植物营养的分子生物学和遗传学研究方法
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从水稻中普遍含有的全草含烟胺（nicotianamine） 着手，对水稻品种进行改良。全草含烟胺是一种氨基 酸，它能与铁元素相结合，将土壤中的铁元素从水稻 的根部输送到稻穗。研究人员通过转基因技术，把能 够提高全草含烟胺合成能力的基因植入水稻内，令水 稻合成全草含烟胺的量增加到普通水稻的9.6倍，提高 了水稻对铁的吸收能力和运输能力，培育出了铁含量 3倍于普通稻米的水稻。
– Select genes from any Kingdom (with care, especially if potential for entry into the food chain)
What are the Uses of GM Plants?
遗传修饰植物做什么用？
Research
Plant Genetic Modification 植物遗传修饰
基本概念
★转基因植物（transgenic plant ） ★转化植物（transformed plant） ★基因工程植物（genetically engineered plant） ★遗传修饰植物（genetically modified plant）
Other uses of GM Plants?
Functional foods (humans and livestock)
– Today: Golden rice
• Vitamin A enriched
– Future directions:
• Boosted antioxidants • Elevated content of specific
Application of Roundup herbicide
Field following application
Nature Biotechnology 25: 271 (2019)
Nature Biotechnology 25: 271 (2019)
Nature Biotechnology 25: 271 (2019)
Why use Genetic Modification? 为什么进行遗传修饰？
Accelerate the breeding process加速育种进程
– Introduce/enhance desired trait in an established genetic background
Extend the gene pool扩大基因库
基因型编号
你见过蓝色的玫瑰、 百合、康乃馨、菊花、 郁金香和蓝色的月季花 吗？
你见过蓝色的玫瑰、百合、康乃馨、 菊花、郁金香和蓝色的月季花吗？
玫瑰、百合、康乃馨、菊花、郁金香和月季等 花卉没有天然的蓝花品种。
因为它们缺乏黄酮-3’5’-羟化酶，因而不能产 生翠雀素。翠雀素是花青素的一种，呈紫色。花青 素是花卉中控制花色的主要化学成分之一。
wild type
K. Yamaguchi-Shinozaki, JIRCAS, Japan
What are uses of GM Plants?
Commercial Applications
商业用途
– Altered agronomic traits 改变农学性状
• Disease/insect resistance
minerals • Removal of food allergens,
carcinogens
Greater public acceptance when the technology is shown to more greatly benefit consumers?
转基因高铁水稻
由日本、韩国和丹麦研究人员组成的研究小组13日宣 布，他们成功培育出铁含量3倍于普通稻米的水稻， 并证实这种高铁水稻能改善实验鼠的贫血症状。
• Virus resistance
Leabharlann Baidu
• Herbicide resistance
• Salt/drought tolerance
time • Cold tolerance
2019
• Enhanced yields, other
quantitative traits
• Phytoremediation
高氮
1.2
低氮
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 5
– Largest number of transgenic plants are currently created for research purposes
• Knock-outs, over-expression, modified proteins
stress-inducible promoter driving drought- and cold-responsive transcription factor
转基因高铁水稻
研究人员用来自高铁水稻的糙米喂养患有 贫血症的实验鼠，两周后，实验鼠血液内 的血红蛋白浓度恢复到正常水平。
植物营养学研究方法（2）
植物营养的遗传学和分子生物学 研究方法
高亚军
2009-04-09
养分资源的高效利用
环境条件 的影响
施肥
植物体本 身的特性
光照、温度、
降水、CO2浓度 等气候因素
土壤 因素
改善 土壤条件
高效 肥料
合理 施肥
？
冬小麦不同品种氮素利用效率的差异
90 80 70 60 50 40 30 20 10
0
É 229 °« ·á 3ź ÑÖ Âó 8911 É 160 Î÷Å© 1376¨£ ĸ £© Î÷Å© 2611 С ÙÈ 6ź É 150 Î÷Å© 1376¨£ ¸ £© Î÷ÔÓ 1ź
ªµ ØË ûÀ ÃÓ Ê £¨%©£
油菜不同基因型氮素吸收效率 具有显著差异
1.3
– Select genes from any Kingdom (with care, especially if potential for entry into the food chain)
What are the Uses of GM Plants?
遗传修饰植物做什么用？
Research
Plant Genetic Modification 植物遗传修饰
基本概念
★转基因植物（transgenic plant ） ★转化植物（transformed plant） ★基因工程植物（genetically engineered plant） ★遗传修饰植物（genetically modified plant）
Other uses of GM Plants?
Functional foods (humans and livestock)
– Today: Golden rice
• Vitamin A enriched
– Future directions:
• Boosted antioxidants • Elevated content of specific
Application of Roundup herbicide
Field following application
Nature Biotechnology 25: 271 (2019)
Nature Biotechnology 25: 271 (2019)
Nature Biotechnology 25: 271 (2019)
Why use Genetic Modification? 为什么进行遗传修饰？
Accelerate the breeding process加速育种进程
– Introduce/enhance desired trait in an established genetic background
Extend the gene pool扩大基因库
基因型编号
你见过蓝色的玫瑰、 百合、康乃馨、菊花、 郁金香和蓝色的月季花 吗？
你见过蓝色的玫瑰、百合、康乃馨、 菊花、郁金香和蓝色的月季花吗？
玫瑰、百合、康乃馨、菊花、郁金香和月季等 花卉没有天然的蓝花品种。
因为它们缺乏黄酮-3’5’-羟化酶，因而不能产 生翠雀素。翠雀素是花青素的一种，呈紫色。花青 素是花卉中控制花色的主要化学成分之一。
wild type
K. Yamaguchi-Shinozaki, JIRCAS, Japan
What are uses of GM Plants?
Commercial Applications
商业用途
– Altered agronomic traits 改变农学性状
• Disease/insect resistance
minerals • Removal of food allergens,
carcinogens
Greater public acceptance when the technology is shown to more greatly benefit consumers?
转基因高铁水稻
由日本、韩国和丹麦研究人员组成的研究小组13日宣 布，他们成功培育出铁含量3倍于普通稻米的水稻， 并证实这种高铁水稻能改善实验鼠的贫血症状。
• Virus resistance
Leabharlann Baidu
• Herbicide resistance
• Salt/drought tolerance
time • Cold tolerance
2019
• Enhanced yields, other
quantitative traits
• Phytoremediation
高氮
1.2
低氮
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
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0.2
0.1
0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 5
– Largest number of transgenic plants are currently created for research purposes
• Knock-outs, over-expression, modified proteins
stress-inducible promoter driving drought- and cold-responsive transcription factor
转基因高铁水稻
研究人员用来自高铁水稻的糙米喂养患有 贫血症的实验鼠，两周后，实验鼠血液内 的血红蛋白浓度恢复到正常水平。
植物营养学研究方法（2）
植物营养的遗传学和分子生物学 研究方法
高亚军
2009-04-09
养分资源的高效利用
环境条件 的影响
施肥
植物体本 身的特性
光照、温度、
降水、CO2浓度 等气候因素
土壤 因素
改善 土壤条件
高效 肥料
合理 施肥
？
冬小麦不同品种氮素利用效率的差异
90 80 70 60 50 40 30 20 10
0
É 229 °« ·á 3ź ÑÖ Âó 8911 É 160 Î÷Å© 1376¨£ ĸ £© Î÷Å© 2611 С ÙÈ 6ź É 150 Î÷Å© 1376¨£ ¸ £© Î÷ÔÓ 1ź
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油菜不同基因型氮素吸收效率 具有显著差异
1.3