果树基因工程的应用与面临的主要问题.doc

果树基因工程的应用与面临的主要问题 （机械与电子工程学院朱亮09043207 ）摘要：当前的果树有一些不良不良的性状，如易被害虫吃叶子，果实成熟后不易保存等，使用基因工程技术改变这些性状，可以减少农药的使用，有利于保护环境，同时可以获得较好的经济收入，但是，基因技术也有可然造成基因污染，对生态环境有影响。关键字：基因工程果树污染Abstract: The current fruit trees there are some bad bad traits, such as susceptible to pests eat the leaves, the fruit is ripe is not easy preservation, the use of genetic engineering techniques to change these traits can reduce pesticide use, help protect the environment, and can get better economic income, however, gene technology is also caused by genetic pollution can be contingent on the ecological environment impact.正文：自1983年第一株转基因烟草获得以来,植蜘基困工程的研究进展迅速。与其它农作物比较，果树基固工程的研究和应用相对落后Vl-3J。1988年， 果树的基因转化研究首先在核桃上获得了转基固植株，此后又陆续在苹果、梨、欧洲李、草莓、桃、杏、葡萄、树莓、柑桔、樱桃、香蕉、番木瓜、橄榄、猕猴桃等多种果树上获得了转基因檀株 J。果树基因工程为果树育种开辟了新的途径，有着诱人的应用前景， 但也面临不步亟待解决的问题。本文仅就果树基因工程的应用以及转基因理论技术和生物安全性方面所面临的主要同题进行综述，希望有助于果树基困工程的研究和发展。1 果树基因工程的应用 理想的果树品种应具备优良的果实性状(如果大、核小或无耔、营养丰富、口感风味好、外形新美、色泽鲜艳、耐贮运、食用方便等)和相应的园艺性状(如矮化、丰产、抗病虫等) 现有的果树栽培品种往往都有某种性状缺陷。通过果树基固工程，可以在保持果树原有优良性状的基础上，引入新的优良性状，培育出符合人们特定性状要求的果树品种。果树基因工程在果树育种领域主要有以下几个方面的应用。11 果树抗瘸方面 某些侵染果树的病毒、类病毒、寄生细菌和真菌对果树为害严重，至今对这些病害尚无有效的防治措麓。目前，果树抗病基困工程已取得了较大进展，在番木瓜、柑桔、葡萄、香蕉、杏和樱桃等果树上获得了抗病转基固植株。在美国 抗病毒转基因番术瓜已被批准进行商业化生产t 。有效的抗病毒基因主要来源于病毒本身，如外壳蛋白(cP)基固、复制酶基因、反义RNA等。还有一些基因(如核酶基困动物抗体基因和与干扰素有关的基因等)正被积极地研究和探索。果树抗病毒基因工程中比较成熟的途径是导入病毒外壳蛋白基因。抗菌肽基固在植物中的表达，能够提高植钧对病原菌的抗病力。导入此基固，有可能使果树对细菌病害(如苹果和梨的火疫病)产生抗性。另外，从果树或其它植物抗病种质中分离出抗病基因是很有应用前景的抗病基因工程育种途径之一。12 果树抗虫方面 为害果树的害虫种类很多使用化学杀虫剂灭虫，容易造成环境污染并危及人畜，也要消耗大量资源。通过果树基因工程培育果树抗虫品种，是解决果树虫害的理想途径。从80年代初至今， 已发现了一批具有杀虫活性的基因。如在苏云金杆菌中发现的Bt基因，在多种植物中发现的蛋白酶抑制荆基因在链霉菌中发现的胆甾烷醇氧化酶基因在多种杆菌中发现的杀虫蛋白基因等。目前有人采用融合的双蛋白酶抑制剂基因转化植物，获得了具理想抗线虫效果的转基因植株株。在果树上，有部分品种(如核桃、蔓越桔等)导入了ICP(杀虫结晶蛋白)基因获得了抗虫转基因植株。有的国家携有ICP基因的转基因苹果树已进入田间鉴定阶段， 携有外源抗虫基因的草莓转基因植株被允许进行大田试验。13 果树抗逆性方面果树所处的非生物逆境主要有干旱、冷冻、高温、土壤贫瘠、盐碱等。果树的抗逆性是果树品种改良的重要目标。目前已从植物和其它生物中，分离出了与抗逆性有关的热激蛋白基因、渗透胁迫蛋白基因、脯氨酸合成酶基因、冷驯诱导蛋白基因以及鱼类抗冻蛋白基因等基因。有的目的基因(如抗冻基因)已导入某些植物(如番茄)并获得表达。14 果树抗除草剂方面果树生产上使用除草剂与农作物相比，灵活性更大，伤害较小。但是，苗圃及幼年果园使用除草荆不当， 也会严重伤害果树。有的品种对除草剂敏感(如草莓的绝大多数品种不抗除草荆)。因此，培育抗除草剂果树品种仍有其实际意义。抗除草剂转基因植物主要有2种类型：(1)修饰除草荆作用的靶蛋白，使其对除草剂不敏感或使其过量表达以使植物受到除草荆作用后仍能进行正常代谢；(2)引入醇或酶系统，在除草剂发生作用前，将其降解或解毒。目前已在多种植物上获得了抗除草剂转基因植株。把抗除草荆基因转入果树，对果园生产中节省工时地清除杂草而又不伤害果树有一定的应用价值。15 果树果实成熟方面 果树的果实成熟是指果实停止生长后，在果实内部产生一系列生理生化变化而导致果实成为可食性状态的过程。此过程包括乙烯的生成，大分子有机物的降解、硬度的减小以及色素的合成等一系列变化， 而这些变化是相应基因表达调控的结果。通过基因调控，延缓果实的成熟速度， 提高果实抗腐烂、抗破损能力，对水果的长途运输、加工和保鲜贮藏有重要意义。目前，用于果实延熟基因工程的主要基因有PG基因、觚合成酶基因、AOc氧化酶基因、ACC脱氨酶基因、反义PG基因、反义ACC合成酶基因等。在果树上，桃的PG基因和ACC氧化酶基因以及苹果的AOc氧化酶、ACC合成酶等基因， 已被克隆。近年来还克隆出乙烯受体无效变异基因。应用基因工程技术将外源基因导入果树，特别是利用反义RNA技术阻断或抑制翻译过程，或正反义RNA杂交降解，影响果实延熟相关基因的表达及其功能调控是高效率且专一性强的果树基因工程育种途径。16 果树生根能力方面 扦插是果树苗木的主要繁殖方式之一，但有些果树扦插生根困难，还有一些果树砧术生根能力也较差。利用 质粒上具有促进生根作用的Id基因转化果树，可以提高转化植株的生根能力。在苹果、猕猴桃等果树品种上已获得易于生根的转基因植株。这种方法如果能在龙眼、荔枝、橄榄、柿子等扦插生根困难的果树上应用，将极为有利于这类果树的苗木繁育。17 果树其它性状方面 随着果树基因工程研究的进展， 果树基因工程的应用重点将逐渐转移到优化果实品质、调控营养成分， 提高光合效率增加产量， 改造果形果色， 改善株形(如矮化等)缩短童期，调控内源激素控制开花结果(如花期、性别分化、焦核、无籽等)等性状改良方面。果树基因工程在果树生产上的应用潜力是巨大的， 但要使这种巨大潜力转变成实际生产力， 还有很长的路要走。2 果树基困工程面临的主要问题 果树基因工程研究所面临的主要主题有2个方面。一是转基因技术和理论方面存在的问题与不足；另一是转基因果树及其产品的生物安全性方面的问题。21 果树基因工程亟待解决的问题211 建立高教的离体再生系纯作为受体系纯由于果树多为多年生的木本植物。离体培养技术还不完善。不少果树转基因植株再生有困难常常无法获得转基因再生植株或只获得少数再生植株。从目前的实验研究水平来看，转基因在受体细胞染色体上的整合是随机的，转基因性状在获得表达的同时，经常还伴随着其它不利性状的出现而且转基因在受体细胞中的活性与存在状况也无法控制。另外有的转基因檀株是嵌台体。因此，如果没有大量的转基因再生植株，就难以筛选出转基因性状表达良好且遗传稳定的同质转化植株 ，使随后的研究难以为继。所以，建立高技的果树离体再生系统是保障果树基因工程研究顺利发展的一个重要基础。212 构建重要果树的遗传图谱 随着分子标记技术的发展，遗传图谱的工作在许多物种中有了很大的进展一些重要的农作物，包括番茄、玉米、水稻等的遗传图谱业已构成，并越来越趋于饱和。有的巳达到相当致密的程度。高密度分子翻谱的建立为基固定位、物理图谱的构建以及依据图谱的基因克隆奠定了坚实的基础。但是，在果树的遗传图谱构建方面，目前还处于比较落后的状态。因此，构建重要果树的高密度遗传图谱是果树基因工程研究的重要基础工作。213 分离、克隆与果树重要经济性状相关的基因 果树基因工程使用的与果树重要经济性状相关的基因，从其来源上看，既有从其它生物上克隆到有用基因(如Bt基因等)，也有从各种果树上分离出的目的基因(如从苹果、樱桃、杏等果树上克隆的 基因)。目前，在果树遗传转化上有应用价值的基因还不多。国内在开发基因资源方面，与国外的先进水平相比有较太差距，不少实验是采用国外元件， 国内组装。所进行的研究是跟踪的多， 创新的少。面临这方面存在的问题，我国果树基因工程要积极开展分离、克隆拥有自主知识产权的与果树重要经济性状相关的基因以及基因表达调控元件的研究，特别要注意开发我国丰富的野生果树种质中所蕴藏的优良性状基因资源。214 探索高效的果树遗传转化方法目前，果树遗传转化方法主要有农杆菌介导法，髓峨直接导入法(常甩基因枪法)和基因抢农杆菌混合介导法。农杆菌介导法是外源基因进入植物细胞比较成功和应用比较广瑟的方法。农杆菌不同菌株的致病力差异很大，对转化效率起重要的影响作用。根据转化受体的不同， 农杆菌介导法有几种不同的应用方法。如受伤植物器官的直接感染感染(把农杆菌接种在植株创伤面或甩针头注射到植株体内)、体胚或胚性细胞的转化、原生质体的转化、附体腋芽转化等方法优良性状表达的前提下稳定表达，是果树转基因成功与否的重要标志。22 果树基因工程的生物安全性问题从首例转基因作物问世以来就在全球范围内对转基因作物的生物安全性同豚展开了一场争论 有些研究结果显示。转基因作物在某种程度上会对环境生物产生某些方面的影响(如Bt作物对昆虫群落的影响等)，因而反对者认为转基因植物会对人体健康和生态环境安全造成威胁 但支持者们则认为转基因作物对人类有着饭太的利益。而且其潜在的生物安全性方面的风险不大并能加以控制或消除。可以肯定， 转基因作物在产量、产品品质、抗瘸虫、抗逆性等方面的改进，会在很大程度上降低农业生产成本和资源消耗满足人类对农产品的不断增长(人口增长和提高生括水平)的需求，缓解农业生态环境继续总化的压力。但是，对植物基因工程及其产品的生物安全性给予重视是科学上应有的认识态度。那么，转基因植物对人类和生态环境的潜在危险性究竟有多大?是否有必要天力发展植物基因工程?在此结合人们对安全性方面所关注的主要同题，对转基因果树的生物安垒性进行分析和评估。 对生态环境影响的分析和评估 转基翻怍蜘对生态环境有影响的可能性主要是：(1)控制地传摇扩散；(2)转基吲向非目的植物漂移产生新的强抗性杂革；(3)促睫新植物病毒、病菌和害虫的产生；(4)影响或伤害非目标生物导致生物多样性的破坏。人类栽培的农作物从其野生祖先到现在。经过几千年的选择。已适应了特定的栽培生长条件。农作物在疏于生产管理的情况下与杂草竞争，通常多处于劣势。这就是至今未有一种农作物沦为不可控制的杂草的原因。一种植物一般有20000个左右的基因，把少数巴知性状的基因转入植物， 只能增加或增强该植物的1至几个目的性状，并不能使这种植物成为“无敌”植物。在漫长的植物进化历程里。基因突变和重组对于植物进化有着重要作用，但并无哪种植物因其基因组成的变化而不受自然环境的限制。另外，转入农作物的基因是来源于自然中的生物。可以认为转基因作物本身变为难控制的杂草的危险性是很小的。大多数果树是术车植物。生长周期长，囡丽这方面的潜在危险性也就更小转基因向其它非目的植物漂移而产生在某些方醢具有强抗性的杂草的可能性在理论上是存在的。如通过花粉漂流将抗除草剂基目转到可交配的杂草上，可能会使杂草获得除草剂抗性。在自然界中， 由于存在生殖隔离(种间、时间、地理距离)而使得这种可能性变得很小。除草剂有多种。人类还在研究新的更好的除草剂。让杂草带上抗多种除草剂基因而变得难以清除的机率是十分微小的。在果树基因工程应用上，只有少数草本转基因品种可能有这方面同题。抗虫或抗病菌作物可能会选择出对其有耐受力的害虫或病菌。正如以往出现的对农药产生抗性的害虫或病菌一样，这是一种普通现象。转外壳蛋白(cP)基因的抗病毒植物，当有其它病毒侵染时。入侵稍毒的核酸可能会被转基因植物表达的外壳蛋白所包装从