基因工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種中的應(yīng)用及發(fā)展[1]-論文資料(word可編輯).doc

1、基因工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種中的應(yīng)用及發(fā)展1-論文資料（ word 可編輯）現(xiàn)代生物技術(shù)包括基因工程、細胞工程、酶工程與發(fā)酵工程。建立在植物分子遺傳學(xué)與細胞生物學(xué)基礎(chǔ)理論上的基因工程是通過基因?qū)肱c重組技術(shù)，將不同生物的遺傳基因在體外進行分離、裁剪、組合與拼接，再通過載體轉(zhuǎn)移大受體細胞內(nèi)進行無性繁殖、穩(wěn)定表達，從而改變受體原來的遺傳性狀，人工構(gòu)建出新的作物品種，由此便產(chǎn)生了轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)與轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物新品種?，F(xiàn)將世界各國采用基因工程在培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)，抗病蟲、抗除草劑，抗寒、抗旱、抗鹽堿作物品種方面所取得的進展概述如下。1、 基因工程的基本模式、外源DNA導(dǎo)入方法與表達條件植物基因工程的基本模式是先分

2、離和制備目的基因，并將目的基因嵌入載體，獲得重組 DNA，然后將重組 DNA導(dǎo)入受體植物細胞，使其穩(wěn)定存在并能復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯。重組 DNA還可經(jīng)有性或無性方式傳遞給子代，達到按育種目標修飾和改造作物品種遺傳性狀的目的。目的基因?qū)胧荏w植物細胞中能否表達的關(guān)鍵，在于植物細胞的轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)能不能識別目的基因所攜帶的轉(zhuǎn)錄信號啟動子順序。近年來的研究結(jié)果表明，就要將外源基因和一個已知植物細胞中有功能的啟動子拼接在一起，構(gòu)成嵌合基因。攜帶外源基因的這段 DNA稱載體，當(dāng)載體攜帶外源基因共同進入受體細胞內(nèi)后，整合與受體植物的 DNA上。由于植物轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)能識別啟動子的順序信號，外有基因即可在受體植物細胞中得到

3、表達。因此，基因工程的許多研究工作都圍繞著尋找理想的載體而開展。結(jié)果表明，目前最有希望作為目的基因載體物質(zhì)的是根癌農(nóng)桿菌 Ti 質(zhì)粒，而且已經(jīng)有一些作物利用 Ti- 質(zhì)粒將外援基因?qū)胧荏w細胞中，并獲得充分表達。世界各國通過基因工程獲得的轉(zhuǎn)基因植株達 4500 多種，基因工程在農(nóng)業(yè)上主要應(yīng)用于農(nóng)作物品種的改良與新物種的培育。2、 基因工程培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)農(nóng)作物品種進展植物基因移植于導(dǎo)入技術(shù)的研究成功，為改變植物蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉與糖類的含量與品質(zhì)，提高其營養(yǎng)價值，為改變蔬菜、果品的風(fēng)味提供了可能與技術(shù)途徑。世界各國應(yīng)用基因工程進行農(nóng)作物品質(zhì)改良與優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)品種選育方面已取得了很大的進展。美國科學(xué)

4、家將大豆貯藏蛋白的基因分別轉(zhuǎn)移到向日葵和馬鈴薯中，獲得蛋白質(zhì)含量高的“向日豆”和“肉土豆”品種 ; 日本科學(xué)家將大豆蛋白轉(zhuǎn)移到水稻，培育成功“大豆米”，這對改善稻米品質(zhì)，提高其營養(yǎng)價值起到了重要作用。澳大利亞的專家采用轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)培育成功優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的小麥品種。我國東北師范大學(xué)的科研人員通過基因?qū)胪緩?，將野生天蘭冰草抗病、高蛋白基因的染色體片段，轉(zhuǎn)移到小麥染色體行后再運用常規(guī)育種方法，選育出優(yōu)質(zhì)面包小麥新品種“小冰小麥 33 號”，經(jīng)專家鑒定達到國際優(yōu)質(zhì)小麥標準。該品種蛋白質(zhì)含量高達17%18%，抗葉銹病、根腐病與黃矮病，產(chǎn)量達到 4500kg/hm25000kg/hm2.?！靶”←?33

5、號“選育成功，填補了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)優(yōu)質(zhì)面包小麥品種的空白。日本農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)研究中心與北興化學(xué)公司的研究人員聯(lián)合，采用基因重組技術(shù)，先從稻谷中分離出能促進賴氨酸與色氨酸合成的遺傳基因，然后對該基因進行改造，加強其合成氨基酸的能力，再將重組后的基因移植入水稻，成功的培育出賴氨酸和色氨酸比普通水稻高1090 倍的轉(zhuǎn)基因水稻新品種。據(jù)農(nóng)業(yè)科技通訊雜志第9 期報道，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院的朱登云經(jīng)過7年潛心研究，將馬鈴薯花粉上的一個基因轉(zhuǎn)入玉米，選育成功轉(zhuǎn)基因玉米品種，賴氨酸和蛋白質(zhì)的含量比常規(guī)玉米品種分別高出30%和 90%。他利用選育出的轉(zhuǎn)基因玉米自交系與常規(guī)自交系配置大量雜交組合，從中選育出綜合

6、農(nóng)藝性狀優(yōu)良的YC、Y624、Y419等 18 個雜交組合，所育成的10 個轉(zhuǎn)基因玉米品種YC組合，產(chǎn)量達 508.6kg/667m?，比對照丹玉 13 號增產(chǎn) 27.1%。課題組還利用分離出的高賴氨酸蛋白的基因，建立的高蛋白質(zhì)、高賴氨酸優(yōu)質(zhì)玉米的轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系，已申請國家發(fā)明專利。此外，我國專家還選育成功含油量比普通油菜品種提高25%的“超油 1 號”與“超油 2 號”油菜新品種，其中含油量高達52.8%的“超油 2 號”是世界上含油量最高的甘藍型油菜品種。我國黑龍江農(nóng)科院雷勃鈞采用花粉管通道技術(shù)于1997 年選育成功早熟、高蛋白、高油、大粒、耐鹽堿的轉(zhuǎn)基因大豆品種“黑生101”累計推廣面積

7、已達 2042 10hm3 、基因工程培育抗病農(nóng)產(chǎn)物品種的進展黃瓜花葉病毒嚴重危害多種蔬菜、煙草、花卉、油菜、藥材和樹木等770 多種植物，造成農(nóng)作物大幅度減產(chǎn)和品質(zhì)下降由于在多數(shù)作物上未發(fā)現(xiàn)抗這種病毒的基因，很難對其進行抗病育種與化學(xué)防治。在國外長期以來，對該病毒有“植物癌癥”之稱。采用植物基因工程技術(shù)成為防治該病毒最有效的方法。日本煙草產(chǎn)業(yè)遺傳育種研究所得專家，將黃瓜花葉病毒的隨體脫氧核糖核酸植入煙草細胞，成功地培育出能抗花葉病毒的新植物體。日本專家采用的技術(shù)途徑是先從黃瓜花葉病毒中提取脫氧核糖核酸，然后使用反轉(zhuǎn)錄酶制成脫氧核糖核酸，再把脫氧核糖核酸植入到煙草業(yè)細胞里。實驗證明，給煙草接種

8、上黃瓜花葉病毒后，依然生長發(fā)育良好，說明被接種的煙草已具備抗病毒的能力。中國科學(xué)院微生物研究所將 TMV和黃瓜花葉病毒 CMV的 CP外殼蛋白基因拼接在一起，構(gòu)建了“雙價”抗病基因，轉(zhuǎn)入煙草后獲得了同時抵抗兩種病毒基因的植株。在田間實驗中，對 TMV的防治效果為 100%，對 CMV的防治效果為 70%左右，可使煙草產(chǎn)值增加 10%30%。目前，我國專家還通過 CP 途徑進行小麥抗黃萎病、水稻抗矮縮病、棉花抗枯、黃萎病等基因工程的研究，并已取得進展。小麥黃萎病是危害世界小麥生產(chǎn)最嚴重的病毒。它是由大麥黃萎病引發(fā)的，控制此病最有效的措施是培育抗病品種，但已知栽培小麥品種不含抗大麥黃萎病的基因，難

9、以進行抗病品種的篩選。因此，只能從含有抗病基因的大麥、雜草等通過基因移植，雜交育種途徑把抗病基因?qū)胄←?; 或者利用人工合成的病毒外殼蛋白的抗性基因來保護小麥，不受大麥 黃萎病的危害。據(jù)成卓敏等 (1996) 報道，中國科學(xué)院植物研究所的科研人員，采用花粉通道法和基因槍法將大麥黃矮病毒 CPV株系外殼蛋白基因?qū)胄←溤耘嗥贩N中，在世界上首次獲得抗大麥黃矮病毒 CPV株系轉(zhuǎn)基因 T0 代及其后代 T1、 T2、T3 代。檢測結(jié)果證實， CP基因確已存在轉(zhuǎn)基因小麥種，并能得到穩(wěn)定遺傳，經(jīng) Westen 測定， CP基因在轉(zhuǎn)基因小麥中已得到表達。室內(nèi)鑒定結(jié)果，轉(zhuǎn)基因植株一般比對照推遲發(fā)育 714d

10、，有的推遲到 28d. 。田間人工接種鑒定實驗，獲得了一批抗病明顯的后代。另據(jù)黃中崟報道 (1992) ，中國農(nóng)科院作物所共同合作，綜合應(yīng)用生物技術(shù)和常規(guī)育種相結(jié)合的方法，將黃矮病抗性基因從中間偃麥草導(dǎo)入普通小麥，在國際上首次成功地育成一批抗黃矮病普通小麥新品系，創(chuàng)造了抗黃矮病普通小麥新種質(zhì)，為小麥育種家提供了優(yōu)異抗黃矮病的親本資源，現(xiàn)已有一些新品系材料提供應(yīng)用。我國在番茄轉(zhuǎn)基因抗病育種方面也闖在了許多抗病基因類型，如北京大學(xué)育成抗病毒番茄品種 ; 國家基因工程中心選育成功高抗TMV、CMV、馬鈴薯 X 病毒和抗早疫病、晚疫病兩種真菌病害的多抗番茄品種。4 、基因工程培育抗蟲農(nóng)作物的進展采用生

11、物技術(shù)，提高作物自身的抗蟲害性能，為農(nóng)作物害蟲的無公害防治開辟了新的途徑。目前，在農(nóng)作物上普遍通過根癌農(nóng)桿菌、發(fā)根農(nóng)桿菌、花椰菜花葉病毒 (CaMV)、(ANA)病毒等為中介的基因工程方法，將一些抗蟲基因蘇云金桿菌(Bacillus thuringiensis)抗蟲毒素基因 (Bt毒素基因 ) 、菜都抗蟲蛋白質(zhì)基因( 胰蛋白酶抑制的 CPTI 基因 ) 、蓼草抗蟲基因等導(dǎo)入水稻、玉米、棉花、馬鈴薯、煙草、番茄等作物細胞，并使表達這些外源抗蟲基因的轉(zhuǎn)基因植株得到再生，有的投入大田實驗。如含 Bt 的煙草能有效地阻止煙草天蛾幼蟲的危害，害蟲食后 1d 內(nèi)停食， 3d 內(nèi)全部死亡。在轉(zhuǎn)基因玉米植株中

12、，玉米螟取食后 23d 死亡率可達 70%。培育成功的抗蟲番茄植株，對危害番茄果實的煙草天蛾和煙草夜蛾幼蟲的防治效果達 100%，對棉鈴蟲也有很好的殺蟲作用。國外正在研究的轉(zhuǎn) Bt 抗蟲作物還有大豆、油菜、多種蔬菜及楊樹等多種樹木。由此表明，應(yīng)用生物技術(shù)改良某些作物的抗蟲性具有很大的潛力。棉花是世界重要的經(jīng)濟作物之一，每年由于棉鈴蟲的危害一般減產(chǎn) 10%左右，高的達 30%以上。施用化學(xué)農(nóng)藥防治，不僅耗資巨大，增加生產(chǎn)成本，而且容易引起環(huán)境污染、殺死害蟲天敵、破壞生態(tài)平衡。采用生物防治，雖然能減輕環(huán)境污染，但也有在大發(fā)生年份防效差等局限性。因此，利用基因工程將蘇云金芽孢桿菌 (Bt) 殺蟲基因

13、導(dǎo)入棉花品種中，將培育出具有抗蟲性能的棉花品種，成為當(dāng)今防止棉鈴蟲、紅鈴蟲最為先進、安全與經(jīng)濟有效的手段。美國蒙山都公司的專家采用跟癌農(nóng)桿菌Ti 質(zhì)粒介導(dǎo)法培育成功攜帶有Bt 殺蟲基因的棉花新品種“保鈴棉”，可是殺蟲劑的用量減少80%，現(xiàn)已成為世界上推廣面積最大的抗蟲棉品種。此外，美國馬薩諸塞州的國際生物技術(shù)公司的專家們將外援積引導(dǎo)如玉米，育成使玉米具有抗蟲性能的植株。英國德翰大學(xué)和劍橋作物育種中心的科學(xué)家，利用基因工程從豇豆中把產(chǎn)生胰蛋白酶抑制物的基因(CPTI) 轉(zhuǎn)入了煙草，成功地培育成轉(zhuǎn)基因抗蟲煙草新品種。中國科學(xué)院生物技術(shù)研究中心的專家采用根癌農(nóng)桿菌Ti 質(zhì)粒介導(dǎo)法與花粉管通道法將Bt

14、 抗蟲基因與胰蛋白酶抑制基因(CPTI) 重組成“雙價”抗蟲基因，導(dǎo)入長江與黃河區(qū)、華北與西北特早熟棉區(qū)的主栽品種中，育成GK-1、GK-3、GK-12、 GK-14、GK-19、GK-21等 12 個“雙價”高抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因棉花新品種，抗蟲能力高達80%以上，豐產(chǎn)性與適應(yīng)性與當(dāng)?shù)刂髟云贩N相當(dāng)，一再生產(chǎn)上大面積推廣種植。2004 年，我國育成的20 多個轉(zhuǎn)基因棉花、水稻、玉米、大豆、42。 油菜、煙草、番茄已在生產(chǎn)上推廣種植466.7 10hm此外，我國石家莊農(nóng)科院與中國農(nóng)科院生物技術(shù)中心合作，將Bt 和 CPTI 基因同時轉(zhuǎn)移到石遠321 棉花品種中，育成了“雙價”轉(zhuǎn)基因抗蟲棉新品種“冀棉

15、24號”，經(jīng)抗蟲性鑒定，對棉鈴蟲幼蟲校正死亡率達93.5%，達到高抗級別，常量較對照產(chǎn)品增產(chǎn) 10.8%，其抗蟲性能與增產(chǎn)性能均優(yōu)于國外抗蟲棉品種。該品種的育成，標志我國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的轉(zhuǎn)育技術(shù)已處于國際領(lǐng)先領(lǐng)先水平。2003 年，全球有 18 個國家種植轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物品種，面積達677042，僅轉(zhuǎn)基因大豆品種“抗農(nóng)達”的種植面積就達2370.410hm4242。阿根廷大豆種植面積為1240，絕大部分也是10hm10hm轉(zhuǎn)基因大豆。 2001 世界轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品的銷售額為30.44 億美元，預(yù)計 2006 年將超過 85 億美元。5 、基因工程培育抗除草劑作物品種進展雜草不僅與農(nóng)作物爭奪陽光、養(yǎng)料和

16、水分，還傳播病蟲害，是制約農(nóng)作物產(chǎn)量提高的重要因素之一?；瘜W(xué)除草雖然速效、省時、省力，但易污染環(huán)境，傷害作物，影響了化學(xué)除草劑的效果。為了尋求解決有效防除雜草的新途徑，世界各國都著眼于通過基因工程培育抗除草劑農(nóng)作物品種。據(jù)報道，美國加利福尼亞州戴維斯的Calgene 公司已將耐草甘膦和溴苯晴兩種除草劑的基因?qū)氲剿兴棺置掮孀置奁贩N中，育成的棉花新品種能抗高于田間用藥量 10 倍的除草劑劑量，已在生產(chǎn)上大面積42。該公司還培育出抗2,4-D 除草劑基因工程棉推廣種植410hm株，現(xiàn)已用于生產(chǎn)。比利時PGS公司將鏈霉菌的抗觸殺型滅生性除草劑磷酸買黃銅的基因?qū)敕?、馬鈴薯和煙草等作物體內(nèi)，成功地

17、培育出完全除草劑的植株，可對高于 10 倍于大田噴殺量的除草劑有穩(wěn)定抗性。據(jù)美國 agriculture research雜志 1992 年第二期報道，美國科學(xué)家對從30個國家搜集的 347 個水稻品種篩選，發(fā)現(xiàn)其中有 3.5%de 水稻品種含有抑制物質(zhì)。凡含有此抑制物質(zhì)的稻株均能殺死周圍雜草，他們通過雜交的方法，將這種性狀導(dǎo)入常規(guī)水稻品種里，培育成功能殺死雜草的水稻新品種。中科院遺傳所，植物所和中國農(nóng)科院所協(xié)作進行的“作物抗除草劑基因工程研究”最近取得新的進展，建立了合子期直接導(dǎo)入外源基因的方法。第二代的初步鑒定表明，抗性基因可以遺傳。另外在注射后第一代水稻植株上，通過紫外線激發(fā)葉片熒光和葉

18、片快速熒光誘導(dǎo)動力學(xué)方法檢測，導(dǎo)入抗性基因處理的32 株中有表現(xiàn)了抗性 6基因工程培育抗逆性強農(nóng)作物品種的進展近年來應(yīng)用基因工程創(chuàng)造自身具有抗旱，抗寒，抗炎鍵能了強的農(nóng)作物品種方面也取得較大的進展。2 株美國德克薩斯州 lubboch 農(nóng)業(yè)實驗戰(zhàn)與加利福尼亞州 alband 公司合作，進行看韓基因轉(zhuǎn)化研究。他們從一種細菌中分離抗旱基因，一卡哪霉素做選擇劑，用根癌農(nóng)桿菌 TI 質(zhì)粒芥導(dǎo)發(fā)將此基因?qū)胫仓?，已獲得抗旱轉(zhuǎn)基因棉花。美國的科學(xué)家已將仙人掌的看韓基因轉(zhuǎn)入小麥，玉米和水稻。培育出看寒性能較強的小麥，玉米和水稻在生植株。前蘇聯(lián)通過基因工程使凝霜新軍變易事一般植物可以在 -5C 下存活，并已培

19、育成功在 3C一下中植物的西紅柿，這種西紅柿在主要蔬菜上市前兩個月成素，另據(jù)報道，耐寒性強的草莓植物也已培育成功。國內(nèi)外的育種專家認為，只有通過基因工程將衍生植物的抗炎基因分離出來，導(dǎo)入栽培作為鎮(zhèn)南關(guān)，才能育成高度抗炎的摩納哥作物品種。目前全世界已進入耐鹽突變體離題選擇研究的植物達 40 與中，已于包括水稻，小麥封在內(nèi)的 20 也中作物在生植株的酒后代具有的較強的抗炎性。據(jù)日本魯爾島大學(xué)農(nóng)學(xué)部報道，用農(nóng)林 8 號水稻胚為外植株，篩選出 3 個礙鹽細胞系均獲得了再生植物，其中一個耐鹽細胞系再生植株抽穗期接近正常，耐鹽性能穩(wěn)定，第三代在 1%nacl 溶液中培養(yǎng)正常良好。我國的科學(xué)家早在 1989

20、 奶奶是就從小麥耐鹽細胞系獲得抗炎性能強的再生植株。英國專家已把抗炎基因?qū)胄←?，育成了抗炎小麥。美國壓力三那大學(xué)正在進行買年畫抗炎基因的分離和 DAN序列研究，現(xiàn)已明確抗炎基因微點，并一只成稱序列圖，正在進行抗炎基因綿竹的培育。7 農(nóng)業(yè)基因工程發(fā)展預(yù)測與展望通過金銀工程在上述6 個方面進展的綜述，表明進15 年來時國內(nèi)外基因工程快速發(fā)展時期，他給農(nóng)作物育種開辟了一條現(xiàn)代化的全新途徑，床罩新物種已成為可能，育成的高產(chǎn)，優(yōu)質(zhì)，多抗的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物新品種，為實現(xiàn)高產(chǎn)，優(yōu)質(zhì)，高效發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)目標，創(chuàng)造了有利條件。人類社會已進入到21 實際，農(nóng)業(yè)先進國家吧生物技術(shù)確定為農(nóng)業(yè)高新技術(shù)發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域，如日本每年撥出2 億美元用于水稻定位技術(shù)研究，歐洲各國政府也都支持糧食和素材的基因定位研究，美國投擲 3000 萬美元與國際農(nóng)業(yè)研究中心和卓，正在進行水稻小麥玉米馬鈴薯油菜等作物限制性內(nèi)切數(shù)據(jù)偏長度多態(tài)性技術(shù)圖譜的研究，英國政府也透支 150 萬英鎊建立了鼓舞俱樂部，應(yīng)用于英國農(nóng)業(yè)遺傳學(xué)公司發(fā)明的技術(shù)專門用于制作小大麥，和十字花科植物的基因圖譜。利用這種圖譜可以加快育種過程，針織物需明確或分離基因，就可