转基因技术的应用

转基因技术的应用
摘要：本文较系统地介绍了植物基因转移方法,综述了转基因技术在各个领域方面的应用概况，并对转基因植物的前景作了展望。

关键词：植物；基因；转基因技术
The application of the transgenic technology Abstract: This article systematically introduces the plant gene transfer method, this paper reviewed the application of transgenic technology in all areas of general application, and the transgenic plants prospects are described.
Key words: Plants; gene; genetically modified technology
将外源或者人工修饰的基因导入植物基因组并稳定表达,可改变生物体性状并遗传下去,这就是植物转基因技术。

1983年，人类首次获得转基因植物，1986年美国和法国的科学家第一次进行了抗除草剂转基因烟草的田间试验［1］。

此后,植物转基因的研究与应用在世界各地蓬勃发展,并创造了巨大的经济效益。

随着研究的深入，转基因植物的应用被不断拓宽，在农业上取得巨大经济效益的同时，其在医疗、资源、环境污染处理等方面的研究也吸引了越来越多的研究者。

1 国内转基因植物研究现状
在国家“863”术研究与发展计划及国家科技攻关计划的资助下，我国转基因植物的研究和应用取得了显著的进展，主要是在植物抗虫、抗病、植物抗逆、植物品质改良、植物叶绿体等基因工程和植物生物反应器方面，有些研究已经达到国际先进水平。

据1996物技术学会统计，我国投入研究和开发的转基因植物达 47涉及各类基因 103种。

近年来有20种转基因植物进入了田间试验或环境释放阶段。

目前我国有3 种转基因植物被批准进入商品化生产，包括我国自己培养的耐储存番茄、抗虫棉、观赏植物矮牵牛、抗病毒甜椒、抗病毒番茄，以及美国孟山都公司培育的抗虫棉。

在上述转基因作物中，种植面积最大的是抗虫棉，中国的抗虫棉（Bt棉）占整个棉花面积的20%［2］。

2植物基因转移的主要方法
转基因植物研究取得了令人鼓舞的突破性发展。

十几年来转基因植物这一技术日趋完善在提高植物抗性、改良作物品质以及作为生物反应器生产有用的化合物等方面发展迅速植物转基因方法可分为生物学、化学和物理学方法三大类。

生物学方法有农杆菌介导转化法、花粉管通道法、病毒介导法等；物理学方法包括基因枪法、显微注射法和电激穿孔法等；化学方法包括聚乙二醇法、脂质体法等。

在上述多种方法中，占主导地位的是农杆菌介导法，常用的还有基因枪法。

农杆菌介导法的原理是: 在农杆菌基因 chvA, chvB,pscA, and att家族所编码的蛋白和植物伤口产生的酚类物质和糖类物质的共同作用下, 农杆菌识别并附着在宿主细胞壁上。

virD4和virB 基因编码蛋白组成的typeIV分泌系统将单链 VirD2-T-DNA 复合体运送到宿主细胞
内。

此外,VirE3 、VirE2和VirF蛋白也通过该系统进入宿主细胞中。

在宿主细胞质中, VirE2蛋白与VirD2-T-DNA复合体结合。

在 VirD2核定位信号、某些农杆菌蛋白和宿主细胞蛋白的共同作用下, VirD2-T-DNA复合体进入细胞核［3］。

基因枪转基因技术：由康奈尔大学 Sanford 提出，是将目的基因包裹在直径在微米级的球状金粉或钨粉颗粒上，用火药爆炸或高压气体加速金属微粒将其送到受体植物细胞中，再通过组织培养获得完整植株。

3 转基因细胞的鉴定
目的基因进人细胞后,能否在正常的植物体上准确表达,还必须对植株进行转基因细胞鉴定现常用报告基因对一些细胞进行鉴定。

报告基因是用于检测基因在导人受体细胞后，是否具有功能的一种指示基因,常用的报告基因有如下几类：
3.1 Cat基因
又叫氯霉素乙酰转移酶基因,来源于细菌转座子Tn9导人转基因细胞后表达产物是氯毒素乙酰转移酶,可催化氯霉素形成3一乙酰氯霉素和1，3一二乙酰氯霉索,而使抗生素失活。

凡导人细胞后,能抗氯霉素,就是转基因细胞。

3.2 nptⅡ基因
新毒素磷酸转移酶基因,也称氨基葡萄糖背磷酸转移酶基因。

是从细菌转座子Tn5中分离出来的nptⅡ导人细胞后,可以使转化细胞对氨基葡萄糖苷类抗生素（卡那霉素、庆大霉素) 产生抗性。

如果nptⅡ转人细胞后,能够使抗生素失去活性,就说明目的基因在受休细胞中得到了表达。

3.3荧光素酶基因
来源于细菌或荧火虫。

此基因导人受体细胞后如果能表达就能产生荧光素酶,此酶在 Mg24和ATP存在的条件下 ,可以氧化荧光素。

在氧化过程中发出荧光,可用荧光器测定,如荧光较强,可以在暗处看到,如果看到荧光,就说明目的基因在受休细胞中得到了表达,反之则没有表达［4］
3.4 冠瘿碱合成酶基因
导人受体细胞后,如果是转墓因细胞,冠瘿碱合成酶基因就能表达,产物是冠瘿碱（如：章鱼碱、胭脂碱),可通过鉴定冠瘿碱来确定转基因细胞。

4 转基因技术的应用
自1984 年报道获得第一例完整转基因植株以来,随着分子生物学技术的飞速发展, 转基因研究进展很快。

国内外的科学家们在基因转移技术方面、在提高农作物的抗虫、抗病、抗逆和品质改良方面都取得了令人瞩目的成就。

1987年Umbeck 等首次报道通过农杆菌介导法将抗卡那霉素基因转入棉花; 1988 年转基因水稻获得成功; 1988 年Guozzo 等报道将CMV 的外壳蛋白基因转入烟草中, 得到的转基因烟草能显著地抵抗CMV 的侵染; 1987 年Pua 报道了转基因油菜; 1990 年Fromm 报道了转基因玉米, 1992 年Vasi l等获得了世界上第一株转基因小麦;中棉所培育出了“93R
—1”、“93R—2”、“ 93R—6”等中、早熟抗虫棉新品系, 使我国成为继美国之后第二个具有抗虫转基因棉花的国家。

在1986～1995 年的10年期间, 全世界已获得了70多种转基因植株, 有34个国家进行了3647例转基因植物田间试验。

转基因技术将为人类解决当今面临的食品、环境和能源等重大问题提供有力手段［5］。

4.1转基因技术在农业中的应用
转基因技术彻底打破了常规育种中种属间不可逾越的鸿沟, 转基因植物的培育成功为作物育种开辟了一条新途径, 利用转基因技术导入优良外源基因, 可以改良作物品种。

目前, 尽管转基因植物研究方面普遍存在转化率低, 转化植株局限于少数作物和基因型, 再生植株遗传不稳等问题, 但是除高产转基因植物的研究报道较少外, 在抗病毒、抗虫、改良作物品质、雄性不育性，抗逆性基因植物方面都取得了显著进展。

4.1.1转基因增强植物抗逆性
植物在自然界生长过程中易受外界环境影响，如旱涝、盐碱、强光、寒冷、高温、低温等作用于植物，会引起植物体内发生一系列的生理代谢反应，表现为代谢和生长的可逆性抑制，严重时甚至引发不可逆伤害导致整个植株死亡。

据 Wired Science 报道，加州大学河滨分校的科学家通过改变一种基因，让作物能够与有毒的铝相容。

通过此技术，可能栽培出能在因含铝而被定性为有毒的土壤中生长的农作物。

4.1.2 抗病毒基因方面
目前主要有向有关农作物中转入病毒外壳蛋白(CP) 基因、转入反义基因、转入病毒基因的其他组分、转入农作物本身的抗性基因等方法。

早在1986年,美国就成功地将烟草花叶病毒(TMV)的CP基因转入烟草,这种转基因烟草和它的后代都表现出对TMV 浸染有抗性。

我国抗病毒植物基因工程方面已经取得了很大的进展。

4.1.3 抗虫基因方面
主要是用苏云金芽孢杆菌中的一种毒素蛋白(伴孢晶体蛋白,这种蛋白能专一地杀死危害农作物的鳞翅目昆虫的幼虫)的基因,而它对人畜是安全的。

英国近年来把豇豆种子中的胰蛋白酶抑制剂导入烟草,其表达产物——胰蛋白酶抑制剂可引起多种昆虫发生消化不良,从而防治虫害。

4.1.4 改良作物品质基因方面
可增加作物的蛋白质含量、增强抗逆性等.在澳大利亚已把豆类植物的蛋白质基因转入牧草,提高了牧草的质量; 日本有一家研究所把从水稻、松树、梨树中分离的光合作用基因导入光合作用弱的作物中,加快了作物的光合作用强度,促进作物的成熟, 提高了产量; 利用反义RNA 技术也已培养出保鲜期长的番茄,而且这种番茄酸甜适度,保鲜期最多可延长3-6个月。

4.2 转基因技术(GM)在医学上的应用
转基因技术( GM) 在医学上的应用也很广泛,如为糖尿病人生产的胰岛素;或被
用于遗传病方面的治疗。

还有一种在免疫学上的功用就是通过农业种植转基因食品的方式, 生产出人用疫苗或功能蛋白,打破传统的疫苗生产方式,代之以大田栽培作物获得来源广、成本低的廉价植物疫苗( 或叫口服疫苗)。

这种农业方式被叫做“分子农业”。

现在很多国家的科学家致力于利用这种生物技术将普通的水果和蔬菜改造成有效地预防疾病的疫苗, 并取得了很大的进展。

如美国科学家已获得了转乙肝表面抗原基因的烟草、转大肠杆菌、伤寒菌、Norwark 病毒有效抗原基因的烟草和马铃薯。

目前，乙型肝炎表面抗原、大肠杆菌不稳定肠毒素(LT2B)抗原、诺沃克病毒衣壳蛋白、口蹄疫病毒VP1抗原、霍乱抗原等都已经在转基因植物中成功表达，并且成功地诱导动物产生保护性免疫反应。

狂犬病毒糖蛋白在转基因西红柿中也已经成功地表达。

转基因植物产生的抗体、疫苗等，具有生产成本低，可规模化生产，方便保存运输等优点，2006年2月，美国农业部(USDA)签发批准了转基因鸡新城疫植物疫苗商品化，这是第一个被许可上市的兽用转基因植物疫苗［7］。

4.3 转基因植物在其它方面的应用
植物转基因技术除了主要用于农业和医疗方面外，在保护环境和能源方面也有很好的发展前景。

比如转基因植物用于处理土壤重金属污染，利用重金属富集植物从土壤中吸收重金属，通过植物的迁移转运作用，在可收割部位富集，待植物收获后再进行处理。

现在，转基因植物在处理 Hg，Se等污染中，已经发挥重要作用；转基因植物在生产生物燃料方面也有应用，美国能源部 Brookhaven 国家实验室的科学家从拟南芥和白杨(Populus trichocarpa)中发现一个基因家族可以控制细胞壁-酰基的结合，阻止生物纤维被消化为糖，使工程作物更容易生产生物燃料；通过转基因技术改造的杨树也可以产生作为造纸重要原料的长纤维，使杨树成为环保优质的造纸原料；此外转基因技术在花卉改良中也发挥着重要作用、培育色彩新奇、形态优美、抗性优良和花期延长的花卉新品种是转基因技术应用于花卉的主要目标。

5 转基因技术的安全性
目前, 遗传工程体及其产品的环境释放安全性与食品安全性受到了社会的广泛关注。

用基因工程培育农作物品种引起了一些争议。

有人担心转基因植物的推广会造成预料不到的后果。

各国和国际机构均在制定相应的条例, 中国也先后颁布了《基因工程安全管理办法》、《农业生物基因工程安全管理实施办法》,以便在促进基因工程技术发展的同时, 保障环境安全和人类健康。

对转基因植物环境释放的安全性的忧虑之一是: 转基因植物的抗除草剂特性和抗病虫害特性是否会转移给杂草、昆虫、病菌, 产生超级杂草、超级害虫, 从而给生态环境带来严重的危害。

转基因植物食品安全性考虑原则是: 其食品成分是否与目前市场上销售的食品具有实质等同性。

关于来自苏云金杆菌的杀虫晶体蛋白Bt, 因它特异地作用于靶昆虫, 对哺乳动物、鱼类及非靶昆虫无作用, 因此美国根据Bt蛋白的结构、功能、特异性及消化降解很快等特点不要求作动物急性毒性试验。

对转基因植物选择标记基因的安全性考虑之一是: 标
记基因是否会在肠道中水平转移至微生动, 从而影响抗生素治疗的有效性。

1993年WHO 研讨会的结论是:尚无基因从植物转至肠道微生物区系的证据［5］。

6 展望
本世纪生物技术将进入大规模产业化阶段, 优质高产抗逆转基因植物新品种将不断推动农业生产向前发展。

在增加全球粮食、饲料和纤维产量的同时, 还能通过减少传统农药施用量,提高土壤可持续耕作能力,营造出更加安全的人类生存环境转基因植物具有巨大的经济效益和环境效益。

随着研究的进展，将发展转化率更高的外源基因导入方法，并逐步阐明转基因植物的分子机制，降低转基因植物的“副作用”和潜在的危险性，扩展其接受度。

参考文献：
【1】郜旭芳植物转基因技术的研究和应用。

生物科技与现代农业2010.4：70
【2】刘福林,李淑萍转基因植物的现状及发展趋势。

现代农业科技2005.12:85-86
【3】汪由,吴禹,王岩,李兆波,王光霞。

五种常用的植物转基因技术。

杂粮作物。

2010 , 30( 3): 186- 189
【4】莫红植物基因工程研究概况郑州牧专学报1995。

9.15（3）：37-38
【5】郭元林向平转基因技术在作物育种上的应用西南农业学报1997.10（4）：109-113 【6】王学慧,刘月学农业转基因技术的发展概况，临沂师范学院学报。

2001, 8:68-70
【7】苏筱娟转基因技术在农业应用上的“利”与“弊”。

山西农业科学2001（3）28-29。