轉(zhuǎn)基因植物的研究與應(yīng)用

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1、植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)及其應(yīng)用摘要:綜合介紹了植物轉(zhuǎn)基因的主要技術(shù)與其在各個領(lǐng)域的主要應(yīng)用；對轉(zhuǎn)基因植物的安全性進(jìn)行了一些討論，并對植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。自1983年第一株轉(zhuǎn)基因植物問世以來,轉(zhuǎn)基因植物的研究和應(yīng)用在世界各國蓬勃開展。所謂轉(zhuǎn)基因植物就是植物細(xì)胞或組織經(jīng)遺傳轉(zhuǎn)化后,進(jìn)行組織培養(yǎng)長出愈傷組織，再經(jīng)誘導(dǎo)所分化出來的完整植株。轉(zhuǎn)基因可以使優(yōu)良的生物基因在不同種生物之間進(jìn)行交流，從而彌補(bǔ)單一生物種類中的遺傳資源不足,豐富種質(zhì)庫。轉(zhuǎn)基因植物的研究在目前的生物技術(shù)領(lǐng)域中最為活躍，具有十分廣泛的應(yīng)用前景。1.

2、植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)1.1土壤農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)牝技術(shù)革蘭氏陰性菌根瘤農(nóng)桿菌是一種植物病原菌，通常只能感染雙子葉植物的受傷部位。農(nóng)桿菌攜帶一種稱為Ti的質(zhì)粒，該質(zhì)粒含有一段NDA，稱T-DNA(transfer-DNA)，它能轉(zhuǎn)移并整合到植物組織中，并導(dǎo)致冠瘻瘤的形成。不含有Ti質(zhì)粒的土壤農(nóng)桿菌不能誘導(dǎo)冠瘻瘤產(chǎn)生。利用Ti質(zhì)粒對植物進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化的最基本方法是將目的DNA片段插入T-DNA區(qū)，然后通過土壤農(nóng)桿菌和Ti質(zhì)粒將其送入受體植物并整合到植物細(xì)胞的基因組內(nèi)，使之得到遺傳轉(zhuǎn)化。土壤農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移是目前最常用的獲得轉(zhuǎn)基因

3、植物的方法。由于近幾年2來在載體系統(tǒng)和轉(zhuǎn)化方法上的不斷完善，土壤農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移不僅局限于其天然寄主雙子葉植物范圍內(nèi)，在轉(zhuǎn)化水稻、玉米和小麥等單子葉植物上也取得了重大的突破。例如,Ishida等1996年在玉米上獲得了5%?30%的轉(zhuǎn)化率,Hiei等1994年在水稻上獲得了29%的轉(zhuǎn)化率。就目前的情況看，土壤農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)化關(guān)鍵在于找到合適的組織培養(yǎng)和再生技術(shù)。1.2基因槍技術(shù)由于土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化技術(shù)在單子葉植物上的局限性，目前，多數(shù)研究者傾向于使用基因槍技術(shù)對單子葉植物進(jìn)行轉(zhuǎn)化。基因槍技術(shù)1987年由San

4、ford等人發(fā)明，是目前最有前途的植物DNA轉(zhuǎn)移系統(tǒng)之一。其方法是先用CaCI2.亞精胺或聚乙烯醇沉淀DNA，然后用DNA包裹直徑約1?4um球狀金粉或錚粉顆粒，再利用基因槍裝置以火藥爆炸力或壓。此外，借助于PEG、利用碳化纖維、電泳、浸泡、花粉管通道以及超聲波等方法也有成功轉(zhuǎn)化植物的報道。2植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用目前，轉(zhuǎn)基因植物主要是在提高植物抗性、改善植物品質(zhì)以及利用植物作為生物反應(yīng)器等方面進(jìn)行了大量的研究，并已取得了令人矚目的成就。2.1提高植物的抗性農(nóng)業(yè)病蟲害、雜草等對糧食生產(chǎn)的影響是巨大的，而轉(zhuǎn)基因植物品種

5、的最大優(yōu)點(diǎn)之一就是在不增加農(nóng)藥使用量的前提下確?；蛱狍{糧食產(chǎn)量。2.1.1培育轉(zhuǎn)基因抗病植物品種抗病性育種是轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用的重要目標(biāo)之一。目前，人們使用最廣泛的方法是利用弱病毒的外殼蛋白基因或其它基因轉(zhuǎn)化植物，從而獲得對強(qiáng)毒株病毒的抗性。1986年，Beachy等率先將TMV外殼蛋白基因置于35S啟動子的控制之下轉(zhuǎn)入煙草，獲得了轉(zhuǎn)TMV外殼蛋白基因的植株。大田實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在接種了TMV之后，轉(zhuǎn)基因植物只有約5%的植株得病，幾乎不減產(chǎn)；而對照組植株的發(fā)病率為99%，減產(chǎn)約26%?35%。另有研究表明，玉米矮花葉病毒

6、(MDMV)B株系外殼蛋白在轉(zhuǎn)基因植株中表達(dá)出對MDMV的抗性。我國在轉(zhuǎn)基因抗病性育種方面也取得了可喜的進(jìn)展。據(jù)1996年統(tǒng)計，當(dāng)時正在開發(fā)的抗病毒基因有33種，抗細(xì)菌病害的基因有8種，抗真菌病害的有7種。有的已經(jīng)開始進(jìn)行環(huán)境釋放試驗(yàn)或大田試驗(yàn)。1998年農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)了北京大學(xué)研制的轉(zhuǎn)基因抗黃瓜花葉病毒甜椒“雙豐R”和轉(zhuǎn)基因抗黃瓜花葉病毒番茄“8805R”的商品化生產(chǎn)。2.1.2培育轉(zhuǎn)基因抗蟲植物品種全世界每年因蟲害所造成的損失達(dá)數(shù)千億美元，而每年所使用的化學(xué)殺蟲劑的總金額在200億美元以上。更不幸的是，使用化學(xué)殺蟲

7、方法所造成的生態(tài)污染將使人類付出難以用金錢衡量的代價。1981年，Schnepf等人首次成功地克隆了第一個編碼Bt殺蟲晶體蛋白基因，揭開了轉(zhuǎn)基因抗蟲育種的序幕。迄今已經(jīng)分離出4萬多個Bt菌株,68個亞種，對45個殺蟲晶體蛋白序列進(jìn)行了分離測定。經(jīng)過優(yōu)化的Bt基因已成功地導(dǎo)入煙草、玉米和棉花等多種植物中，獲得了一大批轉(zhuǎn)基因抗蟲品種和種質(zhì)資源。Bt基因已成為植物基因工程及轉(zhuǎn)基因育種最具有應(yīng)用前景的抗蟲基因。目前，已經(jīng)批準(zhǔn)或即將批準(zhǔn)的轉(zhuǎn)Bt基因作物在21種以上。在美國，轉(zhuǎn)Bt基因作物的種植面積已超過20萬hm2o在我國，

8、只有轉(zhuǎn)Bt基因的抗蟲棉得到了商品化生產(chǎn)。由浙江大學(xué)與加拿大渥太華大學(xué)合作硏究的轉(zhuǎn)cryIA(b)Bt基因水稻有希望成為國際上第一個商品化的轉(zhuǎn)基因水稻品種。2.1.3培育轉(zhuǎn)基因抗除草劑植物品種盡管每年全世界生產(chǎn)除草劑的費(fèi)用高達(dá)100億美元以上，但雜草的危害仍然使全球的糧食產(chǎn)量減少10%。而且大多數(shù)除草劑都無法完全識別作物與雜草。培育抗除草劑的轉(zhuǎn)基因植物將會彌補(bǔ)