植物生物反應器是指通過基因工程途徑，以常見的農作物作為“化學工廠”，通過大規模種植生產具有高經濟附加值的醫用蛋白、工農業用酶、特殊碳水化合物、生物可降解塑膠、脂類及其它一些次生代謝產物等生物製劑的方法。
基本介紹
- 中文名：植物生物反應器
- 通過：基因工程
- 常見：化學工廠
- 隨著：新功能基因的分離、克隆
簡介,國外研究,生物資源,抗原蛋白,生產疫苗,研究成果,國內基礎,概述,成果1,成果2,成果3,成果4,意義,投資,技術,套用,套用前景,商業領域,美國,歐共體國家,中國,限制因素,套用價值,親合素,面臨問題,應對措施,研究重點,研究目標,相關建議,
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台的逐步建立，在今後15至20年內，將會有相當數量的高新生物技術產品不斷湧現並與消費者見面；這種“分子農業”的出現及普及將會對我國現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的可持續發展具有重要意義。同時，也有利於形成新的產業鏈，培育出較大的產業集團。
國外研究
生物資源
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套用範圍。國外已開發國家特別是美國採用植物生物反應器這種“分子農業”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、改性澱粉、環糊精或糖醇、次生代謝產物、工農業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。
抗原蛋白
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首次發現人接種牛痘可預防天花病毒傳染，在此後的時間裡，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。
現在，人們通過接種疫苗已完全根除了天花，並在全球範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生和傳播。疫苗的形式也由菌體疫苗發展到亞單位疫苗（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酵或動物細胞組織培養獲得的，需要複雜的生產設備，生產工序繁瑣，生產成本較高，不易保存和運輸，因此，這些疫苗在經濟落後的開發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。
生產疫苗
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。此後，國內外多個實驗室相繼在菸草、馬鈴薯、番茄、苜蓿和萵苣中表達了B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，並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據，為今後利用轉基因植物生產疫苗奠定了良好基礎（見附屬檔案2）。
植物來源的重組藥用蛋白第一次臨床套用研究是由星球生物技術有限公司（PlanetBiotechnology,Inc）報導的，該公司位於美國加利福尼亞境內。該公司利用轉基因菸草中表達的抗體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）並預防志願者口腔產生齲齒。該公司也正在設計和開發一些新的sIgA抗體，用來有效預防口腔、呼吸道、消化道，生殖和尿道等黏膜系統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。臨床醫學研究者計畫向每個癌症患者注射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定性和體內的生物活性與動物細胞培養來源的抗體是相同的，利用它將開發出一種低成本的治療方法來防治某些由性傳播的疾病。
研究成果
美國的ProdiGene公司和EPIcytePharmaceuticals公司正計畫開展合作，進行玉米生產抗體的開發，主要是生產某些人黏膜抗體用於被動免疫治療，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公司和史丹福大學已經合作開發了一種腫瘤特異性疫苗，可用於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。研究者們利用修飾後的菸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）後，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摺疊，用經親合層析純化的38C13單鏈抗體免疫後的小鼠可以產生大於10ug/ml的型特異性的抗抗體。這些小鼠可以抵禦致死劑量的38C13腫瘤的攻毒試驗，其保護效果類似於用38C13IgM-匙藍蛋白偶聯疫苗免疫後的結果。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研究計畫（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化酶基因導入水稻，研製出一種富含β胡蘿蔔素（維生素A前體）的水稻，品種名稱T309，每克稻米含1.6mgb胡蘿蔔素，由於稻米色澤金黃，故稱為“金色大米”。開發中國家目前大約有2.5－10億人患維生素A缺乏症，正是由於此症，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，將大大減少開發中國家兒童貧血症和維生素A缺乏症的發病率。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，以期培育出適合當地種植的水稻品種，大規模種植可能會在2005年前後開始。
國內基礎
概述
我國植物生物反應器的研究始於上世紀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節上與國外相差無幾，但在研究的廣度和深度上與已開發國家相比卻存在很大差距。幸運的是，由於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”計畫時，選擇了“利用轉基因植物生產口服疫苗和生物可降解塑膠”等4個研究課題作為探索性項目而予以資助（見表2-1）。“九五”期末，已獲得如下研究成果：
成果1
將B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，已進入臨床套用研究的前期準備階段，相關轉基因植物已進入環境釋放階段。
成果2
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境釋放階段。
成果3
獲得了口蹄疫流行株的基因文庫及我國常發生的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克菸草葉片中得到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。
成果4
建立了農桿菌介導的胡蘿蔔轉化系統，已在菸草和胡蘿蔔中表達了CTB，霍亂毒素b亞單位（CTB）的表達量達到0.1%。通過在CTB基因前導入菸草病程相關蛋白PR1b的信號肽序列，使CTB在菸草中的合成量提高了20多倍，並通過一步親和層析法從菸葉中提純了CTB。
意義
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性。從事“863”計畫和計畫以外其他國內單位和個人為此都申請了國家發明專利，因此，這些研究成果擁有我國自主的智慧財產權。
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中的數據可以看到，國外普遍套用的植物轉基因技術在我國已成功套用，有些技術還為我國所獨創，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。
投資
在制訂“十五”“863”計畫時，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製”、“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”、“高效轉化系統的研究”和“外源蛋白在受體植物中高效和穩定表達機制的研究”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年前後，當上述重大專項主要技術經濟指標實現以後，我國醫藥市場上將出現幾種用植物生物反應器生產的藥物、疫苗或其他保健食品。
技術
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並表達病毒蛋白，如菸草花葉病毒感染菸草後，其外殼蛋白的含量可達菸草葉片蛋白總量的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。
套用
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套用方面。而利用轉基因植物生產特殊飽和或不飽和脂肪酸、改性澱粉、環糊精或糖醇、次生代謝產物、工農業用酶製劑的研究仍然沒有引起國家足夠的重視，其實，這些生物製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，通過自籌資金或採用國際合作方式開展了前期研究工作，並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後，可有效降低家畜排泄物中的磷含量，這對於降低水污染和保護生態環境方面很有意義。
套用前景
商業領域
在過去15年裡，生物技術工業不僅誕生了百億美元級的公司，而且也成為當今世界商業活動中增長最快的領域之一。生物技術產品的市場非常大，包括了醫藥、農業、漁業、造紙業和其他許多產業。據統計，從上世紀80年代至今，通過DNA重組技術所生產的生物醫藥年銷售額已超過100億美元。由於生物醫藥產業被許多國家視為強勁的經濟成長點而加以重點扶持，生物醫藥的年銷售規模將從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
美國是現代生物技術發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批准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套用。
歐共體國家
歐共體國家是世界第二大醫藥市場，自身對生物技術產品的需求是巨大的，但它的生物醫藥研究滯後於美國，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已開發國家。
中國
我國現有500多家生物技術公司，但與西方已開發國家相比，我國生物醫藥研究和產業化起步都比較晚。從1989年我國第一個生物工程藥物β干擾素上市到2001年底，我國現有B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，我國生物醫藥全年的產值達到125億元，占整個醫藥工業的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。由於受超額利潤的誘惑，已有眾多廠家介入這個市場，由於企業競爭過度，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協調小組在《生物醫藥工程產業行動綱要》中指出，國家和企業各方應大力培育生物醫藥工程產業，使之保持15-20%的年增長率，到2005年生物醫藥工業年總產值要達到400-500億元，到2015年總產值達到1,100-1,300億元。要達到此目標，需不斷開發新的生物醫藥產品，另外，通過研製新的表達系統，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。
限制因素
目前，利用重組DNA技術生產的大多數治療用血液蛋白幾乎都是在哺乳動物細胞表達系統中生產出來的。該系統的主要優點是所表達的重組蛋白能夠進行正確的摺疊及完成其他翻譯後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的廣泛套用，這些因素包括：
3）哺乳動物細胞表達系統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，而振盪培養通常又是工業化大規模生產所不可缺少的，這就使擴大生產規模變得相當困難；
7）利用哺乳動物細胞培養表達系統不能避免病原生物的污染。
套用價值
由於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套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共有的那些優點外，還有一些是其它表達系統所不具備的。例如，利用植物所收穫重組蛋白的數量僅僅受到植物種植面積的限制。普通的農業措施就可以產生令人吃驚的生物材料，例如，採用高密度種植的菸草每公頃可以產生170公噸的生物材料。假定在實驗室規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。
親合素
親合素（Avidin）在診斷試劑中的套用十分廣泛，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並確定它是否能夠與蛋清來源的雞親合素進行商業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最佳化，然後與大麥α-澱粉酶信號肽編碼序列融合併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內，而且對於成功表達十分關鍵，因為定位在分泌系統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。考慮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省的資金將會更多。
人們對生物蛋白醫藥需求的種類和數量正在不斷增加，研究人員必需開發出新的轉基因表達生產系統才能滿足這種需求，而植物最有希望承擔此項任務，如上面所提到的那樣，公斤數量的重組蛋白可以從1公頃的轉基因菸草中獲得。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年時間，然而，轉基因植物可以迅速達到如此生產規模。據估計要滿足全世界的需求，一年種植3萬公頃的菸草就足夠了（假如血清白蛋白表達量占菸草可溶性蛋白的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，我國農業和農業經濟在總體上得到迅速發展，農村居民的收入水平也有了大幅度的提高。1978-2001年，扣除價格因素影響後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，進入溫飽有餘的狀態。部分地區已經達到小康水平，現在進入全面建設小康社會時期。“九五”以來，我國農業發展步入了一個新的發展時期，但我國農村經濟的發展和農民收入的增長遇到了新的瓶頸。基本特徵是：農業綜合生產能力提高，農產品供求實現了總量平衡，且豐年有餘。但由於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造更多的就業機會和收入來源，農業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後，我國農產品特別是種植業更是面臨已開發國家價格低、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和農村工作的重點，也是各級政府部門和農業科技工作者責無旁貸的任務。
近年來，種植業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。以產量衡量的農業生產力在提高，但以收益衡量的生產率卻在不斷下降。農業這種低效益一方面與巨觀經濟環境有關，另一方面也與農產品品質不高、不適合市場要求有直接關係。以大豆為例，美國的轉基因大豆在出油率和價格上均優於我國的非轉基因大豆，所以國內食油加工業捨近求遠，寧願購買美國的轉基因大豆，而不願使用國產的非轉基因大豆。
已開發國家如美國、歐盟和日本等對農民採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內部進行戰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
研究重點
為提高農業經濟效益和農民收入，增強農產品國際競爭力，應該大力推進農業和農村經濟結構的戰略性調整，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。
實現上述目標的發展戰略之一是國家應從巨觀方面加強植物生物反應器的研究與產業化步伐，今後15-20年內，研究重點應該集中在以下幾個方面：
1）發掘可供植物遺傳轉化或病毒載體表達的新藥用蛋白基因，擁有我國自主智慧財產權。隨著人們生活水平的提高，由於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於大眾化和年輕化，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製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，並由此形成新的產業鏈。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B肝的轉基因馬鈴薯，以每200克馬鈴薯可生產一劑B肝口服疫苗，2,000公斤馬鈴薯可生產10,000劑B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台，提高外源蛋白在植物中的有效成份含量。這直接關係到將來的產業化進程，不僅可以降低生產成本，還可使植物表達系統更具吸引力。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，使其更易於操作、更穩定、表達效率更高和對生態環境更安全。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，也是最有希望實現產業化的研究領域之一。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、C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，將其定位於植物不同的器官或部位中表達，或採用親和層析的方法等。
6）除藥用蛋白或酶製劑外，考慮利用植物生產其他具有特殊用途的高新生物製劑。如改性澱粉、脂類和其他次生代謝產物。
研究目標
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並有特殊工業、環保或農用價值的轉基因植物株系或載體系統；
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化相配套的關鍵技術研究，為今後的長期發展奠定工作基礎。取得發明專利20-30項，獲得專利申請號50-100個；
4）建立3-5個大型的產業化基地並形成相應的產業集團。
相關建議
我國在現階段仍是一個開發中國家，不可能像已開發國家一樣投入巨資進行植物生物反應器的研究和開發，國家主要從政策上予以扶持和協調，特別是鼓勵國內大中小企業積極參與，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，二者優勢互補將有利於發掘新的研究課題，加快該領域的研究和研究成果的產業化步伐；
2）制訂相應的優惠政策，鼓勵企業投資參與研究和開發；
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等藉口搪塞，關鍵是要有直接的經濟效益和社會效益。因為這是關係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，更重要的是關注此後的產業化進程，要給予產業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，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，由於傳媒的誤導，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係。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化進程，最終導致國外產品占據國內的絕大部分市場；
7）儘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），但國家應及早制訂相應的安全和管理法規，嚴格規範和監督這類基因工程產品的生產和使用。
