基因工程技术在农业育种中的应用及发展(共11页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上现代生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程与发酵工程。建立在植物分子遗传学与细胞生物学 基础理论上的基因工程是通过基因导入与重组技术，将不同生物的遗传基因在体外进行分离、裁剪、组合与拼接，再通过载体转移大受体细胞内进行无性繁殖、稳定表达，从而改变受体原来的遗传性状，人工构建出新的作物品种，由此便产生了转基因育种技术与转基因农作物新品种。现将世界各国采用基因工程在培育优质、高产，抗病虫、抗除草剂，抗寒、抗旱、抗盐碱作物品种方面所取得的进展概述如下。1、 基因工程的基本模式、外源DNA导入方法与表达条件 植物基因工程的基本模式是先分离和制备目的基因，并将目的基因嵌入载体，获得重组DNA，然后将重组DNA导入受体植物细胞，使其稳定存在并能复制、转录和翻译。重组DNA还可经有性或无性方式传递给子代，达到按育种目标修饰和改造作物品种遗传性状的目的。目的基因导入受体植物细胞中能否表达的关键，在于植物细胞的转录系统能不能识别目的基因所携带的转录信号启动子顺序。近年来的研究结果表明，就要将外源基因和一个已知植物细胞中有功能的启动子拼接在一起，构成嵌合基因。携带外源基因的这段DNA称载体，当载体携带外源基因共同进入受体细胞内后，整合与受体植物的DNA上。由于植物转录系统能识别启动子的顺序信号，外有基因即可在受体植物细胞中得到表达。因此，基因工程的许多研究工作都围绕着寻找理想的载体而开展。结果表明，目前最有希望作为目的基因载体物质的是根癌农杆菌Ti质粒，而且已经有一些作物利用Ti-质粒将外援基因导入受体细胞中，并获得充分表达。世界各国通过基因工程获得的转基因植株达4500多种，基因工程在农业上主要应用于农作物品种的改良与新物种的培育。2、 基因工程培育优质、高产农作物品种进展 植物基因移植于导入技术的研究成功，为改变植物蛋白质、脂肪、淀粉与糖类的含量与品质，提高其营养价值，为改变蔬菜、果品的风味提供了可能与技术途径。世界各国应用基因工程进行农作物品质改良与优质、高产品种选育方面已取得了很大的进展。 美国科学家将大豆贮藏蛋白的基因分别转移到向日葵和马铃薯中，获得蛋白质含量高的“向日豆”和“肉土豆”品种；日本科学家将大豆蛋白转移到水稻，培育成功“大豆米”，这对改善稻米品质，提高其营养价值起到了重要作用。澳大利亚的专家采用转基因育种技术培育成功优质高产的小麦品种。我国东北师范大学的科研人员通过基因导入途径，将野生天兰冰草抗病、高蛋白基因的染色体片段，转移到小麦染色体行后再运用常规育种方法，选育出优质面包小麦新品种“小冰小麦33号”，经专家鉴定达到国际优质小麦标准。该品种蛋白质含量高达17%18%，抗叶锈病、根腐病与黄矮病，产量达到4500kg/hm25000kg/hm2.。“小冰小麦33号“选育成功，填补了具有我国自主知识产权优质面包小麦品种的空白。日本农林水产业研究中心与北兴化学公司的研究人员联合，采用基因重组技术，先从稻谷中分离出能促进赖氨酸与色氨酸合成的遗传基因，然后对该基因进行改造，加强其合成氨基酸的能力，再将重组后的基因移植入水稻，成功的培育出赖氨酸和色氨酸比普通水稻高1090倍的转基因水稻新品种。据农业科技通讯杂志第9期报道，中国农业大学生物学院的朱登云经过7年潜心研究，将马铃薯花粉上的一个基因转入玉米，选育成功转基因玉米品种，赖氨酸和蛋白质的 含量比常规玉米品种分别高出30%和90%。他利用选育出的转基因玉米自交系与常规自交系配置大量杂交组合，从中选育出综合农艺性状优良的YC、Y624、Y419等18个杂交组合，所育成的10个转基因玉米品种YC组合，产量达508.6kg/667m²，比对照丹玉13号增产27.1%。课题组还利用分离出的高赖氨酸蛋白的基因，建立的高蛋白质、高赖氨酸优质玉米的转基因技术体系，已申请国家发明专利。此外，我国专家还选育成功含油量比普通油菜品种提高25%的“超油1号”与“超油2号”油菜新品种，其中含油量高达52.8%的“超油2号”是世界上含油量最高的甘蓝型油菜品种。我国黑龙江农科院雷勃钧采用花粉管通道技术于1997年选育成功早熟、高蛋白、高油、大粒、耐盐碱的转基因大豆品种“黑生101”累计推广面积已达20×3 、基因工程 培育抗病农产物品种的进展黄瓜花叶病毒严重危害多种蔬菜、烟草、花卉、油菜、药材和树木等770多种植物，造成农作物大幅度减产和品质下降由于在多数作物上未发现抗这种病毒的基因，很难对其进行抗病育种与化学防治。在国外长期以来，对该病毒有“植物癌症”之称。采用植物基因工程技术成为防治该病毒最有效的方法。日本烟草产业遗传育种研究所得专家，将黄瓜花叶病毒的随体脱氧核糖核酸植入烟草细胞，成功地培育出能抗花叶病毒的新植物体。日本专家采用的技术途径是先从黄瓜花叶病毒中提取脱氧核糖核酸，然后使用反转录酶制成脱氧核糖核酸，再把脱氧核糖核酸植入到烟草业细胞里。实验证明，给烟草接种上黄瓜花叶病毒后，依然生长发育良好，说明被接种的烟草已具备抗病毒的能力。中国科学院微生物研究所将TMV和黄瓜花叶病毒CMV的CP外壳蛋白基因拼接在一起，构建了“双价”抗病基因，转入烟草后获得了同时抵抗两种病毒基因的植株。在田间实验中，对TMV的防治效果为100%，对CMV的防治效果为70%左右，可使烟草产值增加10%30%。目前，我国专家还通过CP 途径进行小麦抗黄萎病、水稻抗矮缩病、棉花抗枯、黄萎病等基因工程的研究，并已取得进展。小麦黄萎病是危害世界小麦生产最严重的病毒。它是由大麦黄萎病引发的，控制此病最有效的措施是培育抗病品种，但已知栽培小麦品种不含抗大麦黄萎病的基因，难以进行抗病品种的筛选。因此，只能从含有抗病基因的大麦、杂草等通过基因移植，杂交育种途径把抗病基因导入小麦；或者利用人工合成的病毒外壳蛋白的抗性基因来保护小麦，不受大麦 黄萎病的危害。据成卓敏等（1996）报道，中国科学院植物研究所的科研人员，采用花粉通道法和基因枪法将大麦黄矮病毒CPV株系外壳蛋白基因导入小麦栽培品种中，在世界上首次获得抗大麦黄矮病毒CPV株系转基因T0代及其后代T1、T2、T3代。检测结果证实，CP基因确已存在转基因小麦种，并能得到稳定遗传，经Westen测定，CP基因在转基因小麦中已得到表达。室内鉴定结果，转基因植株一般比对照推迟发育714d，有的推迟到28d.。田间人工接种鉴定实验，获得了一批抗病明显的后代。另据黄中崟报道（1992），中国农科院作物所共同合作，综合应用生物技术和常规育种相结合的方法，将黄矮病抗性基因从中间偃麦草导入普通小麦，在国际上首次成功地育成一批抗黄矮病普通小麦新品系，创造了抗黄矮病普通小麦新种质，为小麦育种家提供了优异抗黄矮病的亲本资源，现已有一些新品系材料提供应用。我国在番茄转基因抗病育种方面也闯在了许多抗病基因类型，如北京大学育成抗病毒番茄品种；国家基因工程中心选育成功高抗TMV、CMV、马铃薯X病毒和抗早疫病、晚疫病两种真菌病害的多抗番茄品种。4 、基因工程培育抗虫农作物的进展采用生物技术，提高作物自身的抗虫害性能，为农作物害虫的无公害防治开辟了新的途径。目前，在农作物上普遍通过根癌农杆菌、发根农杆菌、花椰菜花叶病毒（CaMV）、(ANA)病毒等为中介的基因工程方法，将一些抗虫基因苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis）抗虫毒素基因（Bt 毒素基因）、菜都抗虫蛋白质基因（胰蛋白酶抑制的CPTI基因）、蓼草抗虫基因等导入水稻、玉米、棉花、马铃薯、烟草、番茄等作物细胞，并使表达这些外源抗虫基因的转基因植株得到再生，基因了些益n%2.7m2有的投入大田实验。如含Bt的烟草能有效地阻止烟草天蛾幼虫的危害，害虫食后1d内停食，3d内全部死亡。在转基因玉米植株中，玉米螟取食后23d死亡率可达70%。培育成功的抗虫番茄植株，对危害番茄果实的烟草天蛾和烟草夜蛾幼虫的防治效果达100%，对棉铃虫也有很好的杀虫作用。国外正在研究的转Bt抗虫作物还有大豆、油菜、多种蔬菜及杨树等多种树木。由此表明，应用生物技术改良某些作物的抗虫性具有很大的潜力。棉花是世界重要的经济作物之一，每年由于棉铃虫的危害一般减产10%左右，高的达30%以上。施用化学农药防治，不仅耗资巨大，增加生产成本，而且容易引起环境污染、杀死害虫天敌、破坏生态平衡。采用生物防治，虽然能减轻环境污染，但也有在大发生年份防效差等局限性。因此，利用基因工程将苏云金芽孢杆菌（Bt）杀虫基因导入棉花品种中，将培育出具有抗虫性能的棉花品种，成为当今防止棉铃虫、红铃虫最为先进、安全与经济有效的手段。美国蒙山都公司的专家采用跟癌农杆菌Ti质粒介导法培育成功携带有Bt杀虫基因的棉花新品种“保铃棉”，可是杀虫剂的用量减少80%，现已成为世界上推广面积最大的抗虫棉品种。此外，美国马萨诸塞州的国际生物技术公司的专家们将外援积引导如玉米，育成使玉米具有抗虫性能的植株。英国德翰大学和剑桥作物育种中心的科学家，利用基因工程从豇豆中把产生胰蛋白酶抑制物的基因（CPTI）转入了烟草，成功地培育成转基因抗虫烟草新品种。中国科学院生物技术研究中心的专家采用根癌农杆菌Ti质粒介导法与花粉管通道法将Bt抗虫基因与胰蛋白酶抑制基因（CPTI）重组成“双价”抗虫基因，导入长江与黄河区、华北与西北特早熟棉区的主栽品种中，育成GK-1、GK-3、GK-12、GK-14、GK-19、GK-21等12个“双价”高抗棉铃虫的转基因棉花新品种，抗虫能力高达80%以上，丰产性与适应性与当地主栽品种相当，一再生产上大面积推广种植。2004年，我国育成的20多个转基因棉花、水稻、玉米、大豆、油菜、烟草、番茄已在生产上推广种植466.7×。此外，我国石家庄农科院与中国农科院生物技术中心合作，将Bt和CPTI基因同时转移到石远321棉花品种中，育成了“双价”转基因抗虫棉新品种“冀棉24号”，经抗虫性鉴定，对棉铃虫幼虫校正死亡率达93.5%，达到高抗级别，常量较对照产品增产10.8%，其抗虫性能与增产性能均优于国外抗虫棉品种。该品种的育成，标志我国转基因抗虫棉的转育技术已处于国际领先领先水平。2003年，全球有18个国家种植转基因农作物品种，面积达6770×，仅转基因大豆品种“抗农达”的种植面积就达2370.4×。阿根廷大豆种植面积为1240×，绝大部分也是转基因大豆。2001世界转基因农产品的销售额为30.44亿美元，预计2006年将超过85亿美元。5 、基因工程培育抗除草剂作物品种进展 杂草不仅与农作物争夺阳光、养料和水分，还传播病虫害，是制约农作物产量提高的重要因素之一。化学除草虽然速效、省时、省力，但易污染环境，伤害作物，影响了化学除草剂的效果。为了寻求解决有效防除杂草的新途径，世界各国都着眼于通过基因工程培育抗除草剂农作物品种。据报道，美国加利福尼亚州戴维斯的Calgene公司已将耐草甘膦和溴苯晴两种除草剂的基因导入到所有斯字棉珂字棉品种中，育成的棉花新品种能抗高于田间用药量10倍的除草剂剂量，已在生产上大面积推广种植4×。该公司还培育出抗2,4-D除草剂基因工程棉株，现已用于生产。比利时PGS公司将链霉菌的抗触杀型灭生性除草剂磷酸买黄铜的基因导入番茄、马铃薯和烟草等作物体内，成功地培育出完全除草剂的植株，可对高于10倍于大田喷杀量的除草剂有稳定抗性。据美国agriculture research>杂志1992年第二期报道，美国科学家对从30个国家搜集的347个水稻品种筛选，发现其中有3.5%de 水稻品种含有抑制物质。凡含有此抑制物质的稻株均能杀死周围杂草，他们通过杂交的方法，将这种性状导入常规水稻品种里，培育成功能杀死杂草的水稻新品种。中科院遗传所，植物所和中国农科院所协作进行的“作物抗除草剂基因工程研究”最近取得新的进展，建立了合子期直接导入外源基因的方法。第二代的初步鉴定表明，抗性基因可以遗传。另外在注射后第一代水稻植株上，通过紫外线激发叶片荧光和叶片快速荧光诱导动力学方法检测，导入抗性基因处理的32株中有2株表现了抗性6 基因工程培育抗逆性强农作物品种的进展近年来应用基因工程创造自身具有抗旱，抗寒，抗炎键能了强的农作物品种方面也取得较大的进展。 美国德克萨斯州lubboch农业实验战与加利福尼亚州alband公司合作，进行看韩基因转化研究。他们从一种细菌中分离抗旱基因，一卡哪霉素做选择剂，用根癌农杆菌TI 质粒芥导发将此基因导入植株，已获得抗旱转基因棉花。美国的科学家已将仙人掌的看韩基因转入小麦，玉米和水稻。培育出看寒性能较强的小麦，玉米和水稻在生植株。前苏联通过基因工程使凝霜新军变易事一般植物可以在-5C下存活，并已培育成功在3C一下中植物的西红柿，这种西红柿在主要蔬菜上市前两个月成素，另据报道，耐寒性强的草莓植物也已培育成功。 国内外的育种专家认为，只有通过基因工程将衍生植物的抗炎基因分离出来，导入栽培作为镇南关，才能育成高度抗炎的摩纳哥作物品种。目前全世界已进入耐盐突变体离题选择研究的植物达40与中，已于包括水稻，小麦封在内的20也中作物在生植株的酒后代具有的较强的抗炎性。 据日本鲁尔岛大学农学部报道，用农林8号水稻胚为外植株，筛选出3个碍盐细胞系均获得了再生植物，其中一个耐盐细胞系再生植株抽穗期接近正常，耐盐性能稳定，第三代在1%nacl溶液中培养正常良好。我国的科学家早在1989奶奶是就从小麦耐盐细胞系获得抗炎性能强的再生植株。英国专家已把抗炎基因导入小麦，育成了抗炎小麦。美国压力三那大学正在进行买年画抗炎基因的分离和DAN序列研究，现已明确抗炎基因微点，并一只成称序列图，正在进行抗炎基因绵竹的培育。7 农业基因工程发展预测与展望通过金银工程在上述6个方面进展的综述，表明进15年来时国内外基因工程快速发展时期，他给农作物育种开辟了一条现代化的全新途径，床罩新物种已成为可能，育成的高产，优质，多抗的转基因农作物新品种，为实现高产，优质，高效发展现代化农业目标，创造了有利条件。 人类社会已进入到21实际，农业先进国家吧生物技术确定为农业高新技术发展的优先领域，如日本每年拨出2亿美元用于水稻定位技术研究，欧洲各国政府也都支持粮食和素材的基因定位研究，美国投掷3000万美元与国际农业研究中心和卓，正在进行水稻小麦玉米马铃薯油菜等作物限制性内切数据偏长度多态性技术图谱的研究，英国政府也透支150万英镑建立了鼓舞俱乐部，应用于英国农业遗传学公司发明的技术专门用于制作小大麦，和十字花科植物的基因图谱。利用这种图谱可以加快育种过程，针织物需明确或分离基因，就可以在杂交后用RFLP探针作为标记进行后代帅选，从而使育种进程加快，具有很高的理论和实用价值。我国正在准备境界新的农业技术革命，专家们预测，我国21实际重点开发应用的现代农业生物学技术领域是农作物转基因基础研究，建立种植资源基因库作物高产基因组织的研究，基于表达的器官组织特异性与发育过程的关系，培育成功同时抗病锄禾抗逆性强，优质的转基因作物品种用于生产，研究并建立主要农作物高效简便的基因导入与遗传技术体系。加大对水稻小麦玉米棉花大都有才马铃薯等主要作物，蔬菜瓜果林木与药材的优质高产抗除草剂，抗逆性等基因标记克隆转移技术与培育方法的研究，育成更多的转基因农作物新品种用于生产，进一步提升我国基因工程研究与应用水平。参考文献1 王鸣.现代育种学的发展【M】 北京：农业出版社，1979，第一版：149154。2 李思经 国际农业生物技术进展【M】北京：农业科技出版社，1997,122。3 翁延年，等。生物工程进展，1998,18（5）：510。4 张祥喜，等。分子植物育种，2003,1（4）：531537.5 刘秀玲，内蒙古农业科技，1992，（3）:3941.6 ,植物保护，1999,25（1）：3436。7 杨竹平，等。上海农业学报，1996,12（4）：8894。8 王德平，等。农业科技管理，2004,23（5）：710。9 刘昭军.大豆科学，2004,23（4）：304305.10 宋天俊，等，农业科技通讯，2004：（9）：3435.11 安成立，等，现代种业，2005，（1）：45.专心-专注-专业