植物遗传转化
生物学中的植物遗传转化与基因编辑技术
生物学中的植物遗传转化与基因编辑技术植物遗传转化与基因编辑技术在生物学中的应用植物遗传转化与基因编辑技术是生物学领域中的重要研究方向，它们可以用于改良植物品种、提高农作物产量和抵抗力、开发新型植物药物等。
一、植物遗传转化技术的原理和方法植物遗传转化是指将外源基因或DNA片段导入植物细胞，并使其稳定地遗传给后代。
常见的植物遗传转化方法包括农杆菌介导的遗传转化、基因枪法和凯南法等。
1. 农杆菌介导的遗传转化农杆菌介导的遗传转化是最常用的植物遗传转化方法之一。
该方法利用土壤中广泛存在的植物病原性农杆菌将外源基因导入目标植物细胞。
首先，将外源基因插入农杆菌质粒的T-DNA区域，然后将农杆菌通过注射或浸泡等方式导入植物细胞。
在遗传转化后，利用选择标记基因或报告基因进行筛选和检测。
2. 基因枪法基因枪法是将DNA载体以高速射击的方式直接导入植物细胞。
将外源基因负载在金粒等微粒表面，然后使用高压氦气或火药等加速器将其射入植物细胞。
在转化后，通过培养基中的选择性筛选剂来筛选转化的细胞。
3. 凯南法凯南法是一种基于物理和化学手段的遗传转化方法。
通过利用聚乙烯醇（PEG）或电击等方法，使DNA能够与植物细胞质融合，然后通过培养和筛选等步骤来获得转化的植物细胞。
二、基因编辑技术在植物遗传改良中的应用基因编辑技术是指通过精确地修改植物基因组中的特定位置，实现遗传改良的方法。
常见的基因编辑技术包括CRISPR-Cas9系统、TALENs和ZFNs等。
1. CRISPR-Cas9系统CRISPR-Cas9系统是一种高效、快速和精确的基因编辑技术。
它利用CRISPR RNA（crRNA）和转录单元RNA（tracrRNA）组成的复合物与Cas9蛋白结合，以形成靶向特定基因序列的复合物。
在植物中，CRISPR-Cas9系统被广泛应用于基因敲除、基因敲入和基因修饰等方面。
通过将CRISPR-Cas9系统导入植物细胞，可以实现对植物基因组的精确编辑。
植物遗传转化步骤
植物遗传转化步骤植物遗传转化是指通过外源DNA的导入，使植物细胞或组织发生基因改变，从而获得具有特定性状的转基因植物。
这一技术在农业、医学和工业等领域有着广泛的应用。
下面将介绍植物遗传转化的基本步骤。
步骤一：选择外源DNA在植物遗传转化中，首先需要选择外源DNA，也就是我们要导入到植物细胞中的目标基因。
这个目标基因可以来自于其他物种，也可以是人工合成的。
目标基因的选择取决于我们希望在转基因植物中表达的特定性状。
步骤二：构建转化载体将目标基因导入植物细胞需要使用载体。
载体是一种专门设计用于植物遗传转化的DNA分子。
通常，载体由多个组成部分组成，包括启动子、终止子、选择标记和目标基因。
这些组成部分的功能是确保目标基因能够在植物细胞中正确表达。
步骤三：转化载体导入植物细胞一旦构建好转化载体，接下来就需要将其导入到植物细胞中。
目前，有多种方法可以实现这一步骤，包括农杆菌介导转化、基因枪法和电穿孔法等。
这些方法都可以有效地将外源DNA导入植物细胞，使其成为转基因细胞。
步骤四：筛选转基因细胞一旦植物细胞被导入外源DNA，我们需要对其进行筛选，以确定哪些细胞成功地获得了目标基因。
为了实现这一步骤，常常会在转化载体中加入选择标记基因，如抗生素抗性基因。
只有携带了目标基因的细胞才能存活下来，而其他细胞则会被筛选掉。
步骤五：培养和再生转基因植物筛选出的转基因细胞可以通过培养和再生来获得完整的转基因植物。
这一过程通常需要在培养基上进行，通过提供适当的营养物质和激素来促进细胞分裂和分化。
经过一段时间的培养，转基因细胞可以发展成为转基因植物。
步骤六：鉴定转基因植物需要对获得的转基因植物进行鉴定，以确认其是否成功地获得了目标基因。
这一步骤通常需要使用分子生物学技术，如PCR和Southern blot等，来检测目标基因的存在和表达。
只有经过鉴定的转基因植物才能用于进一步的研究或应用。
总结：植物遗传转化是一项复杂的技术，需要经历多个步骤才能成功。
植物遗传转化步骤
植物遗传转化步骤
植物遗传转化是指通过人为手段，将外来基因导入植物细胞内，使其产生新的遗传特征。
植物遗传转化的步骤主要包括以下几个方面： 1. 基因载体构建：基因载体是将所需基因导入植物细胞内的载体，包括质粒、病毒、人工染色体等。
构建基因载体需要选择适当的载体和适合的启动子、终止子、选择标记等元件。
2. 转化体系建立：植物遗传转化需要建立一套合适的转化体系，包括培养基的配制、细胞培养和再生体系等。
转化体系的搭建需要考虑到不同物种、基因载体和转化方法的特点。
3. 基因导入：基因导入可以通过直接基因转移、基因炮击、农
杆菌介导转化等手段进行。
其中，农杆菌介导转化是最常用的基因导入方法。
在基因导入过程中，可以使用选择标记来筛选生产基因转化植株。
4. 识别和筛选：基因转化后的植物细胞需要进行识别和筛选。
常用的识别方法包括PCR检测、Southern杂交、Northern杂交等。
筛选方法可以通过细菌耐草酸和遗传标记等手段进行。
5. 品系选育：经过基因转化的植物需要进行品系选育，通过选
择有利的基因型和表型，后代将具有更好的遗传特征。
品系选育需要进行多代重复筛选，最终得到具有稳定表达和优良性状的转化植株。
6. 安全评价：基因转化后的植物需要进行安全评价，包括对植
物生长性状、代谢产物、土壤微生物等方面的评价。
安全评价是确保基因转化植物的生态安全性和食品安全性的重要环节。
第10章 植物遗传转化
8
农杆菌和基因枪转化的特点比较
1，农杆菌转化的特点： 多为单拷贝或寡拷贝转化与整合，减少了 共抑制等基因沉默现象，转基因遗传较稳 定； 不需要特殊设备，实验成本较低。
9
农杆菌和基因枪转化的特点比较
2，基因枪法转化的特点： 不受基因型限制，并且可用各种组织或细胞 作为靶材料。 操作简便。
21
第二节
转化的受体系统
二、转化受体系统的类型和特性
1，经过愈伤组织的受体系统 1.3，两种形式的共同特点：
1）外植体材料来源广泛； 2）适用的植物物种范围广； 3）再生植株群体变异大。
22
第二节
转化的受体系统
二、转化受体系统的类型和特性
2，不经过愈伤组织的受体系统 也称直接分化受体系统，指直接对外植体 材料进行遗传转化操作，然后经过培养直接在 外植体上形成不定芽的情况。 这种系统的特点是 1）获得再生植株的所 需时间短，操作简单；2）遗传变异少；3）外 源基因稳定性高；4）嵌合体比例偏高；5）受 植物物种的限制比较大。
25
第二节
转化的受体系统
二、转化受体系统的类型和特性 5，生殖细胞受体系统
以花粉粒或卵细胞为受体细胞进行直接的 转化的技术系统，也叫种质系统。 5.1，花粉管通道法； 5.2，花粉粒浸泡法； 5.3，花粉粒基因枪转化法； 5.4，子房微注射法。
26
第二节
转化的受体系统
二、转化受体系统的类型和特性
16
第二节
转化的受体系统
一、转化受体的条件
5，农杆菌敏感性 对于农杆菌介导的基因转化来说，需要受 体材料对农杆菌敏感，因为只有对农杆菌敏感 的材料才能够接受农杆菌的转化。一般认为， 大多数双子叶植物对农杆菌敏感而单子叶植物 不敏感。 农杆菌有不同的菌株，同一材料对不同菌 株的敏感程度可能存在不同；目前，还可以采 用化学试剂（乙酰丁香酮）来弥补敏感性的不 足。
植物组织培养：第十三章 植物遗传转化
• 接种时所用菌液浓度和侵染时间 是影响转基因植株再生的关键因素 之一。
• 共培养：接种菌体后的外植体培养 在诱导愈伤组织或不定芽固体培养基 上，在外植体细胞分裂、生长的同时， 农杆菌在外植体切口面也增殖生长， 两者共同培养的过程称为～。
• Horsch等(1985)首创叶盘法，用根 癌农杆菌感染烟草叶片外植体，获得 了转基因烟草。
（一）生物学特性与转 化原理
1.生物学特性
• 根癌农杆菌将Ti质粒的DNA片 段、发根农杆菌将Ri质粒的DNA 片段导入植物细胞的基因组中，导 致植物发生冠瘿瘤和毛状根。
• 根据携带不同Ti质粒的根癌农杆 菌诱导的冠瘿瘤所产生的冠瘿碱类 型，将根癌农杆菌分为章鱼碱型、 胭脂碱型和农杆碱型三种根癌农杆 菌。
一、农杆菌介导法
• Ackermann(1977)，Wullems等 (1981)，De Greve等(1982)和Spano 等(1982)首先在烟草和马铃薯中由Ri质 粒和Ti质粒转化的细胞再生出植株。
• Zambryski等(1983)和De Block等 (1984)以及Horsch等(1985)分别报道 了用切去癌基因的根癌农杆菌和发根 农杆菌进行遗传转化，获得了形态正 常的转基因植物。
第十三章 植物遗传转化
• 植物遗传转化（plant genetic transformation）：是指将外源基因 转移到植物体内并稳定地整合表达与 遗传的过程。
• 农杆菌介导法、基因枪法、植株原 位真空渗入法、电击法、聚已二醇法、 花粉管通道法、显微注射法、激光微 束法、超声波法、生殖细胞浸泡法、 脂质体法
（5） Vir区基因的活化
• 大多数双子叶植物受伤后，植物 细胞会分泌某些酚类化合物，这些 酚类化合物可诱导Vir区基因活化， 使农杆菌转化成为可能。
植物遗传转化
植物遗传转化植物遗传转化是指将一种基因从一种宿主植物移植到另一种植物中的过程。
这可以通过多种技术实现，包括蛋白质工程、病毒载体和质粒介导的遗传转化。
植物遗传转化的技术可以用来改变植物的性状，例如产量，耐旱性，抗病性，耐寒性，营养价值，等等。
它还允许转化植物中的基因，以改善其耐药性、耐酸碱性或其他性状。
植物遗传转化技术有着悠久的历史，最早可以追溯到使用放射性同位素来驯化植物的实验，其目标是改变植物的遗传特性，从而增加其产量。
今天，植物遗传转化的技术发展迅速，使得利用质粒介导的遗传转化技术来转移植物的基因变得越来越容易。
还有许多其他的方法，包括蛋白质工程，以及其他以病毒载体为媒介的形式，都在不断的发展和应用中。
植物遗传转化的应用在种植领域非常广泛。
这种技术可以用来增加植物抗病性，使得植物不容易受到病虫害、荒漠化或气候变化的侵袭；改善植物对营养元素的利用，改善植物的生长和发育；消除农业投入品，比如农药和化肥，使植物可以在较低的投入下获得较高的收入；改变植物的性状，比如口感、果实大小、颜色等，使得植物更受消费者欢迎；以及改变植物的耐寒性，以适应不同的气候条件，减少和消除对农作物收获量的不利影响。
随着植物遗传转化技术的发展，植物遗传转化在农业中的应用越来越广泛，许多农作物也在不断发展改造中。
植物遗传转化的技术已成为农业科学研究的重要组成部分，在当今的社会中得到了越来越多的应用，它不仅可以改善植物的效率，而且可以降低农作物的生产成本，最终提升农作物的抗病性、耐寒性、耐旱性和营养价值等性状，为世界人民提供健康、安全和有营养的生活所需。
如今，植物遗传转化技术已经成为人类运用自然环境生物资源的重要工具，但它仍然存在一定的风险。
因此，在开发和使用植物遗传转化技术之前，应当首先对技术进行全面的评估，确保它不会对自然生态、人类健康或其他有关部门造成不利影响。
同时，在开发和使用植物遗传转化技术的过程中，应当遵守有关法律法规，以确保植物遗传转化技术的安全、可靠和环保。
植物基因转化常用方法(植物遗传,农杆菌、病毒介导和基因枪转化法)
一. 植物遗传转化的方法植物遗传转化技术可分为两大类：一类是直接基因转移技术，包括基因枪法、原生质体法、脂质体法、花粉管通道法、电激转化法、PEG介导转化方法等，其中基因枪转化法是代表。
另一类是生物介导的转化方法，主要有农杆菌介导和病毒介导两种转化方法，其中农杆菌介导的转化方法操作简便、成本低、转化率高，广泛应用于双子叶植物的遗传转化。
二.农杆菌介导的基因转化方法（一）农杆菌的Ti质粒与T-DNA的整合机制几乎所有双子叶植物都容易受到土壤农杆菌感染，而产生根瘤。
它是一种革兰氏阴性土壤杆菌（A. tumefaciens）。
其致瘤特性是由Ti（tumor－inducing）质粒介导的。
农杆根瘤菌之所以会感染植物根部是因为植物根部损伤部位分泌出酚类物质乙酰丁香酮和羟基乙酰丁香酮，这些酚类物质可以诱导Vir（Virulence region)基因的启动表达，Vir基因的产物将Ti 质粒上的一段T－DNA单链切下，而位于根瘤染色体上的操纵子基因产物则与单链T－DNA 结合，形成复合物，转化植物根部细胞。
T－DNA 上有三套基因，其中两套基因分别控制合成植物生长素与分裂素，促使植物创伤组织无限制地生长与分裂，形成冠瘿瘤。
第三套基因合成冠瘿碱，冠瘿碱有四种类型：章鱼碱（octopine）、胭脂碱（nopaline）、农杆碱（agropine）、琥珀碱（succinamopine），使农杆菌生长必需的物质。
1. Ti质粒的结构在发现根瘤农杆菌诱发冠瘿瘤的本质是Ti 质粒后，Ti质粒便成为冠瘿瘤形成基因鉴定与分析的主要研究对象。
Ti质粒大约在160～240kB之间。
其中T-DNA大约在15kb-30kb。
Vir基因区在36kb 左右。
除此之外，Ti质粒上还存在Con区（region encoding conjugation)和Ori区（origin of replication)。
T-DNA上共有三套基因和左右两个边界，LB和RB是长为25bp的末端反复重复顺序，在切除及整合过程具有重要意义。
植物生物技术：第九章 植物遗传转化载体
农杆菌可分为根癌农杆菌Agrobacterium tumefaciems（含Ti质粒 ）和发根农杆菌Agrobacterium rhizogenes （含Ri质粒） ，在植
物基因工程中以根瘤农杆菌的Ti质粒介导的遗传转化最多。
35
病毒载体感染植物细胞以后只是利用寄主细胞的功能在细胞质进 行复制和表达；同时又由于病毒具有高效自我复制能力，故在转 化植物中可得到高拷贝外源基因，从而十分有利于外源基因的表 达和功能的实现
10
Ti质粒结构
毒性区（vir区）：激活T－DNA的转移
T－DNA区： 侵染植物时，从Ti质粒上 被切割，转移到植物细胞中，带有与 肿瘤形成有关的基因
接合转移区：存在与细菌间进行接合有 关的基因
复制起始区：保证Ti质粒进行自我复制
T-DNA 区
Cytokinin
Auxin
Opine
左边界
右边界
Ti 质粒
第九章 植物遗传转化载体
1
第9章 植物遗传转化载体
本章主要内容
• 第一节 植物遗传转化载体的种类及特点 • 第二节 农杆菌质粒系统的结构、功能和构建 • 第三节 植物病毒载体 • 第四节 叶绿体转化载体 • 第五节 遗传转化常用的选择标记基因及及无选择标记基因转化系统
2
第9章 植物遗传转化载体
本章教学目的与要求
含子、信号肽等）连接在一起构成基因。
22
启动子
Ti质粒
Nos（胭脂碱合成酶基因）、Ocs（章鱼碱合成酶基因）等
基因具有与真核生物启动子类似的TATA盒和CAAT盒，均能在植 物细胞中表达，并且无组织特异性。因此，它们成为早期构建 嵌合基因的启动子。
植物遗传转化步骤
植物遗传转化步骤植物遗传转化是一种通过改变植物的遗传物质来实现特定目的的技术。
这一技术已经被广泛应用于植物育种、基因工程和农业生产中。
下面我们将介绍植物遗传转化的具体步骤。
一、选择目标植物和目标基因在进行植物遗传转化之前，首先需要确定目标植物和目标基因。
目标植物通常是经济作物或者重要的研究对象，而目标基因则是具有特定功能的基因，如抗病性、耐旱性等。
二、构建载体构建载体是进行植物遗传转化的重要步骤之一。
载体是将目标基因导入植物细胞的媒介，通常由DNA序列构成。
在构建载体时，需要将目标基因插入到适当的表达载体中，并加入其他必要的DNA片段，如启动子、终止子和选择标记基因等。
三、转化载体到植物细胞将构建好的载体导入植物细胞是植物遗传转化的核心步骤。
目前常用的转化方法有农杆菌介导的转化和基因枪法。
农杆菌介导的转化是将构建好的载体转化到农杆菌中，然后利用农杆菌侵染植物组织，将载体导入植物细胞。
基因枪法则是利用高压气体将载体直接“射击”到植物细胞中。
四、筛选转化植株在转化植物细胞后，需要进行筛选以获得含有目标基因的转化植株。
为了区分转化植株和未转化的植株，常常会在载体中加入选择标记基因。
选择标记基因通常会使转化植株对某种抗生素或除草剂具有耐受性，在培养基中添加相应抗生素或除草剂后，只有含有目标基因的转化植株能够生长下去。
五、培养和繁殖转化植株筛选出含有目标基因的转化植株后，需要进行培养和繁殖。
通常会将转化植株移至含有适当营养物质的培养基中进行生长，以获得足够数量的转化植株。
六、鉴定转化植株在培养和繁殖转化植株后，需要对其进行鉴定，确认其是否成功转化。
鉴定方法包括PCR扩增、Southern印迹和Western印迹等。
通过这些方法，可以检测目标基因在转化植株中的存在和表达情况。
七、后续分析和应用一旦确认转化植株成功，就可以进行后续的分子生物学和生理学分析，如基因表达分析、蛋白质功能研究等。
此外，转化植株也可以用于基因工程和农业生产中，如改良作物品质、提高产量等。
第十二讲植物遗传转化
3）基因枪工作原理
基因枪根据动力系统可分为火药引爆、高压放电和压缩气体驱 动三类
金属微颗粒（0.6-1.6 mm直径的钨或金颗粒），包被外源DNA 载体，加速后携带外源DNA进入植物受体细胞
压缩气体驱动的基因枪是目前的主流： 基因枪是利用不同厚度的聚酰亚胺薄膜制成可裂圆片，来调 控氦气压力，当氦气压力达到可裂圆片的临界压力时，可裂 圆片爆裂并释放出一阵强劲的冲击波，使微粒子弹载体携带 微粒子弹向下高速运动，轰击靶细胞或组织。
是指将植物的离体材料包括茎尖（芽）、分生组织、胚胎、 花粉、愈伤组织、悬浮细胞、原生质体等，经过一定的方法 处理后在超低温（-196℃液氮）条件下进行保存的方法。
材料的准备—预处理—加入冷冻保护剂—降温冷冻—种质液 氮保存—快速化冻（34-40 oC）、洗涤、再培养
4）超低温保存的方法有哪些？
植物遗传转化技术的应用：
基础研究
植物性状改良
植物抗虫基因工程 抗病基因工程 植物抗逆基因工程 植物品质改良的基因工程 植物叶绿体基因工程
生物工程
植物生物反应器
二 植物遗传转化的方法
直接基因转移技术 生物介导基因转移技术
基因枪法 电击转化法 PEG转化法 花粉管通道法 显微注射法 激光微束穿孔法
一 植物遗传转化的概念
植物遗传转化（Plant genetic transformation）:是指将 外源基因转移到植物体内并稳定整合、表达并遗传， 从而使受体植物体现转移基因的特征的过程。又称为 基因转化（gene transformation）
转基因植物（Transgenic plant）:通过遗传转化手 段，获得目的基因(包括外源和内源基因两类) 并能 在后代中稳定遗传的植物
植物遗传转化研究植物基因工程和遗传转化技术
植物遗传转化研究植物基因工程和遗传转化技术植物遗传转化研究：植物基因工程和遗传转化技术植物遗传转化研究是现代生物技术领域的一个重要分支，它通过操纵植物的基因来改变其性状和功能，为农业、生物医学和环境保护等方面提供了广阔的应用前景。
本文将介绍植物基因工程的原理和遗传转化技术的发展现状，以及其在农业和医学领域的应用。
一、植物基因工程原理植物基因工程是指通过人为干预植物基因组，将外源基因导入植物细胞，并使其在植物中表达。
其核心技术是DNA重组技术，具体包括以下几个步骤：1. 外源基因的克隆：将具有特定功能的基因从其他生物体中分离出来，并经过体外扩增，得到足够的DNA片段。
2. 载体构建：将目标基因与适当的表达载体连接，构建成重组DNA。
常用的载体包括质粒和病毒。
3. 转化方法：将重组DNA导入植物细胞。
常用的转化方法有农杆菌介导的转化和基因枪介导的转化等。
4. 选择与筛选：利用选择标记基因或者报告基因等，对经转化的植株进行筛选和鉴定，确保目标基因已经成功导入植物细胞。
5. 后续培养：将转基因植株培养至成熟植株，并进行繁殖和观察，验证目标基因的功能和表达。
二、遗传转化技术的发展现状随着生物技术的不断进步，植物遗传转化技术也得到了广泛应用，取得了许多重要成果。
目前常用的植物遗传转化技术包括农杆菌介导的转化、基因枪介导的转化、电击法等。
农杆菌介导的转化是最常用的植物遗传转化技术之一，利用农杆菌通过水分或创伤进入植物细胞，将外源基因导入植物基因组。
该技术具有高效性和选择性，并且适用范围广泛，在获得转基因植株方面具有重要作用。
基因枪介导的转化是一种直接将外源DNA通过高速银粒枪或金粒枪射入植物组织的方法。
该技术能够克服农杆菌介导的转化对组织的要求较高的限制，使得更多的植物种类能够进行遗传转化。
电击法是一种利用暴露在电场中的植物细胞的特定瞬间可逆孔效应，使得外源DNA通过电穿孔方式导入细胞的方法。
该技术常用于难以转化的植物种类，如谷物、树木等。
植物遗传转化的名词解释
植物遗传转化的名词解释植物遗传转化是一种创新性的生物技术手段，利用现代分子生物学和遗传学技术方法，将外源基因导入植物细胞或组织中，使其在遗传层面上发生改变和转化。
这一技术突破了传统育种手段的限制，可以快速地实现植物功能基因的扩增与转移，从而获得具有新的性状和特性的转基因植物。
植物遗传转化技术的基本原理是将外源基因通过特定的载体和转化方法导入植物细胞，然后利用植物细胞再生和组织培养的技术手段，通过筛选和鉴定获得转基因植物。
这一过程中，外源基因会在植物细胞中整合到染色体中，与宿主基因相互作用，从而改变植物的基因组和表型。
植物遗传转化技术的应用范围非常广泛。
首先，它可以用于植物抗病虫害的育种。
通过导入具有抗病虫害基因的外源基因，可以使植物获得抗性，减少使用农药的量，提高农作物的产量和质量。
其次，植物遗传转化技术可以用于植物的耐逆性改良。
通过导入耐旱、耐寒、耐盐等逆境胁迫基因，可以使植物在恶劣环境中更好地生长和发育。
此外，植物遗传转化还可以用于植物的品质改良，例如提高水稻的粮质、改善果实的营养含量等。
在植物遗传转化中，最常用的转化方法包括农杆菌介导的转化和基因枪法。
农杆菌介导的转化是将外源基因导入农杆菌中，然后利用农杆菌与植物细胞的基因组相容性，使其效应质粒转移至植物细胞。
基因枪法则是将外源基因以微粒金属或植物病毒颗粒的形式，通过加速装置射入植物细胞中。
在植物遗传转化中，关键的一步是选择适合的载体。
常用的载体包括质粒和病毒。
质粒是一种可以自我复制的遗传物质，通常由起始位点、启动子、终止子、选择标记基因和目的基因等组成。
而植物病毒则是利用其某些特性，将外源基因导入植物细胞。
近年来，随着基因编辑技术的出现和发展，植物遗传转化的技术手段也得到了进一步的改良。
基因编辑技术可以直接修饰植物基因组中的目的基因，而无需导入外源基因。
这一技术的出现，使得遗传转化更为高效、精确和安全。
尽管植物遗传转化技术在农业生产和植物科学研究中有着广泛的应用前景，但也引发了一些争议。
植物遗传转化
•
（2）方法：人们将目的基因插入到经过 改造的T—DNA区，借助农杆菌的感染实现外 源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过 细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。 农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中， 近年来，农杆菌介导转化在一些单子叶植物 (尤其是水稻)中也得到了广泛应用。
（3）转化步骤可简单概括为以下方面：
农杆菌介导的过程
（4）优缺点 农杆菌介导法优点：①转化频率较高。
②转移的外源片段较大。 ③整合的外源基因多为单拷贝。 ④整合到植物基因组的外源基因可以定向表达。
农杆菌介导法缺点：①受体植物基因型限制。
②农杆菌是一个生物有机体， 转化受植物材料的影响大。
（三）其他常用的转换方法
（1）植株原位真空渗入法 （2） 聚乙二醇法 （3） 脂质体介导法 （4）电击法 （5）体内注射法 （6）碳化硅纤维介导法
第十七章：植物遗传转化
Section 1: 植物遗传转化的方法
Section 2: 转化植株的检测 Section 3: 几种植株遗传转化的 技术
植物遗传转化 （plan genetic transformation): 应用重组DNA技术、细胞组织培养 技术或种质 系统转化技术，有目的地将外源基因或DNA片 段插入到受体植物基因组中并通过减数分裂获 得新植株的技术。
花椰菜遗传转化方法如图： 发根农杆菌介导 根瘤农杆菌介导
（三）林木遗传转化的技术
目前以掌握了杨树、白桦、桉树、落叶松、核 桃、苹果、沙田柚等树种外源基因转化技术。主要 转化方式是农杆菌介导法。增强植物抗病、耐高温、 耐旱等方面。
（四）药用植物遗传转化的技术
主要采用农杆菌介导法，其他方法成功的例子 极少。
第三类：种质转化系统法；包括植物原位真空
植物遗传转化及其农业应用
植物遗传转化及其农业应用植物遗传转化是指将外源基因或DNA序列稳定地导入植物细胞或组织，并使其遗传表现进行改变的技术。
随着这项技术不断发展和完善，越来越多的植物种类被进行遗传转化，其应用也越来越广泛。
在农业生产领域，植物遗传转化技术被广泛应用，如提高农作物的生产力、耐旱、耐盐等性状，研发新品种等，对于推进农业现代化起到了重要作用。
一、植物遗传转化技术及其分类植物遗传转化技术可分为两类：直接转化和间接转化。
直接转化是指将外源DNA直接导入植物细胞或组织，利用种种手段促使外源DNA整合入植物基因组，从而改变其遗传表现。
直接转化分为生理、物理和化学三种方法。
生理方法是将植物组织培养在含有激素和其他化合物的培养基上，使其形成愈伤组织和再生植株，再利用农杆菌或冷杆菌等载体导入外源DNA。
物理方法是利用生物粒子枪，通过高速粒子冲击将DNA导入植物细胞或组织中。
化学方法是利用钙离子或聚乙烯醇等高分子材料电转化植物细胞或组织。
间接转化是指将外源基因先导入细菌或酵母等微生物细胞中，再利用这些细胞的载体介导导入植物细胞或组织中，使其发生遗传改变。
间接转化主要的手段是农杆菌介导转化。
农杆菌T-DNA 的导入具有高效、选择性和可重复性等优点，因此也是植物遗传转化中最常用的技术。
二、植物遗传转化在农业生产中的应用1. 提高农作物产量和品质通过基因工程技术对农作物进行遗传改良，可以提高作物产量和品质。
例如，利用玉米中的赤霉烯合成酶基因调控葡萄果实的脱落酸合成，可以延长果实的寿命和保留其营养成分，提高果实的品质；利用独苗菜中的β-半乳糖苷酶基因使西瓜果肉中木瓜素和木瓜苷的含量降低，从而提高西瓜的口感和品质。
2. 研发新品种通过植物遗传转化技术，可以引入新的基因或遗传材料，从而研发新的品种。
例如，将水稻中的鱼腥草酸合成酶基因导入玉米中，产生了抵抗昆虫的转基因玉米；将独苗菜中的组氨酸脱羧酶基因引入番茄中，产生了抗沙漠化的转基因番茄。
植物遗传转化中存在的问题与对策
植物遗传转化中存在的问题与对策大家好，今天我们来聊聊植物遗传转化这个话题。
我们得明确一点，植物遗传转化可不是什么高深莫测的科学，而是咱们生活中常见的一件事情。
就像你把苹果切成小块，然后用勺子舀起来吃一样简单。
那么，植物遗传转化中到底存在哪些问题呢？又有哪些对策可以解决这些问题呢？接下来，我们就一起来探讨一下吧！我们来看看植物遗传转化中存在的问题。
其实，这个问题还是挺复杂的，因为涉及到很多生物学的知识。
但是，为了咱们能够更好地理解这个问题，我还是尽量用简单易懂的语言来给大家讲解。
第一个问题，就是如何找到合适的亲本和目标基因。
在咱们日常生活中，你可能会遇到这样的情况：你想要把苹果切成橙子的味道，但是你没有合适的苹果和橙子作为亲本。
这时候，你就需要去寻找那些既有苹果基因又有橙子基因的作物。
同样地，在植物遗传转化中，你需要找到那些既有你要转化的目标基因又有能够表达这个基因的受体细胞的亲本。
这可不是一件容易的事情，需要咱们花费大量的时间和精力去研究。
第二个问题，就是如何将目标基因有效地转移到受体细胞中。
这就像是把苹果切成橙子的味道，你不能只把苹果的果肉切下来，还要把果皮、种子等都切掉才行。
同样地，在植物遗传转化中，你不能只把目标基因切下来，还要想办法让它进入到受体细胞中，并且能够在受体细胞里正常地发挥作用。
这也是植物遗传转化中的一个难题。
第三个问题，就是如何确保转移后的受体细胞能够稳定地表达目标基因。
这就像是把苹果切成橙子的味道之后，你还需要把橙子的果皮、种子等都切掉，才能让橙子真正变成橙子的味道。
同样地，在植物遗传转化中，你还需要确保转移后的受体细胞能够稳定地表达目标基因，否则你还是无法得到想要的结果。
那么，面对这些问题，咱们又有哪些对策可以解决呢？下面，我就给大家分享一些解决方案。
对于第一个问题，我们可以通过转基因技术来解决。
转基因技术就像是给你提供了一个现成的苹果和橙子，你可以直接拿来用，而不需要自己去寻找。
植物遗传转化技术的现状与展望
植物遗传转化技术的现状与展望植物遗传转化技术是指将外源基因或多个外源基因引入植物细胞中，通过重组修饰植物基因组的方法，将目标基因导入植物体内从而获得新的性状或优良品种。
早在20世纪80年代，植物遗传转化技术就开始有所突破，如今已经成为现代生物技术领域的重要组成部分。
本文主要讨论植物遗传转化技术的现状及未来展望。
一、植物遗传转化技术的现状植物遗传转化技术已经有了数十年的发展历程，其中经历了许多的发展和进步。
从最早期的外源基因转移，到后来的基因剪切和基因的融合，植物遗传转化技术正日益完善，并且在农业生产、医药领域、生态保护等各个领域都得到了应用。
近年来，植物遗传转化技术的主要发展方向是利用基因编辑技术在目标基因上进行精确修饰，或者利用基因靶向转移技术实现“无基因转化”的目标。
同时，还有使用基因递送技术，利用特定的载体将目标基因精准地传送到植物细胞中，从而实现“无基因整合”的目标。
植物遗传转化技术的发展历程中也不乏遭遇和问题。
例如，外源基因转化可能会导致植物的异质性和稳定性问题，还有可能产生不良效果和不正常的副作用。
此外，与其它技术相比，植物遗传转化还存在很多局限性，比如转化效率较低、不可逆等问题。
二、植物遗传转化技术的展望尽管植物遗传转化技术的发展历程有所波折，但是目前已经取得了许多成果。
未来，植物遗传转化技术还存在许多不足，但在诸多机会和挑战中，植物遗传转化技术也将迎来新一轮的突破与发展。
首先，基因编辑技术的不断发展，将大大提高植物物种的转化效率和精度。
同时，利用人工合成DNA构建基因工程载体的策略，也将加快植物遗传转化领域的发展和进步。
此外，如果通过挖掘植物体内本身具有的遗传性状，或者通过利用现有的一些新兴技术如CRISPR&CAS9等，可以进一步优化遗传转化技术。
二十一世纪的生物技术已经进入了一个新的飞速发展的时代，在不断翻新和变革的生物领域内，植物遗传转化技术也不会束手无策。
在未来的日子里，植物遗传转化技术将拥有更为广阔、开阔的应用前景。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
技术特点：
直接、简便易行; 不需要组织培养的继代，从而排除了植株再生 的障碍； 但转化效率较低； 适合于花器官较大的植物。
• 小结 虽然有不同转基因方法，但使用最为广泛 的方法仍是农杆菌法和基因枪法两种方法。 转化方法的选择，取决于植物种类和实验 室自身具备的条件。
遗传转化实例
pSAT载体系统
•Cre/loxP位点特异重组系统
•MultiSite Gateway
•MultiRound Gateway
•Multiple-round in vivo sitespecific assembly
多重同源重组法:一种基于同源重组构建多基 因双元载体的方法(张兴国)
• 按目的基因导入位置 细胞核 叶绿体 • 按启动子的类型 组成型启动子 特异性启动子
• 化学药剂诱导转化 常用的化学诱导剂： 聚乙二醇(PEG) 多聚鸟氨酸(PLO) 聚乙烯醇(PVA)
PEG是一种细胞融合剂 。PEG法是最常用的化 学基因转化方法,它是将 Ti质粒与原生质体共同
培养在含有PEG和
Ca2+的溶液中，在高 pH值条件下,原生质体 摄取外源DNA分子,然后 经再生获得转基因植株
整合后外源基因结构变异小
操作简便等优点
该技术已成为转化成功最多的一种转化方法
• 基因枪法(particle gun) 又称微弹轰击法 (microprojectile bombardment或 particle bombardment) 。 该法借助高速运动的金属 粒子将附着于其表面的核 酸分子引入受体细胞，外 源基因进入受体细胞核后 整合到染色体组，然后通 过组织培养再生出完整个 体(植株)。
遗传转化的主要方法
农杆菌介导的遗传转化 基因枪法 电击法 注射法 化学药剂诱导转化 花粉管通道法
• 根癌农杆菌Ti质粒转化系统 外植体 + 农杆菌 共培养 芽诱导 抗生素筛选 生根培养,植株再生 分子检测,转基因植株获得
技术特点：
转化拷贝数低
携带目的基因片段大
植物遗传转化的策略与方法
杨 清
• 植物转基因研究概况 • 遗传转化的策略 • 遗传转化的主要方法
植物转基因现状 1983年比利时根特大学Montagu实验室、孟 山都公司Fraley领导的研究小组、华盛顿大学 Chilton的研究室首次将外源基因转入烟草、 胡萝卜。 到1993年，世界上转基因成功的植物就已突 破60种，至今已有 35科120多种植物转基因 获得成功。
从1986年首批转基因植物被批准进入田间试验
，至今国际上已有30个国家批准数千例转基因
植物进入田间试验，涉及的植物种类有40多种 。主要包括延熟番茄 , 抗除草剂的玉米、棉花 、大豆和油菜,抗虫的马铃薯、棉花和玉米,抗 病毒的西葫芦、南瓜和番木瓜 , 雄性不育的玉 米和莴苣 , 以及改变油脂特性的油菜和大豆等 。
转基因块茎中花色苷含量分析
பைடு நூலகம்
类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶 3GT基因马铃薯块 茎中的特异表达
受体材料: 马铃薯品种Desiree 目标基因: 3GT 转化方法: 根癌农杆菌介导的遗传转化方法
再生过程
转基因植株的PCR检测
转基因植株的Southern blot 鉴定
转基因植株的表型
转基因块茎中3GT的转录表达分析
。
优点： 不受宿主范围的限制 操作简便 成本底 缺点： 一般只适用于原生质体的转化，而原生质体 再生植株并不容易，转化效率低; 再生植株常不可育或形态异常、多拷贝插入等 现象。
• 花粉管通道法 利用开花植物授粉后形成的花粉管通道，直接将 外源目的基因导入尚不具备正常细胞壁的卵、合子或 早期胚胎细胞，实现目的基因的转化。 步骤： １）去除花冠; ２）用微量注射器从断面沿花柱中轴插入子房长度的约 １／４处，再退回２毫米左右; ３）注入含外源目的基因的缓冲液; ４）正常管理，收获种子, 经筛选获得转基因植株。
1987年我国首次获得转Ｂt基因的烟草和番茄 以来，相继获得了转Ｂt基因的棉花、水稻、 玉米等。 我国目前正在研究的转基因植物有47个种， 涉及的各类基因103个。
遗传转化的策略
• 按目的基因数量 单基因转化 双基因转化 多基因转化(同源重组构建多基因双元载体)
转基因植物杂交聚合法 多 连续再转化法 基因 多载体共转化法 多聚蛋白 酶解法 转化 •(常规的)酶连重组法 方法 •BiBAC/TAC大分子量DNA转化法 多基因载体 •依赖归巢酶的pRCS/pAUX和 转化法
优点： 不受宿主限制 操作简便 对植物细胞不产生毒性 转化效率较高，特别适于瞬间表达 缺点： 易造成原生质体的损伤 存在原生质体再生困难
• 注射法 开始用于动物卵细胞，后 来被用于植物。 用显微注射仪把外源DNA 溶液注入到子房或胚囊中 ，由于子房或胚囊中产生 高的压力及卵细胞的吸收 ，使外源DNA进入受精的 卵细胞中，从而获得转基 因植株。对于子房大、多 胚珠的作物，可以说是一 种简便可行的转化途径。
优点： 受体材料来源广泛 靶受体类型广泛 缩短了转基因周期、转基因植株变异率低 及通常具有正常的育性 缺点： 转化效率不高 多拷贝插入 费用较高
• 电击法 又称电穿孔法 (electroporation) 。 在高压电脉冲作用下， 使新鲜分离的原生质体 质膜形成可逆性瞬间通 道，外源DNA穿过通道 进入细胞，并整合到染 色体组。