转基因育种研究进展

作物转基因育种研究进展

摘要：近年来，植物基因工程取得了辉煌的成就，而转基因技术由于其巨大的产业价值,特别是在作物品质改良、产量和抗逆性提高等方面的明显优势,一直是国际农业高新技术竞争的焦点和热点。本文主以棉花、玉米、水稻为例就转基因育种技术在作物上的研究进展进行相关的介绍。

关键词：作物，棉花，玉米，水稻，转基因育种，研究进展

植物转基因技术是指利用重组技术、细胞DNA培养技术或种质系统转化技术将目的基因导入植物基因组，并能在后代中稳定遗传，同时赋予植物新的农艺性状，如抗虫、抗病、抗逆、高产、优质等。常规育种常常受有性杂交亲和性的制约，而利用转基因技术可以打破物种界限、克服有性杂交障碍，快速有效地创造遗传变异，培育新品种、创造新类型，大大缩短新品种育成的时间。因此，随着现代生物技术的迅速发展，植物转基因技术也蓬勃发展［1］。

1 转基因棉花育种的研究与进展

近年来，随着基因工程技术的不断发展，利用生物技术来创新棉花种质资源和培育新品种是一条非常有效的途径，极大地推动了棉花遗传育种的发展［2］。中棉所是世界上唯一可以同时采用农杆菌介导法、花粉管通道法、基因枪轰击法快速获得转基因抗虫棉新材料的技术平台,能将植物嫁接技术成功应用于转基因棉花的快速移栽,成活率超过90%。未来3~5年,中棉所将挖掘、整合与优化抗病、抗除草剂等基因10个,筛选高产因子、高品质纤维等基因或分子标记150个,创造转基因棉花育种新材料100份以上,培育重大新品种(组合)3~5个。

1.1转抗虫基因

1991年成功将外源Bt基因导人棉株中，1992年人工合成了全长1824bp的CrylAb和CrylAc融合的GFMCry1A基因，并于1993年采用农杆菌介导法和外源基因胚珠直接注射法成功导入晋棉7号、中棉12、泗棉3号等主栽品种，获得了高抗棉铃虫的转基因棉花株系；包含CryIAc和AP基因双价抗虫基因载体，通过农杆菌介导转化冀合321胚性愈伤组织，经6代筛选后培育出抗棉铃虫90%的纯合品系，且农艺性状均优于对照。

1.2转抗黄萎病相关基因

利用花粉管通道法和农杆菌介导转化法将菜豆中的几丁质酶和烟草中的葡聚糖酶基因转入棉花，并从转基因高世代材料中筛选出了高抗黄萎病的品系；将天麻抗真菌蛋白基因用花粉管通道法转化天然彩色棉主栽品种，从高世代系中选育出既抗枯萎病又抗黄萎病的兼抗材料；将葡萄糖氧化酶基因(GO)转入棉花，转基因后代对枯萎病和黄萎病抗性均有显著提高，部分材料抗性达到抗病水平。1.3转抗除草剂基因

1997年由美国孟山都公司推出抗除草剂棉花抗性品种，他们从土壤农杆菌变种CP4中分离到编码抗草甘膦酶的基因，并通过农杆菌介导法转化珂字棉312，把该基因导入棉花植株，从而使其对草甘膦产生抗性。采用中棉35下胚轴为材

料，将草甘膦突变基因aroAM12导入到棉花中，获得65棵再生植株，通过Southern及Western试验验证了该基因的导入和表达状况，结果表明，转化株对草甘膦具有很高的抗性；将抗草甘膦基因aroAM12和抗虫基因Btslm一起整合到一个载体中，并以抗草甘膦基因作为选择标记，通过转化棉花品种石远321后获得了抗草甘膦和抗棉铃虫的再生株。

1.4转基因棉花品质性状改良的研究

转基因杂交抗虫棉邯棉646的选育［3］获得成功，培育出了丰产、优质和抗逆性较强的棉花；通过花粉管通道转基因技术，将E6启动子驱动的兔角蛋白基因导入高产棉花品种“苏棉16号”，对阳性植株通过PCR检测，最终确定3株结果稳定的转兔角蛋白基因棉株。经品质分析，这3个株系成熟棉纤维的品质部分得到改良，尤其比强度有较大幅度提高，与转基因受体相比平均提高6.3cN/tex。利用基因工程技术，调节棉纤维的发育进程，如纤维伸长的速率或持续的时间，或者改变棉纤维的化学组成，以改变棉纤维的理化性质，最终实现改良棉纤维的目的，这已经成为新世纪棉花创新研究的新领域。

2 转基因技术在玉米育种上的研究与进展

转基因技术将玉米基因库中不具有的抗性基因导入玉米，实现了传统育种方法无法实现的基因重组，大大提高了育种水平。转基因玉米的研究从20世纪80年代中期开始到现在的短短十几年时间已经利用转基因的途径将大量的转基因导入玉米，培育出了一批抗虫、抗病、抗除草剂、抗盐、抗旱、优质等多种优良玉米品种或新种质［4］。分子标记技术、转基因技术等基因工程被广泛地应用于玉米分子图谱构建、玉米优势群划分、基因定位、基因克隆等方面。基因工程集现代新技术如细胞培养技术、分子杂交技术、转基因技术、分子标记技术和基因表达技术等为一体，使育种技术进入了一个高新技术的时代［5］。

2.1玉米转基因技术

应用转基因技术将目的基因导入合适受体并获得稳定的转基因植株是转基因的重要环节。转基因技术的不断发展和完善使得转基因工作得以迅速开展，目前玉米已开拓建立了多种转基因技术，分别适应于不同的受体。

2.1.1 DNA直接转入技术

基因枪法：基因枪法也是转基因技术中经常使用的方法，该技术主要借助高速运动的金属微粒将附着在其表面的核酸分子引入到受体，1987年由美国康奈尔大学的Sanford等人发明并很快用于玉米基因转化研究。1994年，赵天永等用基因枪将GUS基因导入玉米茎尖组织；1995年王国英等用基因枪法将防御素基因转入玉米并再生植株；原亚萍以玉米愈伤组织为受体，用基因枪轰击将防御素基因装入玉米细胞，经卡那霉素筛选及分化培养获得一再生植株。1999年，中国农业科学院董云洲等用基因枪法转化花粉获得了转基因谷子和玉米，所用基因为GUS。基因枪法是玉米基因转化常用的方法，也是效果最好的方法。基因枪法无宿主限制，靶体类型广泛，操作简便，但其转化频率低，插入位点和拷贝数不稳定。

PEG法：PEG是细胞融合剂，能促进细胞膜间融合，利于外源DNA进入原生质体。这种方法成本低，结果比较稳定，存在的问题是建立可靠高效的原生质体再生系统比较困难。

电击法：电击法是利用高压电脉冲对细胞“电击穿孔”，形成可逆的瞬间通道，促进外源DNA的摄取。电击法可以用于原生质体，还可以用于胚性悬浮细胞系、愈伤组织和幼胚等，操作比较简单，但转化效率低，插入位点和拷贝数不稳