(建筑工程施工管理)基因工程论文

（建筑工程管理）基因工程

论文

湖南农业大学

选修课论文

课程名称生态信息学概论

论文题目谈基因工程技术如何应用于植物

所于学院

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指导老师

2011年5月9日

分子生物学

—谈基因工程技术如何应用于植物

摘要：通过基因工程改良品种于未来的农业生产中日益显示出巨大潜力。尽管科学家们对转基因植物的争论仍于继续，但能够肯定的是，转基因植物作为壹项新兴的生物技术的产物，于解决日益膨胀的地球人吃饭问题和于解决长期困惑人类发展的资源短缺、环境恶化、经济衰退三大难题中起着越来越重要的作用。本文综述了基因工程技术于植物中的应用，就转基因植物的技术、发展、安全性和发展前景作了探讨。

关键词：基因工程技术；转基因植物；安全性；发展前景

所谓转基因植物是指利用基因工程技术，于离体条件下对不同生物的DNA 进行加工，且按照人们的意愿和适当的载体重新组合，再将重组DNA转入生物体或细胞内，且使其于生物体内或细胞内表达的植物。自1983年首次获得转基因植物以来，转基因技术发展十分迅速，成功的转基因植物已达60多种，于世界上批准进入田间试验的转基因植物已超过500例。

1植物的转基因技术

由于植物的体细胞具有全能性，即单个的细胞经过合适培养后能够生成完整的植株。将分离能够编码所需产物的DNA片段克隆到适当的载体DNA中形成重组DNA，利用细菌繁殖扩增重组DNA且将重组DNA中的目的基因导入所需的培育的植物细胞中，筛选出所需要的细胞，通过细胞的全能性将转基因植株大规模种植。

其中外源基因导入植物细胞的方法可分为DNA直接转化和以载体为媒介的基因转化。基因的直接转移是通过物理化学法将外源基因转入受体植物细胞的技术。常用的方法有化学刺激法、脂质体法、显微注射法和基因枪法等。其原理是利用物理化学方法暂时改变膜通透性，使DNA进入细胞，且最终整合到植物基因组中。

以载体为媒介的基因转化即使通过农杆菌或植物病毒介导感染受体植物将外源基因转入植物细胞的技术。目前，载体法主要包括土壤农杆菌Ti质粒、Ri质粒及植物DNA病毒等介导的遗传转化法。

2转基因植物的筛选和检测

通过转基因的方法将目的基因转入目的植物的细胞后，转化细胞和非转化细胞

相比均只占少数，俩者存于竞争，而转化细胞的竞争力通常比非转化细胞弱，因此必须对转化细胞进行筛选和检测。

于构建重组DNA时，人们已经引入了标记基因以对转化子选择和鉴定。方案基因由于其表达产物易于检测，已广泛用于转基因植物中。根据方案基因编码特点，大致分为俩类：抗性基因和编码催化人工底物产生颜色变化的酶基因或发光基因。根据检测的不同阶段区分，有DNA检测法、RNA检测法及蛋白质检测法。DNA检测法只能检测到外源基因是否已经整合到植物基因组中，而RNA检测法得到的结果可判定外源基因是否转录，蛋白质检测法则可检测出外源基因是否翻译。

3改进转基因的技术

随着植物转基因技术的创立和发展，许多具有重要经济价值的农作物获得了转基因植株，植物转基因技术成为植物育种的壹个重要手段，但仍有许多问题阻碍了转基因技术于生产上的广泛的应用。将外源DNA导入植物细胞后，只有外源DNA于宿主细胞及其子代细胞中稳定整合和有效的表达，才能培育出具有新的遗传性状的转基因植物。大量研究表明外源基因于转基因植物中有的能正常表达，有的表达量很低，甚至不表达，而且于不同的植株个体之间也存于着明显差异。所以提高转基因的表达，减少转基因的失活是转基因技术的壹个重要内容。提高外源基因表达水平的措施有:

3.1农杆菌介导的遗传转化方法由于其产生的拷贝数相对较少，能够于壹定程度上避免这个问题。

3.2使用信号肽，每种植物蛋白质的作用空间位置均是不同的，蛋白质分子的定向运输需要特殊多肽信号的引导作用。

3.3选择强启动子和诱导型启动子

3.4使用强终止子常用的终止子时CaMV35S终止子和根瘤土壤杆菌T-DNA 的胭脂氨基酸合成酶基因的nos终止子。

3.5消除甲基化的影响于载体上加上去甲基化功能的序列以防止甲基化。

3.6使用植物偏爱的密码子

3.7使用MAR序列

3.8使用增强子

3.9对外源基因进行修饰和改造

3.10以叶绿体作为转化受体

3.11使用壹些病毒编码蛋白

3.12于有性生殖后代中筛选单拷贝植株

4基因工程于农作物上的应用

4.1抗虫转基因作物最早获得的转Bt（苏云金杆菌）毒素基因植物是烟草和番茄，随后Bt毒素基因相继被转化到许多其他农作物中，如棉花、水稻、玉米等，获得了壹大批具良好抗虫性的转基因植物品种。

4.2抗病毒作物植物病毒感染时壹个严重的问题，它可导致农作物生长缓慢、产量降低和质量减退。转基因植物的成功使作物抗病毒成为可能且加速了作物抗病育种的研究进程。自1986年Powel-Abel首次将烟草花叶病毒（TMV）外壳蛋白（Cp）基因导入烟草，培育出抗TMV植株以来，已经将许多病毒成功的构建了多种抗病毒植株，近几年的研究结果表明病毒外壳蛋白于系统杂交保护中起着重要的作用，插入壹段已克隆的CP基因能够延缓病毒的发展和阻止病毒于转基因植株中进壹步传播。

4.3抗细菌和真菌作物细菌和真菌病于全部植物病害中造成的损失最大，很多科学家均于尝试从植物的生物体内寻找抗病原菌的蛋白及其基因，且将其用于植物基因工程。自1980年，瑞典科学家首次从美国惜古比天蚕种成功分离了3种诱导型的杀菌肽进行了深入的研究。它们对很多种植物病原菌有较强的杀伤作用。当下的实验结果表明，杀菌肽作用于细胞的细胞膜，破坏膜的完整性，造成离子通道，最终导致细胞内含物泄露。目前，杀菌肽基因工程已经于烟草、马铃薯等植物上有了初步报道。

4.4抗除草剂转基因作物人类自有农业起就壹直跟杂草作斗争，它是农业生产中的大敌，但由于它具有较强的生态适应性和抗逆性，所以给杂草的防治带来了困难。于大量使用化学除草剂的同时往往会对作物造成壹定的伤害。为此人们于研究抗除草剂基因，将该基因转入植物，于喷施除草剂杀死杂草时，不伤害作物。20世纪80年代中期，抗除草剂基因被转入了作物体内，从而获得了抗除草剂的转基因大豆、棉花、玉米、油菜、小麦等。

4.5抗非生物胁迫作物干旱时困扰农业生产的重要因素之壹，它给农业生产带来巨大的损失，这种损失甚至是毁灭性的。CMO基因是合成乙酰-甜菜碱第壹步反应关键酶的基因，具有很强的抗旱性。Rathinasabathi等奖烟草中的CMO基因导入水稻中，获得抗旱性较强的转基因水稻。能够相信于未来培育出的耐旱的新作物品种应该是转入多种共同作用的外源基因。

5转基因植物的安全性

..5．1转基因植物的优缺点关于转基因植物及其安全性问题，是近年来的热

门话题，但目前国际上没有统壹说法，争论不壹。其主要优点：①增加食物供应，解决粮食短缺；②减少农药使用，避免环境污染；③降低生产成本，降低食物售