转基因抗虫棉花基因类型及原理研究进展
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转基因抗虫原理
转基因抗虫原理是通过引入外源基因进入植物细胞中,使植物能够合成具有杀虫活性的蛋白质,从而增强植物对害虫的抵抗能力。
转基因抗虫技术的原理主要分为两个部分:选择抗虫基因和转化机制。
首先,科学家从具有天然抗虫能力的生物体中筛选出抗虫基因,如杀虫毒素基因(Bt基因)。
然后,利用转化技术将这些抗虫基因导入植物细胞中。
一旦抗虫基因被转化到植物细胞中,植物会开始合成抗虫蛋白质。
这些抗虫蛋白质可以通过多种机制来对抗害虫。
例如,Bt 基因编码的蛋白质会在害虫消化道中形成晶体,害虫摄入这些晶体后会导致其消化道破裂,最终导致害虫死亡。
还有其他基因编码的抗虫蛋白质可以抑制害虫的生长发育或影响其正常功能,从而减轻对植物的损害。
除了抗虫蛋白质的作用外,转基因抗虫作物还具有其它优势。
首先,转基因抗虫植物能够减少农药的使用,降低环境污染和农作物品质的风险。
其次,转基因抗虫植物能够提高农作物的产量和质量,从而增加农民的收入。
最后,转基因抗虫植物可以提供一种可持续的农业解决方案,帮助解决全球饥饿问题。
总的来说,转基因抗虫技术通过引入抗虫基因,使植物能够合成具有杀虫活性的蛋白质,从而提高植物对害虫的抵抗能力。
这一技术在农业生产中具有重要的应用价值,并有助于解决全球食品安全问题。
转基因抗虫棉的研究进展摘要:综述了转基因抗虫棉的研究进展,包括抗虫基因的研究、载体构建技术的研究、转化技术的研究及存在的问题等,并展望了转基因抗虫棉未来发展前景。
关键词:转基因抗虫棉花研究进展引言棉花生长周期长、虫害多,造成的损失非常严重。
据统计,在转基因抗虫棉商品化之前,全球每年用于防治棉花虫害的费用高达20亿美元,约占所有农作物防虫费用的四分之一。
[1]传统的化学农药防治棉铃虫不仅费用高,且已引发了棉虫的抗药性,同时化学杀虫剂的过量使用也带来了环境污染的问题,而转基因植物所产生的杀虫蛋白主要是通过抑制害虫消化等生理功能而达到抗虫的目的。
与施药防治棉田害虫相比,转基因技术具有较多优势:不会在土壤和地下水中造成残留;不会被雨水冲刷流失;对非靶标生物无毒性;保护作用无盲区;减少农药及用工投入[2]等。
雪花凝集素(Gulanthus nivalis agglutinin gene,GNA)是第一个转入重要作物、并对刺吸式口器害虫有抗性的基因,转GNA的水稻可降低害虫的存活率,阻止害虫的发育[3]。
另外烟草阴离子过氧化物酶[4]、昆虫几丁质酶基因[5]也被用于抗虫基因工程的研究。
迄今为止在棉花抗虫基因工程研究领域,最成功的例子是苏云金芽孢杆菌Bt杀虫基因的应用,其次是蛋白酶抑制剂基因。
另外,凝集素、α-淀粉酶抑制剂、胆固醇氧化酶等转基因抗虫植物的研究也取得了进展,所以利用基因工程技术培育转基因抗虫棉受到了各国的高度重视。
自1996年商品化种植转基因作物开始,全球转基因植物的种植面积已由1996年的170万hm2猛增到2008年的1.25亿hm2,增长了73倍,2008年全球市场价值已达75亿美元,约占全球商业种子市场的22%,其市场价值优势明显,转基因产业得到了蓬勃发展,尤其在发展中国家。
印度Bt棉2002年引入,连年种植面积快速增加,至2008年达760万hm2,产量翻番,曾经是全球棉花产量很低的国家,现已成为棉花出口国。
一、实验背景随着全球气候变化和病虫害的加剧,棉花生产面临着严峻的挑战。
传统的化学农药防治病虫害方法存在环境污染、抗药性增强等问题。
因此,开发具有自主知识产权的抗虫棉品种具有重要意义。
本实验旨在设计一种具有抗虫性能的转基因棉花,并对其进行种植和观察。
二、实验材料1. 棉花种子:白色低酚不抗虫棉、紫色高酚抗虫棉2. 转基因技术所需试剂:限制性内切酶、DNA连接酶、质粒载体、DNA聚合酶、DNA标记物等3. 植物激素:生长素、细胞分裂素等4. 培养基:MS培养基、1/2MS培养基等5. 实验设备:PCR仪、电泳仪、凝胶成像系统、培养箱、温室等三、实验方法1. 抗虫基因的筛选与克隆(1)根据已知抗虫基因序列,设计特异性引物,进行PCR扩增。
(2)将扩增得到的抗虫基因片段与质粒载体连接,构建重组质粒。
(3)将重组质粒转化大肠杆菌,筛选阳性克隆。
2. 抗虫基因的转化(1)利用农杆菌介导法将重组质粒转化棉花。
(2)在含有抗生素的培养基上筛选转化成功的植株。
3. 抗虫棉的培育与观察(1)将转化成功的植株进行移栽、种植。
(2)观察植株的生长状况,记录抗虫表现。
(3)对植株进行分子生物学鉴定,验证抗虫基因的整合。
四、实验结果与分析1. 抗虫基因的筛选与克隆通过PCR扩增,成功获得抗虫基因片段。
将其与质粒载体连接,构建重组质粒。
转化大肠杆菌后,筛选出阳性克隆。
2. 抗虫基因的转化利用农杆菌介导法将重组质粒转化棉花,成功筛选出转化植株。
3. 抗虫棉的培育与观察(1)植株生长状况:转化植株生长健壮,无明显病虫害。
(2)抗虫表现:转化植株对常见害虫具有较强的抗性,未发现害虫危害。
(3)分子生物学鉴定:通过PCR、Southern blot等方法,验证抗虫基因已整合到棉花基因组中。
五、实验结论本实验成功设计了一种具有自主知识产权的抗虫棉,并通过转基因技术将其导入棉花基因组。
实验结果表明,抗虫棉具有良好的生长状况和抗虫性能,为我国棉花生产提供了新的技术支持。
抗虫棉的培育原理
抗虫棉的培育原理是基于遗传学原理和植物育种技术的应用。
在棉花栽培中,棉铃虫和叶螨等害虫常常给棉花生长和产量带来严重影响。
为了减少化学农药的使用,并提高棉花的抗虫能力,科学家通过选择和杂交等方法培育出了抗虫棉。
首先,选择合适的抗虫亲本是培育抗虫棉的基础。
科学家会筛选出具有抗虫能力的野生种和品种作为亲本,这些亲本通常具有与普通品种相比更强的抗虫基因。
其次,通过杂交繁殖,将抗虫亲本与普通棉花品种进行交配,获得杂交后代。
这些后代中,部分会继承到抗虫基因,表现出一定的抗虫能力。
进一步,科学家对这些杂交后代进行选择和筛选,从中选出表现最好的个体作为育种材料。
这些个体不仅具有抗虫能力,还要保持着较高的棉纤维品质和产量。
最后,经过多代育种和选择,逐步稳定产生了具有较高抗虫能力的纯系或品种。
这些抗虫棉种子可以供农民进行种植,从而减少对化学农药的依赖,降低农药残留和环境污染风险。
需要注意的是,抗虫棉的培育过程需要长时间的研究和努力,并不是一蹴而就的过程。
科学家们通过不断的实验和改良,才得以成功培育出现今的抗虫棉。
转基因双价抗虫棉的原理今天来聊聊转基因双价抗虫棉的原理。
你看啊,就像我们在生活中总会想各种办法来防止害虫侵害我们心爱的东西一样,比如说我们为了防止米生虫会在米缸里放些花椒之类的东西。
那棉花也是这样啊,棉花可是非常容易被害虫盯上的,要是被害虫大规模地祸害,那棉农可就损失惨重了。
转基因双价抗虫棉,这里面的“双价”就是说它有两种武器来对抗害虫呢。
这就要说到植物昆虫之间斗争的故事了。
棉花最常见的害虫呢,就是棉铃虫等了。
而基因工程就像一个聪明的魔法师,通过转基因技术把能抗虫的基因转到棉花里面去。
打个比方啊,这个转基因双价抗虫棉就像是一个有超级保镖的城堡。
里面的这两种抗虫基因就好比两个特别厉害的保镖。
一个保镖呢是来自苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,简称Bt,这里啊,Bt就是一个比较专业的术语啦,它是一种很神奇的细菌,能产生一种对害虫特别厉害的毒素)中的Bt毒蛋白基因,这个毒蛋白对棉铃虫之类的害虫来说就像是致命的毒药。
害虫只要吃了含有这种Bt毒蛋白的棉花叶子啊,那肚子可就受不了,最后就一命呜呼了。
另一个基因武器也不简单,它就像另一种暗器。
不过老实说,我一开始也不是那么明白这个基因具体的作用机制。
但经过学习发现它也是一种可以增强棉花对害虫防御能力的基因。
有意思的是,这就像我们预料的那样,有了这两个基因的棉花啊,害虫就不敢轻易来犯了。
在棉农那里这可是非常实用的好东西。
以前农民伯伯要用好多农药去打虫子,不仅成本高,对环境也不好,就像我们生病一直吃抗生素,体内细菌慢慢就有抗药性了一样,害虫对农药也会慢慢有抗性。
但是转基因双价抗虫棉这种天然的抗虫能力就避免了这些问题。
不过啊,这也不是就完全没有注意事项了。
有人就担心这个转基因作物会不会影响其他生物之类的。
这就要进一步好好研究啦。
说到这里,你可能会问这种转基因技术还能用在哪些作物上呢?其实在其他很多作物改良上都可能可以用到类似的技术思路哦。
我自己感觉这个转基因技术就像打开了一扇新窗户,未来在农业生物安全等等方面都值得大家多思考多探讨呢。
转基因抗虫棉的培育过程随着全球人口的增长和农业需求的增加,农作物病虫害问题日益突出,传统农药防治手段面临着限制和挑战。
为了解决这一问题,科学家们研究出了转基因技术,通过转基因技术培育出抗虫棉,从而提高棉花产量和质量,降低农药使用量,减少环境污染。
转基因抗虫棉的培育过程主要包括以下几个步骤:1.选取抗虫基因:选择具有抗虫特性的基因作为转基因抗虫棉的材料。
这些基因可以通过自然产生的抗虫物质,在转基因抗虫棉中发挥相同的功能。
常用的抗虫基因包括Bt基因、Cry基因等。
2.构建转基因质粒:将选取的抗虫基因与转基因质粒载体进行连接。
转基因质粒是一种具有特定功能的DNA分子,可以将选取的基因导入到棉花细胞中。
常用的转基因质粒载体有pBI121、pCAMBIA1300等。
3.转化棉花胚性培养:将转基因质粒导入到棉花胚性组织中。
首先,通过切割幼嫩的棉花胚珠,得到碎片组织。
然后,将转基因质粒通过基因枪等手段导入到棉花胚性组织内。
转基因质粒会与棉花细胞的染色体融合,形成转基因组织。
4.再生植株培养:将转基因组织培养在含有适宜营养物质的培养基上进行培养。
转基因组织经过分裂和分化,最终发育为幼苗。
经过再生培养,可以得到许多转基因植株。
5.筛选抗虫转基因植株:通过PCR等分子生物学技术,筛选出带有抗虫基因的转基因棉花植株。
这些植株具有抗虫特性,可以抵抗常见的棉铃虫等害虫的攻击。
6.比较试验:将抗虫转基因植株与常规棉花品种进行比较试验。
比较试验包括生长特性、产量、纤维品质等方面的比较。
通过比较试验,可以评估抗虫转基因棉花的效果和优势。
7.田间试验:在田间条件下进行转基因抗虫棉的试验种植。
通过观察和分析抗虫转基因棉花在实际生长环境下的表现,可以更全面地评估其抗虫效果和农艺特性。
8.安全评估:进行对抗虫转基因棉花的安全评估,包括食品安全、环境影响等方面。
确保转基因抗虫棉花对人体和环境的影响符合安全标准。
9.市场推广:在安全评估通过后,将转基因抗虫棉花推广到市场。
bt转基因棉花抗虫原理BT转基因棉花是目前世界上主流的转基因棉花品种之一,这种棉花经过基因工程改造,具有抗虫功能,可以防治棉铃虫和蓟马等害虫,从而提高棉花产量和质量。
但是,很多人对BT转基因棉花的作用原理却不是很了解,本文将深入讲解BT转基因棉花抗虫原理。
一、BT转基因棉花的简介BT转基因棉花是在一种名为Bacillus thuringiensis (BT)的细菌中,抽取了其一种自然的杀虫毒素基因,通过基因重组技术,将其植入到棉花的基因组中,从而使棉花本身具有抗虫功能。
这种转基因棉花品种在全球已经成功商业化,我国也引进了BT转基因棉花,成为了我国目前面积最大、抗虫效果最好的转基因棉花品种之一。
二、BT杀虫毒素作用原理BT杀虫毒素是细菌毒素的一种,其不同毒素对不同昆虫有不同的杀虫作用谱。
BT杀虫毒素的作用机制是,杀虫毒素中有一段富含降解成分的蛋白质,被吞噬后到达昆虫肠道,这些蛋白质会被肠道中的酸性环境分解成毒素刺激肠道上皮细胞,出现孔道,让肠道内细菌和毒素进入体腔,对昆虫造成中毒致死。
三、BT转基因棉花的抗虫机制BT转基因棉花具有抗虫功能的原理与BT杀虫毒素的作用机制有关。
转基因棉花植株含有BT杀虫毒素基因,能够在棉花生长中不断表达BT毒素;当害虫食用棉花,BT毒素会被肠道吸收并作用在其肠道细胞中,从而导致害虫死亡。
BT转基因棉花的抗虫机制与传统农药不同,传统农药主要是通过亲触或进食中毒方式杀虫,而BT转基因棉花是通过害虫食用棉花植株,再被BT毒素杀死,因此其对害虫的杀伤作用更直接、更高效。
同时,BT杀虫毒素作用机制是非常特异的,能够有针对性地对棉铃虫和蓟马等害虫进行杀伤,而对其他昆虫和人类则无任何影响,因此在使用BT转基因棉花时,无需担心对环境和人体安全产生危害。
四、BT转基因棉花的优势相比于传统的防治方法,BT转基因棉花能够降低农民使用农药的成本,避免对人体、环境以及耕地、农畜产品的污染;同时,其抗虫效果也更加持久,可以避免害虫的反复孳生和进化,保证棉花产量和质量稳定。
抗虫棉的培育原理抗虫棉是指通过遗传改良和选育育种技术,培育出能够抵抗害虫侵害的棉花品种。
它是解决棉花生产过程中虫害问题的重要手段之一。
抗虫棉的培育原理主要包括抗虫基因筛选、遗传改良和选育技术三个方面。
抗虫基因筛选是抗虫棉培育的关键。
科学家通过对不同棉花品种进行观察和实验,筛选出具有抗虫能力的品种,并从中提取出抗虫基因。
这些抗虫基因可以抵御作物受害虫侵害的能力,从而保护棉花的生长和产量。
抗虫基因筛选的过程中,科学家会使用一系列的实验手段,如转基因技术、分子标记技术等,来确定抗虫基因的类型和特征。
遗传改良是培育抗虫棉的重要环节。
科学家通过杂交育种和基因编辑等技术手段,将具有抗虫基因的棉花品种与优良的棉花品种进行杂交,使抗虫基因能够传递给下一代。
通过遗传改良,可以将抗虫基因稳定地引入到棉花品种中,提高棉花对虫害的抵抗能力。
遗传改良的过程中,科学家需要进行大量的试验和观察,确保培育出的棉花品种具有稳定的抗虫性能。
选育技术是抗虫棉培育的关键。
通过对遗传改良后的棉花品种进行多年的观察和筛选,科学家可以选出具有良好抗虫性能的棉花品种。
选育技术包括田间试验、室内试验和大面积试种等环节,确保培育出的棉花品种在不同环境条件下都能够表现出良好的抗虫性能。
选育技术的目标是培育出抗虫能力强、产量高、质量好的棉花品种,以满足市场需求和农民的种植需求。
抗虫棉的培育原理主要包括抗虫基因筛选、遗传改良和选育技术三个方面。
通过筛选具有抗虫能力的品种,提取抗虫基因,并通过遗传改良和选育技术将抗虫基因引入到棉花品种中,最终培育出具有良好抗虫性能的棉花品种。
这些抗虫棉品种在棉花生产中可以减少虫害损失,提高棉花的产量和质量,为农民带来经济效益,推动棉花产业的可持续发展。
未来,随着科学技术的不断进步,抗虫棉的培育原理将会更加精细化和高效化,为棉花生产提供更多的选择和保障。
转基因抗虫棉的研究历程与展望转基因抗虫棉是指通过对棉花进行基因工程技术改造,使得棉花具备对虫害具有抗性的能力。
转基因抗虫棉的研究历程可以追溯到1990年代,自那时起,经过多年的努力,已经取得了显著的成果。
未来,转基因抗虫棉的研究将继续深入,以提高产量和质量,并降低对农药的依赖。
1990年代初期,研究人员首次尝试通过基因转移的方法在棉花中引入抗虫基因。
1996年,美国得克萨斯农工大学的研究人员成功地将一种叫做Bt杆菌的基因引入到棉花中,这种杆菌产生的一种名为Bt蛋白的毒素可以杀死多种寄生虫。
这种转基因抗虫棉成为了第一个商业化生产的转基因作物。
转基因抗虫棉的研究持续进行,不断改良和开发新的品种。
在过去的二十多年里,不仅有越来越多的转基因抗虫棉品种被研发出来,也有一些转基因抗虫棉面临了一些挑战。
一些害虫的抗性逐渐地增强,需要不断地研究新的抗虫基因,以应对害虫的演化。
未来,转基因抗虫棉的研究将着重于以下几个方面:首先,研究人员将继续改良已有的抗虫基因,并寻找其他有效的抗虫基因。
不同的虫害对不同的抗虫基因有不同的抵抗能力,因此,研究人员需要不断地寻找新的抗虫基因,提高抗虫能力。
其次,研究人员还将继续研究抗虫基因的作用机制。
对于抗虫基因的作用机制的深入了解,可以帮助研究人员更好地设计转基因抗虫棉品种,并提高其抗虫能力。
此外,研究人员将致力于解决可能出现的抗性问题。
害虫具有较高的繁殖能力和适应能力,可能会出现对其中一种抗虫基因的抗性。
因此,研究人员需要不断开发新的抗虫基因,并采用多基因组合的方式,以提高转基因抗虫棉品种对抗虫害的效果。
最后,转基因抗虫棉的研究还将注重减少对农药的依赖。
农药使用对环境和人类健康都会带来负面影响,而转基因抗虫棉的应用可以减少农药的使用。
未来,研究人员将努力提高转基因抗虫棉的抗虫能力,以减少或甚至消除对农药的需求。
总之,转基因抗虫棉的研究历程已经取得了显著的成果,但仍需继续深入研究。
抗虫棉基因工程的过程
抗虫棉基因工程的过程
抗虫棉基因工程是指经过基因技术改良的棉花,能够有效抵御害虫的危害,实现棉花的高产和优质,从而提升农业产值。
它的过程大致可以分为以下几个步骤:
1. 确定抗虫基因:通过对天然具有抗虫特性的植物进行深入研究,查找特定的基因,确定对应的抗虫基因。
在棉花中,针对棉铃虫的抗虫基因主要是Bt基因。
2. 克隆和注入基因:通过克隆技术,将确定好的抗虫基因进行扩增,得到高纯度的抗虫基因。
然后,通过注入技术将抗虫基因注入到棉花的基因组中,使其在生长过程中能够表达抗虫特性。
3. 转化体细胞选择:将注入基因的棉花体细胞培养在含有抗生素的培养基中,筛选能够生长的细胞,将其分离出来,得到具有抗虫特性的转化体细胞。
4. 物种再生:将筛选出的转化体细胞进行再生培养,形成完整的棉花植株。
在这个过程中,需要对棉花植株进行基因筛选和鉴定,确保其
拥有预期的基因组和抗虫特性。
5. 田间试验和商业化推广:在田间环境下,通过对抗虫棉花进行田间试验,评估其在实际生长环境中的表现。
根据试验结果,进行商业化推广,将抗虫棉花推广到市场上。
总的来说,抗虫棉基因工程的过程需要经过多个环节的研究、实验和推广,需要专业的技术团队和大量的经费支持。
虽然这项技术能够有效提升棉花产量和品质,但仍面临一些风险和挑战,需要持续投入研究和开发,才能实现其最大价值。
转基因抗虫棉的生产方法
随着人口的不断增长和经济的发展,粮食和纺织品需求不断增加。
但是,农业生产面临严重的损失,其中最主要的问题就是虫害。
转基因抗虫棉是许多国家的重要之举,通过转基因技术,从其他生物种类中引进抗虫基因,使得棉花在生长过程中对虫害更加抗拒,从而将棉花产量的损失降至最低。
下面,我们来详细了解一下转基因抗虫棉的生产方法。
第一步:筛选抗虫基因
转基因棉花的主要目的是提高棉花抗虫性,因此在生产之前,首先需要从其他生物中选择具有优良抗虫性的基因。
例如,引入来自取籽小蠹或焦糖盲蝽的基因,可以使棉花对这两种常见的害虫产生抗性。
第二步:将抗虫基因转入棉花
将筛选出的抗虫基因转入棉花的方法有多种,比较常见的是农杆菌介导的转化方法。
在这种方法中,先将被筛选出来的基因克隆到农杆菌T-DNA上,再将该T-DNA转入棉花幼胚的细胞中。
第三步:筛选具有抗虫性的棉花植株
将农杆菌介导的转化后,得到的棉花幼胚,经过一段时间的培养,可以得到具有转基因抗虫基因的棉花植株。
然后,在大棚环境下,对这些植株进行蚜虫、取籽小蠹等常见害虫的人工感染,筛选出哪些转基因植株抵御虫害,产量仍高,这些棉花就是成功的转基因抗虫棉。
第四步:繁殖和推广
筛选出的转基因抗虫棉经过多年的实验表明,该品种在抗虫方面表现更优秀,具有很高的抗虫性和较高的产量。
因此,生产商会将这些棉花繁殖,推广到生产中,以提高棉花生产效益。
总的来说,用遗传工程技术改良棉花,使其具有抗虫性,是一种有效的防治虫害的方法,通过不断地改进,提高棉花的产量和质量,同时也能够保障棉农的收益。
抗虫转基因植物的抗虫原理抗虫转基因植物之所以能够抗虫,是因为它们获得了外源性的抗虫基因。
这些抗虫基因主要来自某些微生物或生物体内,它们具有高效的毒性,可以在昆虫摄食过程中将它们杀灭或者使它们发育异常。
转基因抗虫植物就是通过将这些抗虫基因导入植物体内,从而使植物具有了抗虫性。
这些抗虫基因在转基因植物中表达特定的蛋白质,这些蛋白质对昆虫的消化系统产生干扰,导致昆虫死亡或不能正常发育。
例如,某些抗虫基因可以表达出特异的蛋白质,这些蛋白质在昆虫肠道内水解酶的作用下释放出有毒物质,导致昆虫中毒死亡。
同时,这些抗虫基因还可以提高植物对昆虫的抗性,使植物能够更好地抵御昆虫的侵害。
转基因抗虫植物的应用范围非常广泛,可以用于玉米、水稻、棉花等许多农作物。
这些转基因抗虫植物可以大大减少化学农药的使用量,降低环境污染,同时提高农作物的产量和质量。
因此,转基因抗虫植物已经成为现代农业生产中的重要组成部分。
抗虫转基因植物的种类及效果目前,我国已经成功研发出多种抗虫转基因植物,并在农业生产中取得了显著的效果。
以下是一些典型的抗虫转基因植物及其抗虫效果:1.抗虫棉:通过导入外源性抗虫基因,使棉花具有抗虫性,可以有效抵抗棉铃虫、红铃虫等棉花主要害虫。
抗虫棉的应用大大降低了农药使用量,提高了棉花产量和质量,同时减少了环境污染。
2.抗虫玉米:通过转基因技术,将抗虫基因导入玉米中,使玉米具有抗虫性。
这种抗虫玉米可以抵抗玉米螟、玉米粘虫等害虫,提高了玉米产量。
3.抗虫水稻:利用转基因技术,导入抗虫基因,使得水稻具有抗虫性。
这种抗虫水稻可以有效抵抗稻纵卷叶螟、稻飞虱等水稻主要害虫,提高了水稻产量和品质。
4.抗虫蔬菜:例如抗虫番茄、抗虫黄瓜等,通过导入抗虫基因,使得这些蔬菜对害虫具有抗性,降低了农药使用量,提高了蔬菜的品质和安全性。
抗虫转基因植物的发展前景随着科学技术的不断进步,抗虫转基因植物在未来农业发展中具有广阔的前景。
以下是一些发展方向:1.培育更多抗虫转基因植物:通过研究和挖掘更多具有抗虫性的基因资源,开发出更多抗虫转基因植物品种,满足不同作物的需求。
抗虫棉的培育原理
抗虫棉是指通过育种技术培育出对棉铃虫等害虫具有一定抗性的棉花品种。
在农业生产中,棉花是一种重要的经济作物,但由于害虫的侵害,棉花产量常常受到影响。
因此,培育抗虫棉具有重要的意义。
抗虫棉的培育原理主要包括遗传育种、分子标记辅助育种、生物技术育种等方面。
首先,遗传育种是培育抗虫棉的重要手段之一。
通过选择具有抗虫性状的优良种质资源,进行杂交育种和选择育种,逐步提高棉花对害虫的抗性。
在遗传育种过程中,需要充分了解抗虫基因的遗传规律,利用遗传学原理进行育种。
通过不断地选择和育种,逐步提高棉花对害虫的抗性,培育出抗虫棉品种。
其次,分子标记辅助育种也是培育抗虫棉的重要手段之一。
利用分子标记技术对抗虫基因进行标记和分析,可以精确地进行抗虫基因的筛选和鉴定。
通过分子标记辅助育种,可以加快育种进程,提高育种效率,培育出更加具有抗虫性状的棉花品种。
此外,生物技术育种也为培育抗虫棉提供了新的途径。
利用转基因技术,可以向棉花中导入具有抗虫性状的基因,从而使棉花具有更强的抗虫能力。
生物技术育种不仅可以提高棉花对害虫的抗性,还可以减少对化学农药的依赖,降低农药使用量,减少环境污染。
总的来说,培育抗虫棉的原理是多方面的,包括遗传育种、分子标记辅助育种和生物技术育种等手段。
这些手段相互结合,共同作用,可以有效地提高棉花对害虫的抗性,为棉花生产提供更好的保障。
随着科学技术的不断进步,相信未来会有更多更好的抗虫棉品种出现,为棉花产业的发展做出更大的贡献。
抗虫棉花是怎么培育成功的,为什么会抗虫近几年来,随着转基因抗虫棉的不断推广,由于抗虫棉具有省工节本、增产增效、减少环境污染等特点。
所以很受棉农种植户的喜爱,但是你知道抗虫棉是怎么培育成功吗?为什么会抗虫呢?今天火爆农资招商网()小编带您来了解下:
抗虫棉是怎么培育成功的
抗虫棉之所以抗虫,是因为外源Bt基因整合到棉株体中后,可以在棉株体合成一种叫δ-内毒素的伴孢晶体,该晶体是一种蛋白质晶体,被鳞翅目等敏感昆虫的幼虫吞食后,在其肠道碱性条件和酶的作用下,或单纯在碱性条件下,伴孢晶体能水解成毒性肽,并很快发生毒性。
毒性发作的大致过程是,δ-内毒素被昆虫取食后,在昆虫中肠内溶解为前毒素,经中肠蛋白酶水解,释放出活力片段。
活力片段穿过围食膜,与中肠上皮细胞刷状缘膜的受体结合,进一步插入膜内,形成孔洞或离子通道。
引起离子渗透,水随之进入中肠细胞,导致细胞膨胀破裂。
另外,离子梯度的破坏,也扰乱了中肠内正常的跨膜电势及酸碱平衡,影响养分的吸收。
使幼虫停止取食、麻痹,最后死亡。
由于人体和多数动物的胃肠是酸性的,因此,这类蛋白对人体和多数动物无毒。
抗虫棉为什么会抗虫
抗虫棉的基因里有特殊的基因,可以使这种棉花分泌对棉铃虫有毒的毒素,棉铃虫吃到抗虫棉分泌的毒素而死亡。
注意毒素只对虫子有害。
看过以上小编的分享后,您现在对抗虫棉是不是有多了一些了解呢?。
转基因抗虫棉花基因类型及原理研究进展孙璇;马燕斌;张树伟;段超;王新胜;李燕娥【摘要】评述了苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因、苏云金芽孢杆菌营养期杀虫蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、植物外源凝集素类基因、RNA干扰技术涉及到的一些昆虫来源基因等几类抗虫基因的抗虫机理及其在转基因棉花中的应用,并分析了抗虫转基因棉花研究目前存在的问题和发展趋势.通过回顾总结我国转基因抗虫棉已取得的成果,以了解我国现阶段转基因抗虫棉研究的进展程度,为进一步研究转基因抗虫棉提供方向.【期刊名称】《山西农业科学》【年(卷),期】2016(044)001【总页数】4页(P115-118)【关键词】棉花;转基因;抗虫基因【作者】孙璇;马燕斌;张树伟;段超;王新胜;李燕娥【作者单位】山西省农业科学院棉花研究所,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,山西运城044000;山西省农业科学院棉花研究所,山西运城044000【正文语种】中文【中图分类】S562棉花(Gossypium hirsutum L.)隶属于锦葵科(Malvaceae)棉属(Gossypium),是世界上最主要的经济作物之一,同时,其也是我国重要的经济作物之一。
随着基因工程技术的快速发展,转基因抗虫棉得到了迅猛的发展。
转基因抗虫棉基因类型主要有:苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白(Insecticidal Crystal Proteins,ICPs)基因;苏云金芽孢杆菌营养期杀虫蛋白(Vegetative Insectidal Proteins,VIPs)基因;蛋白酶抑制剂(Proteinase Inhibitors,PIS)基因;植物外源凝集素(Lectins)类基因以及RNA干扰技术(RNAi)所涉及到的一些昆虫来源基因等。
苏云金芽孢杆菌杀虫结晶蛋白是苏云金杆菌芽孢形成时期所产生的一种特异杀虫结晶蛋白,为130~160 kDa多肽,俗称Bt杀虫晶体蛋白或δ内毒素。
Bt杀虫晶体蛋白以原毒素形式存在于伴孢晶体内,经过体外碱解或者经过昆虫肠道被蛋白酶水解为55~70 kDa或者更小的多肽,小多肽与敏感昆虫肠道中上皮纹缘细胞的特异受体结合,进而破坏纹缘细胞渗透压平衡,使细胞裂解,杀死敏感昆虫[1-2]。
根据杀虫谱的不同,将Bt杀虫晶体蛋白基因分成Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ六大类,统称为Cry基因,分别代表不同的杀虫范围。
其中,CryⅠ对鳞翅目昆虫幼虫有特异性;CryⅡ对鳞翅目和双翅目昆虫有特异性;CryⅢ对鞘翅目昆虫有特异性;CryⅣ对双翅目昆虫有特异性;CryV对鳞翅目和鞘翅目有特异性;Cry VI对线虫有特异性。
根据氨基酸序列的同源性,在每一类型下又可分为A,B,C等基因型[3-6]。
现阶段国内棉花Bt蛋白基因类型转化事件如表1所示。
营养期杀虫蛋白基因类型可分为:Vip1基因、Vip2基因、Vip3基因和Vip4基因。
其中,Vip1和Vip2对鞘翅目叶甲科昆虫有杀虫特异性;Vip3对鳞翅目昆虫有杀虫特异性;Vip4是新发现的一类蛋白,其具体功能还不清楚;VIPs可能是通过与敏感昆虫的柱状细胞结合,使其破裂,从而使敏感昆虫肠道受损死亡,起到杀虫作用。
Syngenta公司将Vip3a20基因导入棉花获得转基因棉花COTl 02并进行注册,COTl 02对棉铃虫、烟蚜夜蛾、粉纹夜蛾、秋茹虫、甜菜夜蛾等鳞翅目害虫具有较高的抗性[18-19]。
2006年,浙江大学沈志成在实验室合成Vip3基因载体,并申请专利(专利号CN1818067A),与山西省农业科学院棉花研究所等单位合作,将具有自主知识产权的Vip3基因与CrylA基因导入陆地棉,期望获得对鳞翅目害虫具有广谱高抗的棉花品种[19-20]。
目前,我国已审定抗虫棉品种14个,其中,单价棉11个:GK1(国抗1号)、GK12(国抗12号)、GK19(国抗19号)、GK22(国抗22号)、GK30(鲁棉研16号)、GK95-1(晋棉26号)、GK46(晋棉31号)、GKz10(鲁棉研15号)、GKz13(鲁RH-1)、GKz6(中棉所38)和GKz8(南抗3号);双价棉3个:sGK321(SGK321)、sGK9708(中棉所41)、sGK5(新研96-48)。
蛋白酶抑制剂(PIS)杀虫时能与昆虫消化道内消化酶相结合,形成稳定的酶抑制剂复合物,使消化酶水解作用削弱;同时酶抑制剂复合物还能作为一个负反馈信号使昆虫厌食,双重效应使昆虫对蛋白利用率降低,减少食物摄取,最终导致营养缺乏,发育不正常或死亡[21]。
与Bt杀虫蛋白相比,PIS对昆虫致死率较低,但是抗虫谱更广,使昆虫相对来说不易产生抗性。
目前,已从马铃薯、大豆、豇豆、玉米等植物中提取出多种能够表达蛋白酶抑制剂的DNA或cDNA[22]。
现阶段转基因抗虫棉蛋白酶抑制剂基因型有:豇豆胰蛋白酶抑制剂(Cowpea Trysin Inhibitor,CpTI)基因,大豆Kunitz型胰蛋白酶抑制剂(Soybean Kunitz Trypsin Inhibitor,SKTI)基因,苦豆子胰蛋白酶抑制剂(Sophora alopecuroides L. trysin inhibitor SATI)基因。
3.1 豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)基因豇豆胰蛋白酶抑制剂属丝氨酸蛋白酶抑制剂类型,对鳞翅目的棉铃虫、烟草芽蛾、海灰翅夜蛾和玉米螟以及鞘翅目的玉米根叶甲、杂拟谷盗和四纹豆象,直翅目的蝗虫等具有一定毒杀作用。
1998年,李燕娥等[23]将豇豆胰蛋白酶抑制剂CpTI基因转入棉花,获得对棉铃虫具有抗性的转基因棉株。
1999年,郭三堆等[9]采用花粉管通道法,将人工合成的GFM CryIA杀虫基因和经过修饰的CpTI基因的高效双价杀虫基因,转入到石远321中棉所19号以及3517和541中国棉花生产品种中,首次获得了双价转基因抗虫棉株系。
高越峰等[24]在实验室通过对CpTI基因进行修饰得到Sck基因,2007年,与郭金英等[25]合作,通过花粉管通道注射获得转Bt+Sck双价基因抗虫棉,其对棉铃虫的抗性显著高于抗虫对照品种sGK321。
3.2 大豆Kunitz型胰蛋白酶抑制剂(SKTI)基因大豆Kunitz型胰蛋白酶抑制剂(SKTI)可抑制多种昆虫消化蛋白酶活性,尤其对鳞翅目昆虫有较强的抑制作用,其对胰蛋白酶抑制力明显强于豇豆胰蛋白酶抑制剂(CPTI)[24];1999年,王伟等[26]将含有豌豆外源凝集素(Pealectin,P-Lec)基因和SKTI基因的双价抗虫基因转入新陆早1号、新陆中2号、冀合321和辽9,获得对棉铃虫幼虫有较强抗性的双价抗虫棉。
薛计雄等[21,27]将CpTI基因的5′端修饰添加了SKTI信号肽序列、3′端修饰添加滞留内质网信号肽序列,与Bt基因一起导入棉花,获得了具有更高抗性的双价转基因抗虫棉。
3.3 苦豆子胰蛋白酶抑制剂(SATI)基因苦豆子胰蛋白酶对棉蚜具有较强的抗性[28]。
2007年,翁琴[15]将Bt+SATI基因导入棉花,获得了具有更高抗性的双价转基因抗虫棉。
植物外源凝集素是一种可以与糖蛋白特异性结合的蛋白质,被昆虫取食后,不仅能与昆虫消化道膜上的糖蛋白特异性结合,阻碍营养物质的吸收;而且还能促使昆虫消化道内的细菌过量繁殖,使消化道发生病变,最终使得昆虫拒食、生长停滞,直至死亡[22,29-30]。
现阶段转基因棉花应用的基因型主要有:豌豆凝集素(P-Lec)基因和雪花莲凝集素(GNA)基因。
4.1 豌豆凝集素(P-Lec)豌豆凝集素(P-Lec)是从豌豆种子中分离纯化出来的蛋白质,前凝集素原由275个氨基酸组成,经过内质网和蛋白体加工后形成178个氨基酸的β链和58个氨基酸的α链特定蛋白结构,可专一性结合甘露糖或葡萄糖残基[31]。
4.2 雪花莲凝集素(GNA)雪花莲凝集素(GNA)是从雪花莲中分离纯化出来的四聚体蛋白,由4个12 kDa 的相同亚基组成,能专一性识别α-1,3和α-1,6连接的D-甘露糖残基[30,32]。
雪花莲凝集素对同翅目的蚜虫、叶蝉和稻飞虱具有一定的毒杀作用;对咀嚼式口器害虫具有中等毒杀作用[25]。
1999年,王伟等[26]将含有豌豆外源凝集素基因和SKTI基因的双价抗虫基因转入新陆早1号、新陆中2号、冀合321和辽9,获得了对棉铃虫幼虫有较强抗性的双价抗虫棉。
2003年,刘志等[10]将Bt+GNA双价基因通过花粉管通道法转入苏棉16号,从而获得转基因植株TL1的纯合株系,TL1与6个感虫的常规品种配制正、反交组合,F1都高抗棉铃虫。
2005年,吴霞等[13]将Bt-CpTI-GNA三价基因导入棉花,获得抗棉铃虫棉株。
RNAi作用的基本过程主要分为3步:第1步,双链RNA(double-stranded RNA,dsRNA)导入细胞被RNaseIII家族中的Dicer酶剪切成小RNA(small interference RNA,siRNA)。
第2步,siRNA与相关蛋白结合形成RISC (RNA-induced silencing complex)复合体,RISC复合体含有解旋酶、核酸内切酶等。
siRNA与RISC结合后,siRNA被解旋酶打开形成单链结构。
第3步,RISC上的单链RNA能特异性与其互补的靶标mRNA序列相结合,然后由RISC 上核酸内切酶将靶标mRNA序列切割成21~23 nt小片段,从而使翻译停止,即转录后基因沉默。
RISC上的单链RNA称为导向链(guide strand),导向链核酸序列通过碱基互补只能和与其同源的靶标mRNA结合,从而决定了RNAi效应的特异性[33-34]。
Mao等[35]培育了转棉铃虫cyp6ae14基因棉花、烟草、拟南芥,其中,cyp6ae14基因编码能使棉铃虫对棉酚产生抗性棉酚代谢蛋白。
棉铃虫取食转基因植物后肠中cyp6ae14基因转录水平大幅降低,CYP6AE14蛋白翻译水平下降,使棉铃虫对棉酚的耐受力降低,进而营养不良,生长缓慢,直至死亡。
2013年,熊叶辉[33]通过农杆菌介导,将棉铃虫蜕皮调节转录因子HaHR3基因的Fragmentl目的片段转入三生烟和珂字棉,得到阳性转基因植株,以阳性单拷贝烟草饲喂棉铃虫,取食48 h后棉铃虫HaHR3基因被有效沉默,棉铃虫HaHR3蛋白表达亦被有效抑制,棉铃虫体质量增长缓慢、发育畸形,与对照组相比,死亡率、化蛹率及羽化畸形率表现出显著性差异。
同时还首次从棉铃虫中克隆并鉴定出Ha-sil-1和Ha-sil-2基因序列片断,其对棉铃虫可能存在系统性干扰效应。