基因工程在育種上的應(yīng)用

1、.：.；轉(zhuǎn)基因植物研討現(xiàn)狀及開展姓名：楊 加 信學(xué)號(hào)：班級(jí)：農(nóng)學(xué)院07級(jí)農(nóng)學(xué)2班指點(diǎn)教師：日期：2021-5-11轉(zhuǎn)基因植物研討現(xiàn)狀及開展 楊加信內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特，010018 作者簡(jiǎn)介：楊加信，男，1987年出生，陜西渭南人，在讀本科生，:，個(gè)人主頁：hi.baidu/yjiaxin【摘要】 1986年美國和法國的科學(xué)家在世界上第一次進(jìn)展了抗除草劑轉(zhuǎn)基因煙草的田間實(shí)驗(yàn)。自此之后,植物轉(zhuǎn)基因的研討與運(yùn)用在世界各地蓬勃開展,被以為是21世紀(jì)農(nóng)業(yè)的希望,是新的農(nóng)業(yè)科技革命的重要組成部分。中國轉(zhuǎn)基因植物研討比美國等國相對(duì)較晚，但近幾年進(jìn)

2、展很快，而且獲得了突破性進(jìn)展。我國農(nóng)業(yè)部迄今為止同意進(jìn)展商品化消費(fèi)的轉(zhuǎn)基因植物除抗棉鈴蟲棉花外,還有耐儲(chǔ)存番茄、抗黃瓜花葉病毒的番茄、甜椒和轉(zhuǎn)花樣矮牽?；?。從長久看，轉(zhuǎn)基因作物將繼續(xù)開展。同時(shí)種植轉(zhuǎn)基因作物的國家將一步添加。轉(zhuǎn)基因植物技術(shù)有些方面實(shí)際根據(jù)不充足，有待加強(qiáng)這方面的研討?！娟P(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)基因植物；轉(zhuǎn)基因作物；抗蟲棉；轉(zhuǎn)基因煙草； 轉(zhuǎn)基因植物(transgemc plant)是采用基因工程手段將從不同生物中分別或人工合成的外源基因在體外進(jìn)展酶切和銜接,構(gòu)成重組DNA分子,然后導(dǎo)入植物細(xì)胞基因組中,使新的基因在植物細(xì)胞內(nèi)整合、表達(dá),并能經(jīng)過無性或有性增值過程,將外源基因遺傳給后代,由此獲得

3、基因改良植物,使之穩(wěn)定遺傳并賦予植物新的農(nóng)藝性狀,如抗蟲、抗病、抗逆、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等.【1】轉(zhuǎn)基因植物技術(shù)及其產(chǎn)品是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研討與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的重點(diǎn)和熱點(diǎn),也是我國農(nóng)業(yè)科技革命的中心內(nèi)容之一,對(duì)我國農(nóng)業(yè)科技手段的更新?lián)Q代以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)構(gòu)造的調(diào)整具有重要的戰(zhàn)略意義.隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的迅速開展,植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)方興未艾,因此對(duì)它的研討意義也顯得尤為重要.1986年美國和法國的科學(xué)家在世界上第一次進(jìn)展了抗除草劑轉(zhuǎn)基因煙草的田間實(shí)驗(yàn)。自此之后,植物轉(zhuǎn)基因的研討與運(yùn)用在世界各地蓬勃開展,被以為是21世紀(jì)農(nóng)業(yè)的希望,是新的農(nóng)業(yè)科技革命的重要組成部分。【2】一 全球轉(zhuǎn)基因植物開展現(xiàn)狀到1997年底,全球

4、45個(gè)國家大約對(duì)60種作物的10類性狀進(jìn)展了25 000個(gè)田間實(shí)驗(yàn),其中15 000個(gè)田間實(shí)驗(yàn)是在前10年進(jìn)展的,10 000個(gè)是在近2年(19961997)進(jìn)展的,占總數(shù)的40%。美國是轉(zhuǎn)基因植物研討第一大國,共進(jìn)展了14 153個(gè)田間實(shí)驗(yàn),占總數(shù)的57%;其次是加拿大,進(jìn)展了3 747個(gè),占15%;東歐和俄羅斯地域占1%;其他的8%主要集中在拉丁美洲和以中國為主的亞洲。絕大多數(shù)田間實(shí)驗(yàn)是在工業(yè)化國家進(jìn)展的,占總數(shù)的91%。19871997年間,最經(jīng)常被改良的作物在美國依次是玉米(44%)、番茄(12%)、大豆(11%)、馬鈴薯(11%)、棉花(8%)、瓜類(4%)、煙草(4%)、油菜(2%

5、)、甜菜(1%)和其它(3%)。全球該比例的變化不大,但是在加拿大油菜占60%以上。最常改良的性狀,同期在美國依次為抗除草劑(30%)、抗蟲(24%)、質(zhì)量改良(21%)、抗病毒(10%)、抗真菌(4%)和其它(11%)。加拿大最常改良的性狀為抗除草劑,1990年占90%、1995年占74%、1997年占52%,呈下降趨勢(shì),隨之添加的主要是抗蟲和抗病毒性狀。到1997年底,全球在12個(gè)作物、6類性狀上同意了48個(gè)轉(zhuǎn)基因植物種類進(jìn)展商業(yè)化消費(fèi)。第一個(gè)被同意進(jìn)展商業(yè)化消費(fèi)的遺傳工程產(chǎn)品是美國Calgene公司開發(fā)的延熟番茄Flavr-SavrTM。就作物而言,48個(gè)已商業(yè)化的植物種類中,玉米占36

6、%,油菜占17%,番茄占13%,棉花占11%。在6類性狀中,有4個(gè)單一性狀和2個(gè)雙重性狀,抗除草劑占36%,質(zhì)量占19%,抗蟲占15%,抗病毒10%,抗蟲+抗除草劑占10%,雄性不育+抗除草劑占10%。1997年全球轉(zhuǎn)基因作物面積從1996年的280萬公頃添加到1280萬公頃,添加了4.5倍。主要種植國家依次是美國,810萬公頃,占64%;中國180萬公頃,占14%(注:國際以為中國種植了450萬公頃的抗病毒煙草和番茄,并估計(jì)到本世紀(jì)末70%的煙草為轉(zhuǎn)基因種類);阿根廷140萬公頃,占11%;加拿大130萬公頃,占10%;澳大利亞和墨西哥不到1%。轉(zhuǎn)基因作物的種植面積在工業(yè)化國家的比例從199

7、6年的57%添加到1997年的75%。而開展中國家從1996年的43%減少到1997年的25%。添加最快的阿根廷(13倍),墨西哥(10倍),加拿大(9.2倍)和美國(5.6倍)。19961997年間,轉(zhuǎn)基因作物的種植面積在工業(yè)化國家的增長是開展中國家的4倍。美國是世界上主要的轉(zhuǎn)基因作物種植國,其面積占全球的比例從1996年的51%添加到1997年的64%。就作物而言,大豆在1997年占轉(zhuǎn)基因作物總面積的40%,510萬公頃,居第一位。玉米從1996年的第四位上升到第二位,320萬公頃,占25%。大豆和玉米共占了總面積的三分之二。其次是煙草13%,棉花11%,油菜10%,番茄1%。就性狀而言,

8、1996年與1997年也有明顯改動(dòng),抗除草劑性狀從1996年的第三位,總面積的23%上升到1997年的第一位,占總面積的54%;抗蟲性狀從37%下降到31%;抗病毒性狀從40%下降到14%;質(zhì)量性狀在這2年均不到1%。假設(shè)將作物和性狀結(jié)合分析,1997年抗除草劑大豆種植了510萬公頃,占轉(zhuǎn)基因植物總面積的40%;抗蟲玉米300萬公頃,占23%;抗病煙草160萬公頃,占13%;抗除草劑油菜120萬公頃,占10%;抗蟲棉花110萬公頃,占8%;抗除草劑棉花40萬公頃,占3%;抗除草劑玉米20萬公頃,占2%;抗病番茄、延熟番茄、既抗蟲又抗除草劑的棉花等面積較小。與1996年相比,1997年最大的變化

9、是美國抗除草劑大豆、北美的抗蟲玉米和加拿大的抗除草劑油菜大量添加。轉(zhuǎn)基因大豆、玉米、棉花和油菜占全部轉(zhuǎn)基因植物的86%,其中75%種植在北美。轉(zhuǎn)基因作物的廣泛種植,因產(chǎn)量的添加和除草劑、農(nóng)藥的運(yùn)用減少,帶來了宏大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。在美國,1996年5600個(gè)農(nóng)戶種植了73萬公頃抗蟲棉花,70%的農(nóng)戶沒有噴藥,其他農(nóng)戶也僅噴藥一次,而非抗蟲棉種類噴藥46次,由此共節(jié)省農(nóng)藥25萬加侖,產(chǎn)量平均添加7%,高的達(dá)20%,共添加純利6000萬美圓,并減少了環(huán)境污染?？姑x玉米增產(chǎn)9%,節(jié)約了大量農(nóng)藥,添加收益1900萬美圓。該年抗蟲玉米約占全美總面積的1%,1997年面積將添加10倍,占全美3200萬公

10、頃面積的9%。在加拿大,1996年5公頃的抗除草劑油菜平均增產(chǎn)9%,一級(jí)菜籽率從63%提高到85%,共添加收益600萬美圓。在美國全國1996年種植Bt棉花、玉米、馬鈴薯共獲利8000萬美圓,1997年僅280萬公頃玉米就獲得1.9億美圓。全球估計(jì)轉(zhuǎn)基因作物獲利,到2000年將到達(dá)2030億美圓,2005年到達(dá)60億美圓,2021年到達(dá)200億美圓。在未來10年,轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)量添加10%25%是能夠的和現(xiàn)實(shí)的,并且為全球的食品平安,更營養(yǎng)的食品和飼料以及更平安的環(huán)境作出艱苦奉獻(xiàn)。二 我國轉(zhuǎn)基因植物的研討現(xiàn)狀及在消費(fèi)上的運(yùn)用中國轉(zhuǎn)基因植物研討比美國等國相對(duì)較晚，但近幾年進(jìn)展很快。目前國內(nèi)已有50

11、多家科研院所、30多所大專院校、100多個(gè)研討室、數(shù)千名科技人員從事農(nóng)業(yè)生物工程研討，而且獲得了突破性進(jìn)展。轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的研討及運(yùn)用棉花不但是我國的重要經(jīng)濟(jì)作物,也是我國紡織工業(yè)的主要原料。我國約有1億棉農(nóng),棉花的年播種面積達(dá)533.3萬hm2,年產(chǎn)皮棉450500萬t,約占世界產(chǎn)棉總量的25%以上,為世界上最大的棉花消費(fèi)國和消費(fèi)國。1998年以來因農(nóng)業(yè)消費(fèi)構(gòu)造的調(diào)整,棉花播種面積降至400萬hm2左右。但是,由于90年代以來,棉鈴蟲在我國寬廣棉區(qū)繼續(xù)性大迸發(fā),給我國棉花消費(fèi)帶來了宏大的危害。僅1992年因棉鈴蟲危害,北方棉區(qū)減產(chǎn)皮棉8萬t,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)50億元,間接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100億元。另

12、外,為了防治棉鈴蟲每季棉花要噴農(nóng)藥15次左右,每公頃每次用藥90元,每季用藥0元。而且大量施用農(nóng)藥呵斥大氣、土壤、水質(zhì)的污染。為了從根本上處理棉花消費(fèi)上的棉鈴蟲危害問題,國家863方案于1991年起立項(xiàng)進(jìn)展抗蟲棉的研討。1991年中國農(nóng)科院生物技術(shù)研討所,成立了以郭三堆研討員為指點(diǎn)的抗蟲棉攻關(guān)課題組,并于當(dāng)年開展了轉(zhuǎn)蘇云金芽孢桿菌殺蟲晶體蛋白基因(Bt)抗蟲棉的研討,設(shè)計(jì)并合成了適于在植物中表達(dá)的GFM和CrylA Bt殺蟲基因,構(gòu)建了可在植物中高效表達(dá)的載體,經(jīng)過花粉管導(dǎo)入法導(dǎo)入棉花,研制勝利了單價(jià)抗蟲棉。蘇云金芽孢桿菌能產(chǎn)生具有劇烈殺蟲作用的晶體蛋白,對(duì)許多植物蟲害都具有特異性毒殺活性。這

13、樣就能使轉(zhuǎn)基因作物本人制造出殺害蟲的毒劑,而不危及其它生物。國內(nèi)外已將Bt基因轉(zhuǎn)入棉花、玉米、煙草、番茄、馬鈴薯、水稻等多種作物。為了延緩棉鈴蟲對(duì)Bt抗蟲棉產(chǎn)生抗性,1993年課題組又開展了Bt基因和豇豆胰蛋白酶抑制劑(CpTI)基因的雙價(jià)抗蟲棉的研討。單價(jià)抗蟲棉體內(nèi)含有Bt殺蟲基因,能專門破壞害蟲的消化系統(tǒng),導(dǎo)致害蟲死亡;而雙價(jià)抗蟲棉體內(nèi)不僅含有殺蟲晶體蛋白,還含有CpTI基因控制合成的能抑制昆蟲消化酶功能的功能蛋白,使害蟲產(chǎn)生厭食反響,而導(dǎo)致害蟲死亡。經(jīng)過我國科研人員11年的艱苦斗爭(zhēng),單價(jià)抗蟲棉的研討到達(dá)了國際先進(jìn)程度,使我國成為繼美國之后第二個(gè)研制勝利抗蟲棉的國家。雙價(jià)抗蟲棉的創(chuàng)新研討到

14、達(dá)了國際先進(jìn)程度。在抗蟲棉研討上,中心技術(shù)懇求了兩項(xiàng)國家專利,關(guān)鍵技術(shù)擁有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。為了使轉(zhuǎn)基因抗蟲棉盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,在農(nóng)業(yè)部、科技部和國家計(jì)委的大力支持下,抗蟲棉在消費(fèi)上的推行運(yùn)用也獲得了艱苦進(jìn)展。目前,國家農(nóng)業(yè)部同意可進(jìn)展商品化消費(fèi)的抗蟲棉種類有6個(gè),抗蟲棉種類(系)11個(gè);獲準(zhǔn)環(huán)境釋放的單、雙價(jià)抗蟲棉品系41個(gè);配制出增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的抗蟲棉雜優(yōu)組合10多個(gè)。截止2000年,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉已在河北、河南、新疆、山東、湖南、湖北、山西、江蘇、安徽、遼寧等省累計(jì)推行36.6萬hm2,其中雙價(jià)抗蟲棉2000年的種植面積為2.4萬hm2,產(chǎn)生了宏大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。棉農(nóng)種植轉(zhuǎn)基因抗蟲棉,普通大約

15、每公頃添加收益2100元。所以,轉(zhuǎn)基因抗蟲棉至今已累計(jì)產(chǎn)生的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益達(dá)7.68億元。今后,如轉(zhuǎn)基因抗蟲棉每年推行100萬hm2200萬hm2,每年將產(chǎn)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益達(dá)21億元42億元。因此轉(zhuǎn)基因抗蟲棉在消費(fèi)上的推行運(yùn)用,對(duì)棉農(nóng)增產(chǎn)增收、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的開展、維護(hù)環(huán)境以及農(nóng)業(yè)的可繼續(xù)開展,有非常重要的意義。其它轉(zhuǎn)基因作物的研討及運(yùn)用我國農(nóng)業(yè)部迄今為止同意進(jìn)展商品化消費(fèi)的轉(zhuǎn)基因植物除抗棉鈴蟲棉花外,還有耐儲(chǔ)存番茄、抗黃瓜花葉病毒的番茄、甜椒和轉(zhuǎn)花樣矮牽?；?。它們都經(jīng)過了大量的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。對(duì)人體平安和環(huán)境沒有不良影響,已進(jìn)入商品化消費(fèi)階段。另外,我國轉(zhuǎn)基因水稻的研討目前處在實(shí)驗(yàn)室研討階段;小麥抗黃矮

16、病基因工程研討,初次在國際上將中間偃麥草的抗黃矮病基因?qū)肫胀ㄐ←?發(fā)明出抗黃矮病普通小麥新種質(zhì),在世界上初次獲得抗病毒轉(zhuǎn)基因小麥?！?】三 轉(zhuǎn)基因植物開展趨勢(shì)從長久看，轉(zhuǎn)基因作物將繼續(xù)開展。轉(zhuǎn)“投入性狀(input trait)的基因作物將進(jìn)一步擴(kuò)展,提高食品和飼料營養(yǎng)價(jià)植的“產(chǎn)出性狀(output trait)將變得極其重要,尤其在工業(yè)化國家。主要轉(zhuǎn)基因作物,例如:大豆、玉米、油菜、棉花和馬鈴薯曾經(jīng)在美、加的播種面積將從目前的1%10%,提高到25%50%,或許更多。同時(shí)種植轉(zhuǎn)基因作物的國家將一步添加。在歐洲,土耳其將能夠是第一個(gè)種植轉(zhuǎn)基因作物的國家,東歐、拉丁美洲、亞洲和非洲也將有所開展

17、。表1顯示轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)品的數(shù)量還將大量添加,到1997年已商品化消費(fèi)的產(chǎn)品17個(gè),進(jìn)入田間實(shí)驗(yàn)、有待商品化消費(fèi)的產(chǎn)品35個(gè)。長久研討主要是多基因控制的、非生物性的脅迫性狀,例如:抗旱、耐鹽和耐鋁。值得留意的另一個(gè)趨勢(shì)是已商品化的17個(gè)產(chǎn)品中4個(gè)是雙重性狀,這種轉(zhuǎn)多基因的趨勢(shì)近期還會(huì)加快。傳統(tǒng)的育種目的是集聚盡能夠多的有益基因,生物技術(shù)將提供新的方法,能集聚傳統(tǒng)方法不能轉(zhuǎn)移的基因,生物技術(shù)能未土壤農(nóng)桿菌的抗蟲Bt基因、特殊的抗病基因、抗除草劑基因以及高淀粉含量基因集聚到同一種類中去。與“投入性狀相比,“產(chǎn)出性狀將變得更加重要,在已商業(yè)化的17個(gè)產(chǎn)品中,“產(chǎn)出性狀僅占3個(gè)(18%),而35個(gè)正在進(jìn)

18、展田間實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品中,“產(chǎn)出性狀占11個(gè)(31%),21世紀(jì)將是經(jīng)過生物技術(shù)消費(fèi)專業(yè)化食品和飼料的世紀(jì)。因此,在未來生物技術(shù)不僅被用來改良生物和非生物性狀,而且被用來開發(fā)專門產(chǎn)品,例如:安康產(chǎn)品、營養(yǎng)產(chǎn)品、風(fēng)味產(chǎn)品等等。基因槍介導(dǎo)法在很多植物上獲得了勝利，尤其在小麥等禾本科植物中運(yùn)用較多，該方法對(duì)物種、基因型和組織特異性的要求較小，但存在轉(zhuǎn)化效率低、拷貝整合數(shù)較多、容易發(fā)生基因沉默、不能導(dǎo)入大片段DNA等缺陷，下一步需求對(duì)外源基因的整合機(jī)理進(jìn)展研討，明確所轉(zhuǎn)移的DNA片段。小麥、玉米等作物的轉(zhuǎn)基因研討大多以未成熟胚為受體資料，建立成熟胚高頻率再生體系和轉(zhuǎn)化體系，對(duì)于提高小麥、玉米等作物轉(zhuǎn)基因研討的效率具有促進(jìn)作用。構(gòu)建高效表達(dá)載體不但有利于外源基因的表達(dá)，也有利于轉(zhuǎn)化細(xì)胞的挑選。啟動(dòng)子串聯(lián)戰(zhàn)略和加強(qiáng)子優(yōu)化可防止外源基因?qū)牒蟮牡托П磉_(dá)和沉默景象，外源轉(zhuǎn)入基因的誘導(dǎo)表達(dá)和組織特異性表達(dá)可以節(jié)約生物體能量耗費(fèi)，降低對(duì)植株生長的不良影響。通常情況下，轉(zhuǎn)基因植株中除了目的基因，