小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)及其應(yīng)用研究

蘇玲++楊蕾

【摘 要】通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)實(shí)現(xiàn)小麥改善品質(zhì)、產(chǎn)量提高，同時(shí)增強(qiáng)杭病蟲及抗逆能力。隨著我國人口基數(shù)的不斷增長，糧食安全形勢愈發(fā)嚴(yán)峻。而轉(zhuǎn)基因技術(shù)利用其多樣的、豐富的基因庫，為小麥種苗的改良開辟了最直接有效的途徑。主要就小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)目前的研究現(xiàn)狀、轉(zhuǎn)化方法的主要方式、效率、影響因素、目標(biāo)等相關(guān)作總結(jié)討論。

【關(guān)鍵詞】小麥 基因轉(zhuǎn)化 基因轉(zhuǎn)移技術(shù)

小麥作為世界上最重要的糧食作物之一，長期以來一直受到廣泛關(guān)注。但因其具有育種周期長、育種手段單一、種質(zhì)資源匾乏等缺點(diǎn)，容易導(dǎo)致遺傳背景狹窄，從而增加選育難度；同時(shí)又因蟲害、不良?xì)夂虻扔绊懀率剐←溣N水平提高困難，嚴(yán)重影響小麥的高產(chǎn)的穩(wěn)定性。因此，加快小麥育種步伐是解決問題的根本，研究應(yīng)用新的技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)外源基因的導(dǎo)入工作已經(jīng)刻不容緩。

1 小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)的研究方法

1.1 農(nóng)桿菌介導(dǎo)法

在植物研究中，農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)是一種應(yīng)用廣泛、研究成果相對(duì)成熟的轉(zhuǎn)基因方法。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法的主要原理是運(yùn)用發(fā)根農(nóng)桿菌、根癌農(nóng)桿菌這兩種菌類，在植物細(xì)胞中添加外源基因。根癌農(nóng)桿菌中具有的Ti質(zhì)粒、發(fā)根農(nóng)桿菌中具有的Ri質(zhì)粒使其能夠?qū)⑼庠椿蜣D(zhuǎn)入植物的細(xì)胞之中。Ri質(zhì)粒能夠?qū)χ参锏募?xì)胞進(jìn)行侵染，而Ti質(zhì)粒可以在植物細(xì)胞中轉(zhuǎn)入基因的DNA區(qū)段，其主要由質(zhì)粒上攜帶激素?cái)y帶激素形成的，受其影響，植物的轉(zhuǎn)化細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)激素失衡的現(xiàn)象，這樣一來被侵染的植物細(xì)胞就會(huì)出現(xiàn)冠癭瘤。植物細(xì)胞和植物遺傳轉(zhuǎn)化受農(nóng)桿菌細(xì)胞之間相互作用、相互影響，其轉(zhuǎn)化過程非常復(fù)雜，要通過T-DNA進(jìn)行加工，然后由農(nóng)桿菌進(jìn)行附著，再通過Vir誘導(dǎo)，使T-復(fù)合體、Vir蛋白的細(xì)胞質(zhì)能夠進(jìn)入植物的細(xì)胞核之中，最后通過T-DNA基因表達(dá)整合，實(shí)現(xiàn)植物的再生。其轉(zhuǎn)化效果會(huì)受到很多因素的影響，例如轉(zhuǎn)話體的再生能力、植物細(xì)胞應(yīng)答農(nóng)桿菌的侵染能力，以及農(nóng)桿菌本身的侵染能力等。在小麥農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化過程中，接種及共培養(yǎng)時(shí)間、載體類型、篩選方式和農(nóng)桿菌細(xì)胞的濃度等均會(huì)影響轉(zhuǎn)化的效率。通過比較農(nóng)桿菌介導(dǎo)法和基因槍法兩種小麥轉(zhuǎn)基因的使用效果可以發(fā)現(xiàn)，農(nóng)桿菌介導(dǎo)法在獲得單拷貝轉(zhuǎn)基因植株的幾率轉(zhuǎn)化效率方面均優(yōu)于基因槍法，基因槍法獲得單拷貝轉(zhuǎn)基因植株的幾率為20%左右，而農(nóng)桿菌介導(dǎo)法能夠達(dá)到60%以上，基因槍法的轉(zhuǎn)化效率為3.4%左右，而農(nóng)桿菌介導(dǎo)法能夠達(dá)到4.4%的轉(zhuǎn)化效率。與此同時(shí)，濃桿菌介導(dǎo)法具有更加穩(wěn)定的整合位點(diǎn)，操作也非常便利，成本相對(duì)較低，應(yīng)用范圍較廣。

1.2 花粉管通道法

我國科學(xué)家、農(nóng)學(xué)家周光宇通過對(duì)DNA片段雜交假說的深入研究和實(shí)踐，于1983年建立了花粉管通道法。具體方式為小麥?zhǔn)诜酆?—5h后，將含目的基因的DNA溶液注射進(jìn)子房，通過花粉管通道完成外源DNA向受精卵細(xì)胞的倒入，進(jìn)一步整合小麥基因。1992 年Langridge等已經(jīng)過花粉管通道法做過嘗試，可惜并未獲取轉(zhuǎn)基因植株，實(shí)驗(yàn)以失敗告終；1993年，曾君祉等人將nptII導(dǎo)入小麥，通過用花粉管通道法的合理應(yīng)用，對(duì)小麥轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)行了成功培育；之后，Cheng等利用次法在小麥中導(dǎo)入大麥黃矮病毒 CP，培育了抗黃矮病轉(zhuǎn)基因小麥。立足于以上幾項(xiàng)研究，我國各相關(guān)單位開始積極應(yīng)用花粉管通道法，成功的在小麥中輸入了各項(xiàng)外源基因，培育的基因小麥新材料，具有品質(zhì)改良、抗蟲害、抗葉片衰老的特點(diǎn)。

通過實(shí)踐證明，花粉管通道法是一種行之有效的轉(zhuǎn)基因方法，其優(yōu)點(diǎn)在于無需對(duì)組織培養(yǎng)進(jìn)行依賴，而且操作較為簡單、成本較低。然而花粉管通道法容易受到環(huán)境的影響，具有較低的重復(fù)性，轉(zhuǎn)化率一直較低，當(dāng)前尚未取得充分的理論依據(jù)作為支持，因此，還需進(jìn)行進(jìn)一步研究和論證。

2 小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

常見的放入轉(zhuǎn)基因小麥類型主要有提高產(chǎn)量、品質(zhì)改良和抗蟲抗病，品質(zhì)改良（25.6%）和抗?。?9.7%）是應(yīng)用最為廣泛的類型。

2.1 抗蟲轉(zhuǎn)基因小麥

對(duì)于小麥的生長而言，病蟲害是一個(gè)最大的威脅因素。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國具有超過110種能夠威脅作物生長的害蟲，常見的害蟲主要有十余類群，例如麥蜘蛛、麥葉蜂、麥莖蜂、地下害蟲等，其中危害最嚴(yán)重的當(dāng)屬麥蚜。小麥的抗蟲轉(zhuǎn)基因主要包括外源凝集素基因和蛋白酶抑制劑基因。外源凝集素基因主要包括半夏凝集素基因和凝集素基因，其是一種主要針對(duì)翅目害蟲的基因，具有特異糖結(jié)合活性蛋白。蛋白酶抑制劑基因則包括胰蛋白酶抑制基因和絲氨酸蛋白酶抑制基因等，主要針對(duì)存儲(chǔ)害蟲麥蛾。

2.2 抗病轉(zhuǎn)基因小麥

在小麥的生長周期中，很多病菌都會(huì)對(duì)其生長造成不利的影響，常見的病菌主要有銹病病菌、白粉病病菌、黃花葉病毒、紋枯病病菌、赤霉病病菌等。

小麥抗病轉(zhuǎn)基因研究通過聚合多種抗病基因，來培育新的多抗小麥品種。其中，小麥根腐病、赤霉病以及紋枯病等多種病害得到有效緩解，科學(xué)利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，實(shí)現(xiàn)抗病小麥材料的創(chuàng)新是今后的研究重點(diǎn)。

當(dāng)前在轉(zhuǎn)基因小麥得到應(yīng)用的抗病基因主要有：①植保素類基因。梁輝等人在春小麥品種京紅5 號(hào)中注入芪合酶基因，在T3代中鑒定出3個(gè)中抗白粉病植株和1個(gè)免疫白粉病的植株。②抗病及病程相關(guān)蛋白類基因。大麥幾丁質(zhì)酶Ⅱ基因可以提升小麥對(duì)赤霉病和白粉病的抗性。在小麥中導(dǎo)入麥幾丁質(zhì)酶Ⅱ基因和巨曲霉菌抗菌蛋白基因Ag-AF，能夠遏制白粉病菌及葉銹菌孢子的形成。③抗病毒類基因。④抗菌肽及抗菌蛋白類基因，例如核糖體失活蛋白基因等。

3 結(jié)語

隨著我國人口基數(shù)的不斷增長，糧食安全形勢愈發(fā)嚴(yán)峻。而轉(zhuǎn)基因技術(shù)利用其多樣的、豐富的基因庫，為小麥種苗的改良開辟了最直接有效的途徑。隨著小麥遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)轉(zhuǎn)化體系的逐漸完善，轉(zhuǎn)基因小麥安全評(píng)估體系更加科學(xué)客觀。集高效、優(yōu)質(zhì)和多抗等優(yōu)秀特點(diǎn)于一體的轉(zhuǎn)基因小麥新品種即將進(jìn)行大規(guī)模的培育，并廣泛到農(nóng)田生產(chǎn)中去。

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