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浅析基因工程在农业生产中的应用 学部 ：化工与环境生命学部 生物工程类 姓名：孙博摘要：基因在农业生产上应用已经非常广泛,但其中道理未必广为人知那么所谓基因到底是呢?它是控制生物性状基本单位,记录着生物生殖繁衍遗传信息并且通过修改基因能改变有机体部分或全部特征它作用主要是以转基因技术和基因克隆技为核心通过它们改良品种,从而大大提高经济效益那么下面就谈谈它们是怎样为人类服务呢? 关键词:基因;应用1、 DNA导入方法与表植物基因工程的基本模式是先分离和制备目的基因，并将基因工程的基本模式、外源达条件目的基因嵌入载体，获得重组DNA，然后将重组DNA导入植物细胞，使其稳定存在并能复制、转录和翻译。重组DNA还可经有性或无性方式传递给子代，达到按育种目标修饰和改造作物品种遗传性状的目的。目的基因导入受体植物细胞中能否表达的关键，在于植物细胞的转录系统能不能识别目的基因所携带的转录信号启动子顺序。近年来的研究结果表明，就要将外源基因和一个已知植物细胞中有功能的启动子拼接在一起，构成嵌合基因。携带外源基因的这段DNA称载体，当载体携带外源基因共同进入受体细胞内后，整合与受体植物的DNA上。由于植物转录系统能识别启动子的顺序信号，外有基因即可在受体植物细胞中得到表达。因此，基因工程的许多研究工作都围绕着寻找理想的载体而开展。结果表明，目前最有希望作为目的基因载体物质的是根癌农杆菌Ti质粒，而且已经有一些作物利用Ti-质粒将外援基因导入受体细胞中，并获得充分表达。世界各国通过基因工程获得的转基因植株达4500多种，基因工程在农业上主要应用于农作物品种的改良与新物种的培育。2、 基因工程培育优质、高产农作物品种进展植物基因移植于导入技术的研究成功，为改变植物蛋白质、脂肪、淀粉与糖类的含量与品质，提高其营养价值，为改变蔬菜、果品的风味提供了可能与技术途径。世界各国应用基因工程进行农作物品质改良与优质、高产品种选育方面已取得了很大的进展。美国科学家将大豆贮藏蛋白的基因分别转移到向日葵和马铃薯中，获得蛋白质含量高的“向日豆”和“肉土豆”品种；日本科学家将大豆蛋白转移到水稻，培育成功“大豆米”，这对改善稻米品质，提高其营养价值起到了重要作用。澳大利亚的专家采用转基因育种技术培育成功优质高产的小麦品种。我国东北师范大学的科研人员通过基因导入途径，将野生天兰冰草抗病、高蛋白基因的染色体片段，转移到小麦染色体行后再运用常规育种方法，选育出优质面包小麦新品种“小冰小麦33号”，经专家鉴定达到国际优质小麦标准。该品种蛋白质含量高达17%18%，抗叶锈病、根腐病与黄矮病，产量达到4500kg/hm25000kg/hm2.。“小冰小麦33号“选育成功，填补了具有我国自主知识产权优质面包小麦品种的空白。日本农林水产业研究中心与北兴化学公司的研究人员联合，采用基因重组技术，先从稻谷中分离出能促进赖氨酸与色氨酸合成的遗传基因，然后对该基因进行改造，加强其合成氨基酸的能力，再将重组后的基因移植入水稻，成功的培育出赖氨酸和色氨酸比普通水稻高1090倍的转基因水稻新品种。据农业科技通讯杂志第9期报道，中国农业大学生物学院的朱登云经过7年潜心研究，将马铃薯花粉上的一个基因转入玉米，选育成功转基因玉米品种，赖氨酸和蛋白质的 含量比常规玉米品种分别高出30%和90%。他利用选育出的转基因玉米自交系与常规自交系配置大量杂交组合，从中选育出综合农艺性状优良的YC、Y624、Y419等18个杂交组合，所育成的10个转基因玉米品种YC组合，产量达508.6kg/667m，比对照丹玉13号增产27.1%。课题组还利用分离出的高赖氨酸蛋白的基因，建立的高蛋白质、高赖氨酸优质玉米的转基因技术体系，已申请国家发明专利。此外，我国专家还选育成功含油量比普通油菜品种提高25%的“超油1号”与“超油2号”油菜新品种，其中含油量高达52.8%的“超油2号”是世界上含油量最高的甘蓝型油菜品种。我国黑龙江农科院雷勃钧采用花粉管通道技术于1997年选育成功早熟、高蛋白、高油、大粒、耐盐碱的转基因大豆品种“黑生101”累计推广面积已达203 、基因工程 培育抗病农产物品种的进展黄瓜花叶病毒严重危害多种蔬菜、烟草、花卉、油菜、药材和树木等770多种植物，造成农作物大幅度减产和品质下降由于在多数作物上未发现抗这种病毒的基因，很难对其进行抗病育种与化学防治。在国外长期以来，对该病毒有“植物癌症”之称。采用植物基因工程技术成为防治该病毒最有效的方法。日本烟草产业遗传育种研究所得专家，将黄瓜花叶病毒的随体脱氧核糖核酸植入烟草细胞，成功地培育出能抗花叶病毒的新植物体。日本专家采用的技术途径是先从黄瓜花叶病毒中提取脱氧核糖核酸，然后使用反转录酶制成脱氧核糖核酸，再把脱氧核糖核酸植入到烟草业细胞里。实验证明，给烟草接种上黄瓜花叶病毒后，依然生长发育良好，说明被接种的烟草已具备抗病毒的能力。中国科学院微生物研究所将TMV和黄瓜花叶病毒CMV的CP外壳蛋白基因拼接在一起，构建了“双价”抗病基因，转入烟草后获得了同时抵抗两种病毒基因的植株。在田间实验中，对TMV的防治效果为100%，对CMV的防治效果为70%左右，可使烟草产值增加10%30%。目前，我国专家还通过CP 途径进行小麦抗黄萎病、水稻抗矮缩病、棉花抗枯、黄萎病等基因工程的研究，并已取得进展。小麦黄萎病是危害世界小麦生产最严重的病毒。它是由大麦黄萎病引发的，控制此病最有效的措施是培育抗病品种，但已知栽培小麦品种不含抗大麦黄萎病的基因，难以进行抗病品种的筛选。因此，只能从含有抗病基因的大麦、杂草等通过基因移植，杂交育种途径把抗病基因导入小麦；或者利用人工合成的病毒外壳蛋白的抗性基因来保护小麦，不受大麦 黄萎病的危害。据成卓敏等（1996）报道，中国科学院植物研究所的科研人员，采用花粉通道法和基因枪法将大麦黄矮病毒CPV株系外壳蛋白基因导入小麦栽培品种中，在世界上首次获得抗大麦黄矮病毒CPV株系转基因T0代及其后代T1、T2、T3代。检测结果证实，CP基因确已存在转基因小麦种，并能得到稳定遗传，经Westen测定，CP基因在转基因小麦中已得到表达。室内鉴定结果，转基因植株一般比对照推迟发育714d，有的推迟到28d.。田间人工接种鉴定实验，获得了一批抗病明显的后代。另据黄中崟报道（1992），中国农科院作物所共同合作，综合应用生物技术和常规育种相结合的方法，将黄矮病抗性基因从中间偃麦草导入普通小麦，在国际上首次成功地育成一批抗黄矮病普通小麦新品系，创造了抗黄矮病普通小麦新种质，为小麦育种家提供了优异抗黄矮病的亲本资源，现已有一些新品系材料提供应用。我国在番茄转基因抗病育种方面也闯在了许多抗病基因类型，如北京大学育成抗病毒番茄品种；国家基因工程中心选育成功高抗TMV、CMV、马铃薯X病毒和抗早疫病、晚疫病两种真菌病害的多抗番茄品种。、基因工程培育抗虫农作物的进展4 采用生物技术，提高作物自身的抗虫害性能，为农作物害虫的无公害防治开辟了新的途径。目前，在农作物上普遍通过根癌农杆菌、发根农杆菌、花椰菜花叶病毒（CaMV）、(ANA)病毒等为中介的基因工程方法，将一些抗虫基因苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis）抗虫毒素基因（Bt 毒素基因）、菜都抗虫蛋白质基因（胰蛋白酶抑制的CPTI基因）、蓼草抗虫基因等导入水稻、玉米、棉花、马铃薯、烟草、番茄等作物细胞，并使表达这些外源抗虫基因的转基因植株得到再生，基因了些益n%2.7m2有的投入大田实验。如含Bt的烟草能有效地阻止烟草天蛾幼虫的危害，害虫食后1d内停食，3d内全部死亡。在转基因玉米植株中，玉米螟取食后23d死亡率可达70%。培育成功的抗虫番茄植株，对危害番茄果实的烟草天蛾和烟草夜蛾幼虫的防治效果达100%，对棉铃虫也有很好的杀虫作用。国外正在研究的转Bt抗虫作物还有大豆、油菜、多种蔬菜及杨树等多种树木。由此表明，应用生物技术改良某些作物的抗虫性具有很大的潜力。棉花是世界重要的经济作物之一，每年由于棉铃虫的危害一般减产10%左右，高的达30%以上。施用化学农药防治，不仅耗资巨大，增加生产成本，而且容易引起环境污染、杀死害虫天敌、破坏生态平衡。采用生物防治，虽然能减轻环境污染，但也有在大发生年份防效差等局限性。因此，利用基因工程将苏云金芽孢杆菌（Bt）杀虫基因导入棉花品种中，将培育出具有抗虫性能的棉花品种，成为当今防止棉铃虫、红铃虫最为先进、安全与经济有效的手段。美国蒙山都公司的专家采用跟癌农杆菌Ti质粒介导法培育成功携带有Bt杀虫基因的棉花新品种“保铃棉”，可是杀虫剂的用量减少80%，现已成为世界上推广面积最大的抗虫棉品种。此外，美国马萨诸塞州的国际生物技术公司的专家们将外援积引导如玉米，育成使玉米具有抗虫性能的植株。英国德翰大学和剑桥作物育种中心的科学家，利用基因工程从豇豆中把产生胰蛋白酶抑制物的基因（CPTI）转入了烟草，成功地培育成转基因抗虫烟草新品种。中国科学院生物技术研究中心的专家采用根癌农杆菌Ti质粒介导法与花粉管通道法将Bt抗虫基因与胰蛋白酶抑制基因（CPTI）重组成“双价”抗虫基因，导入长江与黄河区、华北与西北特早熟棉区的主栽品种中，育成GK-1、GK-3、GK-12、GK-14、GK-19、GK-21等12个“双价”高抗棉铃虫的转基因棉花新品种，抗虫能力高达80%以上，丰产性与适应性与当地主栽品种相当，一再生产上大面积推广种植。2004年，我国育成的20多个转基因棉花、水稻、玉米、大豆、油菜、烟草、番茄已在生产上推广种植466.7。此外，我国石家庄农科院与中国农科院生物技术中心合作，将Bt和CPTI基因同时转移到石远321棉花品种中，育成了“双价”转基因抗虫棉新品种“冀棉24号”，经抗虫性鉴定，对棉铃虫幼虫校正死亡率达93.5%，达到高抗级别，常量较对照产品增产10.8%，其抗虫性能与增产性能均优于国外抗虫棉品种。该品种的育成，标志我国转基因抗虫棉的转育技术已处于国际领先领先水平。2003年，全球有18个国家种植转基因农作物品种，面积达6770，仅转基因大豆品种“抗农达”的种植面积就达2370.4。阿根廷大豆种植面积为1240，绝大部分也是转基因大豆。2001世界转基因农产品的销售额为30.44亿美元，预计2006年将超过85亿美元。5、基因克隆技术 “多莉诞生”意味着人类可以利用动物组织细胞,像翻录磁带或复印文件一样,大量生产出相同生命体利用它可以拯救濒临灭迹物种,或是复制一些优良品种等等然而在进一步细想克隆,却也着实让人深虑首先,若是无节制地“复制”某种物种,就会打破自然界生态平衡,破坏优胜劣汰自然法则,给自然界带来了混乱其次,从理论上说“克隆”哺乳动物成功,即为“克隆”人类准备了前提条件,再经过技术不断改善,毫无疑问,不久以后就能“克隆”出人对此杭州大学生命科学院院长、浙江省生物工程学会副理事长黄纯农教授认为,不必过分担心他说,当前“克隆”技术还有完善过程,暂时达不到大量“复制”人地步再者各地已相继制定了法令,为“克隆”人进行限制当然,“克隆”技术产生,归根到底是利大于弊,它将被广泛应用于人类,前景灿烂,方兴未艾科学进步和人观念变化,是无法阻止51-论文-网-欢迎您6。应用基因技术优点 从前面可以看出,基因技术突破,是科学家得以用传统育种专家难以想象方式改良动植物品种,其优点是显而易见第一,可降低生产成本品种基因加入另基因,会使该品种特性发生变化,具备原品种所不具备因子,从而增强了抗病、抗杂草或抗虫害能力由此可减少植物农药和除草剂用量,降低种植成本并且动物死亡率明显降低,从而提高养殖业经济效益第二,可提高动植物产量动植物基因改良后,更容易适应环境,能更有效抵御各种灾害袭击,并使产量更高第三,转基因技术可以使开发动植物大为缩短利用传统育种方法,需要