淺談基因工程在植物育種中的應用

楊金華?尚秋霞

[摘 要]基因工程作為生物技術(shù)的一個重要部分，已在生產(chǎn)和生活等多方面起重要作用。不斷成熟的基因工程技術(shù)解決了傳統(tǒng)育種不能突破的問題，與傳統(tǒng)育種方法相比， 基因工程技術(shù)具有獨特優(yōu)勢，可定向修飾植物的某些目標性狀并保留其它原有性狀，通過引入外來基因擴大基因庫。

[關(guān)鍵詞]基因工程；植物育種；應用

基因工程是指運用分子生物學技術(shù)，將目的基因或DNA片段通過載體或直接導入受體細胞，使受體細胞遺傳物質(zhì)重新組合，經(jīng)細胞復制增殖，新的基因在受體細胞中表達，最后從轉(zhuǎn)化細胞中篩選有價值的新類型，繼而再生為工程植株，從而創(chuàng)造新品種的一種定向育種技術(shù)。這種DNA分子的新組合克服了固有的生物種間的限制，打破了物種之間雜交的障礙，這就賦予基因工程跨越天然物種屏障的能力，克服了固有生物種限制，擴大和帶來了定向創(chuàng)造生物的可能性，這是基因工程的最大特點。下面就簡單的介紹基因工程在植物育種中的部分應用。

一、基因工程在花卉育種中的應用

植物基因工程解決了傳統(tǒng)育種不能突破的問題， 為花卉性狀改良提供全新的思路。因此，人類希望在傳統(tǒng)育種的基礎(chǔ)上能夠利用基因工程技術(shù)，培育出向往已久的奇異花卉。

1.新基因?qū)胗^賞花卉植物，改良花色

花色是觀賞花卉植物最重要的質(zhì)量指標之一?；ㄉ哪阁w是花色素，要由類胡蘿卜素、類黃酮和花青素3類物質(zhì)決定?；ㄉ氐男纬梢约盎ㄉ卦诨ò曛械暮亢头植嫉榷际芑蚩刂?。正是由于這些基因的存在和改變，致使觀賞植物花色豐富多彩、變化多樣。利用常規(guī)育種技術(shù)尤其是雜交育種技術(shù)，雖然在花色改良中做出了重要貢獻，但其遠緣雜交親和力差， 物種生殖隔離和基因連鎖難以打破，染色體重組時交換值小，創(chuàng)造符合人類各種需求的新種質(zhì)所需的育種周期長、效率較低。通過基因工程，利用農(nóng)桿菌介導和直接轉(zhuǎn)移將控制花色的目的基因轉(zhuǎn)入植物受體， 從而使受體增加1個或幾個新性狀，創(chuàng)造出具有優(yōu)良花色性狀的新種質(zhì)，例如對于單基因控制的花色，如果某觀賞植物種或品種體內(nèi)缺乏這種基因，可直接導入外源結(jié)構(gòu)基因改變其花色。

2.基因工程技術(shù)改變花型

花卉形態(tài)是花卉的重要組成部分， 因此改良花卉形態(tài)長期以來一直是科學工作者研究的重點之一。花卉形態(tài)改良包括花朵的大小、花朵的分布狀態(tài)等。轉(zhuǎn)基因育種研究在改變形態(tài)方面也取得了進展。德國研究人員將一種基因?qū)胨N薇， 使植株的花枝數(shù)和每枝上的花朵數(shù)量大幅度增加。研究人員還發(fā)現(xiàn)， 金魚草和蘭花的花朵不具輻射對稱是由控制花卉形狀的基因所控制?，F(xiàn)在，人們已能通過生物工程技術(shù)將雄蕊轉(zhuǎn)換為花瓣，或是將萼片轉(zhuǎn)為葉片等。如一些研究人員利用先進的轉(zhuǎn)基因技術(shù)，成功育出2 盆轉(zhuǎn)基因非洲菊。與一般的非洲菊相比， 轉(zhuǎn)基因非洲菊的花朵更大、更飽滿。第一盆非洲菊由原來的純橙黃色轉(zhuǎn)變?yōu)橐话氤赛S、一半金黃；而第二盆非洲菊的萼片、花瓣、花蕊等外形保持原狀，花瓣為深橙色，花蕾呈淺綠色，葉脈為橘紅色。轉(zhuǎn)基因非洲菊花期可維持1個月左右。這一系列進展為人類利用基因工程手段修飾花卉的形態(tài)打下良好基礎(chǔ)。

3.基因工程技術(shù)延長鮮花的壽命

為提高鮮花的商業(yè)價值， 不僅需要花朵美麗， 盡可能延長花朵壽命也非常重要。日本研究人員成功開發(fā)出了花期相當于普通品種約三倍的康乃馨。在花卉研究所進行的試驗中，普通康乃馨完全開放后5～7d 就開始枯萎，而新開發(fā)的康乃馨“筑波1 號”一直到第19.5 天也沒有枯萎。如果是在氣溫較低的冬季，可以保持1 個月以上?；ㄆ陂L短的關(guān)鍵在于化學物質(zhì)乙烯的釋放量。花朵在開放一定時間后， 自身就會釋放出乙烯促使花瓣枯萎，這是為了保存后代而將體內(nèi)能量集中到果實或種子的緣故?！爸? 號”產(chǎn)生的乙烯大約只有普通康乃馨的1/ 20。

二、基因工程在番茄抗蟲育種中的應用

由于常規(guī)育種方法在抗蟲育種中難以在短時間內(nèi)奏效，因此，育種家近年來把抗蟲育種的重點放在利用基因工程選育抗蟲新品種上，且取得了重大進展，尤其是在番茄等蔬菜上。

1.Bt毒蛋白基因

在蔬菜抗蟲育種中，蘇云金桿菌晶體毒蛋白（Bt）基因應用最為廣泛，不同類的Bt基因具有不同的殺蟲譜，其抗蟲機制是誘導細胞膜產(chǎn)生非特異性小空，擾亂細胞的滲透平衡，引起細胞膨脹，裂解，最后導致昆蟲死亡。最早是美國孟三多公司研究人員1987年報道的將Bt.Kurstaki HD-B缺失的CryIAd導入番茄，轉(zhuǎn)基因植株對煙草天蛾、煙草夜蛾、番茄果蠅螟顯示出了不同的抗性。大田試驗結(jié)果證明，在轉(zhuǎn)基因番茄兩個株系上的蟲害可得到有效的控制。目前已經(jīng)有近180個經(jīng)改造的Bt基因被克隆和測序，經(jīng)過改造的Bt基因，其抗蟲效果比改造前的提高100多倍?，F(xiàn)已經(jīng)導入了很多植物中，包括番茄、馬鈴薯、青花菜、結(jié)球甘藍、白菜、菜心等。

2.淀粉酶抑制劑基因

淀粉酶抑制劑基因主要有兩類，一是來源于小麥，一是來源于菜豆（BAAI）。將BAAI導入豌豆中，抗豆象的能力增強了。這種淀粉酶抑制劑是通過阻斷幼蟲中腸的進食而起作用的。

3.凝集素

凝集素是另外一大類通過抗蟲基因工程改造的昆蟲毒素蛋白家族，也叫做糖蛋白。近年來比較關(guān)注的一種凝集素來自雪花蓮它能抵抗蚜蟲的侵害。通過基因工程的方法在多種植物中（如馬鈴薯，番茄，油菜）等已經(jīng)成功的表達了這種編碼凝集素蛋白的基因。這種蛋白的一個重要特性就是能組織昆蟲在植物上的穿刺和吸吮樹汁，但不利的方面是只有當凝集素的表達量很高的時候才起作用，如在昆蟲食物中需要含毫克級的量才能進行生物學鑒定。目前，雖然已經(jīng)克隆了許多凝集素基因并在轉(zhuǎn)基因植物中得以表達，但是殺蟲性能依然很低。

人類社會已進入到21世紀，農(nóng)業(yè)先進國家把物技術(shù)確定為農(nóng)業(yè)高新技術(shù)發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域，我國正在準備進行新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命，專家們預測，我國21世紀重點發(fā)明應用的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物學技術(shù)領(lǐng)域是農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因基礎(chǔ)研究，將育成更多的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物新品種用于生產(chǎn)，進一步提升我國的基因工程研究與應用水平。

參考文獻：

[1]張海新.基因工程在觀賞植物種質(zhì)創(chuàng)新中的應用[J].河北農(nóng)業(yè)科學，2008， 12（3）：80～81.