植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的現(xiàn)狀和展望

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1、植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的概況本文提要：本文淺顯地介紹了植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的概況和前景。具體包括：人們利用哪些基因改造植物？用什么裝載這些基因？用植物的哪一部分接受這些基因？用什么方法使這些基因進(jìn)入植物細(xì)胞？所產(chǎn)生的新植物對人是否安全？生物技術(shù)是20世紀(jì)70年代興起的一門新技術(shù)，也稱為生物工程，具體包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程。其中的基因工程，又稱為轉(zhuǎn)基因技術(shù)，它將一種生物的遺傳物質(zhì)片段取出來，再放到另一種生物中去，使后一種生物具備新的性狀。前一種生物改造后一種生物的遺傳物質(zhì)稱為目的基因。目的基因一般需要裝到合適的載體上，才能進(jìn)入后一種生物。前一種生物稱為供體，后一種

2、生物稱為受體。目的基因進(jìn)入受體而使受體產(chǎn)生新性狀的過程通常稱為轉(zhuǎn)化?！　∮脛?chuàng)造植物新類型的轉(zhuǎn)基因技術(shù)，稱為植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)，所產(chǎn)生的植物新類型稱為轉(zhuǎn)基因植物。以下簡要介紹植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的當(dāng)前概況和前景。一、目的基因　　植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用的目的基因，分別從微生物、植物、動物甚至人類分離出來，目前國內(nèi)外已經(jīng)復(fù)制和鑒定的有100種以上。其中最常見的有種子貯藏蛋白基因、抗除草劑基因、抗病毒基因和抗蟲基因等。6　　種子貯藏蛋白基因中，研究得較深入的有玉米、小麥的醇溶蛋白基因、水稻的谷蛋白基因、馬鈴薯的塊莖蛋白基因等。導(dǎo)入這些基因可望提高某些植物的種子蛋白質(zhì)含量，或改善蛋白質(zhì)的氨

3、基酸組成?！　】钩輨┗蛑辽儆腥?。第一類能改變植物酶對除草劑的敏感性。例如avoA的突變基因，它合成的EPSP酶的脯氨酸被絲氨酸所取代，酶的活力不受影響，但是對非選擇性除草劑草甘膦的結(jié)合力只有原來的25%，從而使植物對除草劑表現(xiàn)不敏感。第二類能解除除草劑對植物酶的抑制。例如Bar基因，能合成乙酰轉(zhuǎn)移酶，解除選擇性除草劑PPT對植物谷氨酰胺酶的抑制，避免植物細(xì)胞因為氨的積累而死亡。目前已將這個基因?qū)胄←?、煙草、馬鈴薯、甜菜等作物，其中轉(zhuǎn)基因馬鈴薯已進(jìn)行大田試驗并取得良好效果。第三類能補償被除草劑破壞的植物酶。例如經(jīng)過修飾的EPSP酶基因，所表達(dá)的酶大幅度增加，以

4、致草甘膦的濃度不足以破壞植物體內(nèi)所有的EPSP酶，植物因此免于死亡。目前已將這種修飾過的基因?qū)霟煵莺桶珷颗?，并產(chǎn)生了抗性。6　　抗病毒基因主要有這樣幾類。目前主要利用病毒蛋白外殼基因，導(dǎo)入這類基因獲得了抗煙草花葉病毒的番茄，抗黃瓜花葉病毒的煙草和番茄，抗馬鈴薯X或Y病毒的馬鈴薯，抗苜?；ㄈ~病毒的苜蓿，抗大豆花葉病毒的大豆，抗番木瓜環(huán)斑病毒的番木瓜等，其中不少已進(jìn)入大田試驗。其次，還可利用反義RNA，也就是將病毒基因反向接在強啟動子后面，所產(chǎn)生的大量反義RNA能封閉復(fù)制酶的結(jié)合位點，阻止病毒繁殖。但是這方面還需要進(jìn)一步研究，因為目前表達(dá)的反義RNA量還未達(dá)到所需要的

5、水平。再其次，是期望利用抗體基因的產(chǎn)物，使病毒的復(fù)制酶失效，但是這類工作還處于試驗階段?！　】瓜x基因主要有兩類。一類是毒蛋白基因，例如蘇云金桿菌的Bt基因，它所表達(dá)的晶體蛋白對鱗翅目和鞘翅目昆蟲有毒殺作用。毒蛋白在昆蟲消化道內(nèi)經(jīng)過蛋白酶激活后造成消化道損傷而導(dǎo)致昆蟲死亡，對其他生物則沒有任何危害。目前已將Bt基因?qū)霟煵?、番茄、馬鈴薯、棉花、玉米、大豆等，并取得明顯效果。今后還需要研究如何提高毒蛋白表達(dá)量，研究在毒殺害蟲的同時如何保護益蟲等。另一類抗蟲基因是蛋白酶抑制基因，它的產(chǎn)物能干擾害蟲體內(nèi)蛋白酶的活性，阻礙對食物的消化而使害蟲致死，殺蟲作用廣泛。這例如豇豆胰蛋

6、白酶抑制劑基因（CPTI），已導(dǎo)入煙草等作物，并產(chǎn)生抗蟲效果?！　≈参镛D(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用的目的基因，此外還有固氮基因，有抗菌作用的幾丁質(zhì)酶基因和毒肽基因，與抗鹽堿關(guān)系密切的脯氨酸基因，與雄性不育有關(guān)的核酸酶基因，與果實成熟有關(guān)的ACC合成酶基因，甚至人類的干擾素基因，生長激素基因等等。雖然目前它們還處于試驗階段，但具有十分誘人的應(yīng)用前景。二、載體6　　用于裝載目的基因的載體，應(yīng)用最多的是細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)粒。它是一種小型環(huán)狀DNA，被某種酶切開后能夠裝載具有目的基因的DNA片段。植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)中應(yīng)用最多的質(zhì)粒是Ti質(zhì)粒，它原本具有致瘤作用，但目前已經(jīng)將它改造。過去認(rèn)為這種質(zhì)

7、粒只能進(jìn)入雙子葉植物細(xì)胞；現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，在一定實驗條件下它也能進(jìn)入單子葉植物?！　榱吮阌谠谑荏w中檢測到載體的存在，通常需要選用具有特殊遺傳標(biāo)記的質(zhì)粒。目前植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)常用的遺傳標(biāo)記有以下幾種。一種是抗生素的抗性基因，例如Cat基因可使植物細(xì)胞表現(xiàn)抗氯霉素。另一種是GUS基因，它可使植物細(xì)胞在X-gluc底物溶液中顯示藍(lán)色。還有一種是熒光素酶基因，可使植物細(xì)胞發(fā)出藍(lán)綠色熒光。　　植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)還有一些可望利用的潛在質(zhì)粒。例如Ri質(zhì)粒，可以誘導(dǎo)植物細(xì)胞產(chǎn)生根，這個根的細(xì)胞能分化形成植株。又例如酵母人工染色體，能裝載巨大的DNA片段，已用于動物基因工程，可望不久的將來