園藝育種學(xué)-分子育種

分子育種基因工程與育種一植物基因工程的概念和作用二植物基因工程的方法和步驟基因工程的安全性評(píng)價(jià)基因工程在園藝植物育種中的作用和應(yīng)用前景分子標(biāo)記輔助育種一分子標(biāo)記的種類及其原理和方法二分子標(biāo)記輔助育種的應(yīng)用傳統(tǒng)的作物遺傳育種已有幾百年的歷史了。主要包括：

1．選擇育種。是指人們憑借經(jīng)驗(yàn)從自然或人工生物群體中，根據(jù)個(gè)體表現(xiàn)型挑選符合人類需要的基因型，并使其穩(wěn)定遺傳。基本原則是優(yōu)中選優(yōu)，它是任何育種方法不可缺少的基本環(huán)節(jié)。2．雜交育種。通過授粉等方法，把兩個(gè)或兩個(gè)以上的親本組合在一起，并對(duì)其后代進(jìn)行選擇培育，創(chuàng)造出比親體更好的品種。雜交育種比選擇育種更有效。缺點(diǎn)是：育種周期太長(zhǎng)．一般為5—7年，甚至更長(zhǎng)；無法在親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的物種間進(jìn)行雜交選育。

3.誘變育種。雜交育種雖然可增加作物的變異頻率，但仍十分有限。傳統(tǒng)的常規(guī)育種手段使人類希望“隨心所欲”地創(chuàng)造新品種甚至新物種的愿望受到了極大的制約，而作物分子育種技術(shù)的出現(xiàn)，將使這一夢(mèng)想成真。分子育種的概念

隨著分子生物學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展，人們可以直接深入到DNA水平改造園藝植物或其他動(dòng)植物，從而創(chuàng)造新的動(dòng)植物品種。因此，我們可以運(yùn)用分子生物學(xué)技術(shù)，通過直接手段（如基因工程）或間接手段（如分子標(biāo)記輔助育種）選育新品種的途徑，稱為分子育種。高抗螟蟲的轉(zhuǎn)基因雜交稻中國(guó)農(nóng)科院生物技術(shù)所的范云六院士與華中農(nóng)大張啟發(fā)院士實(shí)驗(yàn)室合作研制成功的?？瓜x轉(zhuǎn)基因雜交稻“秈優(yōu)63”，抗蟲效果達(dá)95%以上，農(nóng)業(yè)性狀優(yōu)良，對(duì)照植株螟蟲受害率達(dá)100%。轉(zhuǎn)Bt毒蛋白基因玉米中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)王國(guó)英教授和中國(guó)農(nóng)科院郭三堆研究員實(shí)驗(yàn)室合作研究，國(guó)家“863”計(jì)劃，轉(zhuǎn)基因玉米表現(xiàn)了高度的抗螟蟲性，已獲批準(zhǔn)進(jìn)行大田試驗(yàn)。轉(zhuǎn)基因改變花色的矮牽?；ǎ慄S酮、類胡蘿卜素、花青素）對(duì)照為純紫色的矮牽牛花，轉(zhuǎn)入了查爾酮合酶（CHS）基因后，同一棵植株上能開出不同顏色的花，或純白，或紫白相間，甚至在同一枝上，花朵的顏色也各異。由陳章良教授實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)研制，已獲商品化許可證。轉(zhuǎn)CMV病毒殼蛋白基因番茄可抗CMV病毒侵染，由北大蛋白質(zhì)工程及植物基因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究培育成，已獲國(guó)家農(nóng)業(yè)部簽發(fā)的商品化許可證，目前已經(jīng)在云南、廈門等地商品化生產(chǎn)。第一節(jié)基因工程與育種第二節(jié)分子標(biāo)記輔助育種第一節(jié)基因工程與育種一基因工程的概念與作用植物基因工程的概念及特點(diǎn)概念：植物基因工程（plantgeneticengineering）是指把不同生物有機(jī)體DNA（或基因）分離提取出來，在體外進(jìn)行酶切和連接，構(gòu)成重組DNA（recombinationDNA）分子，然后轉(zhuǎn)化到受體細(xì)胞（大腸桿菌）使外源基因在受體細(xì)胞中復(fù)制增殖，然后借助生物的或理化的方法將外源基因?qū)氲街参锛?xì)胞，進(jìn)行轉(zhuǎn)譯或表達(dá)。1.1農(nóng)作物利用基因工程手段育種操作的基本過程如下1用許多分子生物學(xué)方法獲得目的基因；2然后以質(zhì)粒（—種小的、環(huán)狀DNA分子，能自行復(fù)制）為載體，將目的基因轉(zhuǎn)人大腸桿菌中進(jìn)行大量復(fù)制，形成一個(gè)目的基因庫；3再通過土壤農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒載體、電導(dǎo)、電刺激或“基因槍”等方法將其導(dǎo)人植物體細(xì)胞；4通過組織培養(yǎng)獲得轉(zhuǎn)基因植株．再經(jīng)過后代選擇及外源基因鑒定等逐漸形成生產(chǎn)上可利用的具有優(yōu)良性狀的新品種或新品系。1.2基因工程發(fā)展簡(jiǎn)史分子生物學(xué)研究揭示了基因的分子基礎(chǔ)，即所有生物共用一種遺傳密碼。這—發(fā)現(xiàn)意義非常深遠(yuǎn)，因?yàn)檫z傳密碼既然通用．那么由它組成的基因在整個(gè)生物界也就是可通用的這一生命科學(xué)史上劃時(shí)代的偉大發(fā)現(xiàn)，為日后在分子水平上進(jìn)行作物的遺傳育種研究打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)．隨即本世紀(jì)科學(xué)史上有兩件最為激動(dòng)人心和最具深遠(yuǎn)影響的大事：一是1953年沃森和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)；二是l973年科恩和伯格建立了重組DNA技術(shù)．前者誕生分子遺傳學(xué)和分子生物學(xué)，使生命科學(xué)步人分子水平的新時(shí)代。后者誕生了生物工程學(xué)，使人類創(chuàng)造理想新物種的夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)，掀起了空前的基因工程育種熱潮。

植物基因工程是20世紀(jì)80年代開始興起和發(fā)展起來的一門新技術(shù)，它是在分子遺傳學(xué)的理論基礎(chǔ)上，綜合采用了分子生物學(xué)、微生物學(xué)和植物組織培養(yǎng)的現(xiàn)代方法和技術(shù)建立起來的，用于改良植物性狀，培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的植物新品種的分子育種技術(shù)。它給園藝植物和農(nóng)作物提供了一條重要的品種改良途徑。1.3

基因工程育種的特點(diǎn)（1）轉(zhuǎn)移的目的基因可從動(dòng)物、人、植物或微生物中獲取。基因可在不同的生物系統(tǒng)之間進(jìn)行交流或轉(zhuǎn)移；（2）目前的基因多為一些單個(gè)的主效基因，轉(zhuǎn)基因植物分離純合快，這樣就加快了育種進(jìn)程；（3）由于目的基因控制的性狀明確，在導(dǎo)入到植物細(xì)胞之后，可預(yù)知賦予植物的性狀，因此具有定向改良植物的特點(diǎn)。1.4發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)際上生物技術(shù)的研究與開發(fā)已進(jìn)入了商業(yè)化階段。生物技術(shù)的第一個(gè)浪潮是醫(yī)藥，第二個(gè)浪潮將是農(nóng)業(yè)、環(huán)境和海洋生物技術(shù)。在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)中，轉(zhuǎn)基因植物的研究與開發(fā)最為突出。從1983年首例轉(zhuǎn)基因植物（煙草）誕生以來，現(xiàn)在已有100多種植物通過基因工程技術(shù)獲得了轉(zhuǎn)基因植株，包括番茄、辣椒、茄子、馬鈴薯、胡蘿卜、芹菜、萵苣、甜瓜、黃瓜、白菜、甘藍(lán)、花椰菜、芥菜、石刁柏、洋蔥、柑橘、柿等一批重要的蔬菜、果樹和其它主要的糧、棉、油等農(nóng)作物及木本花卉植物。我國(guó)已獲得50多種作物的轉(zhuǎn)基因植物，涉及的外源基因有100多種。截止1998年2月我國(guó)已批準(zhǔn)商品化生產(chǎn)4項(xiàng)，環(huán)境釋放31項(xiàng)，中間實(shí)驗(yàn)10項(xiàng)?；蚬こ坍a(chǎn)品已產(chǎn)生顯著的效益，資料表明，1986~1997期間，已有45個(gè)國(guó)家在60多種作物上進(jìn)行了近25000例轉(zhuǎn)基因植物的田間試驗(yàn)，主要有玉米、番茄、大豆、油菜，馬鈴薯和棉花，轉(zhuǎn)移的基因主要是抗除草劑、抗蟲、品質(zhì)和抗病毒病等基因。截至1999年底，全球已有12種作物的48種轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)品獲準(zhǔn)進(jìn)行商品化生產(chǎn)，轉(zhuǎn)基因植物的種植面積近4×107hm2。預(yù)計(jì)全球范圍內(nèi)轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)品的市場(chǎng)銷售額，將由1996年的不足5億美元，到2010年增加到200億美元(吃、穿)。美國(guó)已批準(zhǔn)的商品化的轉(zhuǎn)基因植物（1997.1.31前）

序號(hào)名稱研制者批準(zhǔn)時(shí)間1延熟番茄Calgene19942延熟番茄ZenecaPlantSci.&PetoseedCo,Inc.1995.63改熟番茄Monsanto1995.94改熟番茄AgritopeInc.1996.35抗蟲玉米CibaSeeds1995.56抗蟲玉米Monsanto1995.87抗蟲玉米NorthrupKingCo.1996.18抗蟲棉Monsanto1995.69抗甲蟲馬鈴薯Monsanto1996.510抗除草劑玉米AgrEvo1995.611抗除草劑玉米DeKalbGeneticsCoop.1995.1212抗除草劑玉米PlantGeneticsSystemsInc.1996.1213抗除草劑棉花Monsanto1995.714抗除草劑棉花DuPontAgr.Products1996.115抗除草劑大豆AgrEvo1996.716抗病毒病西葫蘆AsgrowSeeds1996.6

17抗病毒病番木瓜CornellU&U.Hawaii1996.92基因工程的作用（1）抗病基因工程：抗病毒、抗細(xì)菌及抗真菌抗病毒：研究發(fā)展最快，主要采用向植物導(dǎo)入病毒外殼蛋白（CoatProtein,CP）基因。自從1986年Beachy等將煙草花葉病毒的外殼蛋白基因（TMV-CP）導(dǎo)入煙草中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株發(fā)病時(shí)間明顯延遲或病害的癥狀明顯減輕后，已對(duì)多種植物病毒進(jìn)行了試驗(yàn)，將這些植物病毒的外殼蛋白基因?qū)胫参镆栽鰪?qiáng)其抗病毒能力。如黃瓜花葉病毒（CMV）、馬鈴薯X病毒和Y病毒（PVX和PVY）、大豆花葉病毒（SMV）、苜?；ㄈ~病毒（AIMV）等20多種病毒的外殼蛋白基因?qū)胫参锖?，均得到了類似的結(jié)果，使植物獲得了對(duì)相應(yīng)病毒的抗性。在我國(guó)，導(dǎo)入TMV和CMV外殼蛋白基因獲得的抗病毒煙草已在進(jìn)行田間試驗(yàn)，增產(chǎn)效果明顯。轉(zhuǎn)CMV/CP基因的番茄除利用外殼蛋白基因途徑外，還有利用轉(zhuǎn)移病毒的反義RNA、衛(wèi)星RNA、病毒復(fù)制酶基因（replicase）和核酶（ribozyme）基因，以及利用植物本身編碼的抗病毒基因如核糖體失活蛋白基因（ribosomeinactivatingprotein，RIP）等也有獲得成功的報(bào)道。抗細(xì)菌性病害途徑之一是將病原菌細(xì)菌基因?qū)胫参锛?xì)胞，使其過量表達(dá)，或表達(dá)失去原有功能的蛋白，或表達(dá)失去原有的時(shí)空性，從而干擾病原菌的正常生理代謝，使寄主植株表現(xiàn)出抗性；途徑之二是利用殺菌肽基因。殺菌肽可破壞細(xì)菌細(xì)胞膜，改變細(xì)胞內(nèi)外滲透壓，細(xì)胞內(nèi)容物尤其是K＋的外滲，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。途徑之三是利用溶菌酶。溶菌酶（lysozyme）可裂解某些細(xì)菌胞壁的多糖組分并溶解它們。溶菌酶基因和多種殺菌肽基因已被克隆并轉(zhuǎn)入煙草，轉(zhuǎn)基因植株對(duì)細(xì)菌表現(xiàn)出一定的抗性。轉(zhuǎn)殺菌肽基因的辣椒，表現(xiàn)抗青枯病轉(zhuǎn)基因辣椒開花轉(zhuǎn)基因辣椒結(jié)果抗真菌性病害控制真菌病害的關(guān)鍵，取決于對(duì)植物與病原真菌相互作用的分子機(jī)理的了解。目前已知植物防衛(wèi)反應(yīng)主要表現(xiàn)在誘導(dǎo)產(chǎn)生或激活抗菌物質(zhì)和增強(qiáng)胞壁結(jié)構(gòu)兩方面，因此抗真菌病害基因工程主要從這兩方面著手。

A：幾丁質(zhì)酶（chitinase）基因和β-1,3-葡聚糖酶（glucanase）基因的產(chǎn)物均能降解許多真菌的細(xì)胞壁主要成分幾丁質(zhì)和β-1,3-葡聚糖，兩者之間有協(xié)同作用，從而抑制真菌的生長(zhǎng)繁殖。多種幾丁質(zhì)酶已被克隆并轉(zhuǎn)入煙草、番茄中，轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)了抗真菌的特性。

B：植物抗毒素是植物產(chǎn)生的對(duì)一些不同種類的病原菌具有毒性的物質(zhì)，亦稱植保素。目前已鑒定了200多種植保素，其中以類黃酮與類萜類植保素研究最多。從葡萄中分離出的一種植物抗毒素3,4,5-三羥芪合成酶基因?qū)霟煵莺螅D(zhuǎn)基因植株與對(duì)照相比表現(xiàn)出對(duì)病原菌（Botrytiscinerea）更強(qiáng)的抗性。此外導(dǎo)入植物的核糖體滅活蛋白（RIP）抗真菌性病害也有報(bào)道。（2）抗蟲基因工程蟲害給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失，化學(xué)藥劑殺蟲成本高、污染環(huán)境。安全低毒的生物殺蟲劑也存在成本高、藥效不穩(wěn)定等不足，利用基因工程為此提供了一條新的途徑。A：蘇云金芽孢桿菌（Bacillusthuringiensis，Bt）制劑長(zhǎng)期以來用于多種蟲害的生物防冶，產(chǎn)生的原毒素－伴胞晶體毒蛋白（δ內(nèi)毒素）可在昆蟲幼蟲中腸道的水解酶作用下轉(zhuǎn)化成小分子的毒素多肽而對(duì)多種昆蟲有很強(qiáng)的毒殺作用。不同的菌株可產(chǎn)生不同的殺蟲晶體蛋白，從而表現(xiàn)出對(duì)不同昆蟲毒性的專一性。對(duì)鱗翅目、雙翅目和鞘翅目昆蟲幼蟲具有專一性毒殺作用的蘇云金芽孢桿菌菌株均已獲得。轉(zhuǎn)Bt毒蛋白基因水稻轉(zhuǎn)Bt毒蛋白基因玉米自從將Bt毒蛋白基因?qū)藷煵莺头巡⒈磉_(dá)，表現(xiàn)出抗蟲特性以來，已相繼獲得抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米、水稻、馬鈴薯、甘藍(lán)、棉花、楊樹等。

除了Bt毒蛋白之外，人們也在探索其它的抗蟲基因。B：比較成功的是利用植物的蛋白酶抑制劑。因蛋白酶抑制劑能抑制昆蟲消化系統(tǒng)中的蛋白酶，從而抑制蛋白質(zhì)的降解，導(dǎo)致昆蟲消化不良而影響其生長(zhǎng)發(fā)育，甚至死亡。Hinder等將編碼豇豆胰蛋白酶抑制物（CpTI）的基因轉(zhuǎn)移到煙草后，明顯增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因煙草對(duì)煙草夜蛾（Heliothisvirescens）幼蟲的抗性。C：利用雪花蓮（Galanthusnivalis）外源凝集素（GNA）基因、α-淀粉酶抑制劑（a-AI）基因?qū)氩煌淖魑镏?，也表現(xiàn)出明顯增加抗蟲性。GNA是自然界廣泛分布的一組糖蛋白，大多數(shù)對(duì)人和哺乳動(dòng)物有很強(qiáng)的毒副作用，只有少數(shù)植物GNA如豌豆和石蒜科的雪花蓮?fù)庠茨Y(jié)素對(duì)人和哺乳動(dòng)物的毒性很低，而又表現(xiàn)出較強(qiáng)的殺蟲活性。此外，一些昆蟲毒素（蝎子神經(jīng)毒素、蜘蛛殺蟲肽等）基因也已被用于抗蟲基因工程。（3）抗除草劑基因工程

化學(xué)除草劑在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中起著重要的作用，新的除草劑也不斷出現(xiàn)，作為一個(gè)理想的除草劑，必須具有高效、廣譜的殺草能力，而且對(duì)作物及人畜無害，在土壤中的殘留期要短，還不能增加太多的農(nóng)業(yè)成本。但是現(xiàn)在要開發(fā)出一種新的符合上述要求的除草劑，成本已越來越高。通過基因工程技術(shù)來提高除草劑的選擇性以及對(duì)作物的安全性，無疑具有重要的意義。同時(shí)，在作物中導(dǎo)入抗除草劑基因，也使人們?cè)谶x擇適于輪作或套作的作物種類上有較大的自由。通過兩條途徑：第一條途徑是把除草劑作用的靶酶或靶蛋白質(zhì)的基因?qū)胫参?，使其基因拷貝?shù)增加，從而產(chǎn)生大量的靶酶或靶蛋白，若除草劑的濃度不足以破壞這種酶或蛋白就不能殺死植物。第二條途徑是轉(zhuǎn)移一種能以除草劑為底物的酶的基因，該基因編碼的酶能在轉(zhuǎn)基因植物中將除草劑分解掉，從而保住植物不被殺死。EPSPS草甘膦植物除草劑芳香族氨基酸抑制雜草死亡EPSPS基因農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因過量表達(dá)抗除草劑第一條途徑：利用這一原理成功的例子有抗草甘膦（g1yphosate）、磺酰脲類（sulfonylurea）、均三氮苯類（triazines）等除草劑的轉(zhuǎn)基因作物。矮牽牛的抗草甘膦突變體，由于基因過量擴(kuò)增，產(chǎn)生約20倍于野生型的EPSPS酶。第二條途徑：轉(zhuǎn)移一種能以除草劑為底物的酶的基因，除草劑PPT和2，4-D。如bar基因和Tfda基因，bar基因編碼PPT乙酰轉(zhuǎn)移酶，導(dǎo)入煙草、番茄和馬鈴薯等作物后，使作物獲得抗除草劑PPT（phosphinothricin，膦化麥黃酮）的能力；Tfda基因編碼2,4-D單氧化酶基因，能催化分解2,4-D，使轉(zhuǎn)基因植物能抗此除草劑。bar基因PPT除草劑PPT乙酰轉(zhuǎn)移酶抗除草劑降解（4）抗逆境基因工程：耐環(huán)境滲透脅迫；耐鋁；耐寒；耐旱等。（5）提高果實(shí)耐貯性和切花壽命基因工程通過基因工程延遲果實(shí)成熟和衰老過程主要是從改變果實(shí)細(xì)胞壁降解酶活性和抑制成熟激素乙烯的生成兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)。A：果實(shí)細(xì)胞壁降解與果膠酶（多聚半乳糖醛酸酶PG和果膠甲酯酶PE）活性有關(guān)，通過PG和PE的克隆和反義遺傳轉(zhuǎn)化所獲得番茄轉(zhuǎn)基因植株。果實(shí)PG酶和PE酶活性受到顯著抑制，從而延遲果實(shí)的成熟。美國(guó)Calgene公司已將反義PGcDNA導(dǎo)入到番茄中，育成“FLAVRSAVR”轉(zhuǎn)基因品種，于1994年批準(zhǔn)上市，這是植物基因工程最早商品化的例子。DNA5’5’mRNA3’3’PG,PE基因不能表達(dá)反義mRNA互補(bǔ)配對(duì)抑制細(xì)胞壁降解，延遲果實(shí)成熟轉(zhuǎn)錄

B：乙烯有促進(jìn)成熟的作用，抑制乙烯的合成就可延緩果實(shí)成熟。Yang（1995）已闡明了乙烯的生物合成途徑，通過對(duì)乙烯合成途徑中某些環(huán)節(jié)的抑制或支路途徑的加強(qiáng)可最終減少乙烯生成量。一是通過反義基因技術(shù)抑制番茄乙烯生物合成最后的酶即ACC氧化酶（ACCoxidase）活性；二是通過用反義基因技術(shù)抑制ACC合成酶（ACCsynthase）的表達(dá)活性；三是增強(qiáng)SAM脫羧酶活性，增強(qiáng)SAM的分解；四是增強(qiáng)SAM水解酶活性。葉志彪等利用ACC氧化酶基因反義基因轉(zhuǎn)化番茄育成了華番一號(hào)，其葉片和果實(shí)ACC氧化酶活性和乙烯生成受到顯著抑制，番茄果實(shí)在常溫下貯藏性大大提高，已經(jīng)商品化生產(chǎn)。在花卉（如香石竹）上，通過抑制其乙烯的生成亦可延長(zhǎng)鮮切花的壽命。（6）提高產(chǎn)量和改良品質(zhì)基因工程隨著對(duì)植物各種生理生化過程分子基礎(chǔ)研究的深入，人們?cè)噲D利用基因工程的方法來調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育和代謝過程，以達(dá)到提高產(chǎn)量和改良品質(zhì)的目的。在提高產(chǎn)量方面，主要是提高光合作用效率和固氮效率，以及與雜種優(yōu)勢(shì)相關(guān)的植物雄性不育有關(guān)的基因克隆與應(yīng)用。在品質(zhì)改良方面主要集中在種子及其他貯藏器官（塊莖、塊根、鱗莖等）中蛋白質(zhì)的含量及其氨基酸組成、淀粉和其它多糖化合物以及脂類物質(zhì)的組成等三個(gè)方面。轉(zhuǎn)CYP86C4反義基因菜心植株在園藝植物上各種維生素（如β胡蘿卜素）、顏色（茄紅素）礦物質(zhì)和產(chǎn)品外觀品質(zhì)等都是重要的品質(zhì)性狀。轉(zhuǎn)基因改變花色的矮牽牛花轉(zhuǎn)入了查爾酮合酶（CHS）基因后，同一棵植株上能開出不同顏色的花，或純白，或紫白相間，甚至在同一枝上，花朵的顏色也各異。A：在蛋白質(zhì)的改良方面，由于某一作物種子往往缺少某幾種必需氨基酸，通過基因工程改變蛋白質(zhì)的必需氨基酸的組成，從而改善植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。將從玉米種子克隆的富含必需氨基酸的玉米醇溶蛋白（Zein）基因，用馬鈴薯塊莖專一性表達(dá)的啟動(dòng)子啟動(dòng)，導(dǎo)入馬鈴薯后，田間轉(zhuǎn)基因植物的塊莖中必需氨基酸含量提高10％以上，含硫氨基酸的增加尤為顯著。甜蛋白對(duì)改進(jìn)果蔬產(chǎn)品（如番茄、馬鈴薯等）的風(fēng)味也是一條重要的途徑。西瓜中轉(zhuǎn)入甜蛋白基因，糖尿病患者。B：利用基因工程改造淀粉的目標(biāo)有二：一是提高淀粉的質(zhì)量，通過導(dǎo)入淀粉粒結(jié)合的淀粉合成酶的反義RNA基因，改變馬鈴薯直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例已獲成功；二是提高淀粉的含量。在淀粉合成中ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（ADP-glucosepyrophosphorylase）是關(guān)鍵酶。Monsanto公司將由大腸桿菌的突變體克隆的不受反饋抑制的ADP-葡萄糖焦磷酸化酶基因轉(zhuǎn)入馬鈴薯后可使塊莖的淀粉和干物質(zhì)含量平均增加24％。C：在改變油料作物油脂的組成方面，近年來已取得一系列重要的突破。這方面的主要目標(biāo)是改變油脂的不飽和度以及脂肪鏈的長(zhǎng)度。用于醫(yī)藥生產(chǎn)的植物基因工程發(fā)展也很迅速，通過轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)藥物已成為一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)。生產(chǎn)的藥物已有干擾素、胰島素、疫苗等，在園藝植物中生菜、番茄、馬鈴薯、香蕉都是生產(chǎn)植物疫苗的良好受體植物。（生吃，蛋白含量高等）肺結(jié)核疫苗—卡介苗利用轉(zhuǎn)基因馬鈴薯生產(chǎn)。二植物基因工程的方法和步驟1目的基因的分離和克?。?）鳥槍法

（構(gòu)建基因組文庫）含目的基因的基因組DNA，用適當(dāng)?shù)南拗菩詢?nèi)切酶切割成片段，再用粘粒（cosimid）、λ噬菌體（λphage）、細(xì)菌人工染色體（BAC）或酵母人工染色體（YAC）進(jìn)行體外重組，形成重組DNA分子，轉(zhuǎn)化到大腸桿菌，形成基因文庫，然后用探針篩選基因組文庫獲得目的基因全長(zhǎng)。（2）mRNA分離法（構(gòu)建cDNA文庫）在特定的組織器官中，特異表達(dá)的基因就會(huì)轉(zhuǎn)錄出特異的mRNA。提取mRNA用反轉(zhuǎn)錄酶反轉(zhuǎn)錄合成cDNA，構(gòu)建cDNA文庫。與不同植物組織提取的mRNA標(biāo)記探針雜交作差示篩選技術(shù)即可獲得組織特異性表達(dá)的基因。（3）轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽法及T-DNA插入突變法通過轉(zhuǎn)座子插入目的基因，使原表型突變。目前常用的是玉米轉(zhuǎn)座子Ac/Ds系統(tǒng)隨機(jī)插入植株，大量篩選突變體，獲取使植株表型發(fā)生變異的基因。基因組時(shí)代—后基因組時(shí)代，基因的功能。水稻、擬南芥等應(yīng)用較多。（4）基因圖譜的克隆法隨著植物DNA限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP）的高飽和度作圖，植物每條染色體上都有相當(dāng)數(shù)量的分子標(biāo)記。可直接找出與標(biāo)記緊密連鎖的目的基因，或通過染色體步移（chromosomewalking）查找到目的基因。然而有些作物基因組很大，基因很復(fù)雜，實(shí)際操作中存在不少困難，有人試圖首先在分子量較小的模式植物擬南芥中克隆抗病基因，然后利用同源性進(jìn)一步鑒定分離其它相應(yīng)的抗病基因，為植物抗病基因克隆走出一條捷徑。2植物表達(dá)載體的構(gòu)建

基因工程的最終目標(biāo)之一是在一個(gè)適合的載體系統(tǒng)中，使外源基因得到高效表達(dá)，從而產(chǎn)生具有重要經(jīng)濟(jì)意義和價(jià)值的基因工程產(chǎn)品。構(gòu)建植物表達(dá)載體就是在目的基因的5’端加上啟動(dòng)子，在基因的3’端加上終止子，以便使外源基因能在植物中有效地表達(dá)，充分發(fā)揮其功能；還必須加上選擇性標(biāo)記基因，篩選標(biāo)記基因；如要增強(qiáng)基因的表達(dá)，還可以加上增強(qiáng)子和內(nèi)含子，表達(dá)載體的構(gòu)建是一個(gè)比較復(fù)雜的過程。植物表達(dá)載體多數(shù)來源于根癌農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒。目前廣泛使用的是改造的Ti質(zhì)粒雙元載體系統(tǒng)，近幾年又發(fā)展了適用于基因槍轉(zhuǎn)化的共轉(zhuǎn)化載體。受體Ti質(zhì)粒共整合中間載體中間載體Vir基因協(xié)助質(zhì)粒（Ti質(zhì)粒）VIRLBoriTRBVIRLBRBMCSHOM+A共整合載體系統(tǒng)B雙元載體系統(tǒng)MCST-DNA啟動(dòng)子為使目標(biāo)基因在植物中具有較高的表達(dá)效率，植物表達(dá)載體最主要的是選用合適的啟動(dòng)子。對(duì)于雙子葉植物而言，花椰菜花葉病毒35S啟動(dòng)子具有很高的表達(dá)效率；而對(duì)于單子葉植物而言，Ubiqutin啟動(dòng)子則可以使目的基因具有很高的表達(dá)效率。按其作用方式和功能可將這些啟動(dòng)子分為三類：組成型啟動(dòng)子、誘導(dǎo)型啟動(dòng)子和組織特異性啟動(dòng)子。如需要目的基因在植物的各個(gè)部位各個(gè)時(shí)期都表達(dá)，就選擇組成型啟動(dòng)子；如需要目的基因在特定的時(shí)間表達(dá)就選用發(fā)育特異啟動(dòng)子或誘導(dǎo)性啟動(dòng)子；如需要目的基因在特定的部位表達(dá)就選用組織特異性表達(dá)的啟動(dòng)子。3目的（外源）基因的導(dǎo)入

外源基因?qū)氲街参镉腥齻€(gè)關(guān)鍵因素是必需考慮的。首先要有適宜的基因（包括目的基因、標(biāo)記基因或報(bào)告基因）和合適的選擇條件；其次是組織培養(yǎng)系統(tǒng)，植物細(xì)胞必需有效地再生成株；第三是轉(zhuǎn)基因的途徑和方法，要求損失小、頻率高且外源基因能穩(wěn)定地整合到基因組，并且具有正常的時(shí)空表達(dá)能力。目前植物基因轉(zhuǎn)移方法很多，歸結(jié)起來，有三類：載體轉(zhuǎn)化系統(tǒng)（包括農(nóng)桿菌載體和病毒載體）、物理化學(xué)的DNA介導(dǎo)轉(zhuǎn)化和種質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。轉(zhuǎn)化受體可以是原生質(zhì)體或是植物組織，如培養(yǎng)的細(xì)胞、未成熟胚、器官分生細(xì)胞、花粉等。任何一種方法都不是十全十美，只能根據(jù)研究目的加以靈活利用。轉(zhuǎn)基因方法：(1)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化

根癌農(nóng)桿菌是一種革蘭氏陰性土壤桿菌，寄主范圍非常廣泛，在自然狀態(tài)下，能通過傷口侵染植物，導(dǎo)致冠癭瘤的發(fā)生。農(nóng)桿菌中存在一種與腫瘤誘導(dǎo)有關(guān)的質(zhì)粒，即Ti質(zhì)粒。該質(zhì)粒能夠把本身質(zhì)粒的一段DNA轉(zhuǎn)移至植物細(xì)胞，并整合進(jìn)植物基因組得以表達(dá)，從而導(dǎo)致植物冠癭瘤的發(fā)生，可轉(zhuǎn)移的DNA片段稱為T-DNA?？梢詫-DNA區(qū)段上的致瘤基因和其他無關(guān)序列去掉，插入外源目的基因，從而實(shí)現(xiàn)利用Ti質(zhì)粒作為外源基因載體的目的。特點(diǎn)：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化頻率高，周期短，可以轉(zhuǎn)移大片段DNA，可用于不同植物組織，因而受到人們的青睞，一般適用于雙子葉植物。目前所報(bào)道的基因轉(zhuǎn)移絕大多數(shù)多是以農(nóng)桿菌介導(dǎo)的。目前主要利用根癌農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒和發(fā)根農(nóng)桿菌的Ri質(zhì)粒，目前應(yīng)用最為廣泛的是葉盤法，它是先將含有外源基因的農(nóng)桿菌感染葉片（葉盤），再將葉盤與農(nóng)桿菌共培養(yǎng)，再用抗生素施行選擇，使帶有插入基因的細(xì)胞再生成株。此法簡(jiǎn)單有效。將葉盤法稍加改進(jìn)就有利用子葉、莖段、下胚軸、韌皮組織、塊莖薄壁組織等方法。許多雙子葉植物通過此法都得到了轉(zhuǎn)基因植株。(2)DNA理化轉(zhuǎn)移法適用于一些重要的禾谷類單子葉植物和一些組織培養(yǎng)技術(shù)仍有困難雙子葉作物，如豆科植物。電融合法（電激法）：電脈沖誘導(dǎo)原生質(zhì)膜產(chǎn)生瞬時(shí)孔洞（孔徑約30nm，可持續(xù)幾分鐘），使DNA分子進(jìn)入細(xì)胞。電擊法轉(zhuǎn)移已用在水稻、玉米、小麥等禾谷類作物上獲得穩(wěn)定轉(zhuǎn)化的細(xì)胞系或植株。此外基因瞬間表達(dá)的轉(zhuǎn)化研究也廣泛使用電擊轉(zhuǎn)移法?，F(xiàn)在已發(fā)展到用完整植物組織或器官進(jìn)行電擊基因轉(zhuǎn)移?；驑尫ǎ夯驑專╩icroprojectiles）是將DNA附著在高速鎢粉或金粉粒子表面而被打入細(xì)胞內(nèi)，粒子大小通常在1~3μm，借助爆炸力、高壓氣體或電子沖擊波打入到植物活細(xì)胞內(nèi)。通過基因槍轉(zhuǎn)化，已在水稻、玉米、小麥、木薯、大白菜等多種作物上獲得成功?；瘜W(xué)刺激質(zhì)粒進(jìn)入原生質(zhì)體、微注射、超聲波處理法、電泳法(3)種質(zhì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化法

該方法借助生物自身的種質(zhì)細(xì)胞為媒體，特別是植物的生殖系統(tǒng)的細(xì)胞（花粉、卵細(xì)胞、子房、幼胚等）以及細(xì)胞的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化目的。主要包括花粉管通道法、胚囊及子房注射法和生殖細(xì)胞浸泡法。我國(guó)著名的分子生物學(xué)家周光宇教授在1974年首次提出花粉管通道法，是指植物授粉后使外源DNA沿著花粉管滲入，經(jīng)過珠心通道進(jìn)入胚囊，轉(zhuǎn)化尚不具備正常細(xì)胞壁的卵、合子或早期胚胎細(xì)胞的一種轉(zhuǎn)基因技術(shù)。理論上說這一技術(shù)可應(yīng)用于任何開花植物。水稻、棉花、小麥、大豆等作物上已有成功的報(bào)道，部分獲得分子證據(jù)。3目的（外源）基因的導(dǎo)入

外源基因?qū)氲街参镉腥齻€(gè)關(guān)鍵因素是必需考慮的。首先要有適宜的基因（包括目的基因、標(biāo)記基因或報(bào)告基因）和合適的選擇條件；其次是組織培養(yǎng)系統(tǒng)，植物細(xì)胞必需有效地再生成株；第三是轉(zhuǎn)基因的途徑和方法，要求損失小、頻率高且外源基因能穩(wěn)定地整合到基因組，并且具有正常的時(shí)空表達(dá)能力。目前植物基因轉(zhuǎn)移方法很多，歸結(jié)起來，有三類：載體轉(zhuǎn)化系統(tǒng)（包括農(nóng)桿菌載體和病毒載體）、物理化學(xué)的DNA介導(dǎo)轉(zhuǎn)化和種質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。轉(zhuǎn)化受體可以是原生質(zhì)體或是植物組織，如培養(yǎng)的細(xì)胞、未成熟胚、器官分生細(xì)胞、花粉等。任何一種方法都不是十全十美，只能根據(jù)研究目的加以靈活利用。轉(zhuǎn)基因方法：(1)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化

根癌農(nóng)桿菌是一種革蘭氏陰性土壤桿菌，寄主范圍非常廣泛，在自然狀態(tài)下，能通過傷口侵染植物，導(dǎo)致冠癭瘤的發(fā)生。農(nóng)桿菌中存在一種與腫瘤誘導(dǎo)有關(guān)的質(zhì)粒，即Ti質(zhì)粒。該質(zhì)粒能夠把本身質(zhì)粒的一段DNA轉(zhuǎn)移至植物細(xì)胞，并整合進(jìn)植物基因組得以表達(dá)，從而導(dǎo)致植物冠癭瘤的發(fā)生，可轉(zhuǎn)移的DNA片段稱為T-DNA。可以將T-DNA區(qū)段上的致瘤基因和其他無關(guān)序列去掉，插入外源目的基因，從而實(shí)現(xiàn)利用Ti質(zhì)粒作為外源基因載體的目的。特點(diǎn)：農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化頻率高，周期短，可以轉(zhuǎn)移大片段DNA，可用于不同植物組織，因而受到人們的青睞，一般適用于雙子葉植物。目前所報(bào)道的基因轉(zhuǎn)移絕大多數(shù)多是以農(nóng)桿菌介導(dǎo)的。中間載體Vir基因協(xié)助質(zhì)粒（Ti質(zhì)粒）VIRLBoriTRB+

雙元載體系統(tǒng)MCST-DNA目前主要利用根癌農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒和發(fā)根農(nóng)桿菌的Ri質(zhì)粒目前應(yīng)用最為廣泛的是葉盤法，它是先將含有外源基因的農(nóng)桿菌感染葉片（葉盤），再將葉盤與農(nóng)桿菌共培養(yǎng)，再用抗生素施行選擇，使帶有插入基因的細(xì)胞再生成株。此法簡(jiǎn)單有效。將葉盤法稍加改進(jìn)就有利用子葉、莖段、下胚軸、韌皮組織、塊莖薄壁組織等方法。許多雙子葉植物通過此法都得到了轉(zhuǎn)基因植株。(2)DNA理化轉(zhuǎn)移法適用于一些重要的禾谷類單子葉植物和一些組織培養(yǎng)技術(shù)仍有困難雙子葉作物，如豆科植物。要求載體DNA分子免受核酶降解。電融合法（電擊法）：電脈沖誘導(dǎo)原生質(zhì)膜產(chǎn)生瞬時(shí)孔洞（孔徑約30nm，可持續(xù)幾分鐘），使DNA分子進(jìn)入細(xì)胞。電擊法轉(zhuǎn)移已用在水稻、玉米、小麥等禾谷類作物上獲得穩(wěn)定轉(zhuǎn)化的細(xì)胞系或植株。此外基因瞬間表達(dá)的轉(zhuǎn)化研究也廣泛使用電擊轉(zhuǎn)移法?，F(xiàn)在已發(fā)展到用完整植物組織或器官進(jìn)行電擊基因轉(zhuǎn)移?；驑尫ǎ夯驑專╩icroprojectiles）是將DNA附著在高速鎢粉或金粉粒子表面而被打入細(xì)胞內(nèi)，粒子大小通常在1~3μm，借助爆炸力、高壓氣體或電子沖擊波打入到植物活細(xì)胞內(nèi)。通過基因槍轉(zhuǎn)化，已在水稻、玉米、小麥、木薯、大白菜等多種作物上獲得成功?；瘜W(xué)刺激質(zhì)粒進(jìn)入原生質(zhì)體、微注射、超聲波處理法、電泳法(3)種質(zhì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化法

該方法借助生物自身的種質(zhì)細(xì)胞為媒體，特別是植物的生殖系統(tǒng)的細(xì)胞（花粉、卵細(xì)胞、子房、幼胚等）以及細(xì)胞的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化目的。主要包括花粉管通道法、胚囊及子房注射法和生殖細(xì)胞浸泡法（擬南芥，P229）。我國(guó)著名的分子生物學(xué)家周光宇教授在1974年首次提出花粉管通道法，是指植物授粉后使外源DNA沿著花粉管滲入，經(jīng)過珠心通道進(jìn)入胚囊，轉(zhuǎn)化尚不具備正常細(xì)胞壁的卵、合子或早期胚胎細(xì)胞的一種轉(zhuǎn)基因技術(shù)。理論上說這一技術(shù)可應(yīng)用于任何開花植物。水稻、棉花、小麥、大豆等作物上已有成功的報(bào)道，部分獲得分子證據(jù)。4轉(zhuǎn)基因植株的鑒定

進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化后，獲得的芽、完整的植株等為T0（轉(zhuǎn)化0代），由它們通過有性繁殖產(chǎn)生的后代分別稱為T1，T2等。遺傳轉(zhuǎn)化后，外源基因是否進(jìn)入植物細(xì)胞，進(jìn)入植物細(xì)胞的外源基因是否整合到植物染色體上，整合的方式如何，整合到染色體上的外源基因是否表達(dá)，這一系列問題需要進(jìn)行分子檢測(cè)。目前認(rèn)為轉(zhuǎn)基因植物的證據(jù)應(yīng)有以下幾點(diǎn)：第一，要有嚴(yán)格的對(duì)照（包括陽性及陰性對(duì)照）；第二，轉(zhuǎn)化當(dāng)代要提供外源基因整合和表達(dá)的分子生物學(xué)證據(jù)，物理數(shù)據(jù)（Southern雜交，Northern雜交，Western雜交）與表型數(shù)據(jù)（酶活性分析或其它）；第三，提供外源基因控制的表型性狀證據(jù)（如抗蟲、抗病等）；第四，根據(jù)該植物的繁殖方式（有性繁殖還是無性繁殖）提供遺傳證據(jù)。（1）外源基因整合的鑒定

PCR（polymerasechainreaction，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）是模擬DNA聚合酶在生物體內(nèi)的催化作用，根據(jù)檢測(cè)的目的片段及一定的原則設(shè)計(jì)引物，與模板DNA經(jīng)過變性、退火、延伸三步驟的數(shù)個(gè)循環(huán)，對(duì)特異DNA序列進(jìn)行擴(kuò)增，可以在一只小小的離心管中幾小時(shí)內(nèi)使目的DNA片段擴(kuò)增數(shù)百萬倍。PCR檢測(cè)所需的模板量?jī)H為10ng以內(nèi)。證明外源基因在植物染色體上整合的最可靠的方法是DNASouthern雜交，只有經(jīng)過分子雜交鑒定過的植物才可以稱為轉(zhuǎn)基因植物。

PCR-Southern雜交是一種近年來開始檢測(cè)外源基因整合的方法。其首先對(duì)被檢材料進(jìn)行外源基因的PCR擴(kuò)增，然后再用目的基因的同源探針與擴(kuò)增的特異性條帶進(jìn)行雜交。A.雙鏈模板DNA（90-95℃，變性30-120s形成單鏈）；B.加入特異引物（5`端引物和3`端引物，56-65℃復(fù)性）；C.延伸（一般為72℃，1-2min);D.再變性（90-95℃，形成單鏈）；E.再復(fù)性PCR（polymorasechainreaction）技術(shù)及原理PCR儀器PCR儀器水平電泳槽裝置PCR擴(kuò)增產(chǎn)物在瓊脂糖凝膠進(jìn)行電泳的結(jié)果轉(zhuǎn)基因植物PCR鑒定分子雜交（Southern雜交和Northern雜交）核酸分子雜交是指同一分子來源但具有互補(bǔ)序列的兩條多核苷酸鏈，通過堿基配對(duì)形成穩(wěn)定的雙鏈分子的過程。其中的一條鏈被標(biāo)記上，該標(biāo)記可以通過某種特定方法檢測(cè)出，即是被合成的探針。探針與其互補(bǔ)的核苷酸序列雜交后，雜交體也就帶上了同樣的標(biāo)記，可以被檢測(cè)出來。它具有靈敏性高、特異性強(qiáng)的特點(diǎn)，是目前鑒定外源基因整合及表達(dá)的權(quán)威方法。根據(jù)雜交時(shí)所運(yùn)用的方法，核酸分子雜交可分為印跡雜交、斑點(diǎn)雜交、細(xì)胞原位雜交等。用于鑒定轉(zhuǎn)基因植株的雜交有Southern雜交和Northern雜交。Southern雜交是以DNA為探針，檢測(cè)DNA鏈，用于檢測(cè)外源基因是否整合到植物染色體及插入的拷貝數(shù)；Northern雜交以DNA為探針，檢測(cè)RNA鏈，用于檢測(cè)外源基因的轉(zhuǎn)錄。提取的基因組DNA凝膠電泳結(jié)果圖基因組DNASouthern酶切結(jié)果圖雜交爐轉(zhuǎn)基因植株Southern鑒定（2）外源基因轉(zhuǎn)錄水平的鑒定

基因表達(dá)分為轉(zhuǎn)錄及翻譯兩階段，轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板合成mRNA的過程，翻譯是以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程，檢測(cè)外源基因的表達(dá)就是檢測(cè)特異mRNA及特異蛋白質(zhì)的生成。所以基因表達(dá)檢測(cè)分為兩個(gè)水平：即轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)特異mRNA的檢測(cè)和翻譯水平上對(duì)特異蛋白質(zhì)的檢測(cè)。轉(zhuǎn)錄水平上的檢測(cè)主要方法是Northern雜交。RNA甲醛變性電泳Northern雜交結(jié)果圖18sRNA28sRNA（3）外源基因表達(dá)蛋白的檢測(cè)外源基因翻譯表達(dá)的蛋白的檢測(cè)方法有生化反應(yīng)檢測(cè)法、免疫學(xué)檢測(cè)法和生物學(xué)活性的檢測(cè)三種。生化反應(yīng)檢測(cè)法主要通過酶反應(yīng)來檢測(cè)。免疫學(xué)檢測(cè)法是通過目的蛋白（抗原）與其抗體的特異性結(jié)合進(jìn)行檢測(cè)，具體方法有Western雜交、酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）及免疫沉淀法。（4）報(bào)告基因的酶法檢測(cè)報(bào)告基因多數(shù)是編碼酶的基因，如GUS、CAT、NOS等。通過對(duì)酶活性的分析，可對(duì)基因表達(dá)水平進(jìn)行定量或定位分析。同樣，報(bào)告基因亦可進(jìn)行DNA雜交分析或PCR擴(kuò)增分析。外源基因Kanr報(bào)告基因啟動(dòng)子終止子三基因工程的安全性評(píng)定1.轉(zhuǎn)基因植物的風(fēng)險(xiǎn)性

植物基因工程產(chǎn)品在商品化的過程中會(huì)遇到許多挑戰(zhàn)，既包括作為一個(gè)新品種所必須具備的種種特性，還包括一些與傳統(tǒng)育種無關(guān)的挑戰(zhàn)。這種商品是帶有一個(gè)外源基因的有機(jī)體，為保證消費(fèi)者、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)以及環(huán)境的安全，需建立一套管理程序阻止有害的重組微生物的泄漏與重新分配。從本質(zhì)上講，轉(zhuǎn)基因植物和常規(guī)育成的品種是一樣的，兩者都是在原有品種的基礎(chǔ)上對(duì)部分性狀進(jìn)行修飾，或增加新的性狀、或消除原來的不利性狀。但常規(guī)有性雜交僅限于種內(nèi)或近緣種間，而轉(zhuǎn)基因植物中的外源基因可來自植物、動(dòng)物和微生物，人們對(duì)有可能出現(xiàn)的新組合、新性狀是否會(huì)影響人類健康和生物環(huán)境還缺乏清楚的認(rèn)識(shí)，也不能完全精確地預(yù)測(cè)一個(gè)外源基因在新的遺傳背景中所產(chǎn)生的相互作用。

目前對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的安全性評(píng)價(jià)主要包括兩方面：環(huán)境安全性和食品安全性。（1）雜草化問題：隨著轉(zhuǎn)基因植物環(huán)境釋放種類增多，規(guī)模增大，在其釋放后轉(zhuǎn)基因植物是否會(huì)變成不可控制的雜草等問題成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。目前轉(zhuǎn)基因植物的插入特性以抗除草劑的為多，其次是抗蟲和抗病毒，然后是抗逆。某些植物由于導(dǎo)入了新的基因，而使它對(duì)親本植物或其野生種有更強(qiáng)的生存能力。這類轉(zhuǎn)基因植物的釋放和擴(kuò)散，因其過旺的生存力，會(huì)破壞自然界植物的多樣性，使其本身成為雜草。轉(zhuǎn)基因植物釋放后，成為雜草有三種可能：轉(zhuǎn)基因植物本身成為雜草；使某種雜草變得更加難以控制；轉(zhuǎn)基因植物侵入新的生態(tài)領(lǐng)域，破壞了生態(tài)平衡從而成為雜草。（2）基因擴(kuò)散

基因擴(kuò)散主要是通過花粉、種子傳播來實(shí)現(xiàn)的。隨著世界經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易的發(fā)展，轉(zhuǎn)基因植物的種子可以很快從一個(gè)洲到另一個(gè)洲；從少有近緣野生種達(dá)到地區(qū)轉(zhuǎn)移至大量該作物近緣野生種的區(qū)域。由此造成的轉(zhuǎn)基因擴(kuò)散迅速且大規(guī)模，因此國(guó)際間共同防范轉(zhuǎn)基因擴(kuò)散是必要的。迄今為止，大部分轉(zhuǎn)基因植物的田間釋放是小規(guī)模的，再加上細(xì)致的管理，因而還沒有轉(zhuǎn)基因植物的釋放導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)學(xué)風(fēng)險(xiǎn)或者導(dǎo)致對(duì)環(huán)境產(chǎn)生惡劣的影響的報(bào)道。然而，許多影響是長(zhǎng)期的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)這些轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)入市場(chǎng)在農(nóng)業(yè)中廣泛推廣時(shí)，就需要對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的大規(guī)模釋放的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行細(xì)致研究。（3）食品安全性轉(zhuǎn)基因植物食品的安全性問題主要包括有無毒性物質(zhì)及有無過敏性蛋白。在下列情況下轉(zhuǎn)基因植物食品可能產(chǎn)生過敏性：所轉(zhuǎn)基因編碼已知的過敏蛋白；基因源含有過敏蛋白；Nebraska大學(xué)食品科技系證明，表達(dá)巴西堅(jiān)果2S清蛋白的大豆有過敏性這是轉(zhuǎn)基因植物未被批準(zhǔn)商業(yè)化的一個(gè)例子。轉(zhuǎn)入蛋白與已知過敏蛋白的氨基酸序列在免疫學(xué)上有明顯的同源性；轉(zhuǎn)入的蛋白屬某類蛋白的成員，而這類蛋白家族中的有些成員是過敏蛋白。如Profilins（肌動(dòng)蛋白抑制蛋白）為一類小分子量蛋白，分子量為1.2~1.5KD，在脊椎動(dòng)物、植物及真菌中普遍存在，不同植物的Profilins有相對(duì)保守的氨基酸序列，已知花粉、蔬菜、水果中的Profilins為交叉反應(yīng)過敏原。食品安全性中的另一個(gè)重要問題是標(biāo)記基因的安全性評(píng)價(jià)。目前認(rèn)為轉(zhuǎn)基因植物食品中標(biāo)記基因的DNA水平轉(zhuǎn)移至腸道微生物的可能性極小，Kanr(aph3`-II)基因及編碼EPSPS的草甘膦抗性標(biāo)記基因已被批準(zhǔn)在商業(yè)化的轉(zhuǎn)基因植物中安全使用。Nature（1999）一篇文章報(bào)道：蘇格蘭一位高級(jí)研究人員發(fā)現(xiàn)，用抗蟲的基因工程馬鈴薯（能表達(dá)植物凝結(jié)素）喂養(yǎng)老鼠，老鼠出現(xiàn)生長(zhǎng)緩慢、體重減輕、免疫力下降等癥狀。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果已引起世界各國(guó)科學(xué)家的重視。對(duì)已獲準(zhǔn)在西班牙和美國(guó)商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因玉米和棉花進(jìn)行針對(duì)性研究后，科學(xué)家認(rèn)為，轉(zhuǎn)基因作物可能引發(fā)腦膜炎和其它新病種。雖然產(chǎn)生這種新病種的可能性很小，但如果出現(xiàn)無法治療并會(huì)廣泛傳播的對(duì)生命造成嚴(yán)重威脅的疾病時(shí)，其后果將不堪設(shè)想。2.安全評(píng)性價(jià)的意義

生物安全是指生物技術(shù)從研究、開發(fā)、生產(chǎn)到實(shí)際應(yīng)用整個(gè)過程中的安全性問題。基因工程技術(shù)的出現(xiàn)，使人類對(duì)有機(jī)體的操作能力大大加強(qiáng)，基因可在動(dòng)物、植物和微生物之間相互轉(zhuǎn)移，甚至可將人工設(shè)計(jì)合成的基因轉(zhuǎn)入到生物體內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，創(chuàng)造出許多前所未有的新性狀、新產(chǎn)品甚至新物種，這就有可能產(chǎn)生人類目前的科技知識(shí)水平所不能預(yù)見的后果，危害人類健康、破壞生態(tài)環(huán)境。生物安全性評(píng)價(jià)就是要對(duì)生物技術(shù)（主指基因工程）活動(dòng)本身及其產(chǎn)品，可能對(duì)人類和環(huán)境的不利影響及其不確定性和風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，并采取必要的措施加以管理和控制，使之降低到可接受的程度，以保障人類的健康和環(huán)境的安全。3安全性評(píng)價(jià)與控制措施生物安全性評(píng)價(jià)的核心是安全性評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)控制。任何一種技術(shù)都不可能是100％的安全性，對(duì)安全性控制過高、控制過嚴(yán)，會(huì)妨礙生物技術(shù)的發(fā)展；對(duì)安全性要求過低、控制過松甚至不加管理，也可能使人類健康和環(huán)境遭受嚴(yán)重威脅。（P232）各國(guó)在生物安全的法則、條例、準(zhǔn)則的制定上不盡相同，但通常都包括生物安全等級(jí)、控制管理和管理體系三個(gè)主要部分。在我國(guó)，1993年12月24日國(guó)家科委頒布實(shí)施了我國(guó)第一部生物技術(shù)管理法規(guī)――《基因工程安全管理辦法》（簡(jiǎn)稱《辦法》），1996年7月10日頒布了《農(nóng)業(yè)生物技術(shù)基因工程安全管理實(shí)施辦法》（簡(jiǎn)稱《實(shí)施辦法》），在1998年又發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生物基因工程安全管理的通知》，使我國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的研究和開發(fā)步入有序的軌道；衛(wèi)生部對(duì)口負(fù)責(zé)我國(guó)醫(yī)藥產(chǎn)品的審批，并制定了《新藥評(píng)審辦法》和《新生物制品審批辦法》；另外，食品生物技術(shù)產(chǎn)品的安全管理細(xì)則即將出臺(tái)。這樣我國(guó)生物安全的管理體系就初步形成。對(duì)于基因工程工作安全等級(jí)的劃分，是根據(jù)其是否對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境尚不存在危險(xiǎn)、具有低度危險(xiǎn)、具有中度危險(xiǎn)、具有高度危險(xiǎn)等相應(yīng)地劃分為安全等級(jí)I、II、III、IV。4.申報(bào)與審批制度

從事基因工程工作的單位，應(yīng)當(dāng)依據(jù)遺傳工程產(chǎn)品適用性質(zhì)和安全等級(jí)，分類分級(jí)進(jìn)行申報(bào)，經(jīng)審批同意后方能進(jìn)行。凡在我國(guó)境內(nèi)從事基因工程工作的都要履行申報(bào)手續(xù)。屬于安全等級(jí)I、II的，由本單位行政負(fù)責(zé)人審批；屬于安全等級(jí)III的，由上級(jí)主管部門審批；屬于安全等級(jí)IV的由農(nóng)業(yè)部審查并報(bào)全國(guó)基因工程安全委員會(huì)審批。每年可申報(bào)2次，受理的截至日期分別是6月31日和9月30日。誰研制，誰申報(bào)。申報(bào)獲得批準(zhǔn)的項(xiàng)目要嚴(yán)格按照批準(zhǔn)的時(shí)間、地點(diǎn)和范圍實(shí)施。未獲批準(zhǔn)的項(xiàng)目及未申報(bào)的項(xiàng)目不得繼續(xù)從事基因工程研究和開發(fā)工作。經(jīng)同意商品化生產(chǎn)后，方可按有關(guān)法規(guī)（如種子法）和管理渠道申請(qǐng)相關(guān)的審定或登記。四基因工程在園藝植物育種中的作用和應(yīng)用前景園藝作物的色香味是消費(fèi)者和育種家共同關(guān)注的三大性狀．這些性狀在很大程度上是由次生代謝產(chǎn)物控制的．目前已有研究證明，可利用基因工程技術(shù)改變次生產(chǎn)物代謝途徑從而控制圖色的性狀．若某一特定性狀主要由一種目標(biāo)化學(xué)成分控制，只要限制這種成分的生成量就很容易改變?cè)撔誀睿芏喾N植物的類黃酮、花青素和類胡蘿卜素等色素的生物合成途徑都已作過研究者成途徑中編碼每一種酶的某些基因也已分離成功，現(xiàn)已利用其中某些基因，通過截?cái)嗌睾铣赏緩交虼偈鼓撤N作物的稀有色家形成來控制花朵或果品的顏色．但在控制味道或芳香成分合成途徑方面的研究并無先例．阻礙此類分子育種的關(guān)卡，目前是，將來可能仍然是由于缺乏某一特定性狀的生化知識(shí)所致，然而這種富有潛在意義的育種策略，近期將有可能在一定限度內(nèi)獲得非常令人矚目的應(yīng)用．

美國(guó)北達(dá)科他州的發(fā)根的楊樹（造紙）。第二節(jié)分子標(biāo)記輔助育種一分子標(biāo)記輔助育種概念

DNA分子標(biāo)記是指在DNA分子水平上通過一定方式或特殊手段來反映生物個(gè)體之間或種群之間具有差異性狀的DNA片段。

借助于目標(biāo)基因緊密連鎖的遺傳標(biāo)記的基因型分析，鑒定分離群體中含有目標(biāo)基因的個(gè)體，以提高選擇的效率，即采用標(biāo)記輔助選