五种常用的植物转基因技术
植物转基因技术是通过各种物理的、化学的和生物的方法将从动物、植物及微生物中分离的目的基因整合到植物基因组中，使之正确表达和稳定遗传并且赋予受体植物预期性状的一种生物技术方法。1983年，首例抗病毒转基因烟草的成功培育标志着人类开始尝试利用转基因技术改良农作物。目前，植物转基因技术已在作物改良和育种领域发挥了重要作用。通过植物转基因技术，一些来自于动物、植物及微生物的有益基因如抗病／虫基因、抗非生物胁迫性状基因及特殊蛋白基因已被转化到农作物中以改良现有的农作物和培育新的农作物品种。以DNA重组技术为基础的植物转基因技术极大地扩展了基因信息的来源，打破了远缘物种间自身保持遗传稳定性的屏障。植物转基因技术已应用到玉米、水稻、小麦、大豆和棉花等许多农作物。同时，该技术也正在被尝试用于茄子和草莓等其它的作物中‘1’纠。目前，根据转基因植物的受体类型，植物转基因方法可以分为3大类：以外植体为受体的基因转化方法，如农杆菌介导法、基因枪法和超声波介导法；以原生质体为受体的基因转化方法，如聚乙二醇法、电击法、脂质体法及磷酸钙-DNA共沉淀法；以种质系统为受体的基因转化方法，如子房注射法和花粉管通道法。由于以原生质体为受体的基因转化方法有原生质体培养难度大，培养过程繁杂，培养工作量大且培养技术不易掌握；原生质体再生植株的遗传稳定性差、再生频率低并且再生周期长；相关的转化方法的转化率低、效果不理想等缺点，所以该类基因转化方法未被作为植物转基因的常规方法广泛使用。本文将对农杆菌介导法、基因枪法、超声波介导法、子房注射法和花粉管通道法的原理、基本步骤和优缺点作以简要介绍。
1以外植体为受体的基因转化方法
1.1农杆菌介导法
农杆菌介导法是最早应用、最实用有效并且具有最多成功实例的一种植物转基因方法。农杆菌是一类普遍存在于土壤中的革兰氏阴性细菌。目前，用于植物转基因介导的农杆菌是根癌农杆菌和发根农杆菌。某些根癌农杆菌和发根农杆菌分别含有大小为200 -800bp的结构和功能相似的Ti质粒和Ri质粒。Ti质粒和Ri质粒含有3个功能区：参与农杆菌侵染植物过程的vir区、参与农杆菌基因整合到宿主植物基因组过程的T-DNA区、在农杆菌中启动质粒复制的ori区。在vir区上的vir操纵子群作用下，Ti 质粒和Ri质粒能将自身的T-DNA转入宿主植物细胞内，而后将T-DNA整合到植物基因组中。T— DNA 是质粒上一段10—30kb的序列，它的两端各有一段高度保守的25bp的同向重叠序列。由于T-DNA 转化无序列特异性，因此可用任何基因片段代替原来的T-DNA基因片段进行。
农杆菌介导法的原理是：在农杆菌基因ehvA，chvB， pscA，and att家族所编码的蛋白和植物伤口产生的酚类物质和糖类物质的共同作用下，农杆菌识别并附着在宿主细胞壁上。virD4和virB基因编码蛋白组成的type IV分泌系统将单链VirD2-T-DNA复合体运送到宿主细胞内。此外，VirE3、VirE2和VirF蛋白也通过该系统进入宿主细胞质中。在宿主细胞质中，VirE2蛋白与VirD2-T-DNA复合体结合。在VirD2核定位信号、某些农杆菌蛋白和宿主细胞蛋白的共同作用下，VirD2-T-DNA复合体进入细胞核。在VirD2、VirE2、某些宿主细胞核蛋白如AtKu80和DNA连接酶的作用下，T-DNA被整合到宿主基因组中，但具体过程不详。
农杆菌介导法的基本步骤是：(1)诱导目标植物外植体；(2)构建含有目的基因的质粒；(3)质粒导人合适的农杆菌菌株中及该菌株的活化过程；(4)植物愈伤组织的微伤口处理及农杆菌侵染；(5)共培养及脱菌处理；(6)愈伤组织筛选、分化与植株再生；(7)再生植株及其后代的外源基因及其表达产物的分子检测；(7)转基因T1代的目标性状鉴定。
农杆菌介导法具有操作简单、转化效率较高、重复性好、单拷贝整合、基因沉默现象少、转育周期
短、转化片段较大且插入片段明显及实验费用低等优点，因此，农杆菌介导法是目前应用最广泛的一种植物转基因方法。但是，农杆菌介导法也存在一些问题。首先，在自然条件下，农杆菌只侵染双子叶植物。对于单子叶植物，虽然可以采用人工添加酚类物质的方法，诱导农杆菌完成侵染过程，但是单子叶植物的组织培养有一定的难度。目前，只发现20多种单子叶植物能被农杆菌侵染。其次，植物细胞壁对农杆菌介导转化效果有一定影响。再次，影响农杆菌转化效率的因素较多。在设计农杆菌介导实验时，研究者要考虑农杆菌菌株类型、质粒载体类型及两者间的匹配情况；外植体的基因型、来源和发育状态；培养基成分及某些诱导条件如是否加入酚类物质等。此外，植物愈伤组织的诱导过程有时会存在困难。
1.2基因枪法
基因枪是20世纪80年代初由园艺学家Sanford等人发明的。在此基础上，Klein等以基因枪为工具发展了一套物理学转基因方法。经过10多年的改进和提高，基因枪的发展经历了3个阶段：第一代基因枪是1987年由 Sanford等设计制造的火药基因枪，它是以火药爆炸的冲力为动力；第二代基因枪是高压放电基因枪，它是以高压放电引起水滴汽化所产生的冲力为动力；第三代基因枪是压缩气体驱动基因枪，它是以高压惰性气体为动力。由于存在明显的安全性和稳定性问题，前两代基因枪现已基本被淘汰。作为一种物理学方法，基因枪技术已成功应用在烟草、水稻、小麦、甘蔗、棉花、大豆、洋葱、番木瓜和葡萄等许多农作物的品种改良上，并且该技术被用于瞬间表达研究和培育稳定的转基因植株等研究领域。
基因枪法的原理是：利用基因枪产生的高压动力冲击波将包裹外源DNA的重金属颗粒（如钨粉、金粉等）射穿植物细胞壁和细胞膜，射入植物细胞，使外源DNA随机整合到植物细胞染色体中，达到使外源DNA在受体植物中正常表达和稳定遗传的目的。
基因枪法的基本步骤是：(1)诱导目标植物外植体；(2)构建含有目的基因的质粒或制备外源DNA 样品；(3)重金属颗粒的外源基因包被过程；(4)植物愈伤组织的前处理；(5)基因枪轰击过程；(6)愈伤组织筛选、分化与植株再生；(7)再生植株及其后代的外源基因及其表达产物的分子检测。
基因枪法具有操作方法简单，转化时间短、数量大，对受体植物几乎无要求，基因用量少，可转化基因片段大，可获得较长时间的瞬时表达，实验费用低等优点。然而基因枪法也有许多缺点。首先，由于基因枪法转导的外源 DNA是随机整合到宿主基因组中的，这不利于外源DNA在宿主植物中稳定地表达和遗传。其次，因为随机整合位点不固定和外源DNA拷贝数多等问题会导致转基因后代的突变率提高、整合的外源DNA丢失及基因沉默等现象。此外，基因枪法还存在转化过程对细胞有损害、转化率低、嵌合体多、可重复性差及设备昂贵等缺点。
1.3超声波介导法
作为一种新创建的物理学基因转化方法，超声波介导法已被用于真核生物的基因转化研究和人类基因治疗领域。在农作物基因转化研究中，超声波介导法已成功地将外源DNA转导人烟草和甜菜的原生质体、玉米和小麦的未成熟胚及烟草的叶片中。目前，该方法常与农杆菌介导法共用以提高外源DNA 的转化效率。
超声波介导法的原理是：利用超声波的空化作用，在细胞膜上产生可恢复的渗透孔空洞，从而使外源DNA进入细胞。
超声波介导法的基本步骤是：(1)目标植物外植体的制备；(2)目的基因的制备；(3)超声波处理；
(4)转化受体俞伤组织的筛选与植株再生；(5)再生植株及其后代的外源基因及其表达产物的分子检测。
超声波介导法的优点有：该方法不受宿主范围的限制，可以将外源基因导入任何基因型的植物细胞内；该方法可以避免对细胞的机械性损伤，有利于原生质体的存活；该方法操作简便、设备便宜等优点。由于超声波介导法也存在外源DNA随机整合及外源DNA拷贝数多等问题。因此，该方法也会导致转基因后代的突变率提高、整合的DNA丢失及基因沉默等现象。
2以种质系统为受体的基因转化方法
2.1子房注射法
子房注射法是一种育种工作中经常使用的简便易行的植物转基因方法。1993年，丁群星及其同事首次使用子房注射法将Bt基因导入玉米子粒中并成功获得了具有一定玉米螟抗性的转基因玉米。目前，子房注射法成功用于玉米、小麦、甜瓜和黄瓜等农作物的转基因育种工作中。
子房注射法的原理是：使用微注射针或显微注射仪将外源DNA注入处于减数分裂期的受体植物的子房中，借助子房产生的压力和卵细胞产生的吸收力，外源DNA进入受精的卵细胞中，借助合子胚旺盛分裂过程中基因组的复制、重组、缺失或易位等现象，外源DNA被随机整合到受体染色体上。
子房注射法的基本步骤是：(1)目的基因的制备；(2)根据受体植物受精后其子房的变化特点，确定最佳时间，进行外源DNA注射或将离体的受精子房进行外源DNA注射，再对该离体子房进行培养；(3)转化种子及其后代的外源基因及其表达产物的分子检测。
子房注射法的优点：该方法无需组织培养过程，因此实验过程简单，操作便捷；该方法所用的仪器设备简单便宜；外源DNA直接注射进入子房可以提高转化率；该方法可以直接得到转化种子，因此缩短了育种周期。其缺点是：田间转化过程的工作量大；转化过程中，子房受到机械性伤害易导致转化率和结实率低；易产生杂基因污染；该方法只能在授粉期进行，受季节和天气等自然条件影响；由于后代群体规模较大，筛选过程工作量较大。
2.2花粉管通道法
20世纪70年代末期，在DNA片段杂交假设理论和对植物开花受精过程的解剖学及细胞学特征研究的基础上，周光宇等推测外源DNA可以通过花粉管经过的珠心通道进入受精胚囊，转化进入精卵融合细胞、早期合子及早期胚细胞。随后，周光宇等创建花粉管通道技术并通过该技术将外源DNA导入陆地棉，成功地培育出抗枯萎病的新品种。目前，花粉管通道法已成功应用于棉花、水稻、小麦、大豆等农作物的改良和育种工作。
花粉管通道法的原理是：在植物授粉后的特定时期内，利用精卵融合细胞、早期合子及早期胚细胞无细胞壁和核膜结构的特点，以柱头内形成的花粉管为通道，将外源DNA导人受精胚囊。在受精后细胞基因组合成和复制活跃的条件下，将外源DNA随机整合到受体植株基因组上。
花粉管通道法的基本步骤是：(1)目的基因的制备；(2)根据受体植物受精后，花粉管形成的情况和精卵细胞融合的时间，确定最佳时间，进行外源DNA导入；(3)转化种子及其后代的外源基因及其表达产物的分子检测。花粉管通道法的优点：操作简单；对受体植物无种类的要求；对外源DNA无特别要求；无组织培养过程；转化速度较快，育种周期短等。其缺点是：该方法的具体机制不清，且缺乏分子生物学证据；受自然条件、环境条件及受体植物的花期等生理条件限制；该方法要求充分了解受体植物开花受精的时间；该方法要求很强的经验性，对某些农作物的操作难度较大；转化率低；结果的可重复性差；在转基因植株的后代中，外源基因的稳定遗传性差。
3小结
随着分子生物学的飞速发展，以DNA重组技术为基础的植物转基因技术已经在人类的社会发展和经济进步中做出了巨大的贡献。从1983年成功获得首个转基因作物至今，人类已成功获得35科120多种转基因植物。从1986年首批转基因植物被批准进入田间试验至今，国际上已有40多种数千例转基因植物进入田间试验。毋庸置疑，植物转基因技术极大地提高了人类的粮食供给和对抗恶劣气候环境的能力；植物转基因技术极大地降低了除草剂和杀虫剂等农药使用量，对保护日益恶化的生态环境做出了巨大贡献；植物转基因技术极大地提高了人类利用现有植物资源作为生物反应器治疗疾病提高人类健康水平的能力。总之，植物转基因技术的产业化，特别是转基因农作物的产业化已经为人类带来了巨大的社会效益和经济效益。
然而，植物转基因技术也有许多不尽人意的地方。首先，在玉米和水稻等农作物中，农杆菌介导法等植物转基因技术的转化率还有待提高。其次，在现有的植物转基因过程中，外源基因的整合过程基本
上是随机发生的，这就带来了一系列的转基因技术和安全性问题。此外，标记基因的存在严重地阻碍了植物转基因技术的有效性及其商品化的进程。同时，它的存在给转基因食品带来了一定的安全性问题。通过对植物基因组的深入研究，研究者能够找到合适的方法去解决上述问题。同时，根据高效、简易、快速、重复性高及适用性广等五大原则，研究者应该探索转化效更高、基因整合可控性更强、适用性更广的植物转基因方法，以应对日益严峻的社会问题、经济问题和生态问题。
基因工程技术的现状和前景发展 摘要 从20世纪70年代初发展起来的基因工程技术，经过30多年来的进步与发展，已成为生物技术的核心内容。许多科学家预言，生物学将成为21世纪最重要的学科，基因工程及相关领域的产业将成为21世纪的主导产业之一。基因工程研究和应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等许多领域。 基因工程应用于植物方面 农业领域是目前转基因技术应用最为广泛的领域之一。农作物生物技术的目的是提高作物产量，改善品质，增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就。由于植物病毒分子生物学的发展，植物抗病基因工程也也已全面展开。自从发现烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋白基因导入烟草中，在转基因植株上明显延迟发病时间或减轻病害的症状，通过导入植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力，已用多种植物病毒进行了试验。?在利用基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大进展。植物对逆境的抗性一直是植物生物学家关心的问题。由于植物生理学家、遗传学家和分子生物学家协同作战，耐涝、耐盐碱、耐旱和耐冷的转基因作物新品种(系)也已获得成功。植物的抗寒性对其生长发育尤为重要。科学家发现极地的鱼体内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增长，从而免受低温的冻害并正常地生活在寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼基因组中分离出来，导入植物体可获得转基因植物，目前这种基因已被转入番茄和黄瓜中。?随着生活水平的提高，人们越来越关注口味、口感、营养成分、欣赏价值等品质性状。实践证明，利用基因工程可以有效地改善植物的品质，而且越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域，近几年利用基因工程改良作物品质也取得了不少进展，如美国国际植物研究所的科学家们从大豆中获取蛋白质合成基因，成功地导入到马铃薯中，培育出高蛋白马铃薯品种，其蛋白质含量接近大豆，**提高了营养价值，得到了农场主及消费者的普遍欢迎。在花色、花香、花姿等性状的改良上也作了大量的研究。? 基因工程应用于医药方面 目前，以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快的产业之一，发展前景非常广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。在很多领域特别是疑难病症上，基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。?目前，应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试，并进入临床验证阶段；专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制，它可有目的地寻找并杀死肿瘤，将使癌症的治愈成为可能。由中国、美国、德国三国科学家及中外六家研究机构参与研制的专门用于治疗乙肝、慢迁肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的体细胞基因生物注射剂，最终解决了从剪切、分离到吞食肝细胞内肝炎病毒，修复、促进肝细胞再生的全过程。经4年临床试验已在全国面向肝炎患者。此项基因学研究成果在国际治肝领域中，是继干扰素等药物之后的一项具有革命性转变的重大医学成果。 基因工程应用于环保方面
植物转基因技术（transgenic?technology）又称遗传转化技术（genetic?transformation），通常是指将已经克隆、分离的外源或者内源基因构建到特定的载体上，然后借助生物、化学或物理的手段转移到受体植物细胞基因组中，使目的基因能够在受体内遗传，实现在新背景下稳定表达和遗传，并赋予植物人们所需要的农艺性状（如抗病、抗虫、抗逆等）的方法。转基因技术不仅为基因的表达调控和遗传的研究提供了一个理想的试验体系，尤其重要的是为植物特别是农作物的定向改良和分子育种提供了一个有效的途径和方法。自1983年转基因植物问世以来，在这短短的近三十几年的时间里，转基因技术发展十分迅速，至今已有数百种植物转基因获得成功。文章简要介绍常见的几种植物基因转化的方法、转基因技术的应用及其发展前景。 1?植物转基因技术的方法 迄今为止转基因技术大致可划分为两类：一种是载体介导法，即利用另一种生物来实现基因的转入和整合，如农杆菌介导法、病毒介导法等，其中主要的方法就是农杆菌介导法；另一种是DNA直接摄取法，即将裸露的DNA通过物理或化学的方法直接转入植物细胞，如基因枪法、聚乙二醇（PEG）介导法、花粉管通道法、电击法、显微注射法、超声波导入法等。目前较常用的几种植物转基因技术有农杆菌介导法、基因枪法、聚乙二醇（PEG）介导法及花粉管通道法。 1.1?农杆菌介导法? 农杆菌介导法是目前双子叶植物遗传转化最常用的方法［1,2］。它是将植物表达载体转入根癌农杆菌，以根癌农杆菌工程菌为介导，通过侵染受体植物后能将它所携带的Ti-质粒上的一段目的DNA 插入到受体细胞基因组中，从而实现新基因的导入与整合。根癌农杆菌Ti-质粒转化系统是目前研究最多，技术方法最成熟的基因转化途径。然而长期以来农杆菌介导转化方法仅局限于双子叶植物，直到近年来才在单子叶植物上有了重大突破［3，4］，如水稻［5］、玉米［6］和大麦［7］等。 1.2?基因枪法 基因枪法于1987年由Sanford提出［8］，是指用钨粉或金粉包裹外源DNA，然后利用火药的爆炸、高压放电或高压气体驱动力，将制备好的钨粉或金粉颗粒加速，射击真空室中的细胞或组织从而导入外源基因，进而达到目的基因在受体细胞中稳定遗传和表达的目的。该方法对靶细胞、受体材料来源基本无严格要求，小到细胞大至组织、器官等均可作为受体实现转化。目前，通过基因枪技术，很多植物如水稻［9］?、玉米?［10］、小麦?［11］、大豆［12］、土豆［13］、棉花［14］等均已获得成功。此外，基因枪技术还能将外源基因转化线粒体和叶绿体，使转化细胞器成为可能［15］。 1.3?聚乙二醇介导法? 目前最常用的化学诱导物质是聚乙二醇（PEG），PEG能与原生质体融合，通过改变原生质体膜的通透性，进而提高原生质体对外源DNA的吸收效率，达到基因转化的目的。该方法具有以下几个优点：首先对细胞伤害小；其次也是最主要的优点是充分 植物转基因技术及其应用 黄?珊 （福建省农业科学院水稻研究所，福建福州350018） 摘?要：植物转基因技术是研究植物基因功能及对植物各种农艺性状进行改良的重要手段之一。近几十年来，植 物转基因研究已成为国内外植物分子遗传学研究的热点并取得显著进展。文章综述了植物转基因技术的原理及迄 今为止在植物中常见的转基因技术的方法，概括了植物转基因的应用现状与前景。 关键词：植物；转基因技术；应用 中图分类号：Q78 文献标识码：A 文章编号：1008?-?9799（2012）01?-?0084?-?04 收稿日期：2012?-?02?-?14 作者简介：黄珊（1980－），女，助理研究员，研究方向：水稻遗 传育种。
植物转基因原理与技术 植物转基因原理与技术转基因是指通过基因工程技术将外源基因导入到受体细胞中的过程.微生物和动物细胞转基因开展较早，技术也比较成熟，相对动物和微生物转基因来说，植物转基因开展较晚。自1984年获得第一株转基因烟草以来，近二十年的时间里在数百种植物中获得成功。下面就植物转基因的原理和常见技术做一简单介绍。 原理 根据植物细胞能再生成植株的全能性，利用生物媒介或其他物理化学的方法和技术将外源基因导入受体细胞并且整合到基因组中，通过组织培养获得完整植株。在培养过程中为了筛选阳性转基因植物往往采用植物敏感的抗生素进行筛选，最后经过分子生物学和生理方面的检测来鉴定抗性生根的植株是否是真正的转基因植物。以技术为媒介，一个植物转基因系统必然涉及到外源基因和受体细胞。外源基因可以是克隆到质粒等载体中的或是未经克隆的裸露基因。受体细胞根据转基因技术和植物的类型的不同,可以选择外植体，愈伤组织，原生质体等。一个好的转基因受体细胞应该是具有高效稳定的再生能力，并且能接受外源基因的整合，并对选择抗生素敏感的无性繁殖系.植物转基因流程图如下所示。 外植体）
愈伤组织瞬时表达 外源基因植物受体细胞 原生质体 生殖细胞稳定表达 获得抗性生根转基因苗转基因植物的检测和鉴定(PCR，Southernblot，Northernblot，生理指标鉴定等) 技术 就植物转基因技术而言可以根据转化系统的原理分为三大系统：载体转化技术,直接转化技术和种质转化技术。下面分别叙述。 一载体转化技术 载体转化技术是指通过农杆菌的Ti或Ri质粒,植物病毒的DNA或RNA等生物载体介导基因进入并整合到植物基因组上的方法.其中土壤农杆菌转化系统是目前研究最为清楚而且转化最成功的方法.病毒载体转化系统的研究也取得一些成就。
植物转基因技术 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
生物工程的导论论文之植物转基因技术 生物1002班郭雅莉 201041006 摘要：目前，转基因技术已经成熟，转基因作物已进入产业化阶段，而且种植面积逐年扩大，呈直线上升趋势。世界上已通过转基因技术培育出许多产量高、品质好、抗性强的农作物新品种，生物技术产品已应用到医药，保健食品和日化产品等各个方面，生物制药产业已成为最活跃，进展最快的产业之一。为此，我将对植物转基因技术及其应用、和当代社会发展的概况进行系统阐述，同时对转基因食品的安全性问题进行系统的讨论。 关键词：国际状况转基因技术应用安全性问题 自1983年美国在世界上首次获得转基因烟草以来，植物转基因技术得到了迅速发展，在世界范围内得到了广泛的应用人们将以转基因技术为核心的生物技术上的巨大飞跃誉为第二次“绿色革命”。植物转基因技术巨大的生产潜力将为人类带来很大的经济效益和社会效益，并将辐射性地影响人类社会、经济、技术、生活、思想等方面的发展。 然而由于人们最初对转基因技术的认识不足或不理解，以至对转基因技术存在不同的态度和看法甚至偏见，使植物转基因技术面临着不少冲击。在20世纪末，转基因作物的安全性就在全球范围内引起了激烈的争论，反对者认为转基因作物具有很大的潜在危险，可能会对人类健康和生存环境造成威胁。在欧洲，转基因作物曾被一些媒体称之为“恶魔食 品”[1]。 一、国际植物转基因技术状况简介 转基因技术已在多种植物上获得成功，转基因的棉花、大豆、玉米、水稻、烟草、番茄、油菜等重要粮食作物和经济作物已作为商品投入市场。其进入田间实验的种类不断增加，除转基因粮食作物之外，转基因蔬菜、瓜果、牧草、花卉、林木及特用植物数量逐渐增加，基因种类和来源日益丰富，转基因性状日趋多样复杂。 在所涉及的转基因方法中，农杆菌介导法占50种，基因枪轰击法24种，DNA直接转移法2种，电击介导法2种，化学介导法1种[5]。已把一
植物叶绿体基因工程发展探析(一) 摘要从叶绿体的概念、转化优点、转化主要过程及方法等方面概述了叶绿体基因工程的发展情况,介绍了叶绿体基因工程的应用,包括提高植物光合效率、合成有机物质、生产疫苗、增强植物抗性及在系统发育学中的应用等,并提出叶绿体基因工程存在的问题,对其未来发展进行了展望。 关键词植物叶绿体;基因工程;发展;应用;存在问题;展望叶绿体作为植物中与光合作用直接相连的重要细胞器,其基因组的功能也因此扮演着十分重要的角色。1882年Straburger观察到藻类叶绿体能分裂并进入子代细胞;1909年Baur和Correns通过在3种枝条颜色不同的紫茉莉间杂交得出,质体是母本遗传的。人们便开始对叶绿体遗传方面产生了浓厚的兴趣1]。1988年Boynton等首次用野生型叶绿体DNA转化了单细胞生物衣藻突变体(atPB基因突变体),使其完全恢复光合作用能力,标志着叶绿体基因工程的诞生2]。叶绿体基因工程作为一种很具有发展前景的植物转基因技术,在植物新陈代谢、抗虫性、抗病性、抗旱性、遗传育种等方面都将有着越来越重要的意义。 1叶绿体基因工程概述 1.1叶绿体简介 叶绿体是植物进行光合作用的重要器官,是一种半自主型的细胞器,能够进行自我复制,含有双链环状DNA。叶绿体DNA分子一般长120~160kb。叶绿体DNA有IRA和IRB2个反向重复序列(分别位于A链和B链),两者基因大小完全相同,只是方向相反,它们之间有1个大的单拷贝区(大小约80kb)和1个小的单拷贝区(大小约20kb)。 1.2叶绿体基因组转化优点 叶绿体基因具有分子量小、结构简单、便于遗传的特点,故相对于传统的细胞核遗传更能高效表达目的基因,这是因为叶绿体基因本身拥有巨大的拷贝数3]。叶绿体基因可实现外源基因的定点整合,避免位置效应和基因沉默;遗传表达具有原核性;安全性好,叶绿体属于母系遗传,后代材料稳定;目的基因产物对植物的影响小。利用叶绿体基因转化的这些优点,可以加快育种速度和效率,节约育种时间。 1.3叶绿体转化的主要过程 叶绿体转化过程通常分4步:一是转化载体携带外源目的基因通过基因枪法或其他转化体系导入叶绿体;二是将外源表达框架整合到叶绿体的基因组里;三是筛选具有转化的叶绿体细胞;四是继代繁殖得到稳定的叶绿体转化植物4]。 1.4叶绿体转化的主要方法 依据叶绿体转化的主要过程,生物学家相应地研究若干种叶绿体基因转化的方法,其中常用的叶绿体转化方法:一是微弹轰击法。将钨粉包裹构建完整的质粒载体,用基因枪轰击植物的各种组织、器官,然后对重组叶绿体进行连续筛选,不断提高同质化水平,最后获得所需的转基因植株5]。二是农杆菌T-DNA介导的遗传转化法。将外源目的基因、选择标记基因等构建到农杆菌的Ti质粒上,然后通过与植物组织或器官共培养,最后把所需外源基因转化到叶绿体并获得表达。三是PEG处理法。只需将构建好的质粒(含外源基因、标记基因、同源片断、启动子、终止子等)在一定的PEG浓度下与植物原生质体共培养。 2叶绿体基因工程的应用 2.1提高植物光合效率 植物的光合效率非常有限,太阳能的很小一部分可以转化为植物所需要的能量,从而转变为人类需要的产品。植物光合效率取决于Rubisco酶的丰富度。Rubisco酶一方面可以制造可溶性蛋白,另一方面也可以限制CO2合成。人们可以通过2种直接的方法提高光合速率:一是加速酶催化的循环过程;二是提高酶的特性,减少光呼吸浪费的能量6]。很多科学家正试图通过提高Rubisco酶来提高植物的光合效率,而其中拟南芥和水稻的定点整合试验取得了重大突
转基因技术的理论基础来源于进化论衍生来的分子生物学。基因片段的来源可以是提取特定生物体基因组中所需要的目的基因，也可以是人工合成指定序列的DNA片段。DNA片段被转入特定生物中，与其本身的基因组进行重组，再从重组体中进行数代的人工选育，从而获得具有稳定表现特定的遗传性状的个体。该技术可以使重组生物增加人们所期望的新性状，培育出新品种。 1992年荷兰培育出植入了人促红细胞生成素基因的转基因牛，人促红细胞生成素能刺激红细胞生成，是治疗贫血的良药。转基因技术标志着不同种类生物的基因都能通过基因工程技术进行重组，人类可以根据自己的意愿定向地改造生物的遗传特性，创造新的生命类型。同时转基因技术在药物生产中有着重要的利用价值。转基因技术，包括外源基因的克隆、表达载体、受体细胞，以及转基因途径等，外源基因的人工合成技术、基因调控网络的人工设计发展，导致了21世纪的转基因技术将走向转基因系统生物技术2000年国际上重新提出合成生物学概念，并定义为基于系统生物学原理的基因工程与转基因技术。 1.转基因的细胞学原理： (1)细胞周期及MPF：细胞周期可人工分成4个时期，分别为G1期、S期、G2期和M期。细胞在正常情况下，沿着G1-S-G2-M路线运转。S期为DNA合成期，M期为有丝分裂期，M期结束到S期开始之前为G1期，S期末到有丝分裂期(M期)为G2期。有丝分裂的启动由成熟促进因子也叫M期促进因子(maturation/mitosism/meiosis promoting factor，MPF)调控，MPF 在细胞分裂中呈周期性变化即分裂后逐渐积累，到G2晚期达到高峰，由中期向后期转换时骤然消失。因此推测MPF是真核细胞M期的一个基本调节物质，能引导细胞由间期向M期转变。MPF由蛋白激酶激活，存在于所有的真核细胞中(包括减数分裂的性细胞)。但并非所有的细胞都是周期中细胞，某些细胞在一定的条件下可以脱离细胞周期进入G0期或分化为不分裂的细胞，而且G0期细胞可通过诱导重新进入周期。 (2)通过MⅡ期的卵母细胞转基因：MⅡ期的卵母细胞的MPF含量很高，可以诱导细胞核发生一系列变化包括核膜破裂(NEBD)和早熟染色体凝集(premature chromosome condensation，PCC)，处于减数分裂MⅡ期的卵母细胞无核膜的时间远远长于有丝分裂M期的细胞。所以此时期的卵母细胞可作为基因导入的受体。据此1998年Anthonv等对逆转录病毒载体感染发育早期的动物胚胎方法加以改进，用逆转录病毒载体注射MⅡ期的卵母细胞，注射完毕的卵母细胞同获能后的精子共同孵育后，体外发育至囊胚，再移植到母牛体内得到了转基因小牛。1999年Anthonv等又将精子与外源基因共孵育，然后将精子头部显微注射入MⅡ期的卵母细胞，这两种方法共同之处都是利用MⅡ期的卵母细胞无核膜，外源基因易导入的 特点。 2.转基因的胚胎学原理： (1)哺乳动物转基因的胚胎学原理：精子和卵子只有发育成熟后，精卵相遇时才能完成受精过程。精子进入卵子后头尾分离，胞核出现核仁，形成核膜，头部膨大形成雄原核；同时卵子排出第二极体形成雌原核。一般来说雄原核比雌原核大。接着雌雄原核的核膜消失，雌雄原核融合。随后细胞周期性卵裂，分裂球增加到32个时形成桑葚胚，进入子宫再发育至囊胚，此前的胚胎细胞具有很强的分化能力。从哺乳动物受精卵分裂发育的规律来看，转基因操作时较合适的部位是受精卵的雄原核，精子进入卵细胞后的1小时，雄原核和雌原核还未融合，在显微镜下容易看到雄原核。多数研究者在此时期把外源基因显微注射到雄原核，通
关于植物转基因技术的一些读书报告 在生物工程导论课上，我了解到了一些关于植物转基因技术的知识，对此产生了浓厚的兴趣，加上自己的专业在以后会有这方面的学习和发展，所以查阅了一些相应的资料，有了一些感想。 世界上首次使用植物转基因技术是1983年美国获得了转基因烟草，自 此以后，植物转基因技术得到了迅速发展，在世界范围内得到了广泛的应用。目前，转基因技术已经成熟，转基因作物也已进入产业化阶段，而且种植面积逐年扩大，呈直线上升趋势。植物转基因技术主要应用于农业，生物和医学等领域。进行植物品种的改良，新品种的培育以及作为生物反应器生产生物药物和疫苗等。世界上已通过转基因技术培育出许多产量高、品质好、抗性强的农作物新品种，生物技术产品已应用到医药，保健食品和日化产品等各个方面，生物制药产业已成为最活跃，进展最快的产业之一。因此，人们将以转基因技术为核心的生物技术上的巨大飞跃誉为第二次“绿色革命”。这次技术革命将使全球农业生产发生深刻的变革，使人们看到消除饥饿与贫穷的希望。植物转基因技术巨大的生产潜力将为人类带来很大的经济效益和社会效益，并将辐射性地影响人类社会、经济、技术、生活、思想等方面的发展。 但是，像其它新生事物的发展过程一样，由于人们最初对转基因技术的认识不足或不理解，以至对转基因技术存在不同的态度和看法甚至偏见，使植物转基因技术面临着不少冲击。在20世纪末，转基因作物的安全性问题 就在全球范围内引起了激烈的争论，反对者认为转基因作物具有很大的潜在危险，可能会对人类健康和生存环境造成威胁。在欧洲，转基因作物曾被一些媒体称之为“恶魔食品”。甚至当前，一些电视、广播、报纸等新闻媒体为了某些利益也对公众进行炒作和误导，夸大转基因作物的风险，使人们对转基因技术及其转基因食品由最初的争论演变为恐慌甚至存在一定的抵触 情绪。如某电视广告中所提到的：某某食用油，不含转基因成分，为健康加油；某网站新闻报道：湖北某超市惊现转基因大米等等，使人们对当前社会上对转基因技术存在的一些偏见。 在此我希望可以尽量避免偏见，对植物转基因技术的应用和当代社会发展的概况进行一些比较系统的阐述，对植物转基因技术与当代社会发展的关系进行一点探讨。 植物转基因技术的基本概念和原理 基因是生命体具有的特定遗传信息和遗传效应的核苷酸序列，存在于DNA （脱氧核糖核酸）上，是控制生物性状遗传的结构和功能单位。转基因是指利用分子生物学手段，将人工分离和修饰过的某些生物的基因转移到其它物种，以改造该物种的遗传特性。植物转基因技术又称植物基因工程，是把从动物、植物或微生物中分离到的目的基因转移到植物的基因组中，即对植物进行遗传转化，使其在性状、营养和消费品质等方面满足人类需要的技术。应用转基因技术构建的植物为转基因植物，又叫基因修饰植物，其中发展最快的是转基因植物食品。 植物转基因技术的内容包括：目的基因的分离和鉴定、植物表达载体的构建、植物细胞的遗传转化、转化细胞的筛选、转基因植物细胞的鉴定以及外
我对转基因作物应用的看法 我对转基因作物应用持支持态度。理由如下： 1.转基因作物的优势。 与常规育种技术相比，转基因育种在技术上较为复杂，要求也很高，但是具有常规育种所不具备的优势。主要体现在： (1)转基因育种技术体系的建立使可利用的基因资源大大拓宽。实践表明，从动物、植物、微生物中分离克隆的基因，通过转基因的方法可使其在三者之间相互转移利用。 (2)转基因育种技术为培育高产、优质、高抗，适应各种不良环境条件的优良品种提供了崭新的育种途径。这既可大大减少杀虫剂、杀菌剂的使用，有利于环境保护，也可以提高作物的生产能力、扩大作物品种的适应性和种植区域。 (3)利用转基因育种技术可以对植物的目标性状进行定向变异和定向选择，同时随着对基因认识的不断深入和转基因技术手段的完善，对多个基因进行定向操作也将成为可能，这在常规育种中是难以想象的。 (4)利用转基因技术可以大大提高选择效率，加快育种进程。此外，通过转基因的方法，还可将植物作为生物反应器生产药物等生物制品。 2.转基因作物的安全性 2.1环境影响及生态效应 2.1.1反对者认为现在存在的都是合理的，基因改良是反进化。其实这种观点本身恰恰是违反了进化论,因为进化并不是一成不变。现在的物种是长期自然选择和人工选择进化的结果。农业本身与生俱来就不是自然活动,今天的作物已没有一种像它们的野生祖先,它们已经过数千年的选择而使其更能适应生境和更加高产。因此,GMC仅仅是人类活动的逻辑延伸,并不比我们实践了多个世纪的活动更违反自然。以Bt抗虫作物而言,试想还有什么样的作物能像GMC一样只需很少或根本不需喷农药而对环境更友好? 2.1.2转基因作物的生态效应 以我国大量种植的转基因作物Bt棉为例，来说明转基因作物的生态效应（1）对靶标生物的影响。Bt棉花的种植能够有效控制棉铃虫对多种寄主作物的危害，减少化学杀虫剂的使用。吴孔明等通过比较我国Bt棉花种植前后15年间田间棉铃虫的发生量，发现棉田棉铃虫的种群数量随着Bt棉花的推广种植而显著减少。 （2）对非靶标生物的影响。吴孔明等1998年~1999年在河北、河南抗虫棉田中对害虫的种群数量作系统调查后发现,瓢虫类、草蛉类、蜘蛛类捕食性天敌的数量在抗虫棉田中大幅度增加,它有效地控制了蕾铃期棉蚜种群的发展。 （3）靶标害虫的抗性。Bt棉花在我国自1997年推广种植以来，虽有抗性风险的报道，但至今田间没有大规模抗性的发生，远远低于一般化学农药的抗性产生风险。而针对害虫对转基因棉的抗性，我国采用了天然庇护所来延缓害虫Bt抗性的发展。 2.2 食品安全性 （1）转基因食品在上市之前都会做风险的评估来证明它的安全性，这个评估的体系是目前在食品安全评估中使用的最严格的一套体系。在评价转基因食品安全性的时候采取的一个原则，叫做实质性等同原则，即如果转基因食品跟同类的非转基因食品的安全性是一样的，就认为它是安全的。我们不可能去认定某一
1转基因植物安全评价的意义 转基因植物育种,是利用遗传工程的手段,有目的地将外源基因或DNA构建导 入植物基因组,通过外源基因的直接表达,或通过对内源基因表达的调控,甚至通过直接调控植物相关生物如病毒的表达使植物获得新的性状的一种品种改良技术,可最大限度地满足人类的需要[1]。 与此同时,转基因技术使物种的进化速度远远超过生物自然变异与选择的速度,对于这种急剧的生物物种变化,自然界能否容纳和承受?自然界的其他组成部分是否会因此受到伤害或破坏?转基因植物及其产品被人们食用时,是否会向人体肠道微生物发生基因转移?是否会出现由于某种新物质的形成对人体健康产生危害或潜在影响?要消除这些疑虑就要进行转基因植物的安全性评价。要经过合理的实验设计和严密科学的实验程序,积累足够的数据,根据这些数据判断转基因植物的大田释放和大规模商业化生产是否安全,对实验证明安全的转基因植物正式用于农业生产,对存在安全隐患的加以限制,避免危及人类生存及破坏生态环境[2]。因此,制定科学完善的安全性评价的原则与方法,对确保人类健康和环境安全及转基因技术的健康发展具有十分重要的意义。 2转基因农产品安全评价的内容 2.1转基因植物的环境安全性 转基因植物的环境安全性评价要解决的核心问题是转基因植物释放到田间后是否会将基因转移到野生植物中;是否会破坏自然生态环境,打破原有生物种群的动态平衡[2]。 转基因植物演变为农田杂草的可能性:转基因植物可通过传粉进行基因转移,可能将一些抗虫、抗病、抗除草剂或对环境胁迫具有耐性的基因转移给近缘种或杂草,如果杂草获得了这些抗性,就会变成超级杂草,使农田杂草难以控制。 基因漂移到近缘野生种的可能性:在自然生态条件下,有些栽培植物会和周围生长的近缘野生种发生天然杂交,从而将栽培植物中的基因转入野生种中。在进行转
吉林农业科学 2001,26(5):26-30 Journal of Jilin Agricultural Sciences 文章编号:1003-8701(2001)05-0026-05 转基因植物的研究与应用 程焉平 (四平师范学院生物系,吉林四平136000) 摘 要:介绍了转基因植物的主要研究方法及其在各个领域中的应用现状,并对其今后的应用前景加以展望。 关键词:转基因技术;转基因植物;遗传转化;生物安全 中图分类号:Q94312文献标识码:A 自1983年第一株转基因植物问世以来,转基因植物的研究和应用在世界各国蓬勃开展。所谓转基因植物就是植物细胞或组织经遗传转化后,进行组织培养长出愈伤组织,再经诱导所分化出来的完整植株。转基因可以使优良的生物基因在不同种生物之间进行交流,从而弥补单一生物种类中的遗传资源不足,丰富种质库。转基因植物的研究在目前的生物技术领域中最为活跃,具有十分广泛的应用前景。 1 植物转基因技术 111 土壤农杆菌介导转化技术 革兰氏阴性菌根瘤农杆菌(Agrobcterium tumer f aciens)是一种植物病原菌,通常只能感染双子叶植物的受伤部位。农杆菌携带一种称为T i的质粒(tum or-inducing plasmid),该质粒含有一段NDA,称T-DNA(trans fer-DNA),它能转移并整合到植物组织中,并导致冠瘿瘤(crown2 gall)的形成。不含有T i质粒的土壤农杆菌不能诱导冠瘿瘤产生。 利用T i质粒对植物进行遗传转化的最基本方法是将目的DNA片段插入T-DNA区,然后通过土壤农杆菌和T i质粒将其送入受体植物并整合到植物细胞的基因组内,使之得到遗传转化。 土壤农杆菌介导的基因转移是目前最常用的获得转基因植物的方法。由于近几年来在载体系统和转化方法上的不断完善,土壤农杆菌介导的基因转移不仅局限于其天然寄主双子叶植物范围内,在转化水稻、玉米和小麦等单子叶植物上也取得了重大的突破。例如, Ishida等1996年在玉米上获得了5%～30%的转化率,Hiei等1994年在水稻上获得了29%的转化率。就目前的情况看,土壤农杆菌介导的基因转化关键在于找到合适的组织培养和再生技术。 112 基因枪技术 由于土壤农杆菌转化技术在单子叶植物上的局限性,目前,多数研究者倾向于使用基因 收稿日期:2001-03-26 作者简介:程焉平,(1954-),男,四平师范学院生物系副教授,从事遗传学教学。
五种常用的植物转基因技术 植物转基因技术是通过各种物理的、化学的和生物的方法将从动物、植物及微生物中分离的目的基因整合到植物基因组中，使之正确表达和稳定遗传并且赋予受体植物预期性状的一种生物技术方法。1983年，首例抗病毒转基因烟草的成功培育标志着人类开始尝试利用转基因技术改良农作物。目前，植物转基因技术已在作物改良和育种领域发挥了重要作用。通过植物转基因技术，一些来自于动物、植物及微生物的有益基因如抗病／虫基因、抗非生物胁迫性状基因及特殊蛋白基因已被转化到农作物中以改良现有的农作物和培育新的农作物品种。以DNA重组技术为基础的植物转基因技术极大地扩展了基因信息的来源，打破了远缘物种间自身保持遗传稳定性的屏障。植物转基因技术已应用到玉米、水稻、小麦、大豆和棉花等许多农作物。同时，该技术也正在被尝试用于茄子和草莓等其它的作物中‘1’纠。目前，根据转基因植物的受体类型，植物转基因方法可以分为3大类：以外植体为受体的基因转化方法，如农杆菌介导法、基因枪法和超声波介导法；以原生质体为受体的基因转化方法，如聚乙二醇法、电击法、脂质体法及磷酸钙-DNA共沉淀法；以种质系统为受体的基因转化方法，如子房注射法和花粉管通道法。由于以原生质体为受体的基因转化方法有原生质体培养难度大，培养过程繁杂，培养工作量大且培养技术不易掌握；原生质体再生植株的遗传稳定性差、再生频率低并且再生周期长；相关的转化方法的转化率低、效果不理想等缺点，所以该类基因转化方法未被作为植物转基因的常规方法广泛使用。本文将对农杆菌介导法、基因枪法、超声波介导法、子房注射法和花粉管通道法的原理、基本步骤和优缺点作以简要介绍。 1 以外植体为受体的基因转化方法 1.1农杆菌介导法 农杆菌介导法是最早应用、最实用有效并且具有最多成功实例的一种植物转基因方法。农杆菌是一类普遍存在于土壤中的革兰氏阴性细菌。目前，用于植物转基因介导的农杆菌是根癌农杆菌和发根农杆菌。某些根癌农杆菌和发根农杆菌分别含有大小为200 -800bp的结构和功能相似的Ti质粒和Ri质粒。Ti质粒和Ri质粒含有3个功能区：参与农杆菌侵染植物过程的vir区、参与农杆菌基因整合到宿主植物基因组过程的T-DNA区、在农杆菌中启动质粒复制的ori区。在vir区上的vir操纵子群作用下，Ti质粒和Ri质粒能将自身的T-DNA转入宿主植物细胞内，而后将T-DNA整合到植物基因组中。T—DNA是质粒上一段10—30kb 的序列，它的两端各有一段高度保守的25bp的同向重叠序列。由于T-DNA转化无序列特异性，因此可用任何基因片段代替原来的T-DNA基因片段进行。 农杆菌介导法的原理是：在农杆菌基因ehvA，chvB，pscA，and att家族所编码的蛋白和植物伤口产生的酚类物质和糖类物质的共同作用下，农杆菌识别并附着在宿主细胞壁上。virD4和virB基因编码蛋白组成的type IV分泌系统将单链VirD2-T-DNA复合体运送到宿主细胞内。此外，VirE3、VirE2和VirF蛋白也通过该系统进入宿主细胞质中。在宿主细胞质中，VirE2蛋白与VirD2-T-DNA复合体结合。在V irD2核定位信号、某些农杆菌蛋白和宿主细胞蛋白的共同作用下，VirD2-T-DNA复合体进入细胞核。在VirD2、VirE2、某些宿主细胞核蛋白如AtKu80和DNA连接酶的作用下，T-DNA被整合到宿主基因组中，但具体过程不详。 农杆菌介导法的基本步骤是：(1)诱导目标植物外植体；(2)构建含有目的基因的质粒；(3)质
转基因技术及其在植物育种中的应用 一、概述 从70年代重组DNA技术创建，到1983年第一株转基因烟草获得以来，国际上对转基因作物就存在着截然不同的观点：接受？抵制？随着技术日趋成熟，转基因作物由实验室进人大田中试，不少作物已向商品化发展。与此同时，转基因作物的生态风险，可能带来的环境问题、转基因产品作为食品对人体健康问题、产品贴标签问题、运输问题、国际贸易问题、知识产权问题等已引起世界性的所谓“生物安全”的论战。转基因技术实际上已由学术观点分歧，发展到知识产权问题、环境问题、经济问题甚至政治问题 二、什么是转基因技术 转基因技术是将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术（Transgene technology）。又名"遗传工程"、"基因工程"、"遗传转化"。 三、几种常用的植物转基因方法 遗传转化的方法按其是否需要通过组织培养、再生植株可分成两大类，第一类需要通过组织培养再生植株，常用的方法有农杆菌介导转化法、基因枪法；另一类方法不需要通过组织培养，目前比较成熟的主要有花粉管通道法，花粉管通道法是中国科学家提出的。 1．农杆菌介导转化法 农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤或发状根。根癌农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。因此，农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。 农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中，自从技术瓶颈被打破之后，农杆菌介导转化在单子叶植物中也得到了广泛应用，其中水稻已经被当作模式植物进行研究。 2．花粉管通道法 在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液，利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法于80年代初期由中国学者周光宇提出，中国目前推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。该法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，不需要装备精良的实验室，常规育种工作者易于掌握。 3. 基因枪法 利用火药爆炸或高压气体加速（这一加速设备被称为基因枪），将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹直接送入完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。与农杆菌转化相比，基因枪法转化的一个主要优点是不受受体植物范围的限制。而且其载体质粒的构建也相对简单，因此也是目前转基因研究中应用较为广泛的一种方法。 四、转基因植株的检测 标记基因(包括选择标记基因及报告基因)用于帮助在植物遗传转化中筛选和鉴定转化
农杆菌介导的植物转基因技术 一、实验目的 1 了解低温离心机、恒温振荡培养箱、超净工作台等仪器的使用。 2 学习真核生物的转基因技术及农杆菌介导的转化原理；掌握农杆菌介导转化植物的实验方法，了解转基因技术的操作流程。 二、实验原理 农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤。农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。因此，农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。 实验一培养基配制 一、仪器和试剂 1、仪器：高压灭菌锅，超净工作台 2、药品：Beef extract (牛肉浸膏) 5g/L ，Yeast extract (酵母提取物) 1g/L ，Peptone (蛋白胨) 5g/L ，Sucrose (蔗糖) 5g/L ， 100ml ，Agar (琼脂) 100ml， MS粉，有机溶液，肌醇，Fe盐，NAA（萘乙酸），6-BA（6-苄氨基腺嘌呤），卡那霉素（kan），利福平（rif），链霉素（str）。 二、实验方法 第一组配制YEB固体培养基 1、配制250mlYEB固体培养基：先称取 Beef extract (牛肉浸膏)； Peptone (蛋白胨)； Yeast extract (酵母提取物)； Sucrose (蔗糖)；1g ；琼脂粉；将上述药品置于250ml三角瓶中，用量筒称取200ml蒸馏水将其溶解混匀，然后再定容至250ml，用NaOH调pH=。 2、灭菌：将盛有250ml培养基的三角瓶封口，在三角瓶表面写清培养基名称，用高压灭菌锅进行灭菌。
植物基因转化及转基因植物的分析与鉴定 〖实验目的〗 1．了解创建烟草突变体库的方法； 2．理解每种方法的基本原理； 3．掌握农杆菌介导的转基因方法以及转基因产物筛选和鉴定的基本过程。 〖实验原理〗 随着越来越多植物的全基因组测序工作的完成，在此基础上开展功能基因组的研究是目前的核心研究内容之一。植物插入突变体库的建立是功能基因组研究的一个重要内容，在此基础上也能进行正向遗传学及反向遗传学的研究。在创制突变体的策略上，传统方法是使用物理或化学诱变方法获得，其优点是可在尽可能短的时间内获得饱和突变体。与传统的物理和化学诱变方法相比，生物诱变(T-DNA和转座子插人诱变)通常可标记突变基因，从而较为容易地分离鉴定靶基因。最近数年，通过农杆菌介导的T-DNA插入突变已成为国际公认的植物功能基因组学的主要研究方法之一。 烟草是植物基因组研究的一种模式植物，其突变体库的创建是烟草功能基因组学研究中的重要内容，其目的是通过大规模的突变体库平台快速全方位的了解基因组中各个基因的功能。突变体的创制是遗传学研究的基础，也是分离基因和基因功能鉴定的最要途径。通过诱导培养，使烟草产生愈伤组织，利用土壤农杆菌感染愈伤组织，实现T-DNA标签在烟草愈伤组织基因组中大量随机插人，利用植物细胞的全能性，经过抗性筛选，诱导分化，从抗性愈伤组织获得烟草突变体再生植株，获得各突变体的纯合材料，从而建立烟草突变体的数据库，然后分析突变性状与T-DNA的共分离关系，存在共分离的材料用适当的Tail-PCR克隆技术获得T-DNA的侧翼基因组序列，用其作探针筛选基因文库，获取目标基因或克隆，再进行下一步的分析（图实验4-1）。 T-DNA 载体构建 转化植物（T1，T-DNA杂合子)收获T2种子
五种常用的植物转基因技术 杂粮作物2010 . 30(3):186～189RainFedCrops''…… 文章编号:1003—4803(2010)03—0186—04 五种常用的植物转基因技术 汪由,吴禹,王岩,李兆渡,王光霞 (1.辽宁省农业科学院创新中心,辽宁沈阳110161;2.沈阳市东陵区白塔街道办事处,辽宁沈阳110167) 摘要:从原理,基本步骤和优缺点等几个方面对农杆茵介导法,基因枪法,超声波介导法,子房注射法和花粉管 通道法等5种常用的植物转基因技术进行了简要介绍. 关键词:农杆菌介导法;基因枪法;超声波介导法;子房注射法;花粉管通道法;原理;基本步骤;优缺点 中图分类号:$336文献标识码:B 植物转基因技术是通过各种物理的,化学的和生物的 方法将从动物,植物及微生物中分离的目的基因整合到植 物基因组中,使之正确表达和稳定遗传并且赋予受体植物 预期性状的一种生物技术方法.1983年,首例抗病毒转 基因烟草的成功培育标志着人类开始尝试利用转基因技 术改良农作物.目前,植物转基因技术已在作物改良和育 种领域发挥了重要作用.通过植物转基因技术,一些来自 于动物,植物及微生物的有益基因如抗病/虫基因,抗非生 物胁迫性状基因及特殊蛋白基因已被转化到农作物中以 改良现有的农作物和培育新的农作物品种.以DNA重组 技术为基础的植物转基因技术极大地扩展了基因信息的 来源,打破了远缘物种间自身保持遗传稳定性的屏障.植
物转基因技术已应用到玉米,水稻,小麦,大豆和棉花等许多农作物.同时,该技术也正在被尝试用于茄子和草莓等其它的作物中"J.目前,根据转基因植物的受体类型, 植物转基因方法可以分为3大类:以外植体为受体的基因转化方法,如农杆菌介导法,基因枪法和超声波介导法;以原生质体为受体的基因转化方法,如聚乙二醇法,电击法, 脂质体法及磷酸钙?DNA共沉淀法;以种质系统为受体的基因转化方法,如子房注射法和花粉管通道法j.由于以 原生质体为受体的基因转化方法有原生质体培养难度大, 培养过程繁杂,培养工作量大且培养技术不易掌握;原生质体再生植株的遗传稳定性差,再生频率低并且再生周期长;相关的转化方法的转化率低,效果不理想等缺点,所以该类基因转化方法未被作为植物转基因的常规方法广泛使用.本文将对农杆菌介导法,基因枪法,超声波介导 法,子房注射法和花粉管通道法的原理,基本步骤和优缺点作以简要介绍. 1以外植体为受体的基因转化方法 1.1农杆菌介导法 农杆菌介导法是最早应用,最实用有效并且具有最多 成功实例的一种植物转基因方法J.农杆菌是一类普遍 存在于土壤中的革兰氏阴性细菌.目前,用于植物转基 因介导的农杆菌是根癌农杆菌和发根农杆菌.某些根癌 农杆菌和发根农杆菌分别含有大小为200—800bp的结构和功能相似的质粒和Ri质粒J.Ti质粒和Ri质粒含 有3个功能区:参与农杆菌侵染植物过程的vir区,参与农杆菌基因整合到宿主植物基因组过程的T-DNA区,在农杆菌中启动质粒复制的orj区.在vir区上的vir操纵子群作用下,rrj质粒和Ri质粒能将自身的T-DNA转入宿主植物细胞内,而后将T—DNA整合到植物基因组中J.T-
植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2013, 48 (1): 10–22, https://www.doczj.com/doc/8618832878.html, doi: 10.3724/SP .J.1259.2013.00010 —————————————————— 收稿日期: 2013-01-03; 接受日期: 2013-01-09 基金项目: 转基因专项(No.2008ZX08001-004) E-mail: ccchu@https://www.doczj.com/doc/8618832878.html, 转基因生物技术育种: 机遇还是挑战？ 储成才 中国科学院遗传与发育生物学研究所, 北京 100101 摘要 转基因生物技术是一项全新的育种技术, 也是当前国际上进展最快、竞争最激烈的研究领域之一。自20世纪90年代生物技术育种诞生以来, 转基因作物的商品化应用及由此引发的一系列问题就引起公众的广泛关注。该文就世界上转基因生物技术育种及产业化现状、几个主要转基因作物安全性案例及最终结果, 以及如何科学推进我国转基因作物的产业化等提出了自己的思考, 以期帮助公众科学地理解和面对转基因生物技术所带来的育种技术上的革命。 关键词 作物, 转基因作物, 生物技术育种, 商业化, 生物安全 储成才 (2013). 转基因生物技术育种: 机遇还是挑战? 植物学报 48, 10–22. 矮秆育种的推广和杂交水稻技术的应用, 使我国粮食产量从20世纪60年代中期到90年代中期连续30多年稳步提高。然而近10多年徘徊不前的粮食单产表明, 传统的育种技术已难以承载我国未来粮食安全面临的巨大挑战。我国人口的不断增长和人民生活质量的不断提高、可用耕地和水资源的日益紧缺、生物及自然灾害的频繁发生、生态环境压力的持续加大以及农业生产劳动力数量的急剧下降等国情都时时警醒我们, 中国已进入更加依靠科技创新以保障粮食供给、促进现代农业可持续发展的历史新阶段。诞生于20世纪80年代的转基因技术经过短短30年的发展, 已成为新的科技革命的主体之一, 相关研究的进展和突破也大大加速了农作物更新换代的速度及种植业结构的变革, 转基因技术因此也被认为是继工业革命、计算机革命后的第3次技术革命(Abelson, 1998), 正推动生物经济的形成: 一个基因一个产业, 一项技术一项产业。正因为如此, 美国、德国、瑞士等发达国家以及大型跨国公司如孟山都(Monsanto)、杜邦-先锋(DuPont Pioneer)、先正达(Syngenta)、拜耳(Bayer)及巴斯夫(BASF)等投巨资开展新基因的挖掘、转基因技术研发以及水稻(Oryza sativa )、玉米(Zea mays )、大豆(Glycine max )等基因组学研究, 目的就是取得并控制基因及相关技术的知识产权。一些发展中国家更是抓住生物技术发展的良好机遇大力 发展转基因育种产业。因而, 农业生物技术已成为国际科技竞争乃至经济竞争的重点, 同时也被认为是发展中国家赶超世界科技前沿难得的突破口。 1 转基因技术是发展最为迅速的农业生 物育种技术 转基因技术是通过将人工分离和修饰过的基因导入生物体基因组中, 借助导入基因的表达, 引起生物体性状可遗传变化的一项技术。1983年, 几个实验室几乎同时通过农杆菌方法成功获得转外源基因植物(Bevan et al., 1983; Fraley et al., 1983; Herrera- Estrella et al., 1983; Murai et al., 1983)。到1987年, 短短4年时间, 第1例抗虫转基因番茄(Solanum lyco- persicum )就在美国进行了田间实验。1994年美国农业部(USDA)和美国食品与药品管理局(FDA)批准了第1例转基因作物——延熟保鲜转基因番茄进入市场。1996年, 全球转基因作物种植面积达到160万公顷。在随后的十几年中, 转基因技术的应用得到了迅速发展, 已成为近代育种史上发展最快、效率最高的作物改良技术。2011年, 全球转基因作物种植面积已超过1.6亿公顷, 比1996年增加94倍, 16年累积种植面积为12.5亿公顷。按种植面积计算, 全球75%的大豆、82%的棉花(Gossypium hirsutum )、32% 的玉米