转基因技术与作物育种

转基因技术与作物育种转基因技术：将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰，这一技术成为转基因技术。水母基因荧光小猪转基因荧光热带鱼转基因的蝴蝶

转基因育种：根据育种目标，从供体生物中分离目的基因，经DNA重组与遗传转化或直接运载进入受体作物，经过筛选获得稳定表达的遗传工程体，并经过田间试验与大田选择育成转基因新品种或种质资源。转基因育种的优势基因资源大大拓宽；提供了新的育种途径；可以对目标性状进行定向变异和定向选择；提高了选择效率，加快育种进程。（一）国际转基因植物研究与现状全世界转基因的种植面积：1996年的280万公顷，2001年增加到5260万公顷，至2005年，种植面积增至9000公顷；种植转基因的主要国家：美国、阿根廷、加拿大、中国等；种植主要转基因作物：大豆、玉米、棉花和油菜；转基因作物的主要目标：抗除草剂、抗病虫性；一、转基因技术的发展现状（二）我国转基因作物转Bt基因的抗虫棉、延迟成熟的转基因番茄、抗病毒病的转基因甜椒等。2007年我国转基因抗虫棉种植面积占全国棉花面积的69%，而国产转基因抗虫棉种植面积达到70%左右，其中河北、山东、河南、安徽4省实现了100%的种植。

二、转基因育种（一）农业中主要的目的基因抗植物虫害基因及其利用抗植物病害基因及其利用抗非生物胁迫基因及其利用改善作物品质的基因及其利用改良作物产量的基因及其利用

Bt基因及其应用

苏云金杆菌产生的具有高度特异性杀虫活性的蛋白。又称内毒素或杀虫结晶蛋白（IPC).作用原理：IPC通常以原毒素形式存在，当昆虫取食IPC后，在昆虫的消化道内，原毒素被活化，活化的IPC能与昆虫肠道上皮细胞上面的特异性蛋白结合。结合以后的IPC全部或部分嵌合于细胞膜中，使细胞膜产生一些孔道，从而导致细胞由于渗透平衡被破坏而破裂。昆虫幼虫将停止进食，最终死亡。1、抗植物虫害基因及其利用转Bt基因抗虫棉对棉铃虫的抗性表现

蛋白酶抑制剂基因及其应用蛋白酶抑制剂是一类蛋白质，在大多数植物种子和块茎中，其含量可高达总蛋白的1－10％。抗虫原理：蛋白酶抑制剂与昆虫消化道内蛋白消化酶相结合，阻断或减弱蛋白酶对外源蛋白质的水解作用，导致蛋白质不能被正常消化；使昆虫不能正常发育。

几丁质酶和β－1，3葡聚糖酶基因作用原理：几丁质酶存在于植物和微生物中，具有降解几丁质的作用。病原真菌细胞壁中几丁质的降解，破坏细胞新物质的沉积，致使病原体死亡。几丁质酶活性的增强也往往伴随着β－1，3－葡聚糖酶及其他抗病PR蛋白的形成，共同发挥植物的防卫作用。2、耐除草剂基因及其应用耐除草剂基因工程主要有两种策略：1）修饰除草剂作用的靶蛋白，使其对除草剂不敏感或促其过量表达以使植物吸收除草剂后仍能进行正常代谢；2）引入酶或酶系统，在除草剂发生作用前将其降解或解毒。转基因大豆(二)转基因育种的程序基本过程目的基因或DNA的获取含有目的基因或者DNA的重组质粒的构建受体材料的选择和再生系统的建立转基因方法的确定和外源基因的转化转化体的筛选和鉴定转基因植株的育种利用基因克隆示意图①③②④⑤⑥①从细胞中分离出DNA②限制酶截取DNA片断③分离大肠杆菌中的质粒④DNA重组⑤用重组质粒转化大肠杆菌⑥培养大肠杆菌克隆大量基因1、目的基因的获得根据基因表达产物－蛋白质进行基因克隆1）分离纯化蛋白质；2）氨基酸序列测定；3）推导核苷酸序列；4）化学合成该基因；5）基因的功能鉴定。从基因组DNA或mRNA序列克隆基因（1）同源序列法分离目的基因（2）基因文库技术分离目的基因（3）mRNA差别显示技术分离差别表达基因（4）转座子标签法分离目的基因

同源序列法克隆目的基因根据基因家族各成员间保守氨基酸序列设计简并引物；利用简并引物对基因组DNA进行PCR扩增；对扩增产物进行分离鉴定后与载体链接、转化大肠杆菌从而分离目的基因。聚合酶链式反应示意图PCR反应的温度循环周期（二）目的基因重组质粒的构建

克隆得到目的基因只是为利用外源基因提供了基础，在进行外源基因转移前还必须将外源基因重组到合适的载体上。Ti质粒双元载体系统结构示意图（三）受体材料的选择受体材料的条件：高效稳定的再生能力；较高的遗传稳定性；有稳定的外植体来源；对筛选剂敏感。（四）转基因方法的确定和外源基因的转化1、载体介导遗传转化系统将外源基因重组进入适合的载体系统，通过载体携带将外源基因导入植物细胞并整合在核染色体组中随着核染色体组一起复制和表达。主要方法：叶盘法真空渗入法原生质体共培养法不需要借助载体介导，直接利用理化因素进行外援遗传物质转移的方法。基因枪轰击法：将外源DNA包裹在金粉颗粒表面，借助高压动力射入受体细胞和组织，当微粒上的DNA进入细胞后将整合到植物基因组中并得以表达。化学刺激法；高压电穿孔法；2、外源基因直接导入法基因枪基因枪结构示意图3、种质系统介导基因转化特点：转化过程不是依靠物理化学过程，而是依靠生物自身的种质系统来实现的；不需要植物组织、细胞等离体培养过程；植物整体水平上的转化；方法简便易行；主要方法包括：花粉管通道法；子房、幼胚注射法；（五）转化体的筛选和鉴定1、转目的基因植物的标准：有严格的对照；有转化当代目的基因整合和表达的分子生物学证据；转化当代需有目的基因控制的表型性状；有性繁殖作物需有目的基因控制的表型性状传递给后代的证据。2、转化体的筛选抗生素抗性基因：如卡那霉素抗性基因NPTII除草剂抗性基因：如抗除草剂的bar基因。3、转化体的鉴定

DNA水平的鉴定：southern杂交；转录水平的鉴定：northern杂交；翻译水平的鉴定：western杂交。转基因植株中CryIAc基因的PCR检测PCR扩增转基因植株中CryIAc基因的Southern鉴定Southern杂交Northern杂交

1x5xEvent11234234Wertern杂交或蛋白质分析

表型选择

第二节转基因作物品种的选育一、育种目标的制订二、转基因植株的获得三、转基因作物品种的选育纯系育种回交育种杂交育种杂种品种转基因油菜转基因土豆第三节转基因作物的安全性（1）转基因作物的环境安全性转基因作物演变为农田杂草的可能性基因漂流到近缘野生种的可能性对自然生物类的影响