基因工程在农业中的应用

基因工程在农业中的应用演讲者：朱钐汕•转基因番茄•转基因茄子转基因水稻••基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其他载体分子,构成遗传物质的新组合,并使之渗入到原先没有这类分子的寄主细胞内,而能持续稳定地繁殖。•从定义上看,它首先强调外源核酸分子在另一种寄主生物细胞中进行繁殖的问题,这种跨越天然物种屏障的能力,是基因工程的第一重要特征。什么是基因工程哦？•这表明,应用基因工程技术,人们就可以按照自己的主观愿望,创造出自然界原先并不存在的新的生物类型。科研人员正是利用这一特征,已在提高农作物作物产量,改善品质,增强抗逆性和抗病虫害的能力等方面取得令人瞩目的成就。具体应用•1改良作物品质•2培育抗虫作物•3培育抗病作物•4培育抗逆性强的作物•5培育抗除草剂作物•6生物固氮•7调控植物激素和生长发育1.利用基因工程技术改良作物品质•利用基因工程可以有效地改善植物的品质,并且越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域,取得了很好的效果。•在蛋白质改良方面,由于特定作物种子中往往缺少某几种必需氨基酸,人们的注意力集中于通过基因工程改变蛋白质的必需氨基酸的组成来改善植物的营养价值。•美国国际植物研究所的科学家们从大豆中获取蛋白质合成基因,成功地导入到马铃薯中,培育出高蛋白马铃薯品种,其蛋白质含量接近大豆,营养价值大大提高,受到农场主及消费者的普遍欢迎。•基因工程在调控植物的淀粉及其他多糖化合物方面也取得较大进展•1997年我国第1个获准进行商品化生产的基因工程番茄品种———华番1号,在13～30℃下可贮藏45d左右,大大延长了保鲜期,解决了由于果实具有呼吸跃变期而难贮藏的难题。•北京农林科学院工作人员经4a努力,将来自美国的优质面包小麦品种CHEYENNE的谷蛋白亚基导入到北京地区推广种植的抗病、高产品种,获得蛋白质含量较高的小麦类型,具有较好的前景。超级南瓜2.利用基因工程技术培育抗虫作物•虫害影响作物的产量和品质,全世界粮食产量因虫害所造成的损失占14%左右。•我国是世界上最大的棉花生产国,但由于棉铃虫的持续性大爆发,造成棉花减产达17%～50%,每年造成经济损失50亿～100亿元人民币。•1991年我国科学家成功地将苏云金芽孢杆菌(Bt)杀虫晶体蛋白基因导入棉花,获得了转基因植株。•1993年将Bt晶体蛋白基因导入我国棉花品种中,获得了高抗棉铃虫的抗虫棉。中国农业科学院生物技术中心培育出10多个棉花转基因品种或品系,对棉铃虫杀伤力达80%以上,并且具有丰产和品质优良的特点。•1998年通过国家审定的中棉所29就是1个适于北方棉区生产的中熟转基因Bt棉。到目前为止,我国已育成10多个杀虫效果显著、丰产性好、纤维品质优良,适用于不同生态条件种植的品种或品系,已在9个省(市)大面积试种、示范和应用。•2000年我国转基因棉花种植面积达到20万hm2。3利用基因工程技术培育抗病作物•据联合国粮农组织(FAO)估计,全世界粮食生产每年因病害的发生而导致的损失占10%,棉花生产上的损失为12%左右,某些作物如甘薯,病毒病能使其减产20%—50%,严重时甚至绝收。•抗病毒基因工程中,目前主要采用病毒的外壳蛋白(CP)基因导入植物的方法,使番茄、黄瓜、南瓜和甜椒等植物具有抗病性。•1992年美国国家科学院公布了Hayakawa研究小组利用禾谷类作物病毒外蛋白技术获得成功,从2个日本水稻品种中分离出未成熟植株的细胞团,这种细胞团能长成植株,并能合成抗水稻条纹叶枯病毒的外蛋白基因。据测试,在31株含有外蛋白的对照水稻植株中,接种带病毒稻褐飞虱,结果对照组中80%出现了病毒症状,而通过基因工程培育的水稻植株仅20%～40%受感染。4利用基因工程技术培育抗逆性强的作物•植物对逆境的抗性一直是植物学家关心的问题。由植物生理学家、遗传学家和分子生物学家协同作战,耐涝、耐盐碱、耐旱和耐冷的转基因作物新品种(系)已获得成功•科学家发现极地的鱼体内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增长,从而免受低温的冻害,正常地生活在寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼体内分离出来,导入植物体获得转基因植物,目前这种基因已被转入番茄和黄瓜中。极地乌贼5利用基因工程技术培育抗除草剂作物•化学除草剂在现代农业中起着十分重要的作用。理想的除草剂必须具有高效、广谱的杀草能力,且对作物及人畜无害,在土壤中的残留短,成本不高。但现在要开发出1种新的符合上述要求的除草剂的成本越来越高,选择的机率也在明显降低。•通过基因工程来提高除草剂的选择性以及对作物的安全性,具有重要的意义。同时,在作物中导入高抗除草剂基因,也可使人们更自由地选择适合轮作、套作的作物种类。现在,针对不同除草剂作用机理,已获得抗除草剂的转基因烟草、番茄、马铃薯、棉花、油菜、大豆和水稻等作物。6.生物固氮•氮素的来源有工业固定、生物固定和自然放电等。化学氮肥对作物产量提高有显著的作用,但也有其不容忽视的弊病,那就是能源的消耗、环境的污染和生产成本的提高。而生物固氮则能在常温、常压下合成氮肥,从而大幅度地节约能源并且不会对环境造成严重的污染,所以多年来一直受到科研人员的关注。•中国科学院遗传与发育研究所把带有固氮基因的质粒PRD1从大肠杆菌K12jc5564转移到无固氮能力的水稻根系菌4502Y中,表现出较强的固氮能力,经测定接种有该菌的水稻发育明显优于对照植株。7利用基因工程调控植物激素和生长发育•对植物生殖生长过程(包括花的形成、发育、雄性不育、自交不亲和性、胚胎发育等)的调控,在作物生产上十分重要。近年来基因工程在调控植物激素和生长发育方面的应用发展很快。最为成功的是利用基因工程产生雄性不育系。另外,有人将flo基因导入杨树,可使之提前好几年开花基因工程在我国农业发展中的前景•由于基因工程运用DNA分子重组技术,能够按照人们预先的设计创造出许多新的遗传结合体,具有新奇遗传性状的新型生物,增强了人们改造动植物的主观能动性和预见性,并且已在提高动植物产量,改善品质,增强抗逆性及生产特用产品上发挥了不可代替的作用,显示了巨大的潜力。当前,美国、日本和加拿大等国家政府及一些大公司都十分重视基因工程技术的研究与开发应用,纷纷投入大量的人力、物力和财力,抢夺这一高科技制高点。