基因工程在農(nóng)業(yè)育種中的應(yīng)用第一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五一、基因工程概述建立在植物分子遺傳學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)理論上的基因工程是通過基因?qū)肱c重組技術(shù)，將不同生物的遺傳基因在體外進(jìn)行分離、裁剪、組合與拼接，再通過載體轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無性繁殖、穩(wěn)定表達(dá)，從而改變受體原來的遺傳性狀，人工構(gòu)建出新的作物品種。第二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五二、基因操作的工具

1、基因的“剪刀”——限制性核酸內(nèi)切酶專一性：識別特定核苷酸序列，在特定的切點(diǎn)切DNA，具特異性。并裂解磷酸二酯鍵，產(chǎn)生兩個(gè)黏性末端。

第三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五例：大腸桿菌的一種限制酶(EcoRⅠ)能識別

GAATTC序列，并在G和A之間切開。EcoRⅠ黏性末端第四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五2、基因的“針線”——DNA連接酶

連接酶的作用：

將互補(bǔ)配對的兩個(gè)黏性末端連接起來，使之成為一個(gè)完整的DNA分子。

連接的部位：

生成磷酸二酯鍵

DNA連接酶的作用過程：第五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五連接酶的作用是：將互補(bǔ)配對的兩個(gè)黏性末端連接起來，使之成為一個(gè)完整的DNA分子。第六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五基因的針線：DNA連接酶

G

AA

TT

CC

TT

AA

GG

AA

TT

CC

TT

AA

GGC

TT

AA

AA

TT

C

GG

C

TT

AA

AA

TT

C

GGC

TT

AA

AA

TT

C

G用同種限制酶切割第七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五3、基因的運(yùn)載體——質(zhì)粒或病毒作用：將外源基因送入受體細(xì)胞。條件：能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制并穩(wěn)定地保存。具有多個(gè)限制酶切點(diǎn)。具有某些標(biāo)記基因。種類：質(zhì)粒、噬菌體和動(dòng)植物病毒。第八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五從細(xì)胞中分離出DNA從大腸桿菌中提取質(zhì)粒限制酶提取目的基因限制酶目的基因與運(yùn)載體結(jié)合DNA連接酶目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞目的基因的表達(dá)與檢測基因工程操作的基本步驟第九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五三、植物基因工程的基本模式、外源DNA導(dǎo)入方法與表達(dá)條件植物基因工程的基本模式是先分離和制備目的基因，并將目的基因嵌入載體，獲得重組DNA，然后將重組DNA導(dǎo)入受體植物細(xì)胞，使其穩(wěn)定存在并能復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯。重組DNA還可經(jīng)有性或無性方式傳遞給子代，達(dá)到按育種目標(biāo)修飾和改造作物品種遺傳性狀的目的。第十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五

目的基因?qū)胧荏w植物細(xì)胞中能否表達(dá)的關(guān)鍵，在于植物細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)能不能識別目的基因所攜帶的轉(zhuǎn)錄信號——啟動(dòng)子順序。研究結(jié)果表明，外源基因要先和載體結(jié)合，載體攜帶外源基因共同進(jìn)入受體細(xì)胞內(nèi)后，就會(huì)整合到受體植物的DNA上，由于植物轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)能識別啟動(dòng)子的順序信號，外源基因即可在受體植物細(xì)胞中得到表達(dá)。因此，基因工程的許多研究工作都圍繞著尋找理想的載體而開展。目前最有希望作為目的基因載體物質(zhì)的是根癌農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒。第十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五四、基因工程培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)農(nóng)作物品種的進(jìn)展植物基因移植與導(dǎo)入技術(shù)的研究成功，為改變植物蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉與糖類的含量與品質(zhì)，提高其營養(yǎng)價(jià)值，以及為改變蔬菜、果品的風(fēng)味提供了可能與技術(shù)途徑。世界各國應(yīng)用基因工程進(jìn)行農(nóng)作物品質(zhì)改良與優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)品種選育方面已取得了很大的進(jìn)展。第十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五轉(zhuǎn)基因水果第十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五1、美國科學(xué)家將大豆貯藏蛋白的基因分別轉(zhuǎn)移到向日葵和馬鈴薯中，獲得蛋白質(zhì)含量高的“向日豆”和“肉土豆”品種；日本科學(xué)家將大豆蛋白轉(zhuǎn)移到水稻，培育成功“大豆米”，這對改善稻米品質(zhì)，提高其營養(yǎng)價(jià)值起到了重要作用。2、日本農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)研究中心與北興化學(xué)公司的研究人員聯(lián)合，采用基因重組技術(shù)，先從稻谷中分離出能促進(jìn)賴氨酸與色氨酸合成的遺傳基因，然后對該基因進(jìn)行改造，加強(qiáng)其合成氨基酸的能力，再將重組后的基因移植入水稻，成功的培育出賴氨酸和色氨酸比普通水稻高10—90倍的轉(zhuǎn)基因水稻新品種。第十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五3、我國東北師范大學(xué)的科研人員通過基因?qū)胪緩剑瑢⒁吧焯m冰草抗病、高蛋白基因的染色體片段，轉(zhuǎn)移到小麥染色體行后再運(yùn)用常規(guī)育種方法，選育出優(yōu)質(zhì)面包小麥新品種“小冰小麥33號”，經(jīng)專家鑒定達(dá)到國際優(yōu)質(zhì)小麥標(biāo)準(zhǔn)。該品種蛋白質(zhì)含量高達(dá)17%~18%，抗葉銹病、根腐病與黃矮病，產(chǎn)量達(dá)到4500kg/hm2~5000kg/hm2.。“小冰小麥33號“選育成功，填補(bǔ)了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)優(yōu)質(zhì)面包小麥品種的空白。第十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五此外，我國專家還選育成功含油量比普通油菜品種提高25%的“超油1號”與“超油2號”油菜新品種，其中含油量高達(dá)52.8%的“超油2號”是世界上含油量最高的甘藍(lán)型油菜品種。我國黑龍江農(nóng)科院雷勃鈞采用花粉管通道技術(shù)于1997年選育成功早熟、高蛋白、高油、大粒、耐鹽堿的轉(zhuǎn)基因大豆品種“黑生101”。第十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五不會(huì)引起過敏的轉(zhuǎn)基因大豆優(yōu)點(diǎn)：

改善糧食作物的營養(yǎng)成分含量，如氨基酸、蛋白質(zhì)第十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五五、 基因工程培育抗病農(nóng)產(chǎn)物品種的進(jìn)展日本煙草產(chǎn)業(yè)遺傳育種研究所的專家，將黃瓜花葉病毒的隨體脫氧核糖核酸植入煙草細(xì)胞，成功地培育出能抗花葉病毒的新植物體。日本專家采用的技術(shù)途徑是先從黃瓜花葉病毒中提取脫氧核糖核酸，然后使用反轉(zhuǎn)錄酶制成脫氧核糖核酸，再把脫氧核糖核酸植入到煙草業(yè)細(xì)胞里。實(shí)驗(yàn)證明，給煙草接種上黃瓜花葉病毒后，依然生長發(fā)育良好，說明被接種的煙草已具備抗病毒的能力。第十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五煙草第十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五中國科學(xué)院微生物研究所將TMV和黃瓜花葉病毒CMV的CP外殼蛋白基因拼接在一起，構(gòu)建了“雙價(jià)”抗病基因，轉(zhuǎn)入煙草后獲得了同時(shí)抵抗兩種病毒基因的植株。在田間實(shí)驗(yàn)中，對TMV的防治效果為100%，對CMV的防治效果為70%左右，可使煙草產(chǎn)值增加10%~30%。目前，我國專家還通過CP途徑進(jìn)行小麥抗黃萎病、水稻抗矮縮病、棉花抗枯、黃萎病等基因工程的研究，并已取得進(jìn)展。第二十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五中國科學(xué)院植物研究所的科研人員，采用花粉通道法和基因槍法將大麥黃矮病毒CPV株系外殼蛋白基因?qū)胄←溤耘嗥贩N中，在世界上首次獲得抗大麥黃矮病毒CPV株系轉(zhuǎn)基因T0代及其后代T1、T2、T3代。中國農(nóng)科院作物所共同合作，綜合應(yīng)用生物技術(shù)和常規(guī)育種相結(jié)合的方法，將黃矮病抗性基因從中間偃麥草導(dǎo)入普通小麥，在國際上首次成功地育成一批抗黃矮病普通小麥新品系，創(chuàng)造了抗黃矮病普通小麥新種質(zhì)，為小麥育種家提供了優(yōu)異抗黃矮病的親本資源。第二十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五此外，我國在番茄轉(zhuǎn)基因抗病育種方面也創(chuàng)造了許多抗病基因類型，如北京大學(xué)育成抗病毒番茄品種；國家基因工程中心選育成功高抗TMV、CMV、馬鈴薯X病毒和抗早疫病、晚疫病兩種真菌病害的多抗番茄品種。第二十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五轉(zhuǎn)基因馬鈴薯轉(zhuǎn)基因煙草第二十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五六、基因工程培育抗蟲農(nóng)作物的進(jìn)

展采用生物技術(shù)，提高作物自身的抗蟲害性能，為農(nóng)作物害蟲的無公害防治開辟了新的途徑。目前，在農(nóng)作物上普遍通過根癌農(nóng)桿菌、發(fā)根農(nóng)桿菌、花椰菜花葉病毒等為中介的基因工程方法，將一些抗蟲基因比如蘇云金桿菌（Bacillusthuringiensis）抗蟲毒素基因（Bt毒素基因）、菜都抗蟲蛋白質(zhì)基因（胰蛋白酶抑制的CPTI基因）、蓼草抗蟲基因等導(dǎo)入水稻、玉米、棉花、馬鈴薯、煙草、番茄等作物細(xì)胞，并使表達(dá)這些外源抗蟲基因的轉(zhuǎn)基因植株得到再生，有的已經(jīng)投入到了大田實(shí)驗(yàn)。第二十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五抗蟲害的玉米第二十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五例如含Bt的煙草能有效地阻止煙草天蛾幼蟲的危害，害蟲食后1d內(nèi)停食，3d內(nèi)全部死亡。在轉(zhuǎn)基因玉米植株中，玉米螟取食后2~3d死亡率可達(dá)70%。培育成功的抗蟲番茄植株，對危害番茄果實(shí)的煙草天蛾和煙草夜蛾幼蟲的防治效果達(dá)100%，對棉鈴蟲也有很好的殺蟲作用。國外正在研究的轉(zhuǎn)Bt抗蟲作物還有大豆、油菜、多種蔬菜及楊樹等多種樹木。第二十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五美國蒙山都公司的專家采用跟癌農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒介導(dǎo)法培育成功攜帶有Bt殺蟲基因的棉花新品種“保鈴棉”，可使殺蟲劑的用量減少80%，現(xiàn)已成為世界上推廣面積最大的抗蟲棉品種。英國德翰大學(xué)和劍橋作物育種中心的科學(xué)家，利用基因工程從豇豆中把產(chǎn)生胰蛋白酶抑制物的基因（CPTI）轉(zhuǎn)入了煙草，成功地培育成轉(zhuǎn)基因抗蟲煙草新品種。第二十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五中國科學(xué)院生物技術(shù)研究中心的專家采用根癌農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒介導(dǎo)法與花粉管通道法將Bt抗蟲基因與胰蛋白酶抑制基因（CPTI）重組成“雙價(jià)”抗蟲基因，導(dǎo)入長江與黃河區(qū)、華北與西北特早熟棉區(qū)的主栽品種中，育成GK-1、GK-3、GK-12、GK-14、GK-19、GK-21等12個(gè)“雙價(jià)”高抗棉鈴蟲的轉(zhuǎn)基因棉花新品種，抗蟲能力高達(dá)80%以上，豐產(chǎn)性與適應(yīng)性與當(dāng)?shù)刂髟云贩N相當(dāng)，已在生產(chǎn)上大面積推廣種植。第二十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五我國石家莊農(nóng)科院與中國農(nóng)科院生物技術(shù)中心合作，將Bt和CPTI基因同時(shí)轉(zhuǎn)移到石遠(yuǎn)321棉花品種中，育成了“雙價(jià)”轉(zhuǎn)基因抗蟲棉新品種“冀棉24號”，經(jīng)抗蟲性鑒定，對棉鈴蟲幼蟲校正死亡率達(dá)93.5%，達(dá)到高抗級別，常量較對照產(chǎn)品增產(chǎn)10.8%，其抗蟲性能與增產(chǎn)性能均優(yōu)于國外抗蟲棉品種。該品種的育成，標(biāo)志我國轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的轉(zhuǎn)育技術(shù)已處于國際領(lǐng)先領(lǐng)先水平。第二十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五第三十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五七、基因工程培育抗除草劑作物品種的進(jìn)展據(jù)報(bào)道，美國加利福尼亞州戴維斯的Calgene公司已將耐草甘膦和溴苯晴兩種除草劑的基因?qū)氲矫藁ㄖ?，育成的棉花新品種能抗高于田間用藥量10倍的除草劑劑量，已在生產(chǎn)上大面積推廣種植。該公司還培育出抗2,4-D除草劑基因工程棉株，現(xiàn)已用于生產(chǎn)。比利時(shí)PGS公司將鏈霉菌的抗觸殺型滅生性除草劑磷酸買黃銅的基因?qū)敕选ⅠR鈴薯和煙草等作物體內(nèi)，成功地培育出完全除草劑的植株，可對高于10倍于大田噴殺量的除草劑有穩(wěn)定抗性。第三十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五美國科學(xué)家對從30個(gè)國家搜集的347個(gè)水稻品種篩選，發(fā)現(xiàn)其中有3.5%的水稻品種含有抑制物質(zhì)。凡含有此抑制物質(zhì)的稻株均能殺死周圍雜草，他們通過雜交的方法，將這種性狀導(dǎo)入常規(guī)水稻品種里，培育成了能殺死雜草的水稻新品種。第三十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五八、基因工程培育抗逆性強(qiáng)農(nóng)作物品種的進(jìn)展美國德克薩斯州lubboch農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)戰(zhàn)與加利福尼亞州alband公司合作，進(jìn)行抗旱基因轉(zhuǎn)化研究。他們從一種細(xì)菌中分離抗旱基因，一卡哪霉素做選擇劑，用根癌農(nóng)桿菌TI質(zhì)粒芥導(dǎo)發(fā)將此基因?qū)胫仓辏勋@得抗旱轉(zhuǎn)基因棉花。美國的科學(xué)家已將仙人掌的抗寒基因轉(zhuǎn)入小麥，玉米和水稻，培育出看寒性能較強(qiáng)的小麥，玉米和水稻在生植株。據(jù)日本魯爾島大學(xué)農(nóng)學(xué)部報(bào)道，用農(nóng)林8號水稻胚為外植株，篩選出的3個(gè)礙鹽細(xì)胞系均獲得了再生植物，其中一個(gè)耐鹽細(xì)胞系再生植株抽穗期接近正常，耐鹽性能穩(wěn)定，第三代在1%nacl溶液中培養(yǎng)正常良好。第三十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯第三十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期五九、農(nóng)業(yè)基因工程發(fā)展預(yù)測與展望通過基因工程在上述幾個(gè)方面進(jìn)展的綜述，表明進(jìn)15年來是國內(nèi)外基因工程快速發(fā)展時(shí)期，他給農(nóng)作物育種開辟了一條現(xiàn)代化的全新途徑，創(chuàng)造新物種已成為可能，育成的高產(chǎn)，優(yōu)質(zhì)，多抗的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物新品種，為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，優(yōu)質(zhì)，高效發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)目標(biāo)創(chuàng)造了有利條件。人類社會(huì)已進(jìn)入到21實(shí)際，農(nóng)業(yè)先進(jìn)國家把生物技術(shù)確定為農(nóng)業(yè)高新技術(shù)發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域，如日本