由于某种转基因抗除草剂作物是针对特定除草剂“量身定制”的，因此谈转基因抗除草剂作物的潜在危害必然涉及除草剂的潜在危害，而且除草剂是否存在严重毒性决定着配套转基因抗除草剂作物能否被推广应用。另外，为了提高除草剂在植物表面的广泛分布，通常还要加入某种表面活性剂，其毒性大小也影响转基因抗除草剂作物的安全性。

针对不同除草剂的作用机制，在转基因抗除草剂作物培育中通常采用以下3种策略：（1）过量表达靶基因：当除草剂是某种酶的特异性抑制剂时，使多个靶基因在转基因作物中大量表达而合成超过常量的靶酶，可部分克服或缓解除草剂的抑制作用，而杂草及非转基因作物因酶量相对较少而易受抑制；（2）导入突变靶基因：将突变的靶基因导入转基因作物中，使之合成对除草剂不敏感的突变靶蛋白，而杂草及非转基因作物相应的蛋白质正常功能受阻；（3）导入特异解毒基因：将特异解毒基因导入转基因作物，使除草剂转变成危害较小的形式或将除草剂排出体外，而杂草或非转基因作物不能自行解毒。

1、多拷贝靶酶基因

草甘膦（glyphosate，商品名为Roundup）是一种广谱、无残留和非选择性除草剂，对世界上现有78种恶性杂草中的76种有效。从结构上来看，它属于甘氨酸衍生物，同时也是磷酸烯醇丙酮酸（PEP）的类似物，可干扰植物苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸等芳香族氨基酸合成。

植物通过莽草酸途径合成芳香族氨基酸，5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸（EPSP）合酶是催化莽草酸-3-磷酸与PEP合成EPSP的第一个关键酶（下图）。草甘膦比PEP结合EPSP合酶更紧密，其解离速率比PEP慢2300倍。因此，草甘膦可作为EPSP合酶的竞争性抑制剂阻断芳香族氨基酸合成，从而使蛋白质合成因芳香族氨基酸短缺而终止，并阻断酚类化合物（木质素、生物碱和黄酮）和吲哚类化合物（生长素）的芳香族前体供应，最终导致细胞死亡。

在矮牵牛细胞培养中，采用浓度递增培养法筛选出在高浓度草甘膦存在条件下仍存活的细胞。这些细胞中的EPSP合酶活性大大高于正常细胞，其机理是EPSP合酶基因拷贝数目增加（最多可达20个）。这个实验结果给人们一个启示，那就是在植物中通过导入多拷贝EPSP合酶基因使靶蛋白超量表达赋予植物以除草剂抗性是可行的。于是，有人将矮牵牛编码的EPSP合酶cDNA导入矮牵牛细胞后，EPSP合酶前体中包含72个氨基酸组成的转位肽，可以引导EPSP合酶正确定位于叶绿体中。经检测发现，在转基因植株中，EPSP合酶活性提高近40倍，对草甘膦的耐受量高于杂草及野生型植株2~4倍。

基于此，超过规定剂量使用草甘膦也会杀死转基因抗除草剂作物。不过，草甘膦的长期使用也可能诱发转基因作物产生抗性，这样草甘膦被超量使用的可能性是存在的。另外，若草甘膦被用于作物种植前的非选择性除草作业，倒是有可能被超量使用。

2、突变靶酶基因

将草甘膦抗性细菌中分离的EPSP合酶突变基因（aroA）导入植物细胞，可获得对草甘膦杀伤作用不敏感的转基因植物。不过，由于细菌基因不含质体转运肽序列，若直接转化植物，则效果极差。例如，曾将无质体转运肽序列的沙门氏菌aroA基因导入植物，结果转基因植物的除草剂耐受量仅有轻微提高，推测EPSP合酶并未输入叶绿体中。后来，在大肠杆菌aroA基因编码序列前插入转运肽序列，并分别导入矮牵牛和番茄细胞中表达，结果使转基因矮牵牛植株对草甘膦的耐受量从0.01毫摩尔/升提高到1.2 毫摩尔/升；转基因番茄愈伤组织的EPSP合酶活性提高20~40倍，可耐受0.5~1.0毫摩尔/升草甘膦。

三唑类除草剂（如阿特拉津）的结构与质体醌类似，可竞争性结合叶绿体光合系统II的psbA基因编码的33kDa蛋白，从而阻断电子传递，抑制光合作用。目前已从抗阿特拉津的藻类及蓝细菌中分离出10余个突变psbA基因，通过转化叶绿体基因组，可望获得抗阿特拉津的转基因作物。

氯磺隆为磺酰脲类除草剂，咪唑乙烟酸和咪唑烟酸为咪唑啉酮类除草剂。这两类除草剂作用于细胞的共同特点是通过抑制乙酰乳酸合酶的活性阻断异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸等脂肪族或称分支氨基酸的合成。目前，已从烟草、拟南芥和玉米等植物中分离出突变乙酰乳酸合酶基因，如hra、C3、csr1-1和ahas3r基因等。将烟草hra基因导入番茄、苜蓿、油菜、生菜、甜菜和甜瓜等多种植物细胞，可使转基因植株获得不同程度的磺酰脲类除草剂抗性。

3、解毒蛋白基因

从土壤微生物Ochrobactrum anthropi LBAA菌株中已分离出编码草甘膦氧化酶的基因，草甘膦氧化酶可将草甘膦裂解成氨甲基磷酸和乙醛酸，氨甲基磷酸可进一步转变为甘氨酸而解毒。孟山都公司在油菜的抗除草剂育种中采用了一种双重方案，即同时导入草甘膦氧化酶基因和烯醇丙酮酸莽草酰磷酸合酶基因，它除了增加草甘膦抗性之外，还避免了除草剂在抗性植株中的大量累积。

双丙氨膦是由一种链霉菌产生的膦丝菌素-丙氨酰-丙氨酸天然三肽，其中膦丝菌素即草丁膦或称草丁膦胺、草铵膦是谷氨酸的结构类似物，可竞争性抑制谷氨酰胺合酶的活性，从而使氨基酸降解产生的氨迅速积累至毒性水平而杀死细胞。

草丁膦与草甘膦一样也是广谱除草剂，但草甘膦对禾木科杂草有效，而草丁膦则对宽叶杂草的效果最好。目前市售的膦酸类除草剂既有天然的双丙氨膦（如日本Meiji Seika公司的Herbiace），也有合成的草丁膦（如德国Hoechst/AgrEvo/ Aventis公司的Basta）。此外，草丁膦的商品名还有Liberty、Rely、Finale和Challenge等。

从Streptomyce hygroscopicus克隆的bar基因和从viridochromogenes中克隆的pat基因均编码草丁膦乙酰转移酶，它通过催化草丁膦氨基的乙酰化而使草丁膦灭活。阿特拉津（或称莠去净）的解毒反应是通过谷胱甘肽的结合而完成的，该反应由谷胱甘肽硫转移酶催化。

从土壤细菌Klebsiella ozaenae中克隆的bxn基因编码腈水解酶，可将溴苯腈降解为无除草剂活性的二溴羟基苯甲酸。另外，抗溴苯腈杂草中含有能降解溴苯腈的特异性细胞色素P450单加氧酶。

目前，据不完全统计，针对广泛使用的7种除草剂，已培育出相应的转基因抗除草剂作物（下表）。                                         　　             　　　　

                    已育成的转基因抗除草剂作物