基因工程在农业育种中的应用优品文档

基因工程在农业育种中的应用一、基因工程概述建立在植物分子遗传学与细胞生物学基础理论上的基因工程是通过基因导入与重组技术，将不同生物的遗传基因在体外进行分离、裁剪、组合与拼接，再通过载体转移到受体细胞内进行无性繁殖、稳定表达，从而改变受体原来的遗传性状，人工构建出新的作物品种。二、基因操作的工具

1、基因的“剪刀”——限制性核酸内切酶专一性：识别特定核苷酸序列，在特定的切点切DNA，具特异性。并裂解磷酸二酯键，产生两个黏性末端。

例：大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)能识别

GAATTC序列，并在G和A之间切开。EcoRⅠ黏性末端2、基因的“针线”——DNA连接酶

连接酶的作用：

将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。

连接的部位：

生成磷酸二酯键

DNA连接酶的作用过程：连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。基因的针线：DNA连接酶

G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

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TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

GG

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TT

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AA

TT

C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G用同种限制酶切割该公司还培育出抗2,4-D除草剂基因工程棉株，现已用于生产。七、基因工程培育抗除草剂作物品种的进展加大对水稻、小麦、玉米、棉花、马铃薯等主要作物，以及蔬菜、瓜果、林木与药材的优质高产抗除草剂，抗逆性等基因标记克隆转移技术与培育方法的研究，育成更多的转基因农作物新品种用于生产，进一步提升我国基因工程研究与应用水平。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52.四、基因工程培育优质、高产农作物品种的进展目前，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。建立在植物分子遗传学与细胞生物学基础理论上的基因工程是通过基因导入与重组技术，将不同生物的遗传基因在体外进行分离、裁剪、组合与拼接，再通过载体转移到受体细胞内进行无性繁殖、稳定表达，从而改变受体原来的遗传性状，人工构建出新的作物品种。八、基因工程培育抗逆性强农作物品种的进展凡含有此抑制物质的稻株均能杀死周围杂草，他们通过杂交的方法，将这种性状导入常规水稻品种里，培育成了能杀死杂草的水稻新品种。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。连接酶的作用是：将互补配对的两个黏性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子。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。例：大肠杆菌的一种限制酶(EcoRⅠ)能识别

GAATTC序列，并在G和A之间切开。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。改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白质我国正在准备进行新的农业技术革命，专家们预测，我国21世纪重点开发应用的现代农业生物学技术领域是农作物转基因基础研究，建立种植资源基因库作物高产基因组织的研究，基于表达的器官组织特异性与发育过程的关系，培育成功同时抗病虫和抗逆性强，优质的转基因作物品种。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。3、基因的运载体——质粒或病毒作用：将外源基因送入受体细胞。条件：能在宿主细胞内复制并稳定地保存。具有多个限制酶切点。具有某些标记基因。种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。从细胞中分离出DNA从大肠杆菌中提取质粒限制酶提取目的基因限制酶目的基因与运载体结合DNA连接酶目的基因导入受体细胞目的基因的表达与检测基因工程操作的基本步骤三、植物基因工程的基本模式、外源DNA导入方法与表达条件植物基因工程的基本模式是先分离和制备目的基因，并将目的基因嵌入载体，获得重组DNA，然后将重组DNA导入受体植物细胞，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。研究结果表明，外源基因要先和载体结合，载体携带外源基因共同进入受体细胞内后，就会整合到受体植物的DNA上，由于植物转录系统能识别启动子的顺序信号，外源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。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。四、基因工程培育优质、高产农作物品种的进展植物基因移植与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，以及为改变蔬菜、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。转基因水果1、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。2、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10—90倍的转基因水稻新品种。3、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/hm2~5000kg/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。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”。不会引起过敏的转基因大豆优点：

改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白质五、 基因工程培育抗病农产物品种的进展日本烟草产业遗传育种研究所的专家，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。烟草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。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。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。在转基因玉米植株中，玉米螟取食后2~3d死亡率可达70%。通过基因工程在上述几个方面进展的综述，表明进15年来是国内外基因工程快速发展时期，他给农作物育种开辟了一条现代化的全新途径，创造新物种已成为可能，育成的高产，优质，多抗的转基因农作物新品种，为实现高产，优质，高效发展现代化农业目标创造了有利条件。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。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%。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。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.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。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。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。改善粮食作物的营养成分含量，如氨基酸、蛋白质8%的“超油2号”是世界上含油量最高的甘蓝型油菜品种。研究结果表明，外源基因要先和载体结合，载体携带外源基因共同进入受体细胞内后，就会整合到受体植物的DNA上，由于植物转录系统能识别启动子的顺序信号，外源基因即可在受体植物细胞中得到表达。此外，我国在番茄转基因抗病育种方面也创造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。转基因马铃薯转基因烟草六、基因工程培育抗虫农作物的进

展采用生物技术，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、花椰菜花叶病毒等为中介的基因工程方法，将一些抗虫基因比如苏云金杆菌（Bacillusthuringiensis）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，有的已经投入到了大田实验。抗虫害的玉米例如含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2~3d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。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”，可使杀虫剂的用量减少80%，现已成为世界上推广面积最大的抗虫棉品种。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，已在生产上大面积推广种植。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。七、基因工程培育抗除草剂作物品种的进展据报道，美国加利福尼亚州戴维斯的Calgene公司已将耐草甘膦和溴苯晴两种除草剂的基因导入到棉花中，育成的棉花新品种能抗高于田间用药量10倍的除草剂剂量，已在生产上大面积推广种植。该公司还培育出抗2,4-D除草剂基因工程棉株，现已用于生产。比利时PGS公司将链霉菌的抗触杀型灭生性除草剂磷酸买黄铜的基因导入番茄、马铃薯和烟草等作物体内，成功地培育出完全除草剂的植株，可对高于10倍于大田喷杀量的除草剂有稳定抗性。美国科学家对从30个国家搜集的347个水稻品种筛选，发现其中有3.5%的水稻品种含有抑制物质。凡含有此抑制物质的稻株均能杀死周围杂草，他们通过杂交的方法，将这种性状导入常规水稻品种里，培育成了能杀死杂草的水稻新品种。八、基因工程培育抗逆性强农作物品种的进展美国德克萨斯州lubboch农业实验战与加利福尼亚州alband公司合作，进行抗旱基因转化研究。他们从一种细菌中分离抗旱基因，一卡哪霉素做选择剂，用根癌农杆菌TI质粒芥导发将此基因导入植株，已获得抗旱转基因棉花。美国的科学家已将仙人掌的抗寒基因转入小麦，玉米和水稻，培育出看寒性能较强的小麦，玉米和水稻在生植株。据日本鲁尔岛大学农学部报道，用农林8号水稻胚为外植株，筛选出的3个碍盐细胞系均获得了再生植物，其中一个耐盐细胞系再生植株抽穗期接近正常，耐盐性能稳定，第三代在1%nac