫反应相关基因进行水稻抗稻瘟病的转基因研究，转基因水稻表现出一定的稻瘟病抗性。最近，已初步证明利用来自萝卜的抗真菌多肽(thionins)Rs～afp1基因转化水稻，转基因水稻对包括稻瘟病在内的多种真随性病害有具有抗性。利用催化合成白藜芦醇(resvertrol，Res)的白藜芦醇合成酶(resveratrol synthetic enzyme，RS)基因转化水稻，通过在维管束特异表达RS基因，目前已获得了高抗稻瘟病水稻株系，对137个测试的稻瘟病菌生理小种中的125个表现出了抗性反应，目前已获准在云南、海南、北京、辽宁丹东等地进行田间实验。
到目前为止，水稻中发现了一系列稻瘟病抗性基因(Pi基因)，并克隆了其中Pib、Pi5、Pikm、Pita、Pi2、Pizt、Pi9、Pid2、Pi36和Pi37等基因。其中，广谱抗稻瘟病基因Pi9转化水稻取得了成功，并筛选到遗传稳定的转基因材料；经过病圃鉴定，转基因水稻表现出了高抗稻瘟病特性。
3.2.3 抗水稻条纹叶枯病转基因水稻研究 水稻条纹叶枯病(rice stripe virus，RSV)是由灰飞虱(Laodelphax striatellus Fallen)传播的一种严重的水稻病毒病害，我国每年受灾面积在66.7万hm2以上。目前，已经开展了采用RNA干扰(RNA interference，简称RNAi)或RNA沉默(RNA si11encing)技术培育抗条纹叶枯病水稻的研究工作，其成功的关键点在于正确地选择适宜的靶基因位点。目前，已获得携带有RSV外壳蛋白基因(CP)、NS3蛋白基因、病害特异性蛋白基因(SP)和NS4蛋白基因的转基因水稻，并表现出对RSV的抗性。水稻条纹叶枯病抗性基因QSTV11和qSTV-11b(Stvb-i)已经克隆，转基因工作正在进行之中。
3.2.4 抗水稻纹枯病转基因水稻研究 水稻品种中缺乏抗纹枯病种质资源。将来自哈茨木霉P1菌株的内切几丁质酶基因En导入水稻，可获得具有明显抗水稻纹枯病的转基因植株，抗感分离明显。将Hcm1基因转入水稻，获得高抗纹枯病的T2代转基因水稻材料，并表现出同时抗稻瘟病的性状，其田间抗性还有待于进一步验证。利用cg24450和cg31540基因培育抗水稻纹枯病转基因水稻的研究也在进行之中。
3.2.5 其他抗病转基因水稻研究 稻曲病是我国另一种重要水稻病害，利用广谱抗性激发子harpin基因转化水稻已获得成功，并获得抗稻曲病水稻植株；抗病品系TR19已经过7代选择，并在江苏、湖南、四川和安徽等地进行抗性鉴定，结果表明抗性稳定。抗水稻细菌性条斑病转基因水稻研究业已开展，通过农杆菌介导转化法已经获得水稻转ERF因子基因材料，其中一些材料显示出水稻细菌性条斑病抗性。
3.3 抗逆、抗除草剂转基因水稻培育
抗逆水稻转基因研究主要包括抗旱、耐盐碱以及抗高温、冷害等方面。抗除草剂主要包括抗草甘膦和草胺膦。
3.3.1 抗逆、抗干旱转基因水稻培育 我国是水稻生产大国，水稻用水占全国总用水量的50%左右。我国单方水的粮食生产能力只有0.85kg左右，远低于2kg以上的世界发达国家水平。据专家预测，2020年前后我国农业缺水将达1300亿m3。减少农业用水，特别是水稻用水意义十分重大。
我国从事抗旱、抗盐碱的工作起步较早，率先从小麦、水稻及耐逆植物山菠菜中克隆了与耐逆性相关的DREB类调控因子基因、甜菜碱脱氢酶基因、小麦Na+/H+反向转运蛋白基因、山菠菜脯氨酸转运蛋白基因等。转基因实验表明，上述基因的表达与植物的耐逆性呈正相关。这些基因可作为水稻耐逆基因工程的候选目的基因，目前，转基因工作已取得了阶段性结果。
植物抗旱的机制极为复杂，与植物的水分获取能力、降低水分消耗的能力和细胞自我保护能力等多方面因素相关。在抗逆转基因作物培育方面，中国科技大学生命科学院的工作值得关注。他们从一个抗旱性显著增强的拟南芥突变体中分离出了HS1基因，并用于水稻和其他植物的转基因研究。结果表明，HS1转基因植物与对照相比，根系更为发达、气孔密度明显降低、抗旱物质ABA和脯氨酸的含量显著提高、抗旱胁迫能力和水利用率明显上升，同时还表现出了明显的抗盐性；转基因水稻在干旱处理9d后生长正常，14d后依然存活，复水可恢复生长。
目前，已克隆的水稻抗旱基因还包括SNAC1、SNAC2、CBF3、ABF3、DREB1、OCP11、OsZIf23和CIPK等转录因子和信号传导相关基因；adc、TPSP、P5CS等渗透调节基因；HVA1和LEA3-1脱水保护蛋白基因，以及离子泵和离子转运蛋白RWC3基因等。抗旱、抗盐碱、耐冷等抗逆过程往往有相似的和共同的分子调控机制，尤其是在抗旱和抗盐碱方面。国外从微生物中分离出的冷诱导相关基因，并由此培育出了高度抗旱的转基因玉米。在抗冷(包括抗冻和抗寒)转基因研究方面主要采用了抗冻蛋白基因，以及增加抗冻、抗寒物质和改变植物细胞膜不饱和脂肪酸成分等策略。
3.3.2 抗除草剂转基因水稻 除草剂在水稻生产中有着广泛的应用，发展高效的抗除草剂水稻对于减少使用劳动力、降低生产成本非常重要。尤其是在推广水稻直播技术和抛秧技术的过程中，难以使用机械除草，除草剂将成为稻田去除杂草的主要手段。中国农业科学院水稻研究所率先开展了抗除草剂转基因水稻的研究，获得了抗草胺磷转基因(Bar)水稻恢复系，并用于水稻杂交制种中除草剂筛选和控制杂交种的种子纯度。
在我国，草甘膦是一种使用广泛的除草剂，具有廉价、无毒性、易分解、无环境污染等优点。中国农业科学院生物技术研究所从草甘膦生产工厂附近土壤的抗性微生物中分离出了高抗草甘膦基因；北京大学生命科学院也分离出了新型草甘膦抗性基因。上述基因除了可用于其他作物的转基因研究外，同时也可用于转基因抗除草剂水稻的培育。中国科学院遗传与发育生物学研究所利用模拟自然进化，通过体外人工突变和施加选择压的方式获得了一个新型水稻EPSP合酶基因突变体，细菌表达和转基因植物研究表明，突变体抗草甘膦的能力显著提高；目前，福建省农业科学院正在利用此基因进行抗除草剂水稻新品种的培育，并已获得高抗草甘膦转基因水稻株系。
上述基因均为我国自主研发的基因，具有自主知识产权，一些已获国际专利。上述成果为我国抗除草剂转基因水稻的产业化打下了良好的基础。
3.4 高产和养分高效利用的转基因水稻新品种培育探索
水稻产量主要由光效、株型、产量构成因子(粒数、结实率、千粒重)等产量性状决定的，利用转基因技术创制高光效、新型株型、高产水稻新品种的尝试业已全面展开。通过转基因方式培育氮、磷、钾养分高效利用转基因水稻新品种，同样是水稻增产的重要途径。目前，这方面的研究尚处于探索阶段。
3.4.1 高光效转基因水稻种质创新 国家杂交水稻中心将玉米等C4植物的关键光合酶PEPC、PPDK、NADP-MDH和NADP-ME的基因以单价或二价的形式，转入超级杂交稻亲本，获得了大量转基因水稻株系。大部分转基因材料表现出光合速率有不同程度的增加，最高增加可达25%左右(PEPC)，其在增产方面的效果还有待于进一步观察。
3.4.2 产量构成因素转基因材料创制 目前，控制水稻分蘖力和穗粒数基因LRK1(富亮氨酸重复受体蛋白激酶基因)、控制穗粒数的基因(NAC家族转录因子)、控制分蘖基因(tac1)、控制粒数基因和控制粒重基因(Ghd7、GS2、GS3)、广亲和基因(S5)、高产基因D1、油菜素甾醇信号转导途径的关键基因BIN2(影响水稻茎叶的夹角)以及调控光合物质转运，改良穗粒结构的无机焦磷酸酶(PPase)基因、磷酸核酮糖激酶(OsPrkase)基因、景天庚酮糖二磷酸酶(OsSbpase)基因与乙醇酸氧化酶(GOX)基因等相关基因已分别转移到水稻，并选育出稳定纯合的转基因品系100余份。实验证明，部分转基因植株的产量构成因素相对于转化受体品种而言有了明显改善。超表达粒重控制基因(金属硫蛋白)的两个转基因水稻材料千粒重平均为26.5g和26.3g，较受体品种分别增加了8.24%和7.53%。穗粒数相关基因NAC过表达株系穗粒数和分蘖数都明显增加，其中株分蘖数比对照平均增加了2～3个，穗粒数增加11.0%-40.9%。LRK1转基因的过表达可改良籼稻恢复系9311的产量性状，穗数和穗粒数较对照分别增加了26%和39%。PPase和STD1转基因籼稻和粳稻产量比对照有8%～20%提高，为改善光合产物的有效分配、有效疏导水稻源-库-流和充分发挥水稻的光合潜能、提高水稻产量奠定了基础。将油菜素甾醇信号转导途径的关键基因BIN2转入水稻粳稻品种日本晴，通过在叶鞘处特异表达，获得的转基因苗明显缩小了茎叶间的夹角，使水稻植株更加直立，为水稻高产密植创造了条件。
3.4.3 养分高效利用转基因水稻探索 现阶段已开展了水稻氮、磷、钾高效利用相关基因的遗传转化工作。在不同养分条件下对转基因植物进行了氮、磷、钾吸收利用效率的分析，以及相关酶活性、代谢水平分析，并对转基因植株进行了农艺性状的考察。
超量表达水稻谷氨酰胺合成酶基因GS1、GS2和大肠杆菌谷氨酰胺合成酶基因glnA的转基因植株，与野生型相比，在低氮胁迫条件下，GS活性和总氨基酸含量均有显著提高，但是转基因水稻单株籽粒产量却比对照有所下降。超量表达水稻转天冬氨酸转氨酶基因OsAAT1 、OsAAT2、OsAAT3,以及大肠杆菌中天冬氨酸转氨酶基因EcAAT的转基因水稻组织中天冬氨酸转氨酶活性、氨基酸含量、蛋白质含量均比对照植株有明显提高；然而，谷粒中氨基酸含量，以及株高、分蘖、抽穗期和单株籽粒产量等农艺性状与野生型对照相比均没有显著变化。
在磷高效利用转基因水稻育种方面也已取得了明显的进展。超表达OsOlg74020(MYB家族转录因子)的转基因水稻植株显著提高磷吸收积累能力；同时，SPX2转基因敲除水稻材料也显著提高了磷的吸收积累。目前，上述两个材料已进入土壤试验评价阶段。
目前，已经从水稻中克隆了钾高效利用基因OsAKT1、OsCIPK23和OsCBL1；钾高效利用候选基因OsCIPK3、OsCIPK9、OsCBL2、OsCBL3、OsCBLAOsCBL5、OsCBL6、OsCBL7、OsCBL8和OsCBL10基因；以及拟南芥中的AKT1、CIPK23、CBL1和CBL9基因。初步结果显示，在正常钾浓度条件下(1mmol/L K+)，所检测的转基因材料均未表现出明显的生长优势；生物量和钾含量测定结果表明，所检测的转基因材料与野生型植株之间没有明显差异；在低钾浓度条件下，所检测的大部分转基因材料未表现出明显的生长优势。显然，在养分高效利用转基因水稻研究方面还有很长的路要走。
3.5 优质转基因水稻新品种培育和探索
我国已广泛开展水稻品质改良的转基因研究工作，内容包括了外观、食味、营养、功能型、耐贮藏和加工等品质性状改良育种研究。
3.5.1 水稻食味品质转基因研究 目前，我国利用Wx、Wx-hp、SBE、ISA、SSII、ALK、RSR1、RSR2、RSR3和Badh2等基因，以及水稻胚乳特异性表达启动子，开展水稻胚乳淀粉合成、香味和糊化温度等食味品质相关的水稻转基因研究工作，获得了一批Wx、Sbe、ALK和Badh2等基因的过量表达以及基因表达抑制的转基因植株。通过转基因技术，结合分子标记选择和常规育种等技术手段，已创制出淀粉组成和结构优化、食味品质显著改良的优质转基因水稻新品种(系)。
3.5.2 营养品质改良转基因水稻研究 瑞土科学家Potrykus利用转基因方式获得了产生β-胡罗卜素的“金米”，β-胡罗卜素可由人体转化成维生素A。全球约8亿人患维生素A缺乏症，因此面死亡的儿童每年有30万～250万人，并且每年引起几百万人患夜盲症。在稻米中β-胡罗卜素的含量已由1.2～l.8μg/g，增加到目前的36.7μg/g，常量食用“金米”即可基本满足人体对维生素A的需要。一旦大面积推广种植，“金米”将有助于解决发展中国家营养不良的问题，每年可使50万儿童免于失明。
我国科学家也开展了富营养因子的转基因水稻研究。中国科学院植物研究所从大豆和水稻中克隆了一批营养成分相关基因，利用胚乳、胚特异性和组成型表达技术，获得了水稻胚乳、胚特异性表达GmFAD-2、GmFAD-3a、GmFAD-3b、OsFAD-2、OsFAD-3a和OsFaD3b的转基因水稻植株。经测定，转基因水稻种子中的ω-3不饱和脂肪酸含量大幅度提高，最高的可提高16.8倍和25.4倍。大豆SayFer-1和SayFer-2转基因水稻种子中铁元素高水平显著富集，分别比对照提高了2～3倍。利用γ-TMT基因提高转基因水稻中维生素E含量的工作，以及提高叶酸含量、赖氨酸含量转基因水稻的研制工作也在顺利进行之中。
3.5.3 其他水稻品质改良转基因研究 我国科学家通过图位克隆方法克隆了大粒、窄粒(AP1)、高千粒重、长粒、粒宽比<1的极宽粒(GW5)、垩白相关性状(qPGWC-7)等种质资源的目的基因，为外观品质改良储备了必要的基因资源。利用粒长基因GL3、GW5，构建胚乳和胚特异性高强度表达启动子驱动的转化表达，获得了粒型改变的转基因植株。
水稻陈化是稻米贮藏过程中有待解决的重大问题，通过构建反义LOX-3、HPL和Phr1基因植物转化载体转化水稻，可阻断稻米种子中LOX-3、HPL和Phr1基因的表达，降低脂肪氧化酶、多酚氧化酶的活性，对于提高种子的耐贮藏能力，创造出耐贮藏稻米转基因水稻新品种具有重要意义。此项工作正在有序进行之中，并已获得了相应的转基因水稻植株。
目前，我国已开展利用转基因技术创制水稻功能性食品的工作。利用水稻种子特异高效表达γ氨基丁酸合成酶基因，培育富含γ氨基丁酸稻米的转基因水稻新品种，对于高血压患者膳食有重要意义，目前已获准进入转基因中间实验阶段。利用反义技术和RNAi技术抑制水稻稻米中淀粉去分支酶基因(iso1)的活性，培育籽粒含高抗性淀粉的工作也取得了重要进展，为糖尿病患者带来了福音。
4 影响我国转基因水稻产业化的主要问题和建议
转基因作物的研发历来受到我国政府的高度重视，自“七五”以来，一直被列为863计划和“国家转基因植物重大专项”的优先资助领域，在各项基金的强有力支持下，经过近20年的努力，我国在转基因水稻的研发方面取得了重大进展，尤其是抗虫转基因水稻研制方面处于世界领先地位。然而，由于国内外有关转基因安全性方面的争论、政策的不确定性，致使我国转基因水稻产业化进程进展缓漫。2009年8月17 日农业部发放了“华恢1号”和“Bt汕优63”在湖北省的生产应用安全证书，为转基因水稻和其他转基因粮食作物的大规模应用奠定了良好的开端。
转基因抗虫水稻的推广将会产生重大的经济和社会效益。据中国科学院农业政策研究中心对2001-2003年抗虫水稻在湖北、福建等地试种调查，种植抗虫稻比非抗虫稻农户每hm2土地少施农药15.4 kg，少投入劳动力17工·d，生产成本下降13%，每hm2增收900～1200元。若我国50%稻田种植转基因抗虫稻，则每年减少农药使用量21万t，经济效益将达到138亿元人民币；如若种植面积达到90%，经济效益将达到340亿元人民币。仅此一项，一年的经济效益即相当于迄今为止我国在农业转基因研究中的全部投入。
尽管我国在转基因水稻研究方面取得了显著的进展，但在产业化方面与发达国家相比依然有明显的差距，主要表现在：
4.1 转基因基础研究还有待于加强
目前，我国转基因拥有自主知识产权的基因相对较少，缺乏关键有重大应用价值的基因专利，因此转基因作物研发缺乏后劲，产业化将受制于人。主要原因是我国在分子生物学和农业生物技术方面的基础研究比较薄弱，创新能力不足，尤其是缺乏源头性的重大创新。建议加强基础研究的投入，尤其是各种组学研究的投入，针对解决我国农业育种中的主要问题开展基础性研究。
4.2 缺乏大型生物技术企业和种业企业
转基因产业具有高技术、大投资、高风险和高回报等特点，需要大型公司操作。然而，我国缺乏像孟山都、杜邦、先正达那样从事转基因农作物研发的大型跨国公司，难以对我国转基因研究成果进行系统整合，致使研究成果的转化和产业化过程受阻。建议在国家继续支持的前提下，鼓励大型企业早期介入，逐步成为转基因农作物研发、投入和开发的主体。
4.3 政策环境还有待于进一步优化
转基因农作物的开发利用周期长，政策风险高，对于政策环境有着超强的依存性。我国现行的生物安全管理、种子管理，以及品种区域试验法律法规相互衔接方面存在一定问题，制约了转基因农作物产业的发展。建议进一步系统优化我国转基因农作物研究、开发、应用、准入、贸易的有效管理办法，优化我国现行行政管理体制，促进我国转基因作物研发和产业化健康发展。
4.4 应对国际挑战的准备不足
转基因农作物的研发是一项高技术、战略性产业，关系到未来对重要战略资源——粮食的国际控制权和国家粮食安全，各国政府对此都给予了高度重视。目前，国际主要从事农业生物技术的跨国公司均已进入国内，并积极开展业务，我国种业的生存面临前所未有的挑战。我国对此应对不足，政策混乱，没有国家层次的总体应对战略。最近，温家宝总理一再强调转基因技术的重要性，应加紧落实，加强战略研究，制定发展我国转基因产业的总体战略。
4.5 缺乏国家层面的决策机制
我国转基因农作物产业化进程缓慢，主要原因在于转基因农作物的产业化涉及到诸多方面的问题，不仅包括技术层面如安全性问题，也包括政策、法律法规、伦理、国际贸易和消费者态度等方面的问题；同时，诸多管理部门、管理理念和方式的不同也影响了决策过程。最近，温家宝总理的明确指示对于推动转基因水稻产业化起到了至关重要的作用。建议在国家层面上建立常设的、跨部门的针对农业生物技术的决策机制，以代表国家意志进行决策，并协调各部门的决策、法规制定和管理，以促进我国转基因产业健康有序、快速发展。
4.6 消费者对转基因食品的态度
由于受一些西方媒体的不实宣传，以及我国一些媒体的随波逐流和一些国际非政府组织在国内的积极活动，使国内消费者对转基因食品产生了抵触情绪。最近，情况有所好转，但其对转基因农作物推广的负面作用仍不可低估。建议加强对民众的科普宣传、科普教育，媒体应作正面宣传，对于反科学和伪科学应坚决抵制和制止。
5 结语
我国是一个农业大国，人口众多，确保我国的粮食安全至关重要。转基因农作物的应用，将为我国未来农业可持续发展作出重大的贡献。以转基因农作物为核心的农业生物技术产业是一个新型的高技术、战略性产业，我国抗虫棉的广泛应用推广说明我们国家有能力发展这一产业，让我们以积极的心态迎接这一时刻的到来。