小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究及其應(yīng)用

陳志忠

（濮陽市華龍區(qū)孟軻鄉(xiāng)人民政府，河南 濮陽 457001）

小麥是我國種植范圍最廣、產(chǎn)量最高的一種糧食作物。我國研究小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)已有很長一段時間，通過對小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研究和應(yīng)用，不僅提升了小麥的產(chǎn)量，而且能夠充分發(fā)揮小麥優(yōu)良品種的作用。

1 小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究現(xiàn)狀

所謂轉(zhuǎn)基因技術(shù)，就是人為把目的基因通過分子生物學的方法轉(zhuǎn)入靶細胞中對農(nóng)作物進行改良。小麥是當前最重要的糧食作物之一，是人類蛋白質(zhì)的主要攝取源，其中還包含維生素B、維生素E及纖維素等物質(zhì)。當前我國主要使用農(nóng)桿菌介導和花粉管通道2種轉(zhuǎn)基因技術(shù)對小麥進行優(yōu)化改良。

花粉管通道的轉(zhuǎn)化理論最早出現(xiàn)在1975年，當時是以煙草作為材料，把供體品種的花粉經(jīng)過射線殺死之后和受體品種的花粉進行混合，以此實現(xiàn)供體花色性狀的變異。1995年，這種方法被應(yīng)用于小麥，獲得了小麥轉(zhuǎn)基因植株。在實際應(yīng)用過程中，受體細胞同時具備再生感受態(tài)與轉(zhuǎn)換感受態(tài)，這個特點是轉(zhuǎn)換成功的關(guān)鍵所在。在受精過程中，分化出的程度較高的卵細胞和精子開始接觸時會發(fā)生激烈的脫分化反應(yīng)。當受精形成合子之后，其就會將分化特征進行消除，進而形成核大且質(zhì)濃的細胞。而花粉管通道就是運用這個特征，把外在的DNA引到運行的花粉管中，使其有參與受精過程的機會，進而達到轉(zhuǎn)化目的。就小麥的受精過程中細胞形態(tài)學的分析而言，花粉管在花柱中向胚囊移動時，花柱會被橫向切斷，此時滴在斷口上的外部DNA就會被其中的細胞所吸收，其中就有花粉管［1］。

農(nóng)桿菌介導法有著操作簡單和成本低的特點，實用性較強，因此被廣泛應(yīng)用于小麥遺傳轉(zhuǎn)化。農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法有著基因拷貝數(shù)低、轉(zhuǎn)基因沉默相對少和轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點。隨著農(nóng)桿菌介導轉(zhuǎn)化體系的逐漸成熟，使小麥有了較為高效的轉(zhuǎn)化體系。在使用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法時，需要注意的是小麥高頻再生系統(tǒng)是提升轉(zhuǎn)化率的關(guān)鍵基礎(chǔ)，在這個過程中受到基因型的影響，不同小麥基因型對農(nóng)桿菌的侵染程度是不同的，因此要選用對農(nóng)桿菌較為敏感的小麥基因型，這對小麥新品種的選育和功能基因組研究有著極大的意義［2］。

目前，還出現(xiàn)了新型轉(zhuǎn)基因小麥。新的轉(zhuǎn)基因技術(shù)是用金顆粒轟擊小麥種子，這種金顆粒已經(jīng)注入了用于SBPase的遺傳編碼材料，而SBPase作為一種酶已被證實在光合作用中扮演著重要角色。研究人員計劃使用2種類型的轉(zhuǎn)基因技術(shù)，一種是在原小麥基因序列基礎(chǔ)上添加2個基因，另一種則添加6個基因。在溫室研究中，該技術(shù)可明顯提升小麥產(chǎn)量20%～40%。

2 小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)的具體應(yīng)用

目前，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以應(yīng)用在抗病、抗蟲及品種改良等多個方面，能夠為小麥生產(chǎn)帶來技術(shù)上的支持，同時也為我國的轉(zhuǎn)基因工程研究工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2.1 抗病轉(zhuǎn)基因

小麥生長過程中會經(jīng)常遭到白粉病和黃花葉等多種病害的危害，這些病種會降低小麥的產(chǎn)量和質(zhì)量。當前使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育的抗病轉(zhuǎn)基因作物已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中，使用抗病和防御反應(yīng)的基因能夠獲取一些有潛在價值的轉(zhuǎn)基因小麥。應(yīng)用于小麥中的抗病基因有很多，其中有抗病和病程相關(guān)的蛋白基因，如幾丁質(zhì)酶或者葡聚糖酶基因等。在實際轉(zhuǎn)化過程中，將大麥中的幾丁質(zhì)酶基因和曲霉菌抗菌蛋白基因一起轉(zhuǎn)入小麥中，能夠有效降低白粉病的發(fā)病率和葉銹菌孢子的形成概率。還有使用基因槍共轉(zhuǎn)化的方式對小麥黃花葉病毒進行復制，以此獲得抗黃花葉病且遺傳相對穩(wěn)定的小麥轉(zhuǎn)基因品種。總之，當前小麥抗病轉(zhuǎn)基因的研究較多，經(jīng)過對多種抗病基因的聚合，能夠培育出抗病性較強的小麥品種。例如，小麥缺少赤色霉病、紋枯病等相關(guān)病害的抗體，通過對抗病基因的研究和挖掘，能夠使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)產(chǎn)出抗病的小麥品種，以此提升小麥的產(chǎn)量和質(zhì)量［3］。

2.2 抗蟲轉(zhuǎn)基因

蟲害一直是影響小麥生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，危害小麥作物的病蟲有100多種，其中麥蚜蟲、吸漿蟲、地下害蟲及麥葉蜂等病蟲危害嚴重。例如，在二氧化碳濃度增加及耕種模式變化的情況下，麥蚜蟲繁殖能力和對環(huán)境的適應(yīng)性得到了提升，對小麥的危害面積和程度正在逐漸擴大。因此，加強抗蟲小麥研究極為重要。對此，一是可以利用蛋白酶抑制劑基因，如絲氨酸蛋白酶或胰蛋白酶等。在實際運用過程中，科學家把大麥胰蛋白酶抑制基因轉(zhuǎn)入小麥中，對小麥病蟲害有很強的抑制效果；二是外源凝集素基因，凝集素是一種特殊異糖結(jié)合的活性蛋白，對小麥蚜蟲有很強的抗殺效果。

目前，小麥抗蟲轉(zhuǎn)基因方面的研究相對少。因此，研究和利用更新和更安全的抗蚜蟲基因，是小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究的重點。例如，β-法尼烯能夠讓蚜蟲產(chǎn)生騷動，并且使其從小麥植株上脫離，并且將蚜蟲的天敵吸引過來；而EβF是蚜蟲體內(nèi)的信息物質(zhì)，能夠讓蚜蟲的數(shù)量密度保持在一定范圍中，進而有效控制蚜蟲對小麥的危害?；诖耍恍┳魑飳＜以谠囼炛袑βF合成酶基因轉(zhuǎn)入作物中，進而獲得能夠釋放EβF的植株，這種植株能夠驅(qū)趕蚜蟲，并且將蚜蟲蜂吸引過來，有效預防蚜蟲為害。

2.3 優(yōu)化和提升小麥的品質(zhì)與產(chǎn)量

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平的提升，小麥的品質(zhì)改良和優(yōu)化得到了重視。首先，通過對小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)ψ蚜５挠捕冗M行改善。籽粒的硬度是評判小麥品質(zhì)的重要標準，而且對磨粉的質(zhì)量和食品加工質(zhì)量有很大的影響。同時，小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)還能夠?qū)π←湹臓I養(yǎng)成分進行優(yōu)化。例如，通過抑制小麥支鏈淀粉酶的活性，以此提升直鏈淀粉含量。此外，轉(zhuǎn)基因技術(shù)還能提升小麥的產(chǎn)量。通過將植物光合作用中的關(guān)鍵酶基因轉(zhuǎn)入小麥中，促使小麥的光合作用增強。例如，將玉米中的磷酸烯醇式丙酮酸化酶基因轉(zhuǎn)入小麥中，發(fā)現(xiàn)部分轉(zhuǎn)基因植株葉片中的磷酸烯醇式丙酮酸化酶基因活性提升了3～5倍，并且有效提升了光合效率。最后，通過對轉(zhuǎn)基因技術(shù)的使用，能夠有效提升小麥胚乳中淀粉的含量。例如，ADP-葡萄糖焦磷酸化酶大亞基因可以決定小麥籽粒中淀粉合成效率。

3 結(jié)語

隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，通過合理利用小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)，能夠?qū)⒁恍┯行У幕蜣D(zhuǎn)入小麥中，從而增強小麥的抗病抗蟲性能，以此提高小麥的產(chǎn)量和質(zhì)量。

［1］吳花.關(guān)于轉(zhuǎn)基因小麥的應(yīng)用前景［J］.吉林農(nóng)業(yè)（學術(shù)版），2013（3）：269.

［2］徐建偉，于沐，張果果，等.小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究進展［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2017（19）：33，35.

［3］蘇玲，楊蕾.小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)及其應(yīng)用研究［J］.中國科技縱橫，2016（23）：5-6.