畢業(yè)論文：談基因工程技術(shù)如何應(yīng)用于植物

1、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)選修課論文課程名稱 生態(tài)信息學(xué)概論 論文題目 談基因工程技術(shù)如何應(yīng)用于植物所在學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 指導(dǎo)老師 分子生物學(xué) 談基因工程技術(shù)如何應(yīng)用于植物摘要：通過(guò)基因工程改良品種在未來(lái)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中日益顯示出巨大潛力。盡管科學(xué)家們對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的爭(zhēng)論仍在繼續(xù)，但可以肯定的是，轉(zhuǎn)基因植物作為一項(xiàng)新興的生物技術(shù)的產(chǎn)物，在解決日益膨脹的地球人吃飯問(wèn)題和在解決長(zhǎng)期困惑人類發(fā)展的資源短缺、環(huán)境惡化、經(jīng)濟(jì)衰退三大難題中起著越來(lái)越重要的作用。本文綜述了基因工程技術(shù)在植物中的應(yīng)用，就轉(zhuǎn)基因植物的技術(shù)、發(fā)展、安全性和發(fā)展前景作了探討。關(guān)鍵詞：基因工程技術(shù)；轉(zhuǎn)基因植物；安全性；發(fā)展前景所謂轉(zhuǎn)基因植物是

2、指利用基因工程技術(shù)，在離體條件下對(duì)不同生物的DNA進(jìn)行加工，并按照人們的意愿和適當(dāng)?shù)妮d體重新組合，再將重組DNA轉(zhuǎn)入生物體或細(xì)胞內(nèi)，并使其在生物體內(nèi)或細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的植物。自1983年首次獲得轉(zhuǎn)基因植物以來(lái)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展十分迅速，成功的轉(zhuǎn)基因植物已達(dá)60多種，在世界上批準(zhǔn)進(jìn)入田間試驗(yàn)的轉(zhuǎn)基因植物已超過(guò)500例。1植物的轉(zhuǎn)基因技術(shù)由于植物的體細(xì)胞具有全能性，即單個(gè)的細(xì)胞經(jīng)過(guò)合適培養(yǎng)后可以生成完整的植株。將分離能夠編碼所需產(chǎn)物的DNA片段克隆到適當(dāng)?shù)妮d體DNA中形成重組DNA，利用細(xì)菌繁殖擴(kuò)增重組DNA并將重組DNA中的目的基因?qū)胨璧呐嘤闹参锛?xì)胞中，篩選出所需要的細(xì)胞，通過(guò)細(xì)胞的全能性將轉(zhuǎn)基因

3、植株大規(guī)模種植。其中外源基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法可分為DNA直接轉(zhuǎn)化和以載體為媒介的基因轉(zhuǎn)化。基因的直接轉(zhuǎn)移是通過(guò)物理化學(xué)法將外源基因轉(zhuǎn)入受體植物細(xì)胞的技術(shù)。常用的方法有化學(xué)刺激法、脂質(zhì)體法、顯微注射法和基因槍法等。其原理是利用物理化學(xué)方法暫時(shí)改變膜通透性，使DNA進(jìn)入細(xì)胞，并最終整合到植物基因組中。以載體為媒介的基因轉(zhuǎn)化即使通過(guò)農(nóng)桿菌或植物病毒介導(dǎo)感染受體植物將外源基因轉(zhuǎn)入植物細(xì)胞的技術(shù)。目前，載體法主要包括土壤農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒、Ri質(zhì)粒及植物DNA病毒等介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化法。2轉(zhuǎn)基因植物的篩選與檢測(cè)通過(guò)轉(zhuǎn)基因的方法將目的基因轉(zhuǎn)入目的植物的細(xì)胞后，轉(zhuǎn)化細(xì)胞與非轉(zhuǎn)化細(xì)胞相比都只占少數(shù)，兩者存在競(jìng)爭(zhēng)，而

4、轉(zhuǎn)化細(xì)胞的競(jìng)爭(zhēng)力通常比非轉(zhuǎn)化細(xì)胞弱，因此必須對(duì)轉(zhuǎn)化細(xì)胞進(jìn)行篩選和檢測(cè)。在構(gòu)建重組DNA時(shí)，人們已經(jīng)引入了標(biāo)記基因以對(duì)轉(zhuǎn)化子選擇和鑒定。報(bào)告基因由于其表達(dá)產(chǎn)物易于檢測(cè)，已廣泛用于轉(zhuǎn)基因植物中。根據(jù)報(bào)告基因編碼特點(diǎn)，大致分為兩類：抗性基因和編碼催化人工底物產(chǎn)生顏色變化的酶基因或發(fā)光基因。根據(jù)檢測(cè)的不同階段區(qū)分，有DNA檢測(cè)法、RNA檢測(cè)法及蛋白質(zhì)檢測(cè)法。DNA檢測(cè)法只能檢測(cè)到外源基因是否已經(jīng)整合到植物基因組中，而RNA檢測(cè)法得到的結(jié)果可判定外源基因是否轉(zhuǎn)錄，蛋白質(zhì)檢測(cè)法則可檢測(cè)出外源基因是否翻譯。3改進(jìn)轉(zhuǎn)基因的技術(shù)隨著植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的創(chuàng)立和發(fā)展，許多具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的農(nóng)作物獲得了轉(zhuǎn)基因植株，植物轉(zhuǎn)

5、基因技術(shù)成為植物育種的一個(gè)重要手段，但仍有許多問(wèn)題阻礙了轉(zhuǎn)基因技術(shù)在生產(chǎn)上的廣泛的應(yīng)用。將外源DNA導(dǎo)入植物細(xì)胞后，只有外源DNA在宿主細(xì)胞及其子代細(xì)胞中穩(wěn)定整合和有效的表達(dá)，才能培育出具有新的遺傳性狀的轉(zhuǎn)基因植物。大量研究表明外源基因在轉(zhuǎn)基因植物中有的能正常表達(dá)，有的表達(dá)量很低，甚至不表達(dá)，而且在不同的植株個(gè)體之間也存在著明顯差異。所以提高轉(zhuǎn)基因的表達(dá)，減少轉(zhuǎn)基因的失活是轉(zhuǎn)基因技術(shù)的一個(gè)重要內(nèi)容。提高外源基因表達(dá)水平的措施有:3.1農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化方法由于其產(chǎn)生的拷貝數(shù)相對(duì)較少，可以在一定程度上避免這個(gè)問(wèn)題。3.2使用信號(hào)肽，每種植物蛋白質(zhì)的作用空間位置都是不同的，蛋白質(zhì)分子的定向運(yùn)輸需

6、要特殊多肽信號(hào)的引導(dǎo)作用。3.3選擇強(qiáng)啟動(dòng)子和誘導(dǎo)型啟動(dòng)子3.4使用強(qiáng)終止子 常用的終止子時(shí)CaMV35S終止子和根瘤土壤桿菌T-DNA的胭脂氨基酸合成酶基因的nos終止子。3.5消除甲基化的影響 在載體上加上去甲基化功能的序列以防止甲基化。3.6使用植物偏愛(ài)的密碼子3.7使用MAR序列3.8使用增強(qiáng)子3.9對(duì)外源基因進(jìn)行修飾和改造3.10以葉綠體作為轉(zhuǎn)化受體3.11使用一些病毒編碼蛋白3.12在有性生殖后代中篩選單拷貝植株 4基因工程在農(nóng)作物上的應(yīng)用4.1抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因作物 最早獲得的轉(zhuǎn)Bt（蘇云金桿菌）毒素基因植物是煙草和番茄，隨后Bt毒素基因相繼被轉(zhuǎn)化到許多其他農(nóng)作物中，如棉花、水稻、玉米等

7、，獲得了一大批具良好抗蟲(chóng)性的轉(zhuǎn)基因植物品種。4.2抗病毒作物 植物病毒感染時(shí)一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，它可導(dǎo)致農(nóng)作物生長(zhǎng)緩慢、產(chǎn)量降低和質(zhì)量減退。轉(zhuǎn)基因植物的成功使作物抗病毒成為可能并加速了作物抗病育種的研究進(jìn)程。自1986年P(guān)owel-Abel首次將煙草花葉病毒（TMV）外殼蛋白（Cp）基因?qū)霟煵?，培育出抗TMV植株以來(lái)，已經(jīng)將許多 病毒成功的構(gòu)建了多種抗病毒植株，近幾年的研究結(jié)果表明病毒外殼蛋白在系統(tǒng)雜交保護(hù)中起著重要的作用，插入一段已克隆的CP基因可以延緩病毒的發(fā)展和阻止病毒在轉(zhuǎn)基因植株中進(jìn)一步傳播。4.3抗細(xì)菌和真菌作物 細(xì)菌和真菌病在全部植物病害中造成的損失最大，很多科學(xué)家都在嘗試從植物的生

8、物體內(nèi)尋找抗病原菌的蛋白及其基因，并將其用于植物基因工程。自1980年，瑞典科學(xué)家首次從美國(guó)惜古比天蠶種成功分離了3種誘導(dǎo)型的殺菌肽進(jìn)行了深入的研究。它們對(duì)很多種植物病原菌有較強(qiáng)的殺傷作用。現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，殺菌肽作用于細(xì)胞的細(xì)胞膜，破壞膜的完整性，造成離子通道，最終導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)含物泄露。目前，殺菌肽基因工程已經(jīng)在煙草、馬鈴薯等植物上有了初步報(bào)道。4.4抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物 人類自有農(nóng)業(yè)起就一直跟雜草作斗爭(zhēng)，它是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的大敵，但由于它具有較強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)性和抗逆性，所以給雜草的防治帶來(lái)了困難。在大量使用化學(xué)除草劑的同時(shí)往往會(huì)對(duì)作物造成一定的傷害。為此人們?cè)谘芯靠钩輨┗?，將該基因轉(zhuǎn)入植物，在

9、噴施除草劑殺死雜草時(shí)，不傷害作物。20世紀(jì)80年代中期，抗除草劑基因被轉(zhuǎn)入了作物體內(nèi)，從而獲得了抗除草劑的轉(zhuǎn)基因大豆、棉花、玉米、油菜、小麥等。4.5抗非生物脅迫作物 干旱時(shí)困擾農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素之一，它給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大的損失，這種損失甚至是毀滅性的。CMO基因是合成乙酰-甜菜堿第一步反應(yīng)關(guān)鍵酶的基因，具有很強(qiáng)的抗旱性。Rathinasabathi等獎(jiǎng)煙草中的CMO基因?qū)胨局?，獲得抗旱性較強(qiáng)的轉(zhuǎn)基因水稻?？梢韵嘈旁谖磥?lái)培育出的耐旱的新作物品種應(yīng)該是轉(zhuǎn)入多種共同作用的外源基因。5轉(zhuǎn)基因植物的安全性. 51轉(zhuǎn)基因植物的優(yōu)缺點(diǎn) 關(guān)于轉(zhuǎn)基因植物及其安全性問(wèn)題，是近年來(lái)的熱門(mén)話題，但目前國(guó)際上沒(méi)有

10、統(tǒng)一說(shuō)法，爭(zhēng)論不一。其主要優(yōu)點(diǎn)：增加食物供應(yīng)，解決糧食短缺；減少農(nóng)藥使用，避免環(huán)境污染；降低生產(chǎn)成本，降低食物售價(jià)；增加食物營(yíng)養(yǎng)，提高附加價(jià)值；增加食物種類，提升食物品質(zhì)；提高生產(chǎn)效率，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。其主要缺點(diǎn)：可能對(duì)蝴蝶等昆蟲(chóng)造成傷害；可能影響周邊植物的生長(zhǎng)；可能使昆蟲(chóng)或病菌在演化中增加抵抗力或產(chǎn)生新的物種，因此有可能會(huì)傷害作物。. 52轉(zhuǎn)基因食品的安全性和可接受性隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)基因食品的安全性越來(lái)越受到人們的關(guān)注。轉(zhuǎn)基因食品與傳統(tǒng)食品相比，區(qū)別在于：首先它含有利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)導(dǎo)人的外源基因；其次可能存在外源基因在受體內(nèi)的表達(dá)產(chǎn)物。由于這兩種成分的不確定性以及由此引起的次級(jí)效應(yīng)，

11、對(duì)人類健康可能有潛在的危害。目前人t fx轉(zhuǎn)基因食品生物的擔(dān)憂基本上可以歸納為3類：( 1)轉(zhuǎn)基因食品里加入的新基因無(wú)意中對(duì)消費(fèi)者造成的健康危害；( 2)轉(zhuǎn)基因作物中的新基因?qū)κ澄镦溒渌h(huán)節(jié)無(wú)意中造成的不良后果；( 3)人為強(qiáng)化轉(zhuǎn)基因作物的生存競(jìng)爭(zhēng)性，對(duì)自然界生物多樣性的影響。其中人們最為擔(dān)心的是轉(zhuǎn)基因食品對(duì)人體健康是否安全，轉(zhuǎn)基因食品與常規(guī)食品比較有無(wú)不安全的成分。這就需要對(duì)其主要營(yíng)養(yǎng)成分、微量營(yíng)養(yǎng)成分、抗?fàn)I養(yǎng)因子的變化、有無(wú)毒性物質(zhì)、有無(wú)過(guò)敏性蛋白以及轉(zhuǎn)入基因的穩(wěn)定性和插入突變進(jìn)行檢測(cè)。另外是人們對(duì). “基因逃逸”的擔(dān)心。所謂. “基因逃逸”，就是指微生物之間可以通過(guò)轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化、接合進(jìn)行基

12、因轉(zhuǎn)移。人們主要是擔(dān)心轉(zhuǎn)基因作物及基因食品的有害基因是否會(huì)逃逸到人體或環(huán)境中，加快抗藥性問(wèn)題。如野生植物種通過(guò)受粉可能會(huì)完成抗除草劑的基因改良，會(huì)變成. “超級(jí)雜草”，由此形成的具有非自然抗逆性的植物對(duì)那些以其為生的動(dòng)物們來(lái)說(shuō)，可能會(huì)導(dǎo)致生物鏈的斷裂。6轉(zhuǎn)基因植物的發(fā)展前景 轉(zhuǎn)基因植物在人類發(fā)展史上，是人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)和改造的結(jié)果，必將對(duì)人類的生存帶來(lái)重大影響。隨著人們對(duì)遺傳本質(zhì)認(rèn)識(shí)的深化和生物技術(shù)水平的不斷提高，大量的轉(zhuǎn)基因植物不斷涌現(xiàn)。通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)來(lái)改良作物的品質(zhì)是一個(gè)不可阻擋的趨勢(shì)，因?yàn)楝F(xiàn)在有許多問(wèn)題是無(wú)法通過(guò)常規(guī)育種來(lái)解決的，特別是耐旱、耐貧瘠等作物品種的培育。例如非洲的沙漠地區(qū)，如

13、果按照現(xiàn)在的育種手段，它的糧食產(chǎn)量根本不可能滿足基本生活保證，人們現(xiàn)在寄希望于通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)一些比較耐旱、耐貧瘠的作物，以解決因?yàn)橥恋乜筛娣e的減少而給人類帶來(lái)的壓力。另外，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以改良作物的營(yíng)養(yǎng)成分，現(xiàn)在非常知名的一個(gè)例子就是瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究所成功開(kāi)發(fā)的金色大米，它是通過(guò)將胡蘿卜素合成途徑的關(guān)鍵基因轉(zhuǎn)到水稻中去，生產(chǎn)出的大米是金黃色的，這種水稻含有VA的合成原料，在解決吃飯問(wèn)題的同時(shí)有助于治療因缺乏VA而導(dǎo)致的眼睛失明等疾病，這對(duì)于發(fā)展中國(guó)家非常重要。因此轉(zhuǎn)基因技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。但是，在大力發(fā)展轉(zhuǎn)基因食品的同時(shí)，應(yīng)建立完善的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品評(píng)價(jià)和監(jiān)控體系。1 993年，世界經(jīng)濟(jì)合作

14、與開(kāi)發(fā)組織發(fā)表了. “現(xiàn)代生物技術(shù)食品的安全評(píng)價(jià)概念和原則”，提出了. “質(zhì)量等同性概念”，其含義是. “當(dāng)某個(gè)由轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)的新食品的各項(xiàng)主要特征(分子學(xué)特征、遺傳形狀、主要營(yíng)養(yǎng)成分等)與現(xiàn)有食品大致相同，則認(rèn)為該新食品的安全性也與現(xiàn)有食品大體等同?！蔽覈?guó)政府也于1 993年、1 996年和2 001年分別頒布了有關(guān)條例和規(guī)定，要求對(duì)轉(zhuǎn)基因食品的試驗(yàn)、生產(chǎn)、應(yīng)用等實(shí)行生產(chǎn)許可證和經(jīng)營(yíng)許可證制度，同時(shí)對(duì)違規(guī)試驗(yàn)、生產(chǎn)、應(yīng)用、進(jìn)出口轉(zhuǎn)基因食品的機(jī)構(gòu)和人員，規(guī)定了嚴(yán)厲的處罰措施。但如何維護(hù)消費(fèi)者的知情權(quán)，對(duì)轉(zhuǎn)基因食品實(shí)行標(biāo)志制，如何加強(qiáng)對(duì)進(jìn)口轉(zhuǎn)基因食品的檢驗(yàn)監(jiān)管，保證我國(guó)的食品衛(wèi)生安全等尚需進(jìn)一步完善，加強(qiáng)研究。綜上所述，基因工程技術(shù)作為一項(xiàng)新興的生物技術(shù)，其發(fā)展趨勢(shì)不可阻擋。但科