第三章植物基因工程技術(shù)及應(yīng)用

1、 基因工程（基因工程（genetic engineering） 基因工程（基因工程（gene engineering），又稱為重組），又稱為重組DNA技術(shù)，是按著人們的科研或生產(chǎn)需要，在分子水技術(shù)，是按著人們的科研或生產(chǎn)需要，在分子水平上，用人工方法提取或合成不同生物的遺傳物平上，用人工方法提取或合成不同生物的遺傳物質(zhì)（質(zhì)（DNA片段），在體外切割，拼接形成重組片段），在體外切割，拼接形成重組DNA,然后將重組然后將重組DNA與載體的遺傳物質(zhì)重新組與載體的遺傳物質(zhì)重新組合，再將其引入到?jīng)]有該合，再將其引入到?jīng)]有該DNA的受體細(xì)胞中，進(jìn)的受體細(xì)胞中，進(jìn)行復(fù)制和表達(dá)，生產(chǎn)出符合人類需要的產(chǎn)品或創(chuàng)行

2、復(fù)制和表達(dá)，生產(chǎn)出符合人類需要的產(chǎn)品或創(chuàng)造出生物的新性狀，并使之穩(wěn)定地遺傳給下一代。造出生物的新性狀，并使之穩(wěn)定地遺傳給下一代。基因工程的基本特點(diǎn)基因工程的基本特點(diǎn): :分子水平操作，細(xì)胞水平分子水平操作，細(xì)胞水平表達(dá)。表達(dá)?；蚬こ痰母拍罨蚬こ痰母拍?在這個過程中：在這個過程中： 1.“基因剪刀基因剪刀” 限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶 2.“縫紉針縫紉針” DNA連接酶連接酶 3.“交通工具交通工具”載體載體 4.“乘客乘客”目的基因目的基因一、植物基因工程的發(fā)展歷程一、植物基因工程的發(fā)展歷程1983 年 美國和比利時科學(xué)家首次將外源基因?qū)霟煵莺秃}卜 1994 年 世界上第一種耐儲

3、藏的番茄在美國批準(zhǔn)上市 1995 年 轉(zhuǎn)基因的抗蟲、抗除草劑的玉米和棉花在美國投入生產(chǎn)2000 年 美國轉(zhuǎn)基因大豆的種植面積首次超過普通大豆到2005年為止， 世界上共批準(zhǔn)了12種作物、6大類性狀的48個轉(zhuǎn)基因品種進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，其中包括水稻、玉米、馬鈴薯、小麥、黑麥、紅薯、大豆、豌豆、棉花、向日葵、油菜、亞麻、甜菜、甘草、卷心菜、番茄、生菜、胡蘿卜、黃瓜、蘆筍、苜蓿、草莓、木瓜、獼猴桃二、植物基因工程中常用遺傳轉(zhuǎn)植物基因工程中常用遺傳轉(zhuǎn)化的基因元件化的基因元件 1、目的基因、目的基因 真菌和細(xì)菌：真菌和細(xì)菌： GUS、HPT、NPT、GNA均來自大腸桿菌；均來自大腸桿菌；殺蟲蛋白基因殺蟲蛋白

4、基因cry1Ab、cry1Ac、cry2A則來自蘇云金芽孢桿菌；則來自蘇云金芽孢桿菌；抗除草劑基因抗除草劑基因Bar來自吸水鏈霉菌。來自吸水鏈霉菌。 病毒：病毒： 幾丁質(zhì)酶基因。幾丁質(zhì)酶基因。 植物：植物： 蛋白酶抑制基因、凝集素基因等、蛋白酶抑制基因、凝集素基因等、Xa21、C4相關(guān)基因、相關(guān)基因、水稻中生產(chǎn)胡蘿卜素水稻中生產(chǎn)胡蘿卜素前維生素前維生素A的基因。的基因。 動物：動物： 來自水母的綠色熒光蛋白基因（來自水母的綠色熒光蛋白基因（GFP）、蝎的昆蟲毒）、蝎的昆蟲毒素基因、蜘蛛毒素基因。素基因、蜘蛛毒素基因。 人工合成基因：人工合成基因： Wx的反義基因。的反義基因。 2、選擇標(biāo)記基因

5、、選擇標(biāo)記基因 新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶基因新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶基因NptII：表達(dá)產(chǎn)物表達(dá)產(chǎn)物可以拮抗卡那霉素可以拮抗卡那霉素 、G418 潮霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶潮霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶Hpt基因：基因：表達(dá)產(chǎn)物可表達(dá)產(chǎn)物可以抗潮霉素（以抗潮霉素（Hygromycin B） Bar 基因：基因：表達(dá)產(chǎn)物可以抗表達(dá)產(chǎn)物可以抗 PPT)三、轉(zhuǎn)基因的主要方法及原理三、轉(zhuǎn)基因的主要方法及原理受體細(xì)胞受體細(xì)胞轉(zhuǎn)化方法轉(zhuǎn)化方法轉(zhuǎn)化原理轉(zhuǎn)化原理載體載體轉(zhuǎn)化系統(tǒng)名稱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)名稱共感染法（整體接種法）Ti質(zhì)粒Ri質(zhì)粒 農(nóng)桿菌原生質(zhì)體共培養(yǎng)法（細(xì)胞接種法）RNA載體轉(zhuǎn)化系統(tǒng)葉盤法DNA 病毒基因槍法 各種受體微針注射法電擊法電泳法 物理

6、原理 原生質(zhì)體超聲波法 激光法直接轉(zhuǎn)化系統(tǒng)脂質(zhì)體法PEG法 化學(xué)原理浸泡法卵細(xì)胞花粉管通道法花粉粒生殖細(xì)胞 細(xì)胞細(xì)胞轉(zhuǎn)化法莖尖細(xì)胞種質(zhì)細(xì)胞種質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)植物成功應(yīng)用的轉(zhuǎn)化方法：植物成功應(yīng)用的轉(zhuǎn)化方法：直接轉(zhuǎn)化法：直接轉(zhuǎn)化法：是通過物理或化學(xué)方法將外源基因?qū)峭ㄟ^物理或化學(xué)方法將外源基因?qū)胫参锛?xì)胞或原生質(zhì)體，由此獲得轉(zhuǎn)基因植株的方入植物細(xì)胞或原生質(zhì)體，由此獲得轉(zhuǎn)基因植株的方法?；驑尫?、花粉管通道法、電擊法、法?；驑尫?、花粉管通道法、電擊法、PEGPEG法、法、超聲波法、激光束法、脂質(zhì)體法和減壓滲透法等。超聲波法、激光束法、脂質(zhì)體法和減壓滲透法等。 間接轉(zhuǎn)化法：間接轉(zhuǎn)化法：是通過生物體（如農(nóng)桿

7、菌、細(xì)菌球、是通過生物體（如農(nóng)桿菌、細(xì)菌球、病毒等）介導(dǎo)，將外源基因?qū)胫参锛?xì)胞。根癌農(nóng)病毒等）介導(dǎo)，將外源基因?qū)胫参锛?xì)胞。根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法。桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法?；驑尫ǎㄎ椶Z擊法）基因槍法（微彈轟擊法） 基本原理：將DNA包被在微小的金粉或鎢粉粒表面上，以火藥爆炸、高壓氣體或高壓放電等作為驅(qū)動力，將微粒射入受體細(xì)胞或組織，伴隨伴隨而入的DNA分子便隨機(jī)整合到寄主細(xì)胞的基因組中，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的目的。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1 1）直接將）直接將DNADNA送入完整的、可再生的植物細(xì)胞，避送入完整的、可再生的植物細(xì)胞，避開了原生質(zhì)體分離和再生的困難。開了原生質(zhì)體分離和再生的困難。 （2 2）靶細(xì)胞

8、類型廣泛，不受組織類型限制，幾乎所）靶細(xì)胞類型廣泛，不受組織類型限制，幾乎所有具有潛在分生能力的組織或細(xì)胞都可以用基因槍進(jìn)有具有潛在分生能力的組織或細(xì)胞都可以用基因槍進(jìn)行轟擊轉(zhuǎn)化。行轟擊轉(zhuǎn)化。 （3 3）利用基因槍法可以同時將多個基因?qū)胫参铩＃├没驑尫梢酝瑫r將多個基因?qū)胫参铩?缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 易引起多拷貝插入和非孟德爾遺傳，且外源易引起多拷貝插入和非孟德爾遺傳，且外源DNADNA整合整合機(jī)理不清楚，隨機(jī)性較大，目標(biāo)基因與篩選標(biāo)記基因機(jī)理不清楚，隨機(jī)性較大，目標(biāo)基因與篩選標(biāo)記基因有時發(fā)生重排，有益基因有可能丟失。此外，不同的有時發(fā)生重排，有益基因有可能丟失。此外，不同的受體類型，其基因槍

9、轉(zhuǎn)化參數(shù)需進(jìn)行優(yōu)化，且價格昂受體類型，其基因槍轉(zhuǎn)化參數(shù)需進(jìn)行優(yōu)化，且價格昂貴。貴。氣氣 壓壓 表表氣體加速管氣體加速管可裂圓片可裂圓片運(yùn)動中的微彈運(yùn)動中的微彈靶細(xì)胞靶細(xì)胞PEG 誘導(dǎo)法誘導(dǎo)法 基本原理： PEG法借助化合物聚乙二醇、磷酸鈣，在高pH值條件下誘導(dǎo)原生質(zhì)體攝取外源DNA分子。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 對細(xì)胞傷害小，轉(zhuǎn)化順利對細(xì)胞傷害小，轉(zhuǎn)化順利 實(shí)驗(yàn)成本低實(shí)驗(yàn)成本低 受體植物不受種類限制受體植物不受種類限制 能夠轉(zhuǎn)化較大的外源能夠轉(zhuǎn)化較大的外源DNA片段（甚至某物種的總片段（甚至某物種的總DNA） 轉(zhuǎn)化子易于篩選轉(zhuǎn)化子易于篩選 結(jié)果較為穩(wěn)定、重復(fù)性較好結(jié)果較為穩(wěn)定、重復(fù)性較好 易于推廣等優(yōu)點(diǎn)

10、易于推廣等優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 受體制備和保持比較困難受體制備和保持比較困難 分化效率低，費(fèi)工費(fèi)時，分化效率低，費(fèi)工費(fèi)時， 基因依賴性強(qiáng)，原生質(zhì)體再生困難基因依賴性強(qiáng)，原生質(zhì)體再生困難 再生植株結(jié)實(shí)率低，易產(chǎn)生突變體再生植株結(jié)實(shí)率低，易產(chǎn)生突變體電擊（激）法電擊（激）法 基本原理：利用高壓電脈沖作用，在原生質(zhì)體質(zhì)膜上電擊穿孔，形成瞬間可修復(fù)通道（一般只有8nm），當(dāng)外源DNA附著于細(xì)胞質(zhì)膜電擊點(diǎn)時，DNA分子就有可能通過小孔進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)而整合到受體細(xì)胞基因組上。 優(yōu)點(diǎn)： 除具有PEG原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化法的優(yōu)點(diǎn)外，還具有操作簡便、DNA轉(zhuǎn)化效率高的優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)： 造成原生質(zhì)體的損傷，使植板率降低 儀器

11、比較昂貴。 “電注射”法，它可以直接在帶壁的植物組織和細(xì)胞上打孔，將外源基因直接導(dǎo)入細(xì)胞。使用該技術(shù)可以不制備原生質(zhì)體，提高了植物細(xì)胞的存活率，而且簡便易行，現(xiàn)已有水稻上成功應(yīng)用的報(bào)道。 花粉管通道法花粉管通道法 基本原理：是利用植物受粉后一定時間內(nèi)，外源DNA可通過花粉管滲入，經(jīng)珠孔通道進(jìn)入胚囊，轉(zhuǎn)化尚不具備正常細(xì)胞壁的卵、合子或早期胚胎細(xì)胞，進(jìn)而借助天然的種胚系統(tǒng)（Germ line）形成轉(zhuǎn)基因種胚。 優(yōu)點(diǎn)： 在理論上可以應(yīng)用于任何開花植物，不需離體再生過程 具有廣泛的應(yīng)用性，特別是對于一些其它轉(zhuǎn)化條件不具備的實(shí)驗(yàn)室尤其值得嘗試 操作簡便 缺點(diǎn)： 無法提供令人信服的分子證據(jù)以及遺傳分析數(shù)據(jù)

12、 重復(fù)性也比較差 脂質(zhì)體轉(zhuǎn)化法脂質(zhì)體轉(zhuǎn)化法 基本原理：是用脂類化學(xué)物質(zhì)包被DNA成球體，通過植物原生質(zhì)體的吞噬或融合作用把脂體內(nèi)的DNA轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞。 激光微束介導(dǎo)法 基本原理：激光經(jīng)光學(xué)顯微鏡聚焦后，形成微米級的微光束，細(xì)胞經(jīng)過這種微光束照射后，在細(xì)胞膜上可形成能自我愈合的小孔，使加入細(xì)胞培養(yǎng)基里的外源DNA流入細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)基因的轉(zhuǎn)移。低能離子束介導(dǎo)法低能離子束介導(dǎo)法 基本原理：利用低能離子束的濺射，引起植物細(xì)胞壁刻蝕變薄并產(chǎn)生局部穿孔，使外源DNA導(dǎo)入受體細(xì)胞。根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法 根癌農(nóng)桿菌：能夠誘發(fā)冠癭瘤的稱為根癌農(nóng)桿菌。 發(fā)根農(nóng)桿菌：誘導(dǎo)毛發(fā)狀根的稱為發(fā)根農(nóng)桿菌。評

13、價條件評價條件植物基因轉(zhuǎn)化方法植物基因轉(zhuǎn)化方法農(nóng)桿菌法農(nóng)桿菌法PEG法法電擊法電擊法微針注射法微針注射法基因槍法基因槍法花粉管通道法花粉管通道法受體材料受體材料完整細(xì)胞完整細(xì)胞原生質(zhì)體原生質(zhì)體原生質(zhì)體原生質(zhì)體原生質(zhì)體原生質(zhì)體完整細(xì)胞完整細(xì)胞卵細(xì)胞卵細(xì)胞宿主范圍宿主范圍有有無無無無無無無無有性繁殖植物有性繁殖植物組織培養(yǎng)條件組織培養(yǎng)條件簡單簡單復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜簡單簡單無無轉(zhuǎn)基因植株轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)基因植株轉(zhuǎn)化率10-210-110-510-410-510-410-310-210-310-210-1101出現(xiàn)嵌合體比例出現(xiàn)嵌合體比例有有無無無無無無多多無無操作復(fù)雜性操作復(fù)雜性簡單簡單簡單簡單復(fù)雜復(fù)

14、雜復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜簡單簡單設(shè)備要求設(shè)備要求便宜便宜便宜便宜昂貴昂貴昂貴昂貴昂貴昂貴便宜便宜轉(zhuǎn)化工作效率轉(zhuǎn)化工作效率高高低低低低低低高高低低單子葉植物的應(yīng)用單子葉植物的應(yīng)用少少可行可行可行可行可行可行廣泛廣泛廣泛廣泛1、 利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)功能蛋白和工利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)功能蛋白和工業(yè)原料業(yè)原料利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)醫(yī)用蛋白利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)醫(yī)用蛋白利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)食品或飼料利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)食品或飼料添加劑添加劑利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)工業(yè)原料利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)工業(yè)原料四、植物基因工程的應(yīng)用四、植物基因工程的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因植物作為生物反應(yīng)器的優(yōu)勢如下：轉(zhuǎn)基因植物作為生物反應(yīng)器的優(yōu)勢如

15、下：植物易于生長，農(nóng)田管理成本相對低廉，操作植物易于生長，農(nóng)田管理成本相對低廉，操作技術(shù)要求也不高技術(shù)要求也不高絕大多數(shù)植物的表達(dá)產(chǎn)物對人和牲畜無毒副作用，絕大多數(shù)植物的表達(dá)產(chǎn)物對人和牲畜無毒副作用，安全可靠安全可靠植物具有完整的真核表達(dá)修飾系統(tǒng)，利用轉(zhuǎn)基因植物具有完整的真核表達(dá)修飾系統(tǒng)，利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)的重組蛋白藥物和疫苗在分子結(jié)構(gòu)和生植物生產(chǎn)的重組蛋白藥物和疫苗在分子結(jié)構(gòu)和生物活性上，與人體來源的蛋白質(zhì)相似物活性上，與人體來源的蛋白質(zhì)相似利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)醫(yī)用蛋白利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)醫(yī)用蛋白 借助于根瘤農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，將小鼠抗體借助于根瘤農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，將小鼠抗體的輕鏈

16、和重鏈編碼基因分別置于兩種煙草植物體內(nèi)表的輕鏈和重鏈編碼基因分別置于兩種煙草植物體內(nèi)表達(dá)，然后兩種重組植物品系進(jìn)行雜交，產(chǎn)生的子代植達(dá)，然后兩種重組植物品系進(jìn)行雜交，產(chǎn)生的子代植物能同時合成小鼠的輕鏈和重鏈兩種多肽。物能同時合成小鼠的輕鏈和重鏈兩種多肽。轉(zhuǎn)基因煙草表達(dá)小鼠抗體轉(zhuǎn)基因煙草表達(dá)小鼠抗體轉(zhuǎn)基因煙草表達(dá)小轉(zhuǎn)基因煙草表達(dá)小鼠抗體鼠抗體利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)醫(yī)用蛋白利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)醫(yī)用蛋白 人葡萄糖腦苷脂酶（人葡萄糖腦苷脂酶（hGC）是治療高歇斯癥遺傳病的特）是治療高歇斯癥遺傳病的特效藥，可能也稱得上當(dāng)今世界最昂貴的藥物。每生產(chǎn)一個劑量效藥，可能也稱得上當(dāng)今世界最昂貴的藥物。每生產(chǎn)一

17、個劑量的的hGC要消耗要消耗 2000-8000 只人類胎盤，因此這種藥物一直供不只人類胎盤，因此這種藥物一直供不應(yīng)求。美國應(yīng)求。美國VPI研究機(jī)構(gòu)的專家將克隆的研究機(jī)構(gòu)的專家將克隆的hGC基因經(jīng)改造導(dǎo)入基因經(jīng)改造導(dǎo)入到煙草中，并獲得高效表達(dá)。在每克這種轉(zhuǎn)基因煙草的新鮮葉到煙草中，并獲得高效表達(dá)。在每克這種轉(zhuǎn)基因煙草的新鮮葉片中，片中，hGC的含量竟高達(dá)的含量竟高達(dá)1mg，也就是說，從一株轉(zhuǎn)基因煙草，也就是說，從一株轉(zhuǎn)基因煙草中就能產(chǎn)生出傳統(tǒng)工藝需要消耗數(shù)千只胎盤才能獲得的藥物。中就能產(chǎn)生出傳統(tǒng)工藝需要消耗數(shù)千只胎盤才能獲得的藥物。轉(zhuǎn)基因煙草表達(dá)人轉(zhuǎn)基因煙草表達(dá)人葡萄糖腦苷脂酶葡萄糖腦苷脂酶

18、利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)食品或飼料添加劑利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)食品或飼料添加劑 荷蘭科學(xué)家把果糖基轉(zhuǎn)移酶基因?qū)霟煵莺婉R鈴荷蘭科學(xué)家把果糖基轉(zhuǎn)移酶基因?qū)霟煵莺婉R鈴薯中，在獲得的轉(zhuǎn)基因植株中，果聚糖含量占薯中，在獲得的轉(zhuǎn)基因植株中，果聚糖含量占8%（干重）以上，具有良好的開發(fā)前景。（干重）以上，具有良好的開發(fā)前景。轉(zhuǎn)基因煙草和馬鈴薯生產(chǎn)果聚糖轉(zhuǎn)基因煙草和馬鈴薯生產(chǎn)果聚糖利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)食品或飼料添加劑利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)食品或飼料添加劑 荷蘭科學(xué)家從黑曲霉菌中克隆到植酸酶基因，并荷蘭科學(xué)家從黑曲霉菌中克隆到植酸酶基因，并將之導(dǎo)入到煙草的種子中表達(dá)。在飼料中添加這種轉(zhuǎn)將之導(dǎo)入到煙草的種子中

19、表達(dá)。在飼料中添加這種轉(zhuǎn)基因煙草的種子便可達(dá)到良好的效果?；驘煵莸姆N子便可達(dá)到良好的效果。轉(zhuǎn)基因煙草生產(chǎn)植酸酶轉(zhuǎn)基因煙草生產(chǎn)植酸酶利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)工業(yè)原料利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)工業(yè)原料 油菜通常產(chǎn)生十八碳的不飽和脂肪酸，但只要在油菜通常產(chǎn)生十八碳的不飽和脂肪酸，但只要在其體內(nèi)表達(dá)另一個特殊的基因即可使轉(zhuǎn)基因油菜改為其體內(nèi)表達(dá)另一個特殊的基因即可使轉(zhuǎn)基因油菜改為合成合成月桂酸月桂酸，并可使其含量提高到，并可使其含量提高到44%。此外，鑒于。此外，鑒于油菜植物易生長且產(chǎn)量高的特點(diǎn)，人們還致力于用它油菜植物易生長且產(chǎn)量高的特點(diǎn)，人們還致力于用它來生產(chǎn)其它工業(yè)用油，如可作潤滑油和尼龍生產(chǎn)原料來

20、生產(chǎn)其它工業(yè)用油，如可作潤滑油和尼龍生產(chǎn)原料的的芥酸芥酸以及用于麥淇淋制作的以及用于麥淇淋制作的6-十八碳烯酸十八碳烯酸等。等。 轉(zhuǎn)基因油菜生產(chǎn)月桂酸轉(zhuǎn)基因油菜生產(chǎn)月桂酸利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)工業(yè)原料利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)工業(yè)原料 聚聚-b b-羥基烷酸羥基烷酸（PHAs）和）和聚羥基丁酸聚羥基丁酸（PHB）兩種結(jié)構(gòu)相似的多聚體具有熱塑性好、可被微生物完兩種結(jié)構(gòu)相似的多聚體具有熱塑性好、可被微生物完全分解的特性，因此被認(rèn)為是最好的無污染性塑料原全分解的特性，因此被認(rèn)為是最好的無污染性塑料原料。料。轉(zhuǎn)基因擬南芥生產(chǎn)聚羥基丁酸轉(zhuǎn)基因擬南芥生產(chǎn)聚羥基丁酸 將將真真核細(xì)菌核細(xì)菌養(yǎng)產(chǎn)堿菌養(yǎng)產(chǎn)堿菌的的PH

21、B生物合成基因?qū)霐M生物合成基因?qū)霐M南芥中，轉(zhuǎn)基因植物在整個生命周期中，南芥中，轉(zhuǎn)基因植物在整個生命周期中，PHB的含量的含量逐步增加，并達(dá)到每克濕重植物產(chǎn)逐步增加，并達(dá)到每克濕重植物產(chǎn)10毫克毫克PHB的最大的最大產(chǎn)量，大約相當(dāng)于細(xì)胞干重的產(chǎn)量，大約相當(dāng)于細(xì)胞干重的14%。2、 植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)在植物品種改良中的植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)在植物品種改良中的應(yīng)用應(yīng)用控制果實(shí)成熟的轉(zhuǎn)基因控制果實(shí)成熟的轉(zhuǎn)基因植物植物抗病蟲害的轉(zhuǎn)基因植物抗病蟲害的轉(zhuǎn)基因植物抗除草劑的轉(zhuǎn)基因植物抗除草劑的轉(zhuǎn)基因植物改變花卉形狀和顏色的轉(zhuǎn)基因植物改變花卉形狀和顏色的轉(zhuǎn)基因植物抗環(huán)境壓力的轉(zhuǎn)基因植物抗環(huán)境壓力的轉(zhuǎn)基因植物改善品質(zhì)的轉(zhuǎn)

22、基因植物改善品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物控制果實(shí)成熟的轉(zhuǎn)基因植物控制果實(shí)成熟的轉(zhuǎn)基因植物 植物細(xì)胞中的乙烯由植物細(xì)胞中的乙烯由S-腺苷甲硫氨酸經(jīng)腺苷甲硫氨酸經(jīng)氨基環(huán)丙氨基環(huán)丙烷羧酸合成酶烷羧酸合成酶ACC和和乙烯合成酶乙烯合成酶EFE催化裂解而成。催化裂解而成?？茖W(xué)家采用反義科學(xué)家采用反義RNA技術(shù)封閉番茄細(xì)胞中上述兩個酶技術(shù)封閉番茄細(xì)胞中上述兩個酶編碼基因的表達(dá)，由此構(gòu)建出的重組番茄的乙烯合成編碼基因的表達(dá)，由此構(gòu)建出的重組番茄的乙烯合成量分別僅為野生植物的量分別僅為野生植物的3%和和0.5%，明顯增長了番茄，明顯增長了番茄的保存期。的保存期?？刂乒麑?shí)成熟的轉(zhuǎn)基因植物控制果實(shí)成熟的轉(zhuǎn)基因植物植物體內(nèi)乙烯

23、的生物合植物體內(nèi)乙烯的生物合成機(jī)制成機(jī)制抗病蟲害的轉(zhuǎn)基因植物抗病蟲害的轉(zhuǎn)基因植物 將抗蟲基因?qū)朕r(nóng)作物是植物基因工程的得意之將抗蟲基因?qū)朕r(nóng)作物是植物基因工程的得意之筆，能避免化學(xué)殺蟲劑所造成的許多負(fù)面影響。目前，筆，能避免化學(xué)殺蟲劑所造成的許多負(fù)面影響。目前，抗蟲作物已占全球轉(zhuǎn)基因作物的抗蟲作物已占全球轉(zhuǎn)基因作物的22。 用于構(gòu)建抗蟲害轉(zhuǎn)基因植物常見的外源基因有蘇用于構(gòu)建抗蟲害轉(zhuǎn)基因植物常見的外源基因有蘇云金芽孢桿菌的云金芽孢桿菌的毒晶蛋白毒晶蛋白基因、基因、蛋白酶抑制劑蛋白酶抑制劑基因、基因、淀粉酶抑制劑淀粉酶抑制劑基因、基因、凝集素凝集素基因、基因、脂肪氧化酶脂肪氧化酶基因、基因、幾丁質(zhì)

24、酶幾丁質(zhì)酶基因、基因、蝎毒素蝎毒素、蜘蛛毒素蜘蛛毒素基因等基因等40多個，其多個，其中毒晶蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因和凝集素基因應(yīng)中毒晶蛋白基因、蛋白酶抑制劑基因和凝集素基因應(yīng)用最為廣泛。用最為廣泛。 細(xì)菌毒素蛋白編碼基因的植物轉(zhuǎn)基因程序細(xì)菌毒素蛋白編碼基因的植物轉(zhuǎn)基因程序FEDCBAB抗除草劑的轉(zhuǎn)基因植物抗除草劑的轉(zhuǎn)基因植物 在大田里，盡管每年花費(fèi)上百億美元使用在大田里，盡管每年花費(fèi)上百億美元使用100多多種化學(xué)除草劑，但雜草的生長仍使農(nóng)作物減產(chǎn)種化學(xué)除草劑，但雜草的生長仍使農(nóng)作物減產(chǎn)10%。目前使用的除草劑特異性不強(qiáng)，或多或少會影響農(nóng)作目前使用的除草劑特異性不強(qiáng)，或多或少會影響農(nóng)作物的生長

25、。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的重組植物物的生長。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)構(gòu)建抗除草劑的重組植物可望解決這一問題，其戰(zhàn)略包括：可望解決這一問題，其戰(zhàn)略包括：抑制農(nóng)作物對除草劑的吸收抑制農(nóng)作物對除草劑的吸收高效表達(dá)農(nóng)作物體內(nèi)對除草劑敏感的靶蛋白高效表達(dá)農(nóng)作物體內(nèi)對除草劑敏感的靶蛋白降低敏感性靶蛋白對除草劑分子的親和性降低敏感性靶蛋白對除草劑分子的親和性向農(nóng)作物體內(nèi)導(dǎo)入除草劑的代謝滅活能力向農(nóng)作物體內(nèi)導(dǎo)入除草劑的代謝滅活能力EPSPCK抗環(huán)境壓力的轉(zhuǎn)基因植物抗環(huán)境壓力的轉(zhuǎn)基因植物 植物對鹽、堿、旱、寒、熱等環(huán)境不利因素的自植物對鹽、堿、旱、寒、熱等環(huán)境不利因素的自我調(diào)節(jié)能力很大程度上取決于細(xì)胞內(nèi)的滲透壓，提高

26、我調(diào)節(jié)能力很大程度上取決于細(xì)胞內(nèi)的滲透壓，提高滲透壓往往能改善植物對上述環(huán)境不利因素的耐性。滲透壓往往能改善植物對上述環(huán)境不利因素的耐性。兩種戰(zhàn)略：兩種戰(zhàn)略： 一：高效表達(dá)能提高植物胞內(nèi)滲透壓的同源或異一：高效表達(dá)能提高植物胞內(nèi)滲透壓的同源或異源蛋白；源蛋白； 二：借助于基因工程技術(shù)改變植物細(xì)胞內(nèi)豐度較二：借助于基因工程技術(shù)改變植物細(xì)胞內(nèi)豐度較高的蛋白質(zhì)的氨基酸組成。高的蛋白質(zhì)的氨基酸組成。 改善品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物改善品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物 植物油大都是含有雙鍵的不飽和脂肪酸，故在室植物油大都是含有雙鍵的不飽和脂肪酸，故在室溫下呈液態(tài)。人造黃油的制作是通過催化加氫使植物溫下呈液態(tài)。人造黃油的制作是通過

27、催化加氫使植物油熔點(diǎn)上升，這種工藝不但加工成本很高，而且還會油熔點(diǎn)上升，這種工藝不但加工成本很高，而且還會導(dǎo)致順式雙鍵轉(zhuǎn)變?yōu)閷】挡焕姆词诫p鍵。利用反導(dǎo)致順式雙鍵轉(zhuǎn)變?yōu)閷】挡焕姆词诫p鍵。利用反義義RNA技術(shù)，特異性滅活植物體內(nèi)技術(shù)，特異性滅活植物體內(nèi)硬脂酰硬脂酰-ACP脫飽脫飽和酶和酶的編碼基因，即可提高轉(zhuǎn)基因油料作物中飽和脂的編碼基因，即可提高轉(zhuǎn)基因油料作物中飽和脂肪酸的含量。肪酸的含量。 將不飽和脂肪酸轉(zhuǎn)化為飽和脂肪酸將不飽和脂肪酸轉(zhuǎn)化為飽和脂肪酸改善品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物改善品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物 一般糧食種子的儲存蛋白中幾種必需氨基酸的含一般糧食種子的儲存蛋白中幾種必需氨基酸的含量較低，例如

28、禾谷類蛋白的賴氨酸含量低，豆類植物量較低，例如禾谷類蛋白的賴氨酸含量低，豆類植物的蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸含量低，直接影響到人的蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸含量低，直接影響到人類主食的營養(yǎng)價值。將蠶豆中一種富含賴氨酸和甲硫類主食的營養(yǎng)價值。將蠶豆中一種富含賴氨酸和甲硫氨酸的蛋白編碼基因植入玉米中，可顯著提高其營養(yǎng)氨酸的蛋白編碼基因植入玉米中，可顯著提高其營養(yǎng)價值。馬鈴薯和水稻的類似改良也在進(jìn)行之中。價值。馬鈴薯和水稻的類似改良也在進(jìn)行之中。 提高糧食中必需氨基酸的含量提高糧食中必需氨基酸的含量改善品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物改善品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物 為了增加稻米中的鐵質(zhì)含量，從大豆芽中分離為了增加稻米中的鐵質(zhì)含量

29、，從大豆芽中分離出鐵蛋白編碼基因，將之轉(zhuǎn)入亞洲稻谷一個普通品出鐵蛋白編碼基因，將之轉(zhuǎn)入亞洲稻谷一個普通品系中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因稻谷能儲存相當(dāng)于普通稻系中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因稻谷能儲存相當(dāng)于普通稻谷谷3倍的鐵質(zhì)。倍的鐵質(zhì)。 普通稻米中含有一種植物酸，阻礙人的消化系普通稻米中含有一種植物酸，阻礙人的消化系統(tǒng)對鐵的吸收。瑞士科學(xué)家將來自水仙等植物的相統(tǒng)對鐵的吸收。瑞士科學(xué)家將來自水仙等植物的相關(guān)基因植入水稻中，不僅鐵的含量有所提高，而且關(guān)基因植入水稻中，不僅鐵的含量有所提高，而且維生素維生素A的含量也豐富了。的含量也豐富了。提高糧食中鐵元素和維生素的含量提高糧食中鐵元素和維生素的含量改變花卉形狀和顏色

30、的轉(zhuǎn)基因植物改變花卉形狀和顏色的轉(zhuǎn)基因植物大多數(shù)花卉的色素為黃酮類物質(zhì)，而顏色主要取決于大多數(shù)花卉的色素為黃酮類物質(zhì)，而顏色主要取決于色素分子側(cè)鏈取代基團(tuán)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，如花青素衍生色素分子側(cè)鏈取代基團(tuán)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，如花青素衍生物呈紅色，翠雀素衍生物呈藍(lán)色等。在黃酮類色素的物呈紅色，翠雀素衍生物呈藍(lán)色等。在黃酮類色素的生物合成途徑中，生物合成途徑中，苯基苯乙烯酮苯基苯乙烯酮合成酶（合成酶（CHS）是一）是一個關(guān)鍵酶。利用反義個關(guān)鍵酶。利用反義RNA技術(shù)可有效抑制矮牽牛花屬技術(shù)可有效抑制矮牽?；▽僦参锛?xì)胞內(nèi)的植物細(xì)胞內(nèi)的CHS基因表達(dá)，使轉(zhuǎn)基因植物花冠的顏基因表達(dá)，使轉(zhuǎn)基因植物花冠的顏色由野生型的

31、紫紅色變成了白色，并且對色由野生型的紫紅色變成了白色，并且對CHS基因表基因表達(dá)抑制程度的差異還可產(chǎn)生一系列中間類型的花色。達(dá)抑制程度的差異還可產(chǎn)生一系列中間類型的花色。改變花卉的顏色改變花卉的顏色各種花色獨(dú)特各種花色獨(dú)特、花式新穎的轉(zhuǎn)基因矮牽?；ㄊ叫路f的轉(zhuǎn)基因矮牽?；ㄉ顪\不同的矮牽?；ㄉ顪\不同的矮牽牛改變花卉形狀和顏色的轉(zhuǎn)基因植物改變花卉形狀和顏色的轉(zhuǎn)基因植物 植物激素在控制花朵的形狀和大小方面起著重要植物激素在控制花朵的形狀和大小方面起著重要的作用。例如，細(xì)胞分裂素與植物生長素的比值可以的作用。例如，細(xì)胞分裂素與植物生長素的比值可以決定植株包括花的形狀。分子生物學(xué)和遺傳學(xué)的研究決定植株

32、包括花的形狀。分子生物學(xué)和遺傳學(xué)的研究都表明，都表明，同源異形同源異形基因表達(dá)的加強(qiáng)或減弱都會改變花基因表達(dá)的加強(qiáng)或減弱都會改變花的大小和形狀，而這些基因的表達(dá)時間直接影響到植的大小和形狀，而這些基因的表達(dá)時間直接影響到植物的花期。同源異形基因控制花形的過程十分保守，物的花期。同源異形基因控制花形的過程十分保守，在幾乎所有的觀賞花卉中都是一樣的，這就為人們用在幾乎所有的觀賞花卉中都是一樣的，這就為人們用基因工程的方法改變花形和花期提供了有利條件。基因工程的方法改變花形和花期提供了有利條件。改變花卉的形狀改變花卉的形狀五植物基因工程面臨的主要問五植物基因工程面臨的主要問題和對策題和對策 1 、轉(zhuǎn)

33、化率低、轉(zhuǎn)化率低 基因槍法和農(nóng)桿菌法雖然經(jīng)過了不斷的基因槍法和農(nóng)桿菌法雖然經(jīng)過了不斷的改進(jìn)，但轉(zhuǎn)化率任然普遍較低，而且基改進(jìn)，但轉(zhuǎn)化率任然普遍較低，而且基因依賴性很強(qiáng)，部分材料甚至很難實(shí)現(xiàn)因依賴性很強(qiáng)，部分材料甚至很難實(shí)現(xiàn)成功的轉(zhuǎn)化。成功的轉(zhuǎn)化。 2、轉(zhuǎn)基因沉默、轉(zhuǎn)基因沉默 轉(zhuǎn)基因沉默：轉(zhuǎn)基因在受體植物中往往不能穩(wěn)定表達(dá)，有時甚至完全不表達(dá)，它是目前制約基因工程育種的一大障礙。 轉(zhuǎn)錄水平的沉默：是mRNA的合成大幅度減少或根本沒有RNA合成； 轉(zhuǎn)錄后沉默：是mRNA或mRNA前體可以正常地合成，但很快被降解或被不正常地加工。 3、 外源基因的低效表達(dá)外源基因的低效表達(dá) 轉(zhuǎn)基因表達(dá)效率低乃至不表

34、達(dá)的問題，一般認(rèn)為這與植物表達(dá)載體的設(shè)計(jì)不當(dāng)有關(guān)，如載體中含有多重復(fù)區(qū)域?qū)е露嗷蛑亟M而失活；啟動子選擇不當(dāng)；啟動子來源和受體材料之間不相匹配等，而啟動子是最為重要的因素之一。 4、 轉(zhuǎn)基因的安全性轉(zhuǎn)基因的安全性 食品安全性 環(huán)境安全性4.1、轉(zhuǎn)基因植物的食品安全性、轉(zhuǎn)基因植物的食品安全性 “實(shí)質(zhì)等同性”原則：如果轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)產(chǎn)品具有實(shí)質(zhì)等同性，則可以認(rèn)為是安全的；若轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)產(chǎn)品不存在實(shí)質(zhì)等同性，則應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的安全性評價。 在進(jìn)行實(shí)質(zhì)等同性評價時，主要考慮： 有毒物質(zhì)：必須確保轉(zhuǎn)入外源基因或基因產(chǎn)物對人畜無毒。 過敏源： 如美國有人將巴西堅(jiān)果中的2S清蛋白基因轉(zhuǎn)入大豆，雖然使大豆的含硫氨基酸增加，但也未獲批準(zhǔn)進(jìn)入商品化生產(chǎn)。4.2、轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境安全性、轉(zhuǎn)基因植物的環(huán)境安全性 轉(zhuǎn)基因植物釋放到田間去是否會打破原有生物種群的動態(tài)平衡 轉(zhuǎn)基因植物釋放到田間去是否會將外源基因轉(zhuǎn)移到野生植物中 轉(zhuǎn)基因植物釋放到田間去是否會破壞自然生態(tài)環(huán)境。 usztai事件：英國owett研究所usztai博士，他用轉(zhuǎn)雪花蓮凝集素基因的土豆喂大鼠，大鼠食用了這種土豆后，體重和器官重量