轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用

1、轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用摘 要：本文較系統(tǒng)地介紹了植物基因轉(zhuǎn)移方法，綜述了轉(zhuǎn)基因技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域方面的應(yīng)用概 況，并對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的前景作了展望。關(guān)鍵詞：植物；基因；轉(zhuǎn)基因技術(shù)The application of the transgenic technologyAbstract: This article systematically introduces the plant gene transfer method, this paper reviewed the application of transgenic technology in all areas of general applicat

2、ion, and the transgenic plants prospects are described.Key words: Plants; gene; genetically modified technology將外源或者人工修飾的基因?qū)胫参锘蚪M并穩(wěn)定表達(dá)，可改變生物體性狀并遺 傳下去，這就是植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)。1983年，人類首次獲得轉(zhuǎn)基因植物，1986年美國(guó)和 法國(guó)的科學(xué)家第一次進(jìn)行了抗除草劑轉(zhuǎn)基因煙草的田間試驗(yàn)。此后，植物轉(zhuǎn)基因的 研究與應(yīng)用在世界各地蓬勃發(fā)展，并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著研究的深入，轉(zhuǎn)基 因植物的應(yīng)用被不斷拓寬，在農(nóng)業(yè)上取得巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，其在醫(yī)療、資源、

3、環(huán) 境污染處理等方面的研究也吸引了越來(lái)越多的研究者。1國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)基因植物研究現(xiàn)狀在國(guó)家“863”術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃及國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃的資助下，我國(guó)轉(zhuǎn)基因植 物的研究和應(yīng)用取得了顯著的進(jìn)展，主要是在植物抗蟲、抗病、植物抗逆、植物品質(zhì) 改良、植物葉綠體等基因工程和植物生物反應(yīng)器方面，有些研究已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水 平。據(jù)1996物技術(shù)學(xué)會(huì)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)投入研究和開發(fā)的轉(zhuǎn)基因植物達(dá)47涉及各類基 因103種。近年來(lái)有20種轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)入了田間試驗(yàn)或環(huán)境釋放階段。目前我國(guó)有 3種轉(zhuǎn)基因植物被批準(zhǔn)進(jìn)入商品化生產(chǎn)，包括我國(guó)自己培養(yǎng)的耐儲(chǔ)存番茄、抗蟲棉、 觀賞植物矮牽牛、抗病毒甜椒、抗病毒番茄，以及美國(guó)孟山都公司培育的抗

4、蟲棉。在 上述轉(zhuǎn)基因作物中，種植面積最大的是抗蟲棉，中國(guó)的抗蟲棉（Bt棉）占整個(gè)棉花 面積的20%。2植物基因轉(zhuǎn)移的主要方法轉(zhuǎn)基因植物研究取得了令人鼓舞的突破性發(fā)展。十幾年來(lái) 轉(zhuǎn)基因植物這一技術(shù) 日趨完善在提高植物抗性、改良作物品質(zhì)以及作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)有用的化合物等 方面發(fā)展迅速植物轉(zhuǎn)基因方法可分為生物學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)方法三大類。生物學(xué)方 法有農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法、花粉管通道法、病毒介導(dǎo)法等；物理學(xué)方法包括基因槍法、 顯微注射法和電激穿孔法等；化學(xué)方法包括聚乙二醇法、脂質(zhì)體法等。在上述多種方 法中，占主導(dǎo)地位的是農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，常用的還有基因槍法。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法的原理是： 在農(nóng)桿菌基因chvA, c

5、hvB,pscA, and att家族所編碼的蛋白和植物傷口產(chǎn)生的酚類 物質(zhì)和糖類物質(zhì)的共同作用下，農(nóng)桿菌識(shí)別并附著在宿主細(xì)胞壁上。virD4和virB 基因編碼蛋白組成的typeIV分泌系統(tǒng)將單鏈VirD2-T-DNA復(fù)合體運(yùn)送到宿主細(xì)胞 內(nèi)。此外,VirE3、VirE2和VirF蛋白也通過(guò)該系統(tǒng)進(jìn)入宿主細(xì)胞中。在宿主細(xì)胞質(zhì) 中，VirE2蛋白與VirD2-T-DNA復(fù)合體結(jié)合。在VirD2核定位信號(hào)、某些農(nóng)桿菌蛋白 和宿主細(xì)胞蛋白的共同作用下，VirD2-T-DNA復(fù)合體進(jìn)入細(xì)胞核?；驑屴D(zhuǎn)基因技 術(shù)：由康奈爾大學(xué)Sanford提出，是將目的基因包裹在直徑在微米級(jí)的球狀金粉或 鎢粉顆粒上，

6、用火藥爆炸或高壓氣體加速金屬微粒將其送到受體植物細(xì)胞中，再通過(guò) 組織培養(yǎng)獲得完整植株。3轉(zhuǎn)基因細(xì)胞的鑒定目的基因進(jìn)人細(xì)胞后，能否在正常的植物體上準(zhǔn)確表達(dá)，還必須對(duì)植株進(jìn)行轉(zhuǎn)基 因細(xì)胞鑒定現(xiàn)常用報(bào)告基因?qū)σ恍┘?xì)胞進(jìn)行鑒定。報(bào)告基因是用于檢測(cè)基因在導(dǎo)人 受體細(xì)胞后，是否具有功能的一種指示基因，常用的報(bào)告基因有如下幾類：3.1 Cat基因又叫氯霉素乙酰轉(zhuǎn)移酶基因，來(lái)源于細(xì)菌轉(zhuǎn)座子Tn9導(dǎo)人轉(zhuǎn)基因細(xì)胞后表達(dá) 產(chǎn) 物是氯毒素乙酰轉(zhuǎn)移酶，可催化氯霉素形成3 一乙酰氯霉素和1，3 一二乙酰氯霉索, 而使抗生素失活。凡導(dǎo)人細(xì)胞后，能抗氯霉素，就是轉(zhuǎn)基因細(xì)胞。3.2 nptll 基因新毒素磷酸轉(zhuǎn)移酶基因，也稱氨

7、基葡萄糖背磷酸轉(zhuǎn)移酶基因。是從細(xì)菌轉(zhuǎn)座子 Tn5中分離出來(lái)的npt II導(dǎo)人細(xì)胞后,可以使轉(zhuǎn)化細(xì)胞對(duì)氨基葡萄糖苷類抗生素（卡那 霉素、慶大霉素）產(chǎn)生抗性。如果npt II轉(zhuǎn)人細(xì)胞后，能夠使抗生素失去活性,就說(shuō)明 目的基因在受休細(xì)胞中得到了表達(dá)。3.3熒光素酶基因來(lái)源于細(xì)菌或熒火蟲。此基因?qū)耸荏w細(xì)胞后如果能表達(dá)就能產(chǎn)生熒光素酶，此 酶在Mg24和ATP存在的條件下，可以氧化熒光素。在氧化過(guò)程中發(fā)出熒光，可用熒光 器測(cè)定，如熒光較強(qiáng)，可以在暗處看到,如果看到熒光，就說(shuō)明目的基因在受休細(xì)胞中 得到了表達(dá),反之則沒有表達(dá)43.4冠癭堿合成酶基因?qū)耸荏w細(xì)胞后，如果是轉(zhuǎn)墓因細(xì)胞，冠癭堿合成酶基因就能表

8、達(dá),產(chǎn)物是冠癭堿 （如：章魚堿、胭脂堿），可通過(guò)鑒定冠癭堿來(lái)確定轉(zhuǎn)基因細(xì)胞。4轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用自1984年報(bào)道獲得第一例完整轉(zhuǎn)基因植株以來(lái)，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的飛速發(fā) 展，轉(zhuǎn)基因研究進(jìn)展很快。國(guó)內(nèi)外的科學(xué)家們?cè)诨蜣D(zhuǎn)移技術(shù)方面、在提高農(nóng)作物的 抗蟲、抗病、抗逆和品質(zhì)改良方面都取得了令人矚目的成就。1987年Umbeck等首次 報(bào)道通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將抗卡那霉素基因轉(zhuǎn)入棉花；1988年轉(zhuǎn)基因水稻獲得成功; 1988年Guozzo等報(bào)道將CMV的外殼蛋白基因轉(zhuǎn)入煙草中，得到的轉(zhuǎn)基因煙草能顯 著地抵抗CMV的侵染；1987年P(guān)ua報(bào)道了轉(zhuǎn)基因油菜；1990年Fromm報(bào)道了轉(zhuǎn)基 因玉米，1992年Va

9、si l等獲得了世界上第一株轉(zhuǎn)基因小麥；中棉所培育出了 “93R 一1”、“93R2”、“ 93R6”等中、早熟抗蟲棉新品系使我國(guó)成為繼美國(guó)之后 第二個(gè)具有抗蟲轉(zhuǎn)基因棉花的國(guó)家。在19861995年的10年期間，全世界已獲得 了 70多種轉(zhuǎn)基因植株，有34個(gè)國(guó)家進(jìn)行了 3647例轉(zhuǎn)基因植物田間試驗(yàn)。轉(zhuǎn)基因技 術(shù)將為人類解決當(dāng)今面臨的食品、環(huán)境和能源等重大問(wèn)題提供有力手段5】。4.1轉(zhuǎn)基因技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)徹底打破了常規(guī)育種中種屬間不可逾越的鴻溝，轉(zhuǎn)基因植物的培育 成功為作物育種開辟了一條新途徑，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)導(dǎo)入優(yōu)良外源基因，可以改良 作物品種。目前，盡管轉(zhuǎn)基因植物研究方面普遍存在轉(zhuǎn)

10、化率低，轉(zhuǎn)化植株局限于少數(shù) 作物和基因型，再生植株遺傳不穩(wěn)等問(wèn)題，但是除高產(chǎn)轉(zhuǎn)基因植物的研究報(bào)道較少 外，在抗病毒、抗蟲、改良作物品質(zhì)、雄性不育性，抗逆性基因植物方面都取得了顯 著進(jìn)展。4.1.1轉(zhuǎn)基因增強(qiáng)植物抗逆性植物在自然界生長(zhǎng)過(guò)程中易受外界環(huán)境影響，如旱澇、鹽堿、強(qiáng)光、寒冷、高溫、 低溫等作用于植物，會(huì)引起植物體內(nèi)發(fā)生一系列的生理代謝反應(yīng)，表現(xiàn)為代謝和生長(zhǎng) 的可逆性抑制，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)不可逆?zhèn)?dǎo)致整個(gè)植株死亡。據(jù)Wired Science報(bào) 道，加州大學(xué)河濱分校的科學(xué)家通過(guò)改變一種基因，讓作物能夠與有毒的鋁相容。通 過(guò)此技術(shù)，可能栽培出能在因含鋁而被定性為有毒的土壤中生長(zhǎng)的農(nóng)作物。4.

11、1.2抗病毒基因方面目前主要有向有關(guān)農(nóng)作物中轉(zhuǎn)入病毒外殼蛋白(CP)基因、轉(zhuǎn)入反義基因、轉(zhuǎn)入 病毒基因的其他組分、轉(zhuǎn)入農(nóng)作物本身的抗性基因等方法。早在1986年，美國(guó)就成功 地將煙草花葉病毒(TMV)的CP基因轉(zhuǎn)入煙草，這種轉(zhuǎn)基因煙草和它的后代都表現(xiàn)出對(duì) TMV浸染有抗性。我國(guó)抗病毒植物基因工程方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。4.1.3抗蟲基因方面主要是用蘇云金芽孢桿菌中的一種毒素蛋白(伴孢品體蛋白，這種蛋白能專一地 殺死危害農(nóng)作物的鱗翅目昆蟲的幼蟲)的基因，而它對(duì)人畜是安全的。英國(guó)近年來(lái)把豇 豆種子中的胰蛋白酶抑制劑導(dǎo)入煙草，其表達(dá)產(chǎn)物胰蛋白酶抑制劑可引起多種昆 蟲發(fā)生消化不良，從而防治蟲害。4.

12、1.4改良作物品質(zhì)基因方面可增加作物的蛋白質(zhì)含量、增強(qiáng)抗逆性等.在澳大利亞已把豆類植物的蛋白質(zhì)基 因轉(zhuǎn)入牧草，提高了牧草的質(zhì)量；日本有一家研究所把從水稻、松樹、梨樹中分離 的光合作用基因?qū)牍夂献饔萌醯淖魑镏?，加快了作物的光合作用?qiáng)度，促進(jìn)作物的 成熟，提高了產(chǎn)量；利用反義RNA技術(shù)也已培養(yǎng)出保鮮期長(zhǎng)的番茄，而且這種番茄 酸甜適度，保鮮期最多可延長(zhǎng)3-6個(gè)月。4.2轉(zhuǎn)基因技術(shù)(GM)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)(GM)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用也很廣泛，如為糖尿病人生產(chǎn)的胰島素；或被 用于遺傳病方面的治療。還有一種在免疫學(xué)上的功用就是通過(guò)農(nóng)業(yè)種植轉(zhuǎn)基因食品的 方式，生產(chǎn)出人用疫苗或功能蛋白，打破傳統(tǒng)的疫苗生產(chǎn)

13、方式，代之以大田栽培作物 獲得來(lái)源廣、成本低的廉價(jià)植物疫苗(或叫口服疫苗)。這種農(nóng)業(yè)方式被叫做“分子 農(nóng)業(yè)”?，F(xiàn)在很多國(guó)家的科學(xué)家致力于利用這種生物技術(shù)將普通的水果和蔬菜改造 成有效地預(yù)防疾病的疫苗，并取得了很大的進(jìn)展。如美國(guó)科學(xué)家已獲得了轉(zhuǎn)乙肝表面 抗原基因的煙草、轉(zhuǎn)大腸桿菌、傷寒菌、Norwark病毒有效抗原基因的煙草和馬鈴薯。 目前，乙型肝炎表面抗原、大腸桿菌不穩(wěn)定腸毒素(LT2B)抗原、諾沃克病毒衣殼蛋白、 口蹄疫病毒VP1抗原、霍亂抗原等都已經(jīng)在轉(zhuǎn)基因植物中成功表達(dá)，并且成功地誘導(dǎo) 動(dòng)物產(chǎn)生保護(hù)性免疫反應(yīng)?？袢《咎堑鞍自谵D(zhuǎn)基因西紅柿中也已經(jīng)成功地表達(dá)。轉(zhuǎn) 基因植物產(chǎn)生的抗體、疫苗等

14、，具有生產(chǎn)成本低，可規(guī)模化生產(chǎn)，方便保存運(yùn)輸?shù)葍?yōu) 點(diǎn)，2006年2月，美國(guó)農(nóng)業(yè)部(USDA)簽發(fā)批準(zhǔn)了轉(zhuǎn)基因雞新城疫植物疫苗商品化， 這是第一個(gè)被許可上市的獸用轉(zhuǎn)基因植物疫苗。4.3轉(zhuǎn)基因植物在其它方面的應(yīng)用植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)除了主要用于農(nóng)業(yè)和醫(yī)療方面外，在保護(hù)環(huán)境和能源方面也有很 好的發(fā)展前景。比如轉(zhuǎn)基因植物用于處理土壤重金屬污染，利用重金屬富集植物從土 壤中吸收重金屬，通過(guò)植物的遷移轉(zhuǎn)運(yùn)作用，在可收割部位富集，待植物收獲后再 進(jìn)行處理?，F(xiàn)在，轉(zhuǎn)基因植物在處理Hg，Se等污染中，已經(jīng)發(fā)揮重要作用；轉(zhuǎn)基因 植物在生產(chǎn)生物燃料方面也有應(yīng)用，美國(guó)能源部Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家從 擬南芥和

15、白楊(Populus trichocarpa)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)基因家族可以控制細(xì)胞壁-?；?結(jié)合，阻止生物纖維被消化為糖，使工程作物更容易生產(chǎn)生物燃料；通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù) 改造的楊樹也可以產(chǎn)生作為造紙重要原料的長(zhǎng)纖維，使楊樹成為環(huán)保優(yōu)質(zhì)的造紙?jiān)?料；此外轉(zhuǎn)基因技術(shù)在花卉改良中也發(fā)揮著重要作用、培育色彩新奇、形態(tài)優(yōu)美、抗 性優(yōu)良和花期延長(zhǎng)的花卉新品種是轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用于花卉的主要目標(biāo)。5轉(zhuǎn)基因技術(shù)的安全性目前，遺傳工程體及其產(chǎn)品的環(huán)境釋放安全性與食品安全性受到了社會(huì)的廣泛 關(guān)注。用基因工程培育農(nóng)作物品種引起了一些爭(zhēng)議。有人擔(dān)心轉(zhuǎn)基因植物的推廣會(huì)造 成預(yù)料不到的后果。各國(guó)和國(guó)際機(jī)構(gòu)均在制定相應(yīng)的條例，中國(guó)也

16、先后頒布了基 因工程安全管理辦法、農(nóng)業(yè)生物基因工程安全管理實(shí)施辦法，以便在促進(jìn)基因工 程技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，保障環(huán)境安全和人類健康。對(duì)轉(zhuǎn)基因植物環(huán)境釋放的安全性的憂 慮之一是：轉(zhuǎn)基因植物的抗除草劑特性和抗病蟲害特性是否會(huì)轉(zhuǎn)移給雜草、昆蟲、病 菌，產(chǎn)生超級(jí)雜草、超級(jí)害蟲，從而給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的危害。轉(zhuǎn)基因植物食品安 全性考慮原則是：其食品成分是否與目前市場(chǎng)上銷售的食品具有實(shí)質(zhì)等同性。關(guān)于來(lái) 自蘇云金桿菌的殺蟲品體蛋白Bt,因它特異地作用于靶昆蟲，對(duì)哺乳動(dòng)物、魚類及 非靶昆蟲無(wú)作用，因此美國(guó)根據(jù)Bt蛋白的結(jié)構(gòu)、功能、特異性及消化降解很快等特 點(diǎn)不要求作動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)。對(duì)轉(zhuǎn)基因植物選擇標(biāo)記基因的安全

17、性考慮之一是：標(biāo) 記基因是否會(huì)在腸道中水平轉(zhuǎn)移至微生動(dòng)，從而影響抗生素治療的有效性。1993年 WHO研討會(huì)的結(jié)論是：尚無(wú)基因從植物轉(zhuǎn)至腸道微生物區(qū)系的證據(jù)。6展望本世紀(jì)生物技術(shù)將進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)抗逆轉(zhuǎn)基因植物新品種將 不斷推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向前發(fā)展。在增加全球糧食、飼料和纖維產(chǎn)量的同時(shí)，還能通過(guò)減 少傳統(tǒng)農(nóng)藥施用量，提高土壤可持續(xù)耕作能力，營(yíng)造出更加安全的人類生存環(huán)境轉(zhuǎn)基 因植物具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。隨著研究的進(jìn)展，將發(fā)展轉(zhuǎn)化率更高的外源 基因?qū)敕椒?，并逐步闡明轉(zhuǎn)基因植物的分子機(jī)制，降低轉(zhuǎn)基因植物的“副作用”和 潛在的危險(xiǎn)性，擴(kuò)展其接受度。參考文獻(xiàn)：【1】都旭芳 植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研究和應(yīng)用。生物科技與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)2010.4： 70【2】劉福林，李淑萍 轉(zhuǎn)基因植物的