植物基因工程在果樹中的應(yīng)用

劉名鋒

（延邊大學(xué)，吉林 延邊 133002）

引言

我國基因工程到如今已經(jīng)有了二十多年的發(fā)展，經(jīng)過專家、學(xué)者的不懈努力，基因工程已經(jīng)在我國生物學(xué)領(lǐng)域取得一席之地。自從1983年我國第一例轉(zhuǎn)基因植物試驗(yàn)成功以后，基因工程就逐漸被社會大眾以及全世界關(guān)注，為基因工程提供了極好的動力。不過在果樹種植上運(yùn)用基因工程就相比較晚一些，我國第一例果樹轉(zhuǎn)基因植株試驗(yàn)成功是在1988年，在隨后的時(shí)間里，相繼出現(xiàn)了蘋果、梨子、草莓、桃子、杏子以及葡萄、樹莓等多種轉(zhuǎn)基因植株，這無疑是為我國果樹發(fā)展開辟了一條全新的道路，應(yīng)用前景也相當(dāng)廣泛。

1.植物基因工程在果樹中的應(yīng)用

果樹最佳生長效果就是果實(shí)形狀要優(yōu)良，如果實(shí)大、內(nèi)核小、果肉水汁多等，其次就是果樹的園藝形性狀要好，如果樹量產(chǎn)、能夠抵抗蟲害等。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，目前我國大多數(shù)果樹品種多多少少存在缺陷，但是在果樹種植中引起植物基因工程，可以在保持果樹原本性狀上引入性狀比較優(yōu)良的植株，從而培育出優(yōu)良的果實(shí)，不僅能夠提高果實(shí)質(zhì)量，還可以滿足社會大眾對于果實(shí)外形的要求。因此目前我國在果樹種植中已經(jīng)逐漸開始應(yīng)用植物基因工程，其中主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面。

1.1 提高果樹抗病能力

果樹生長最容易受到病蟲和細(xì)菌的侵害，這也是最影響果樹生長的因素，但是就目前而言，我國果樹種植人員對于這種問題仍舊沒有相應(yīng)的防范措施。為了改變這種情況，我國最近幾年正在大力發(fā)展果樹抗病基因工程，并且也取到了很大進(jìn)展，在番木瓜、柑橘、蘋果、香蕉等果樹上面獲取到了抗病轉(zhuǎn)基因植株，同時(shí)轉(zhuǎn)基因番木瓜在外國已經(jīng)大批量生產(chǎn)。

抗病毒基因主要來源是病毒自身，如外殼蛋白基因、移動蛋白基因、缺陷干擾型病毒等。另外就是其他基因，如動物抗體基因和其他和干擾因素有關(guān)的基因，這些基因我國植物基因工程相關(guān)人員也在積極探索中。在眾多基因中，病毒外殼蛋白基因是果樹植物基因中比較成熟的導(dǎo)入方式，而抗菌肽基因可以有效提高果樹對抗病原菌的能力，因此導(dǎo)入抗菌肽基因可以讓果樹產(chǎn)生抗性，如蘋果樹的火疫病。我國植物基因工程相關(guān)人員已經(jīng)成功將蚱蠶里的抗菌肽基因引入柑橘這些品種里，大力增加了果樹的抗病菌能力。由此可見植物轉(zhuǎn)基因工程里從其他植物抗病中分離出抗病基因發(fā)展前景是很大的，也是最有有效的途徑。

1.2 提高果樹抗蟲能力

導(dǎo)致果樹出現(xiàn)問題的害蟲種類是很多的，目前我國在進(jìn)行果樹種植的時(shí)候普遍采用含有化學(xué)成分的殺蟲劑，這種方式會很容易導(dǎo)致種植環(huán)境受到污染，果實(shí)表面會含有大量的化學(xué)成分，從而危機(jī)到群眾和動物的生命安全，是很不利于我國果樹行業(yè)的快速發(fā)展。而植物轉(zhuǎn)基因工程具有一定的殺蟲性，因此在進(jìn)行果樹種植應(yīng)用植物基因工程可以有效提高果樹抗病蟲能力，促進(jìn)果樹健康、有序的發(fā)展。

目前我國在對果樹植物進(jìn)行基因研究發(fā)現(xiàn)蛋白酶抑制劑基因存在多種植物中，同時(shí)在對鏈霉菌研究時(shí)發(fā)現(xiàn)存在膽甾烷醇氧化酶基因，同時(shí)在眾多桿菌中工作人員也發(fā)現(xiàn)了大量的殺蟲蛋白基因。通過融合雙蛋白酶抑制劑基因來獲取到具有良好抗病蟲能力的植物。在果樹種植方面，一些果樹也逐漸引用了殺蟲結(jié)晶蛋白基因，如核桃、蔓越橘等，一些植物基因工程比較發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)踐階段，如將含有殺蟲結(jié)晶蛋白基因的蘋果樹、草莓樹通過審批已經(jīng)進(jìn)入了田地實(shí)踐階段。

1.3 果樹抗逆性方面

我國地大物博，天氣變換比較快，地質(zhì)環(huán)境也比較復(fù)雜，不是每一塊土地都適合種植果樹，但是我國果樹需求量比較大，因此要想提高果樹的產(chǎn)量就要提高果樹的抗逆性能力，其中非生物逆境主要是指地質(zhì)、氣候環(huán)境都比較差的地方，如干旱地區(qū)、寒冷地區(qū)以及土壤貧瘠地區(qū)等。目前我國在植物基因工程中已經(jīng)從植物以及其余生物中將和抗逆性相關(guān)的基因分離出來了，如熱激蛋白基因、脯氨酸合成酶基因、魚類抗凍蛋白基因等，同時(shí)我國植物基因工程相關(guān)人員已經(jīng)在一些果樹里導(dǎo)入了目的基因，如魚類抗凍蛋白基因。就目前而言，我國植物基因工程中，抗逆性基因工程相比較落后一些，因此如果植物基因工程后期發(fā)展能夠在抗逆性基因獲取到突破，勢必會讓果樹種植的抗逆型育種得到質(zhì)一般的進(jìn)步，促進(jìn)我國果樹行業(yè)的大力發(fā)展。

1.4 果樹除草劑方面

果樹在生長的時(shí)候，很容易受到雜草的威脅，一般情況下，果樹所使用的除草劑會比農(nóng)作物除草劑的靈活性要大一些，所產(chǎn)生的危害也比較小一些，但是如果在果樹幼苗培育階段以及幼年期生長階段如果除草劑使用不當(dāng)，是會對果樹產(chǎn)生很嚴(yán)重的危害。因?yàn)楣麡浔容^特殊，很多果樹對于除草劑會產(chǎn)生排斥效果，不僅會大幅度降低除草劑的性能，還會導(dǎo)致果樹質(zhì)量下降，影響果實(shí)成熟，其中最典型的就是草莓，大多數(shù)草莓品種都會對除草劑產(chǎn)生抗體。

因此通過植物基因來增強(qiáng)果樹抗除草劑的能力是尤為重要，一般情況下在植物基因中抗除草劑的類型有兩種，一種就是通過對果樹中的靶蛋白進(jìn)行修飾，讓減低果樹對除草劑的敏感程度，或者增加果樹中的靶蛋白讓除草劑即使作用了果樹也可以進(jìn)行正常的代謝作用。另外一種就是通過導(dǎo)入酶或者酶系統(tǒng)，在噴灑除草劑之前可以將除草劑進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕到?，從而減低果樹對于除草劑的敏感程度。目前這種抗除草劑基因已經(jīng)在很多果樹植物上獲取到了植株，通過引入抗除草劑基因可以大幅度減低果樹種植者在進(jìn)行果園生產(chǎn)活動清除雜草的時(shí)間，同時(shí)也能保障果樹的質(zhì)量。

1.5 果樹果實(shí)成熟方面

果樹在生長在一定階段，果實(shí)會停止生長，并且在自身內(nèi)部進(jìn)行生理變化，讓果實(shí)可以轉(zhuǎn)換為可以食用的形態(tài)，這個(gè)階段就被成為果實(shí)成熟階段。在果實(shí)成熟階段會經(jīng)歷乙烯產(chǎn)生、大分子有機(jī)物降解過程以及硬度和色素變化，這些變化都是由相對應(yīng)的基因來進(jìn)行控制，因此通過在果樹種植過程引入植物基因工程可以對果實(shí)內(nèi)的基因進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，從而可以適當(dāng)延緩果樹成熟時(shí)間，對果樹的抗腐爛、抗破損能力都有著顯著幫助，可以幫助果實(shí)在儲藏和運(yùn)輸中不出現(xiàn)損害情況。目前我國應(yīng)用在果樹中的植物基因工程主要是有PG基因、ACC合成酶基因、反義PG基因以及反義ACC合成酶基因等。

在這些基因中，桃樹上面的PG基因和ACC合成酶、蘋果樹上的ACC氧化酶和ACC合成酶已經(jīng)被成功克隆出來，而最近幾年隨著我國植物基因工程的大力發(fā)展，我國也已經(jīng)將乙烯受體無效變異基因成功克隆出來。通過植物基因工程將外界基因引入果樹中可以很好地控制果實(shí)成熟時(shí)間，增加果實(shí)內(nèi)部變化時(shí)間，避免果實(shí)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)腐爛、損壞的情況，尤其是通過反義PNA技術(shù)可以有效阻斷和抑制果實(shí)內(nèi)部變化，延緩果實(shí)成熟時(shí)間，是一種具有高效率并且專一程度很高的果樹植物基因培育途徑。

結(jié)束語

總而言之，植物基因工程可以提高果樹的光合作用，幫助果樹提高自身抗蟲抗病的能力，從而提高果實(shí)的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時(shí)也可以對果實(shí)顏色進(jìn)行優(yōu)化。就目前而言，我國在果樹種植中應(yīng)用植物基因工程的范圍正逐漸加寬，很多果樹植物基因工程已經(jīng)有著較為完善的管理系統(tǒng)和技術(shù)，通過引入更為有價(jià)值的轉(zhuǎn)基因植株可以有效提升我國植物基因工程的發(fā)展速度，提高果樹產(chǎn)量，改善傳統(tǒng)種植方式上的不足。植物基因工程對于果樹品種的改良有著極好的發(fā)展前景，勢必還會成為今后我國果樹種植的新方向以及新技術(shù)。