第十六章转基因技术与作物育种

已经分离的目的基因一般都保存在大肠杆 菌内的一类辅助质粒中，常用的有pBR322 系列、pUC以及pBluescriptK+(—)系列 等。在进行外源基因转移前还必须将外源 基因重组到合适的载体上，具体采用哪种 载体要根据转基因的方法和目的而定。Ti质 粒转化载体的结构见图16—6、16—7。
(三)受体材料的选择
第一节 作物的转基因技术
一、转基因技术的发展现状
(一)国际转基因植物研究与现状
自从20世纪70年代重组DNA技术创建到1983年 第一株转基因烟草获得以来，至今已有35个科 120种植物转基因获得成功。先后有30多个国家 批准了3000多例田间试验，涉及的植物种类有 40多种，2000年已有13个国家种植了商品化的 转基因植物。1996—2001年全球转基因作物种 植面积增加很快(图16—1)。到2001年全世界已 种植转基因作物5260万hm2。
与常规育种技术相比，转基因育种在技术上较为复 杂，要求也很高，但是具有常规育种所不具备的 优势。主要体现在：
(1)转基因育种技术体系的建立使可利用的基因资 源大大拓宽。实践表明，从动物、植物、微生物 中分离克隆的基因，通过转基因的方法可使其在 三者之间相互转移利用。
(2)转基因育种技术为培育高产、优质、高抗，适 应各种不良环境条件的优良品种提供了崭新的育 种途径。这既可大大减少杀虫剂、杀菌剂的使用， 有利于环境保护，也可以提高作物的生产能力、 扩大作物品种的适应性和种植区域。
据农业部资料，到1999年我国已批准进行中 试的转基因作物有48项，包括水稻、小麦、 玉米、番茄、白菜、番木瓜、甜瓜、花生、 棉花、烟草、广藿香等11种作物；主要目 标性状是抗虫、抗病、耐盐、抗冻、耐储 藏和抗衰老等。已批准环境释放的有49项， 包括水稻、玉米、大豆、马铃薯、番茄、 甜椒、线辣椒、棉花、杨树、烟草等10种。
受体是指用于接受外源DNA的转化材料。能否建 立稳定、高效、易于再生的受体系统是植物转基 因操作的关键技术之一。良好的植物基因转化受 体系统应满足如下条件：①高效稳定的再生能力； ②受体材料要有较高的遗传稳定性；③具有稳定 的外植体来源，即用于转化的受体要易于得到而 且可以大量供应，如胚和其他器官等；④对筛选 剂敏感，即当转化体筛选培养基中筛选剂浓度达 到一定值时，能够抑制非转化植株细胞的生长、 发育和分化，而转化细胞、植株能正常生长、发 育和分化形成完整的植株。
第十六章 转基因技术与作物育种
转基因育种就是根据育种目标，从供体生物 中分离目的基因，经DNA重组与遗传转化 或直接运载进入受体作物，经过筛选获得 稳定表达的遗传工程体，并经过田间试验 与大田选择育成转基因新品种或种质资源。
它涉及目的基因的分离与改造、载体的构 建及其与目的基因的连接等DNA重组技术； 通过农杆菌介导、基因枪轰击等方法使重 组体进入受体细胞或组织以及转化体的筛 选、鉴定等遗传转化技术和相配套的组织 培养技术；获得携带目的基因的转基因植 株(遗传工程体)；遗传工程体在有控条件下 的安全性评价以及大田育种研究直至育成 品种。
(3)利用转基因育种技术可以对植物的目标性 状进行定向变异和定向选择，同时随着对 基因认识的不断深入和转基因技术手段的 完善，对多个基因进行定向操作也将成为 可能，这在常规育种中是难以想象的。
(4)利用转基因技术可以大大提高选择效率， 加快育种进程。此外，通过转基因的方法， 还可将植物作为生物反应器生产药物等生 物制品。正是由于转基因技术育种具有上 述强大的优势，使得转基因技术从发现到 如今仅仅30年的历史就得到了快速的发展。
目前所种植的转基因作物主要为大豆、 玉米、棉花和油菜等，其中以转基因 大豆的种植面积最大。
转基因作物的主要目标集中在培育具有ห้องสมุดไป่ตู้抗除草剂特性的农作物优良品种,其次 为培育抗虫和毒病新品种上。
(二)我国转基因作物研究与利用概况
我国是世界上第一个商品化种植转基因作 物的国家。自行培育的双价转基因烟草的 抗病虫性达到60％，产量比对照增加15％， 产值增加20％，1992年每亩增产200元， 遗憾的是由于市场的原因现已不推广。
1．愈伤组织再生系统 愈伤组织再生系统 是指外植体材料经过脱分化培养诱导形成 愈伤组织，再通过分化培养获得再生植株 的再生系统。愈伤组织受体再生系统具有 外植体材料来源广泛，繁殖迅速，易于接 受外源基因，并且转化效率高的优点；缺 点是转化的外源基因遗传稳定性差，容易 出现嵌合体。
(二)目的基因重组质粒的构建
通过上述方法克隆得到目的基因只是为利 用外源基因提供了基础，要将外源基因转 移到受体植株还必须对目的基因进行体外 重组。质粒重组的基本步骤包括：从原核 生物中获取目的基因的载体并进行改造； 利用限制性内切酶将载体切开，并用连接 酶把目的基因连接到载体上，获得DNA重 组体。
虽然对植物组织培养的研究已有几十年的 历史，对于许多重要的农作物已经建立起 比较成熟的再生系统，但是建立一个良好 的基因转化受体系统与现有的组织培养获 得再生植株水平之间还有很大的差距。目 前受体材料系统存在的主要问题是：再生 率低，基因型依赖性强，再生细胞部位与 转化部位不一致等，常用的受体材料有以 下几大类型。
二、转基因育种的程序
利用转基因技术进行作物育种的基本过程 可分为：目的基因或DNA的获得；含有目 的基因或者DNA的重组质粒的构建；受体 材料的选择和再生系统的建立；转基因方 法的确定和外源基因的转化；转化体的筛 选和鉴定；转基因植株的育种利用。
(一)目的基因的获得
目的基因的获得是利用作物转基因育种的 第一步。根据获得基因的途径主要可以分 为两大类：根据基因表达的产物——蛋白 进行基因克隆；从基因组DNA或mRNA序 列克隆基因。
目前经农业部审查并经全国基因工程安全委 员会批准商品化生产的作物已有我国自行 研制开发的抗虫转基因棉花、美国 Monsanto公司开发的Bt抗虫棉、延迟成 熟期的转基因番茄、抗黄瓜花叶病毒(CMV) 转基因番茄、抗CMV转基因甜椒及转查尔 酮合酶(CHS)反义RNA基因矮牵牛。但是 除了转基因抗虫棉已经大面积生产外，后 几种作物的种植面积仅在1 hm2左右。