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转基因蔬菜现状研究及展望1.选题依据1.1论文题目及研究领域1.1.1论文题目：蔬菜转基因现状研究及展望1.1.2研究领域：转基因技术在蔬菜上的应用1.2论文研究的理论意义和应用价值转基因蔬菜是近年来生物工程研制的新成果，运用高科技手段培育的新品种，其具有普通品种无法具备或达到的高产、优质、抗病能力强、抗干旱、耐盐碱、抗重金属和瘟疫、营养价值高等特点和长处。显示了该技术在农业应用上的巨大潜力.特别对发展中国家,人口基数大,且呈上升趋势,而可耕地面积却难以增加,转基因技术无疑会给提高生产效率及增产带来希望.在其相关领域中,不仅可以生产拯救人类生命的药品等方面也已为人们所认识。1.3目前研究的概况和发展趋势世界上第一个商业化的转基因植物品种就是转基因蔬菜，也就是1994年美国Calgene公司推出的转基因耐贮番茄品种FlavrSavr[1]。我国也于1996年批准了第一个转基因延熟番茄商品化[2]，后来还有北京大学的转基因抗黄瓜黄叶病毒番茄“8805R”和甜椒“双丰R”也被批准在辽宁省进行商业化生产[3]。目前，国外已经批准上市的转基因蔬菜有延熟番茄、抗甲虫马铃薯、抗病毒病的南瓜和西葫芦等[4]。我国转基因技术的应用起步比较晚，但这几年随着政府政策的导向和广大研究人员的共同努力，我国的蔬菜转基因呈现出蓬勃生机，利用农杆菌介导、基因枪、显微注射、花粉管通道以及PEG介导和电击法等方法进行了转抗虫、抗病(毒)、抗除草剂、雄性不育相关基因和延熟保鲜等基因的多种尝试，并已取得显著成果。到目前为止已进行转基因研究的蔬菜有番茄、茄子、辣椒、马铃薯、黄瓜、南瓜、西瓜、甜瓜、西葫芦、胡萝卜、甘蓝、花椰菜、大白菜、生菜、菠菜、茴香、豌豆、刁柏、芥菜、洋葱、小白菜等[5]。获得转基因植株的蔬菜有马铃薯、胡萝卜、芹菜、菠菜、生菜、甘蓝、花椰菜、大白菜、黄瓜、西葫芦、豇豆、茄子、辣椒、石刁柏等，所改良的农艺性状包括抗虫、抗病、抗除草剂、延熟保鲜及其它品质[6]。2.论文研究的内容2.1论文重点解决的问题2.1.1转基因蔬菜的研究现状2.1.2蔬菜转基因研究展望2.2论文拟开展的几个大方面2.2.1转基因蔬菜的研究现状2.2.2转基因蔬菜的安全性分析2.2.3蔬菜转基因研究展望3.论文拟采用的研究方法3.1论文进度计划3.1.1立题------------------------------------9月-9月中旬3.1.2查阅文献--------------------------------9月中旬-10月13.1.3撰写文献综述----------------------------10月-10月中旬3.1.4撰写开题报告----------------------------10月中旬-12月3.1.5撰写毕业论文，论文答辩----------------明年1月-5月4.文献查阅及文献综述蔬菜转基因研究现状及展望学生姓名：何容指导教师：范志霞摘要：综述了蔬菜转基因研究在抗病毒、抗虫、抗除草剂及品质改良等方面的进展和现状，并对其发展前景进行了展望。关键词：蔬菜；转基因；现状；展望1.引言近几年世界生物技术迅速发展，其成果越来越广泛地应用于农业、医药、环保等领域，特别是蔬菜转基因的研究，为蔬菜作物的遗传育种和品种改良提供了一条有效途径，它使人们有可能获得优质、高产、抗病虫、抗病毒以及抗逆性强的蔬菜新种质或新品种，同时也提高了育种的速度和效率，在蔬菜品种改良上显示了巨大的潜力。自1983年首例转基因烟草问世以来，至今人们已获得了120余种转基因植物，其中蔬菜占了很大比例，包括番茄、甘蓝、黄瓜、茄子、菠菜、生菜、豌豆、芦笋、辣椒、西葫芦、马铃薯、洋葱、石刁柏、芹菜和胡萝卜等。2.转基因蔬菜的研究现状2.1抗病蔬菜2.1.1抗病毒病蔬菜蔬菜病毒病的防治非常困难，是转基因抗病研究最多的一类。目前已经从不同的植物中获得了30多个抗病毒基因．如植物病毒的外壳蛋白(cp)[10]、卫星RNA、部分序列的cDNA、核酶、复制酶、蛋白酶、移动蛋白、反义RNA等，最近又开发了针对多种病毒的抗病毒基因，如核糖体失活蛋白(RIPs)基因及双链RNA2特异性核酸酶基因，病原物的无毒基因和异源植物抗病基因也已用于抗病研究[11]。其中使用最多的是病毒的外壳蛋白(ep)基因。该方法是通过遗传转化将病毒外壳蛋白编码基因转入受体细胞中表达。这些病毒外壳蛋白在植物细胞中的积累，能够抑制侵染病毒的复制，从而减轻症状或推迟病毒发生的时间。如美国的转基因抗病毒南瓜“FreedomII”、北大的转基因抗黄瓜花叶病毒(CMV)的番茄“8805R”和甜椒“双丰R”[12]以及转基因抗芜菁花叶病毒(TuMV)的大白菜[13]、转基因抗西瓜花叶病毒(WMV)的西瓜[14]、转基因双抗烟草花叶病毒(TMV)和黄瓜花叶病毒(CMV)的辣椒[15]。1992年，中科院遗传研究所的研究者利用农杆菌共培养法将芜菁花叶病毒外壳蛋白基因导入油菜，获得抗病毒转基因油菜，攻毒实验结果表明：转基因油菜对芜菁花叶病毒均表现出不同程度的抗性。这些结果都有力地说明了蔬菜可以通过转化病毒外壳蛋白基因来延缓病毒病的进一步发生,用该方法改良品种具有常规育种无法比拟的优点。目前，已获得的抗病毒蔬菜有抗ALMV番茄、抗PVS马铃薯、抗CMV辣椒、黄瓜、马铃薯、番茄、甜瓜等。由此可知，转基因技术的利用，对蔬菜抗病育种的发展起到了巨大的推动作用。2.1.2抗真菌、细菌病蔬菜与蔬菜作物的抗病毒基因工程相比，我国抗真菌、细菌基因工程才开始起步[16]。可以分解真菌细胞壁的几丁质酶、p一1，3一葡聚糖酶基因、植物抗毒素基因以及核糖体灭活蛋白基因的分离、克隆及表达的研究，将为今后蔬菜抗真菌和细菌工程以及抗病育种提供更多的选择和更广阔的天地。除兰海燕等[17]和余小林等[18]分别报道将p一1，3一葡聚糖酶基因导人油菜和将抗菌肽基因导人辣椒品种外，还很少见其他方面的报道在抗细菌病方面，应用较多的是抗菌肽，利用花粉管通道法将柞蚕抗菌肽D基因导入番茄，获得部分具有较强抗青枯病能力的植株[5]。2.2抗虫蔬菜2.2.1转Bt杀虫晶体蛋白基因蔬菜该基因是抗虫基因中应用最多的一种．其编码的杀虫晶体蛋白对鳞翅目昆虫具有很强的毒杀能力。Bt毒蛋白基因是一种苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白(ICP)，通常以原毒素形式存在。当昆虫(尤其是鳞翅目类昆虫)取食ICP后，在昆虫的消3化道内，原毒素被活化，转型为毒性多肽分子，并与昆虫肠道上皮细胞上面的特异性蛋白质结合，之后ICP全部或部分嵌合于细胞膜中，使细胞膜产生一些孔道，从而导致细胞渗透平衡的破坏。伴随着上述过程，昆虫幼虫将停止进食，最终导致死亡。目前,已商品化生产的有马铃薯。已进入田间试验阶段的有番茄、茄子、白菜、花椰菜。正进行研究的有：辣椒、芹菜、芥菜、莴苣、甘蓝、芜菁、胡萝卜、豌豆、豇豆、石刁柏、黄瓜、甜瓜[5]。尤进钦等(1996)转化青花菜、花椰菜和白菜，下一代植株杀虫率仍高达95％以上[5]。以菜青虫为供试对象对转基因结球白菜进行连续离体喂养，结果发现受试的转基因植株对菜青虫的生长发育有明显的抑制作用。2.2.2转蛋白酶抑制剂基因(PI)蔬菜蛋白酶抑制剂杀虫谱广，包括鳞翅目、鞘翅目和直翅目的昆虫。目前至少有15种不同来源蛋白酶抑制剂的cDNA或基因转入植物，大部分具有对昆虫明显的抗性。但可能与蛋白酶抑制剂在植物体内的表达量和害虫对它的适应性有关，还没有一例进入商品化生产。正在研究中的有马铃薯、番茄、甘蓝、花椰菜、小白菜、甘薯、甜椒、莴苣[5]。2.2.3转植物凝集素基因蔬菜植物凝集素基因可用来防御蚜虫、叶蝉等同翅目吸食性害虫，其抗虫原理是当植物凝集素被昆虫取食后，凝集素在昆虫的消化道中与肠道围食膜上的糖蛋白结合，从而影响营养的吸收。在蔬菜上应用最多的是雪花莲凝集素(GNA)基因，转入番茄、马铃薯可获得对蚜虫、桃蚜的抗性。还有将其导入莴苣和小白菜进行的研究[5]。2.3抗除草剂蔬菜除草剂的使用可以大大减轻人工除草的劳动，但是各种除草剂同时又会不同程度地损伤蔬菜和农作物。随着除草剂的广泛应用,人们越来越迫切地希望农作物具有抵抗除草剂的能力。应用基因工程技术将除草剂抗性基因引入作物是生物技术在农业上首先获得应用的一个领域。1985年Comei[20]等人首次利用基因工程技术获得了抗除草剂的转基因作物，此后十几年,随着生物技术的不断发展，已成功地选育出许多抗不同类型除草剂的蔬菜品种。除草剂基因在植物中作用有两种，一是消除除草剂的毒性，应用较多的是来4源于潮湿链霉菌bar基因。它编码的蛋白可将除草剂膦丝菌素(PPT)乙酰化使其失去毒力。目前bar基因已被转入番茄和油菜等作物中.二是修饰除草剂作用的靶蛋白。使其不敏感或过量表达稀释除草剂的作用。将编码烯醇式丙酮酰莽草酸一3一磷酸合成酶(EPS)的aroA突变基因导入番茄。可获得对一定剂量的草甘膦除草剂的抗性[21]。在国内，有关蔬菜转抗除草剂基因的报道比较少。钟蓉等[22]于1997年报道，他们以下胚轴和子叶为转化受体，用农杆菌介导将溴苯腈除草剂(bar)基因导人了甘蓝型油菜，获得了抗溴苯腈植株，但子代抗性如何尚未见报道。刘博林等[21](1989)也获得了抗均三氮苯类除草剂的大豆转基因植株.另外，曹鸣庆等还通过农杆菌原位真空渗入法获得抗除草剂的转基因小白菜。2.4抗逆蔬菜2.4.1耐盐蔬菜耐盐基因有两种，一种是能提高植物体内渗透保护物质的基因，如脯氨酸合成酶(proA)基因、菠菜碱脱氢酶(BADH)基因、磷酸甘露脱氢酶(mtlD)基因[21]以及与甘氨酸甜菜碱生物合成的胆碱脱氢酶(betA)基因。将betA基因导入番茄可获得耐盐性高于对照的植株。将草酸氧化酶基因转入番茄可使其在盐环境下产量增加加[5]。另一种是平衡植物钾钠离子的如HALI基因，转入番茄其耐盐性明显提高。另外将耐盐植物的总DNA直接导入不耐盐植物也可提高耐盐性。如将红树的总DNA导入辣椒其耐盐性明显提高[5]。2.4.2耐冷蔬菜植物抗寒基因工程与其它抗性基因相比起步晚，发展慢，直到八十年代末，才陆续报道了抗寒基因工程方面的研究成果。目前抗逆基因工程的研究主要集中在逆境条件下才能表达的某些基因的研究。另一方面则是抗逆代谢过程中某些酶的研究，现已分离出大量与抗逆代谢相关的基因，如与抗(耐)盐有关的脯氨酸合成酶基因及与抗逆有关的基因。后者主要有两类，一类是鲽鱼的抗冻蛋白(AFPs)和抗冻糖蛋白(AFGPs)，抗冻蛋白(AFP)是指具有降低冰点和减少冰晶生长速度的蛋白质。在各种生物产生的不同抗冻蛋白质中，被研究最多的是鱼类的抗冻蛋5白基因(AFPS)。另一类是昆虫的温衡蛋白，用于植物的抗冻基因目前主要是鱼类的抗冻蛋白。1989年，Cutler[23]用极地鱼黄鲽抗冻蛋白处理植物组织，明显地改善了马铃薯的抗寒性。随后，美国DNA植物技术公司把抗冻基因导入番茄中，已培育出耐寒番茄，且番茄在收获后的贮藏期间表现出良好的抗冻性,有助于提高果蔬的口感和品质。2.4.3抗重金属蔬菜陈淑惠等(1998)报道了利用镉结合蛋白基因转化青花菜的相关研究，经镉处理，转基因植株叶片变黄和皱缩比对照明显延缓，对镉表现出一定抗性。[30]。2.5雄性不育蔬菜在蔬菜品种的优势育种中，利用雄性不育系生产一代杂种，可省去人工去雄,降低制种的成本，提高种子的质量。传统的雄性不育系是利用品种杂交或种间杂交或栽培种与野生种杂交并经多代选育才能获得。利用基因工程技术获得稳定的雄性不育系是近年发展的新技术。1996年,中科院微生物研究所的工作者[24]，构建了雄性不育嵌合基因,通过农杆菌介导的遗传转化,获得雄性不育的转基因甘蓝型油菜，这种转化植株的花瓣卷曲、花丝短小、花药干瘪，没有花粉，表现为完全的雄性不育。除此之外，中山大学生物研究中心也曾报道[25]：已成功地获得转基因雄性不育番茄，这种番茄在开花时,不能产生正常的花粉粒，且一部分植株的花瓣和雄蕊在花瓣未展开时即凋萎，花器中只剩下花萼和柱头，给柱头授粉以后，子房正常膨大。2.6品质改良蔬菜