分子生物學在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用和前景展望

1、分子生物學（論文）題目：分子生物學在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用和前景展望姓名：侯西學號：20140457023專業(yè)：2014級農(nóng)學（藥用植物）西南林業(yè)大學林學院2016年5月10日分子生物學對農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用及前景展望摘要分子生物學側(cè)重于從分子水平上研究遺傳信息的傳遞、表達和調(diào)控，分子生物學的發(fā)展日新月異，許多的新知識、新技術不斷出現(xiàn)，我國農(nóng)業(yè)工程的研究相應的發(fā)展的很快。20世紀70年代發(fā)展起來基因工程對分子生物學的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響，基因在動植物細胞中的表達和調(diào)控機制也逐漸為人們所理解?；蚬こ踢€為人們提供了具有農(nóng)業(yè)方面經(jīng)濟價值的工具。關鍵詞：分子生物學；動物基因工程；植物基因工程；前景展望Mo

2、lecularbiologyofapplicationandprospectinthedevelopmentofagricultureAbstractmolecularbiologyfocusesontheresearchfromthemolecularlevelinthetransferofgeneticinformation,expressionandregulation,thedevelopmentofmolecularbiologywitheachpassingday,manynewknowledge,newtechnologiesappearconstantly,thedevelop

3、mentofChineseagriculturalengineeringresearchcorrespondingquickly.Developedinthe1970sgeneticengineeringhadaprofoundimpactonthedevelopmentofmolecularbiology,geneexpressionandregulationmechanisminplantandanimalcellsalsograduallytounderstand.Geneticengineeringalsoprovidepeoplewiththetoolsofagricultureec

4、onomicvalue.Keywords:molecularbiologyanimalgeneticengineeringplantgeneengineeringprospects第一章引言1第二章：分子生物學在農(nóng)業(yè)發(fā)展中動物基因工程的應用12.1 動物基因敲除技術12.2 動物胚胎工程技術12.2.1 轉(zhuǎn)基因動物22.2.1.1 轉(zhuǎn)基因動物的基本原理22.2.1.2 培育轉(zhuǎn)基因動物的方法22.2.1.3 轉(zhuǎn)基因動物技術的應用22.2.2 動物克隆技術22.2.3 胚胎性另控制2第三章：分子生物學在農(nóng)業(yè)發(fā)展中植物基因工程的應用33.2 轉(zhuǎn)基因植物33.2.1 轉(zhuǎn)基因植物基本原理33.2.2 轉(zhuǎn)

5、基因植物方法：載體介導法和DNAt接導入法43.2.2.1 載體介導法：農(nóng)桿菌介導法，病毒介導法43.2.2.2 DNA直接導入法43.2.3 轉(zhuǎn)基因植物技術的應用43.3 植物固氮基因的調(diào)控43.3.1 固氮酶43.3.2 與固氮有關的基因及其調(diào)控53.3.3 根瘤的產(chǎn)生以及根瘤相關基因的調(diào)控53.4 植物花發(fā)育的基因調(diào)控63.5 植物抗病毒育種作用6第四章：分子生物學在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的前景展望6第一章引言近年來，分子生物學發(fā)展迅速，在真正揭示生物世界的奧秘上有質(zhì)的進步，在由被動轉(zhuǎn)向主動地改造和重組自然界的方向上也取得了巨大的發(fā)展。我國科學家經(jīng)過多年的不懈努力，在分子生物學應用于農(nóng)業(yè)發(fā)展方面取得

6、了一系列令人矚目的進展。本篇論文主要簡述了分子生物學在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應用和前景展望。第二章：分子生物學在農(nóng)業(yè)發(fā)展中動物基因工程的應用2.1 動物基因敲除技術基因敲除又稱為基因打靶，是指從分子水平上將一個基因去除或替代，然后從整體觀察實驗材料，推測相應基因功能的實驗方法?；蚯贸夹g是功能基因組學研究的重要工具。其方法如下：構建一個攜帶選擇性標記（通常為抗新霉素基因）的打靶載體，其側(cè)翼是與基因組中靶基因同源的序列，將載體以轉(zhuǎn)染方式導入一個胚胎干細胞系。定向插入的選擇性標記使目的基因突變，突變后的基因與野生型序列同源組合、交叉互換。接著，將打靶成功的胚胎干細胞系注入成纖維細胞中，最后發(fā)育成為各種種系

7、的動物組織。一般來說，用顯微注射胎胚干細胞時命中率比較高，技術難度相對大些。電穿孔法命中率比顯微注射低，但操作相對簡單易行。2.2 動物胚胎工程技術動物胚胎工程技術是動物生物技術的重要組成部分之一，動物胚胎工程技術在二十世紀后期發(fā)展極為迅速，近年來胚胎工程技術的應用效益最為顯著，也是21世紀世界經(jīng)濟增長的重要支撐技術之一；現(xiàn)代動物胚胎工程的概念涵蓋所有對動物配子和胚胎進行工程化操作的技術方法。2.2.1 轉(zhuǎn)基因動物2.2.1.1 轉(zhuǎn)基因動物的基本原理轉(zhuǎn)基因動物技術是指利用基因工程的方法獲得目的基因?qū)氲絼游锏氖芫阎校雇庠椿蛘系絼游锏幕蚪M內(nèi)，使該轉(zhuǎn)基因的動物能夠穩(wěn)定地將此基因遺傳給后代

8、的實驗技術，通過靜音操作，人類可以改變動物的基因型使其表現(xiàn)型更加符合人類需要，并且此技術也為生物學、醫(yī)學基礎理論的研究提供了一種有效的研究手段。2.2.1.2 培育轉(zhuǎn)基因動物的方法：顯微鏡注射法，逆轉(zhuǎn)錄病毒法，胚胎干細胞介導法，精子載體法，酵母人工染色體介導法，受體介導法，體細胞核移植法。2.2.1.3 轉(zhuǎn)基因動物技術的應用：隨著轉(zhuǎn)基因工程技術的不斷研究和發(fā)展，動物轉(zhuǎn)基因技術不斷得到完善，從而在未來的畜牧生產(chǎn)中大顯身手，目前，動物轉(zhuǎn)基因技術標應用于改良動物品種；提高動物的抗病力；提供可移植的器官；基因治療；作為生物反應器。預計21世紀用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥用蛋白將成為醫(yī)藥行業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。2.2.2

9、 動物克隆技術動物克隆即無性繁殖，是指用人工方法取出核供體（胚胎細胞或者體細胞）和核受體（去核的原核胚或成熟的卵母細胞），進行體外重構，體外培植、胚胎移植過去擴繁同基因型動物，1997年第一例體細胞克隆綿羊-多利的誕生轟動世界，它的深遠意義是極其不可能的成功我國也相繼研制成功克隆山羊的克隆動物，并繁殖的后代動物，克隆技術突破了傳統(tǒng)的有性繁殖理論，該技術的應用又可避免有性繁殖帶來了帶來到遺傳缺點，完整的，原樣的復制后代對遺傳資源的保護，優(yōu)良個體的擴群具有特殊意義。2.2.3 胚胎性別控制家畜的性別與其生產(chǎn)性能密切相關，如奶牛，通過對胚胎，進行有效的性別控制可他叫停當?shù)胤敝吵杀咎岣叻敝成a(chǎn)性能。性

10、別控制主要包括兩個方面，精子分離和胚胎性別鑒定。這種隨人意愿的性別改造技術用于動物育種和畜牧生產(chǎn)的意義是目前無法估計的。第三章：分子生物學在農(nóng)業(yè)發(fā)展中植物基因工程的應用3.1 植物基因敲除技術由于動植物細胞結(jié)構強度不相同，植物細胞基因敲除常采用不同于動物細胞的策略。T-DNA插入時候技術是目前在植物中使用最為廣泛的基因敲除技術。T-DNA插入失活就是利用根瘤農(nóng)桿菌T-DNA介導轉(zhuǎn)化，將一段帶有報告基因的DNAff列標簽整合到基因組DNAh,如果這段這段DNA雨入到目的基因內(nèi)部或者附近，就會影響該基因的表達，從而使該地“失活”。由于該機內(nèi)部或者附近插入了一段已知序列的DNA可據(jù)此設計引物，用PC

11、RT法將被破壞的靶基因序列分離出來。若將靶基因兩端引物LP、RP及插入載體上的引物LB加入同一反應體系中進行，理論上能得到3種類型的條帶。野生型植株中，只有LP和RP引物配對擴曾出來靶基因條帶，如果實驗材料來自純合型基因敲除技術，那么只有靶基因一端的引物可以與LB引物配對完成PCFT展，如果實驗材料來自雜合型基因敲除技術，那么PCRT增后同時出現(xiàn)兩種條帶。3.2 轉(zhuǎn)基因植物3.2.1 轉(zhuǎn)基因植物基本原理植物轉(zhuǎn)基因技術，通常指在離體的條件下，對不同植物的DNAs行加工，并依據(jù)人們的一定的需要和適當?shù)妮d體重新組合，借助于物理、化學和生物的手段，將重組DNA專入生物體或者細胞內(nèi)，使之穩(wěn)定遺傳從而賦予

12、植物新的農(nóng)藝性狀，如抗病、抗蟲、抗逆、高產(chǎn)等，通過這種技術得到的植物就是轉(zhuǎn)基因植物。它不僅為基因的表達調(diào)控和遺傳的研究提供了一個理論實驗體系，更重要的是用為植物尤其是農(nóng)作物的定向改良和分子育種提供的有效途徑。3.2.2 轉(zhuǎn)基因植物方法：載體介導法和DNA直接導入法3.2.2.1 載體介導法：農(nóng)桿菌介導法，病毒介導法3.2.2.2 DNA直接導入法化學物質(zhì)刺激法，脂質(zhì)體法，電擊法，顯微鏡注射法，基因槍法，花粉管通道法的，其他方法如超聲波介導法，激光微束穿孔法，花粉管和種子浸泡法。3.2.3 轉(zhuǎn)基因植物技術的應用目前轉(zhuǎn)基因植物技術已經(jīng)成為基因功能驗證的重要方法之一，主要在改善植物品質(zhì)，提高植物抗性

13、以及利用植物作為生物反應器等方面進行了大量的研究，并已經(jīng)取得了令人矚目的成就。如作物的性狀、產(chǎn)品的品質(zhì)，培育抗蟲、抗病、抗除草劑、抗寒、耐鹽，抗寒，耐高溫的轉(zhuǎn)基因植物等，利用轉(zhuǎn)基因植物作為生物反應器生產(chǎn)疫苗，抗體等。止匕外，利用轉(zhuǎn)基因植物植物，還可以生產(chǎn)糖類物質(zhì)，可降解塑料等，還可以生產(chǎn)自然界中難以得到的物質(zhì)如蜘蛛絲等，隨著轉(zhuǎn)基因技術的不斷發(fā)展，作為生物反應器的植物將有可能成為藥物，食品的主要生產(chǎn)者。3.3 植物固氮基因的調(diào)控為了獲得能獨立固氮的新型作物品種，利用基因工程技術，若將固氮菌的固氮基因轉(zhuǎn)移到生長在重要作物的根際微生物或者致瘤微生物中去，與通過常規(guī)方法發(fā)展氮肥工業(yè)達到同樣效果相比其研

14、究經(jīng)費僅為其1/200-1/2000,若將固氮基因直接接入到作物的細胞中則更為節(jié)省，其成本甚至不到上述的1/20003.3.1 固氮酶固氮酶是一種能夠?qū)⒎肿拥€原成氨的酶。固氮酶是由兩種蛋白質(zhì)組成的：一種含有鐵，叫做鐵蛋白，另一種含鐵和鋁，稱為鋁鐵蛋白。固氮酶催化的固氮反應是氮還原反應，每還原一個氮氣分子，需要傳遞八個電子。在還原氮的同時，固氮酶還有一個次要的活性，它能把氫分子還原成分子氫。只有鋁鐵蛋白和鐵蛋白同時存在，固氮酶才具有固氮的作用（因為這兩種物質(zhì)作為電子載體能夠起到傳遞電子的作用）。生物固氮原理簡介：生物固氮是固氮微生物特有的一種生理功能，這種功能是在固氮酶的催化作用下進行的。固氮

15、微生物需氧，而固氮必須是在嚴格的厭氧微環(huán)境中進行。組成固氮酶的兩種蛋白質(zhì)，鑰鐵蛋白和鐵蛋白，對氧極端敏感，一旦遇氧就很快導致固氮酶的失活，而多數(shù)的固氮菌都是好氧菌，它們要利用氧氣進行呼吸和產(chǎn)生能量。3.3.2 與固氮有關的基因及其調(diào)控固氮酶催化氮還原是一個很慢的反應，所以在細菌需要通過固氮反應獲得氮源的情況下，細菌需要合成大量的氮酶。固氮酶對氧高度敏感，較低的氧分壓就能破壞固氮酶的活性，但已經(jīng)研究的固氮酶中，只有一種高溫環(huán)境的固氮菌攜帶的固氮酶是耐受氧的。為了防止氧損害固氮酶造成資源浪費，固氮菌有一套響應氧濃度的基因調(diào)控機制，如級聯(lián)調(diào)控模式，另外反應產(chǎn)物氨的濃度也會影響固氮酶基因的調(diào)控。不同固

16、氮生物中的調(diào)控模式在細節(jié)上有很大的差異,但是基本上都是響應氧濃度和氨濃度的級聯(lián)調(diào)控模式。3.3.3 根瘤的產(chǎn)生以及根瘤相關基因的調(diào)控根瘤菌在豆科植物根際的生長以及宿主植物根毛幼嫩部位的接觸是感染發(fā)生的第一步。根瘤是由于土壤中的一種叫根瘤菌的細菌侵入根內(nèi)而形成的.根瘤細菌原先生活在土壤中，當土壤中有豆科植物時，根瘤菌便同豆科植物的根相結(jié)合，形成共生關系.而且這種共生關系很嚴格，每一種根瘤菌只和一種豆科植物相結(jié)合.根瘤菌主要由根毛部分侵入根的皮層內(nèi)，并在皮層細胞內(nèi)進行迅速大量的繁殖.同時皮層細胞由于受根瘤菌分泌物的刺激也迅速分裂，產(chǎn)生大量新細胞，使皮層部分的體積膨大和凸出，從而形成根瘤.根瘤最大的

17、作用就是固氮.它能把空氣中的游離氮轉(zhuǎn)變?yōu)槟鼙恢参锢玫陌惫痰阅芄痰且驗樗w內(nèi)有一種特殊的、能催化氮還原為氨的生物催化劑一一固氮酶.固氮酶是由鐵鋁蛋白和鐵蛋白共同組成的酶系.在進行固氮時,鐵鑰蛋白不斷地從四周捕捉氮氣，并使之固定成氨；鐵蛋白則像電廠一樣源源不斷地向鐵鋁蛋白提供所須的能量，二者緊密結(jié)合，缺一不可.固氮形成的氨態(tài)氮，一部分用來滿足根瘤菌自身的需要，另一部分則經(jīng)根瘤中與根維管束相連的維管組織輸送給植物.同時，根瘤菌能從植物根內(nèi)攝取它生活所需要的大量水分和養(yǎng)料.3.4 植物花發(fā)育的基因調(diào)控植物種子萌發(fā)后，經(jīng)過一段時間的營養(yǎng)生長，在內(nèi)外界環(huán)境因子共同作用下植物開始由營養(yǎng)生長向生殖

18、生長轉(zhuǎn)變.花的發(fā)育（成花過程）就是這種轉(zhuǎn)變的重要標志.成花過程不僅是植物生長發(fā)育中的重要轉(zhuǎn)折時期，也是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生直接影響的重要時期?？梢詥踊òl(fā)生的分生組織決定基因。3.5 植物抗病毒育種作用選育抗病品種是防治病毒病最經(jīng)濟有效的方法，但常規(guī)育種的缺陷限制了符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的抗病品種的產(chǎn)生，現(xiàn)在現(xiàn)代分子生物學技術的迅猛發(fā)展給抗病毒育種開辟了新的途徑。迄今為止，人們研究出了許多獲得轉(zhuǎn)基因抗病毒的方法。其中包括外殼蛋白介導的抗性、利用缺損的復制酶、干擾蛋白的應用、RN附導的抗性、中和抗體基因等第四章：分子生物學在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的前景展望4.1 轉(zhuǎn)基因動物在生物醫(yī)學研究用途很多，現(xiàn)在已經(jīng)繼續(xù)已經(jīng)相繼培育出轉(zhuǎn)基因魚、雞、兔、綿羊等，但其中仍有很多問題有待解決，如轉(zhuǎn)基因操作的周期長、復雜性、工作強