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转基因小麦的研究进展摘要：本文主要介绍了什么是转基因，转基因小麦的研究现状，及转基因小麦的转化方法并通过对转基因小麦的研究中存在的问题进行总结，并展望今后的研究重点与发展趋势。关键词：转基因小麦 研究现状 转化方法 发展趋势1. 转基因概述1.1什么是转基因转基因是大自然中每天都在发生的事情，例如，植物的花粉 (含有雄配子)通过不同的媒介由一个植物“跑”到另一种植物，或“跑”到同一种植物的另一个品种花朵里边的雌蕊(含有雌配子)上并与其杂交，这种杂交的过程就产生了基因的转移。只不过在自然界中,基因转移没有目标性，好的和坏的基因都可以一起转移到不同的生物个体上。同时,通过自然杂交进行的转基因是严格控制在同一物种内( 特别是在动物中)，或是亲缘关系很近的植物种类之间。1.2转基因的原理其实，转基因的基本原理也不难了解，它与常规杂交育种有相似之处。杂交是将整条的基因链（染色体）转移，而转基因是选取最有用的一小段基因转移。因此，转基因比杂交具有更高的选择性。也就是说，通过基因工程手段将一种或几种外源性基因转移至某种生物体（动、植物和微生物），并使其具有效表达出相应的产物（多肽或蛋白质），这样的生物体作为食品或以其为原料加工生产的食品。人类为了提高农作物的产量,改善它的品质和抗逆性,常常采用人工杂交 、远缘杂交等方法来育种,希望将不同品种甚至是野生近缘种中间的有益基因转移到推广品种中间去。这种方法仍然不能在亲缘关系较远的物种之间转移基因,已转移的基因中仍有大量不需要甚至是有害的基因，并且存在转基因效率较慢等问题。为了解决上述问题,科学家利用现代生物技术的方法,将我们所需要的基因进行分离,再通过一定的技术手段转移到我们的目标生物品种中去。这个过程就是我们现在常常提到的、严格意义上的转基因,也被叫做遗传转化。这种完全按照人的意愿 ,由重新组装基因到新生物产生的生物科学技术,被称为“基因工程”,或者叫作“遗传工程”。它与自然的和杂交育种转移的基因没有本质上的区别,只是这种用生物技术来进行转基因有很强的目的性只转移需要的基因,也被叫做遗传转化。而将不需要和有害的基因统统拒之门外。同时,现代转基因技术不受物种的限制,可以跨越不同的种类,甚至属、纲、门、界。也就是说,可以把动物的相关基因转移到植物中去 ,也可以把微生物的基因转移到农作物中去。1.3转基因食品为了提高农产品营养价值，更快、更高效地生产食品，科学家们应用转基因的方法，改变生物的遗传信息，拼组新基因，使今后的农作物具有高营养、耐贮藏、抗病虫和抗除草剂的能力，不断生产新的转基因食品。植物性转基因食品很多。例如，面包生产需要高蛋白质含量的小麦，而目前的小麦品种含蛋白质较低，将高效表达的蛋白基因转入小麦，将会使做成的面包具有更好的焙烤性能。转基因食品有较多的优点：可增加作物单位面积产量；可以降低生产成本；通过转基因技术可增强作物抗虫害、抗病毒等的能力；提高农产品的耐贮性，延长保鲜期，满足人民生 转活水平日益提高的需求；可使农作物开发的时间大为缩短；可以摆脱季节、气候的影响，四季低成本供应；打破物种界限，不断培植新物种，生产出有利于人类健康的食品。转基因食品也有缺点：所谓的增产是不受环境影响的情况下得出的，如果遇到雨雪的自然灾害，也有可能减产更厉害。且多项研究表明，转基因食品对哺乳动物的免疫功能有损害。更有研究表明，试验用仓鼠食用了转基因食品后，到其第三代，就绝种了。2.转基因小麦概述2.1小麦简介小麦( Triticun aestivum L. )是世界上最重要的粮食作物之一,也是世界上种植面积最大、总产量最多的粮食作物，同时是人类重要的植物蛋白质来源(约占谷物蛋白质的 38.4% )。小麦是人类栽培的最重要的粮食作物之一, 主要用于食用。其种植面积和产量约占谷物种植面积的30%。小麦面粉约含70% 80%的淀粉、10% 15%的蛋白质、1% 2%的脂类及其它成份，而蛋白质数量和质量在面粉加工特性和氮素营养品质方面起着决定作用。在植物学分类上, 小麦属于禾本科中的小麦属。小麦属中有 20多个种,现在世界上种植的小麦品种大多数都属于普通小麦, 占小麦总面积的90%以上;硬粒小麦的种植面积约占8%左右; 圆锥小麦、密穗小麦、斯卑尔脱小麦)等只有零星种植。由于不同生态区的环境气象条件以及长期的自然选择, 不同小麦种间形成明显差异,特别是小麦的野生近缘植物中具有多种多样的特异性状, 这不仅是改良栽培小麦、培育优良品种的原始材料, 也是进行小麦遗传多样性研究的重要素材。国内外已经从形态水平、细胞(染色体) 水平、生化水平和 DN A 分子水平研究了小麦种质资源的遗传多样性。2.2转基因小麦研究 自 1992 年人类获得第一株转基因小麦以来, 转基因小麦研究已获得了许多重大进展。 目前国内外已有近 200例小麦转基因的报道, 其中将抗除草剂基因转入小麦的报道约 80 例,转抗病虫基因的报道近 50例, 转改良品质基因约有30例, 转抗旱、耐盐基因近 20例, 转其他基因的也有不少报道。这些报道中,通过基因枪法转化的近 120 例、花粉管通道法转化的 50例、农杆菌介导法转化的近 20 例。从转单基因到进行多基因组装, 从改良生物胁迫和非生物胁迫的抗逆性, 到改良品质、 高产等生理和农艺性状, 是未来转基因小麦的研究方向。与国外小麦相比, 我国小麦的蛋白质总量不低, 但是在加工品质上有较大差距, 主要原因是我国小麦贮藏蛋白缺少优质蛋白质亚基所以不论是从解决人类温饱问题还是提高小麦贮藏蛋白中优质亚基的含量, 都迫切需要小麦品种改良。目前在小麦品质改良领域中主要有两个热点:一是通过特异地改变某些亚基的构成与比例,增加小麦中蛋白质及必需氨基酸含量来改良其营养品质,进而提高烘烤品质。二是调节淀粉生物合成途径,以培育直链淀粉含量少甚至没有蜡质的小麦品种,提高其加工品质。近几年来, 基因工程技术的发展和完善, 为小麦品种改良提供了一条新的途径。 虽然单子叶植物遗传转化起步较晚,但也取得了一些可喜的进展。现在水稻、 玉米转化体系已基本建成, 然而与水稻、玉米等单子叶植物相比, 小麦遗传转化研究一相对落后,是主要粮食作物中最晚进行遗传转化的。直到1992 年Vasil 等将 GUS/ Bar 基因导入小麦品种Pavon, 并获得了抗除草剂Bas ta 的再生植株,才宣告世界上首例转基因小麦问世。在国内，小麦遗传转化发展也很迅速, Cheng 等在 1997年成功获得可育的转基因植株, 1999 年Xia 等在中国首次报道获得了稳定胚性组织的转基因小麦植株。实验的成功,表明小麦育种已经从传统的育种方法过度到了“分子育种”的阶段。“分子育种”的广泛应用,将会更加加速小麦的育种进程，抗病虫、抗逆性等优质小麦品种也将随之诞生。遗传转化方法被称为最佳育种方法,因为它可允许有特点的基因转移到目标受体基因型中,同时不改变其遗传背景然而目前来看不论使用哪一种转化方法,小麦的转化效率都很低。随着世界生态环境的恶化，小麦在生长过程中需要面对各种各样的胁迫：旱、寒、高温、盐等。科学家尝试着把抗旱、寒、高温、盐等植物DNA上具有抗性功能的基因导入小麦，诸如：仙人掌抗旱基因，芦苇草抗盐基因，长穗冰草DNA，山菠菜甜菜碱醛脱氢酶等。在获得了转基因小麦植株的同时，发现植株对水分及盐胁迫敏感程度降低，小麦的抗逆性也随之大大增强。同样的道理，为了提高小麦抗病虫能力，科学家还把几丁质酶、抗蚜虫的雪花莲凝集素等多种抗病虫基因导入小麦，都得到了预期的效果。2.3小麦遗传多样性研究小麦的遗传多样性研究尽管已经作了大量的工作,但与水稻、 大豆等作物相比还有较大差距,应综合运用多种遗传标记手段, 摸清现有种质资源的整体遗传结构特别是深入进行特殊种质的研究,为核心种质的构建和资源有效利用提供指导。小麦是世界上最重要的粮食作物之一,小麦品种的遗传改良工作一直受到科学家的广泛关注。传统常规育种方法存在着周期长、改良进程缓慢等缺点, 利用转基因手段将特定的外源基因导入小麦中, 从而定向改良小麦品种,为小麦遗传育种提供了一条新途径。随着生物技术的发展,转基因小麦的研究取得了一定进展。虽然已建立了各种转化小麦的方法,但目前仍存在一些问题。限制其发展的一个最主要因素是缺乏便捷、高效和稳定的组织培养体系,植株再生频率低。所以, 建立高效的再生体系已成为小麦遗传转化的关键所在,外植体选择是其重要环节。到目前为止,小麦组织培养成功的外植体包括幼胚、幼穗、花药、成熟胚、幼叶、子叶中层、种子、悬浮细胞、子房、茎尖、根尖分生组织和原生质体等。其中, 幼胚被认为是最理想的外植体材料,愈伤组织诱导率和植株再生率都比较高,获得转基因小麦植株的报道基本以幼胚为受体。而小麦幼胚取材受时间、空间和季节的限制, 合适的取材时期难以把握,所取材料生理状态、发育阶段的一致性也不能很好保障,在一定程度上制约了转基因小麦的有效开展与应用。小麦成熟胚取材方便, 不受季节、植株发育阶段等因素限制, 能保证不同个体间生理状态的一致性,是开展小麦遗传转化最为方便实用的受体。但是,小麦成熟胚植株再生率目前还非常低, 探索并优化小麦成熟胚组织培养条件, 建立高频率的植株再生体系, 对小麦转基因工作的开展将有巨大的推动作用。遗传转化方法的恰当选择对于在农作物中转移新颖的基因十分重要,对于作为主要粮食作物之一的小麦而言, 恰当的转化方法尤为重要.但小麦成功的转化方法仍然需要花费很长的时间并且由于它对基因型的依赖性, 这更增加了转化难度.鉴于小麦基因型在遗传转化方面起着至关重要的作用, 选择再生能力强的、对生产有利的基因型作为受体,将会更好的提高转化效果并可直接应用于生产。3.小麦转基因方法3.1基因枪法自20世纪80年代人类开始研究转基因植物以来 ,小麦的转基因遗传改良就受到了科学家的广泛关注。在粮食作物中,小麦属于遗传转化较为困难的植物 ,加上转基因研究起步较晚 ,基因工程育种进程明显落后于其他作物。随着基因枪的问世、新的选择标记基因和高效启动子的运用,1991年以后小麦转基因研究开始增多。基因枪又称微粒轰击法,1984年由康奈尔大学的科学家研制成功。它是利用火药、高压放电或高压气体将吸附了外源DNA的金粉或钨粉高速射人受体细胞或组织而实现遗传转化。1992年,美国佛罗里达大学的专家利用基因枪法将抗除草剂的bar厂基因导人了小麦,并建立了基因枪法转化小麦的技术体系,获得第一株转基因小麦 ,成为小麦转基因工作的里程碑。在随后的几年内,小麦转基因研究基本上借助于基因枪法,目前90 %以上的转基因小麦是通过基因枪法获得的。3.2农杆菌介导法相比之下,农杆菌介导法一直是小麦遗传转化的一道难关。农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌,它通过侵染植物伤口进入细胞后 ,将携带的外源基因插人到植物基因组中。因此 ,农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。但是，由于小麦不是农杆菌的天然宿主,利用农杆菌介导法进行小麦基因转化存在一定的困难，借助于乙酰香酮、烟草提取液等活性物质后基因转化效率有一定的提高。美国科学家首次利用农杆菌介导法将gus基因（抗性标记基因）和npt基因（新霉素磷酸转移酶基因）转入了小麦，获得了小麦转基因植株。该方法由于操作简单、成本低，成为继基因枪后应用最广泛的准基因方法。3.3 花粉管通道法其原理是利用开花植物授粉后形成的花粉管通道,直接将外源DNA 导入尚不具备正常细胞壁的卵、合子或早期胚胎细胞,是一种直接、简便和有效的转基因技术。同时由于进入受体基因组的是部分DNA 片段或目的基因,因此导入的DNA 易于整合.转移基因所控制的性状在受体植株中易于稳定,节约了育种时间。与其它方法相比, 花粉管通道法有许多优点：1)直接得到转化种子,无须经过组培,减少了基因型的影响; 2) 操作简便经济,无需昂贵的仪器和化学药品, 育种家可直接在大田工作; 3)大量快捷， 性状稳定快; 4) 转化频率高不仅可以导入供体的总 DNA, 而且可以导入含目标基因的质粒，甚至可将化学诱变剂导入胚囊。但目前该方法并不成熟,花粉管通道法重复性差,对转化时间、转化时温度和湿度、 转化载体的DNA 浓度及受体植株花粉发育状态有较严格的要求。到目前为止,小麦转基因最常用的方法仍集中为基因枪法、农杆菌介导法和花粉管通道法。 4.问题与展望小麦品质研究是今后我国小麦品种选育的一个主要方向,目前情况下我们迫切需要培育出有特色、产量高,并且在国际贸易上有竞争力的含有优质亚基小麦品种,因此建立健全小麦遗传转化体系非常必要.通过对转化过程中的诸多因素进行研究, 从而提高小麦转化效率及应用价值.在小麦遗传转化的方法中,基因枪法的受体类型广泛, 报道的成功例子也很多, 但转化质量较差、转化效率较低、容易形成嵌合体、多基因拷贝整合、出现共抑制和基因沉默现象、外源基因在后代中也容易丢失、实验成本高,一般实验室很难利用这种方法进行小麦的遗传转化。鉴于农杆菌的许多优点,特别是实验成本低,并且是可以导入大片段 DNA,虽然目前世界上仅有几例成功的报道, 但农杆菌介导的小麦遗传转化已成为目前植物基因工程的常用方法。当然影响其转化的因素较多, 除了上述介绍的以外,微量元素在植物的生长过程中起着必不可少的作用, 因此在组织培养的过程中, 要注意一些微量元素的添加和一些化学药剂的使用,比如作为许多酶的主要成分或辅助因子的铜离子的使用可以来明显提高转化效率.化学药剂如甘露糖、乙酰丁香酮、PAA 等的恰当使用也可以提高转化效率, 它们的最适浓度需要我们经过大量的实验来确定。尽管目前利用花粉管通道法介导的小麦遗传转化效率还不高,但由于可避免组织培养等诸多麻烦和摒弃基因枪等昂贵的仪器和试剂, 其应用前景不容忽视,所以对花粉管通道法介导的小麦遗传转化体系进行进一步优化和改善很有必要.5.结束语随着分子生物学的发展, 我们可以从小麦的近缘种中克隆出一些新的基因, 通过基因工程的方法来改变小麦优质亚基的组成和含量,提高抗虫、抗病性等,从而培育出适合大面积推广的小麦新品种。虽然说转基因小麦会使人类收益良多