抗病\抗虫转基因植物的研究与应用

摘要对抗病、抗虫转基因植物分类、转基因技术和方法,及其应用、效益和存在的问题等方面进行分析与探讨,以为抗病、抗虫转基因植物科学推广应用提供参考。

关键词转基因植物;抗病;抗虫;类型;技术;方法

中图分类号 S332 文献标识码B文章编号 1007-5739(2010)10-0085-01

转基因植物(transgenic plant)是采用基因工程的手段将从不同生物中分离或人工合成的外源基因在体外进行酶切和连接,从而构成重组DNA分子,然后将其导入植物细胞基因组中,使新的基因在植物细胞内整合、表达,并能通过无性或有性增殖过程,将外源基因遗传给后代,由此获得基因改良植物,使之稳定遗传并赋予植物新的农艺性状,如抗虫、抗病、抗逆、高产、优质等[1]。转基因植物技术及其产品是当今世界农业生物技术研究与产业化开发的重点和热点,也是我国农业科技革命的核心内容之一,对我国农业科技手段的更新换代以及农业产业结构的调整具有重要的战略意义。随着现代生物技术的迅速发展,植物转基因技术方兴未艾,因而对其进行研究开发具有重大价值。现将抗病、抗虫转基因植物的研究与应用介绍如下。

1抗虫、抗病转基因植株分类

1983年世界首例转基因植物培育成功,标志着人类用转基因技术改良农作物的开始。1986年转基因农作物获得批准进入田间试验,1994年美国Cgene公司培育的延熟保鲜的转基因番茄被批准商品化生产,到1997年末,已有48种转基因作物被批准商品化生产。截至1997年,至少30个国家进行总计3 000次以上的转基因作物的田间试验。全球转基因作物的种植面积以年均10%以上的速度增长,到2002年末,全世界转基因农作物的种植面积约5 868万hm2(其中美国占66%,阿根廷占23%,加拿大、中国占4%,其他占1%),其中南非的转基因作物的种植面积较上一年增长近50%,中国增长40%,阿根廷增长15%,美国、加拿大增长近10%,发展非常迅速。

1.1抗虫转基因

抗虫转基因植物发展在我国已取得较大进展。根据转化所使用的基因类型将抗虫转基因植物发展过程分为2代:第1代以转入Bt杀虫晶体蛋白基因为主,产生许多转基因作物进入商品化生产;第2代以高虫蛋白基因为主,此代转基因植物大部分仍处在实验阶段,少数进入田间试验。抗虫转基因有3类[2]:

第1类是Bt杀虫蛋白基因,来自苏云金芽孢,杀虫毒性为伴孢晶白,对鳞翅目、双翅目、鞘翅目等昆虫有毒,现已转移Bt主要毒杀鳞翅目害虫,对人畜安全,主要转入棉花、玉米、马铃薯、胡桃、杨树、落叶松等植物。迄今Bt杀虫蛋白基因研究利用最广泛也最有潜力。

第2类是从植物组织中分离主要为蛋白酶剂基因、淀粉酶剂基因、外源凝集素基因等。胶蛋白酶抑制剂基因抑制蛋白酶活性,干扰害虫消化作用而导致植物对虫害自卫反应,主要有丝氨酸类、半酸类、含金属类、天冬酰胺类,已从菜豆中分离氨酸类胰蛋白酶抑制剂基因并导入棉花、番茄、龙葵等植物。

第3类是从动物体内分离,主要是蜘蛛毒素、蝎毒素基因、昆虫几丁质酶基因等。

1.2抗病转基因

目前正在研究的抗病转基因也可分为3类[3]:

第1类:植物病毒外壳蛋白基因。自从将烟草花叶病毒的外壳蛋白基因导入烟草中,发现转基因植株发病的时间明显延迟,或者症状明显减轻,通过导入植物病毒外壳蛋白基因来提高植物抗病毒能力的技术,已在多种植物病毒中进行试验,如转入马铃薯X病毒外壳蛋白基因的烟草植株,比普通植株大约迟20 d发病;转入烟草花叶病毒和黄瓜花叶病毒外壳蛋白基因双价抗病转基因烟草,对TMV的防治效果高达100%,对CMV防治效果为70%,可以有效遏制花叶病毒浸染,提高烟草产量和品质;将大麦黄矮病毒GPV株系外壳蛋白基因导入小麦,能获得抗病毒病转基因小麦。

第2类:人工合成抗菌酞基因。中国农业科学院生物技术研究中心人工合成抗菌肽基因导入作物,育成抗青枯病转基因马铃薯,已获得国家专利,抗菌肽基因已供给国内外10多个研究单位进行抗水稻白叶枯病,花生、番茄青枯病,大白菜软腐病,柑橘溃疡病,桑树、桉树青枯病、根肿病等基因工程研究。

第3类:几丁质酶和葡聚糖酶双价基因。中国农业科学院生物技术研究中心与作物所合作将几丁质酶和葡聚糖酶双价基因导入小麦,育成双价抗病转基因小麦,抗赤霉病、纹枯病和根腐病等真菌性病害。

2抗病、抗虫转基因技术与方法

2.1载体介导法

农杆菌介导法是目前双子叶植物基因转移的常用方法[4]。它是利用根癌农杆菌的质粒和发根农杆菌的质粒上的1段T-DNA区在农杆菌浸染植物形成肿瘤的过程中,T-DNA可以被转移到植物细胞并插入到染色体基因中,利用Ti质粒的这一天然的遗传转化特性,可将外源基因置换T-DNA中的非必需序列即可使外源基因整合到受体染色体而获得稳定的表达。农杆菌Ti质粒转化系统是目前研究最多、技法相对成熟的转化途径。但长期以来,用农杆菌导入的基因转移大多局限在双子叶植物范围内。近年来,用农杆菌转化单子叶植物才取得了突破,自1993年以来,农杆菌介导的基因转化在重要的禾谷类作物上相继获得成功。农杆菌法有着明显的优势,表现为:转入的外源基因单拷贝或低拷贝数插入,并且先插入转系活性;转化效率高;转入的外源基因通常呈预期的孟德尔遗传,转化再生的植株通常是可育的,而且简单、有效。

2.2病毒介导法

病毒载体是最近新的一种用于植物转化的载体。植物病毒转基因是将外源基因插入到病毒基因组中,通过病植物细胞的感染而将外源基因导入植物细胞中。正在研究发展的植物病毒载体系统有3种:①RNA植物病毒载体系统,是以单链RNA为经反转录酶作用合成双链的CDNA,将其克隆粒或粘粒载体上,把外源基因插入到病毒的A部分,通过体外转录,将带有外源基因的DNA感染并进入植物寄主细胞。②单链DNA病毒载体系统,是由单链环状DNA分子组上面存在成对的2个病毒颗粒,这种二连基因以把外源基因插入其中一种DNA上面而不影响另一种DNA基因组的复制。③双链DNA植物载体系统,是将其病毒基因组中对病毒繁殖的一段核苷酸序列去掉,换上一小段外源。用这样重组病毒载体感染植物细胞以获得外源基因转移,研究和应用主要集中在花椰菜花叶病毒,把二氢叶酸还原酶基因插入CAMV构建重组病毒载体浸染芜菁后,使芜菁产生氨甲喋抗性。但由于病毒载体的容量有限,不能包装段的外源DNA基因组,寄主范围差,复制性差,转录和复制机理复杂,至今仍没有证据表明病毒是否可整合进植物细胞基因组中,目前病毒载体系统还未得到广泛使用。DNA直接导入法一般使用大肠杆菌的质粒作体,也可以直接用外源DNA导入植物细胞。直接导入法用的最多的植物材料是原生质体,另外还有植物器官分生组织、未成熟的胚、愈伤组织、细胞、花粉等。DNA直接导入法可分为:化学物质诱导法、电激穿孔法、脂质体法、显微注射法、基因枪法、花粉管通道法等。

3展望

转基因抗虫、抗病植物的种植面积正在不断扩大,抗虫、抗病转基因产品已大量进入人们的日常生活,经济效益、社会效益、环境效益非常可观。抗病虫植物研究总体上处于外源抗虫基因转化和转基因植株培育阶段,关于如何合理持续利用方面的研究甚少,国内外关于转抗病虫基因植物对生态环境安全性研究和了解已经取得了一些经验,但存在许多不足,不能确切预测转基因植物生态风险,在对大面积种植转基因植物的生态风险进行长期跟踪监测研究同时还需要加强安全性评价,试验研究能够检测转基因植物生态风险新方法和新技术,建立与抗虫转基因品种相配套病虫害可持续治理策略。抗病虫转基因植物研究具有广阔前景,人类为寻找新抗病虫基因正在不懈努力,抗病虫谱宽、抗病虫性强、昆虫难以产生耐受性的转基因植物即将成为现实。

4参考文献

[1] 张青文,刘小侠.转基因抗虫植物研究进展[A]当代昆虫学研究——中国昆虫学会成立60周年纪念大会暨学术讨论会论文集[C].北京:中国农业大学出版社,2004.

[2] 孙长贵,蒋勤军,黎藜,等.转基因抗虫植物对天敌影响[A]农药与环境安全国际会议论文集[C].北京:中国农业大学出版社,2003.

[3] 孙长贵,张青文.转基因棉对棉田主要害虫及天敌种群数量影响研究[A]第十九届全国植保信息交流暨农药械交易会论文集[C],2003.

[4] 刘辰,谢柳,张文飞.新型Bt杀虫蛋白:VIP杀虫的机理与植物转基因应用[J].分子植物育种,2008(6):1031-1037.

推荐访问:转基因 抗病 植物 研究

---