1、基因工程在農業中的應用基因工程在農業中的應用 演講者：朱釤汕 轉基因番茄 轉基因茄子轉基因水稻 基因工程是指在體外將核酸分子插入病基因工程是指在體外將核酸分子插入病毒、質?；蚱渌d體分子毒、質?；蚱渌d體分子, , 構成遺傳物質構成遺傳物質的新組合的新組合, , 并使之滲入到原先沒有這類分并使之滲入到原先沒有這類分子的寄主細胞內子的寄主細胞內, , 而能持續穩定地繁殖。而能持續穩定地繁殖。 從定義上看從定義上看, , 它首先強調外源核酸分子它首先強調外源核酸分子在另一種寄主生物細胞中進行繁殖的問題在另一種寄主生物細胞中進行繁殖的問題, , 這種跨越天然物種屏障的能力這種跨越天然物種屏障的能力,

2、 , 是基因工是基因工程的第一重要特征。程的第一重要特征。什么是什么是基因工程基因工程哦？哦？ 這表明這表明, , 應用基因工程技術應用基因工程技術, , 人們就可以人們就可以按照自己的主觀愿望按照自己的主觀愿望, , 創造出自然界原先創造出自然界原先并不存在的新的生物類型。科研人員正是并不存在的新的生物類型。科研人員正是利用這一特征利用這一特征, , 已在提高農作物作物產量已在提高農作物作物產量, , 改善品質改善品質, , 增強抗逆性和抗病蟲害的能力增強抗逆性和抗病蟲害的能力等方面取得令人矚目的成就。等方面取得令人矚目的成就。具體應用具體應用 1 1 改良作物品質改良作物品質 2 2 培育

3、抗蟲作物培育抗蟲作物 3 3 培育抗病作物培育抗病作物 4 4 培育抗逆性強的作物培育抗逆性強的作物 5 5 培育抗除草劑作物培育抗除草劑作物 6 6 生物固氮生物固氮 7 7 調控植物激素和生長發育調控植物激素和生長發育1.1.利用基因工程技術改良作物品質利用基因工程技術改良作物品質 利用基因工程可以有效地改善植物的品質利用基因工程可以有效地改善植物的品質, , 并且越來越多的基因工程植物進入了商品并且越來越多的基因工程植物進入了商品化生產領域化生產領域, , 取得了很好的效果。取得了很好的效果。 在在蛋白質改良蛋白質改良方面方面, , 由于特定作物種子中由于特定作物種子中往往缺少某幾種必需

4、氨基酸往往缺少某幾種必需氨基酸, , 人們的注意人們的注意力集中于通過基因工程改變蛋白質的必需力集中于通過基因工程改變蛋白質的必需氨基酸的組成來改善植物的營養價值。氨基酸的組成來改善植物的營養價值。 美國國際植物研究所的科學家們從大豆中美國國際植物研究所的科學家們從大豆中獲取蛋白質合成基因獲取蛋白質合成基因, , 成功地導入到馬鈴成功地導入到馬鈴薯中薯中, , 培育出高蛋白馬鈴薯品種培育出高蛋白馬鈴薯品種, , 其蛋白其蛋白質含量接近大豆質含量接近大豆, , 營養價值大大提高營養價值大大提高, , 受受到農場主及消費者的普遍歡迎。到農場主及消費者的普遍歡迎。 基因工程在基因工程在調控植物的淀粉

5、調控植物的淀粉及及其他多糖化合物其他多糖化合物方面也取得方面也取得較大進展較大進展 19971997年我國第年我國第1 1個獲準進行商品化生產的基因工程番茄品個獲準進行商品化生產的基因工程番茄品種種華番華番1 1 號號, , 在在13 13 30 30 下可貯藏下可貯藏45 d45 d左右左右, , 大大大延長了保鮮期大延長了保鮮期, , 解決了由于果實具有呼吸躍變期而難貯解決了由于果實具有呼吸躍變期而難貯藏的難題。藏的難題。 北京農林科學院工作人員經北京農林科學院工作人員經4 a4 a努力努力, , 將來自美國的優質將來自美國的優質面包小麥品種面包小麥品種CHEYENNECHEYENNE的谷

6、蛋白亞基導入到北京地區推廣的谷蛋白亞基導入到北京地區推廣種植的抗病、高產品種種植的抗病、高產品種, ,獲得蛋白質含量較高的小麥類型獲得蛋白質含量較高的小麥類型, , 具有較好的前景。具有較好的前景。 超級南瓜超級南瓜2.2.利用基因工程技術培育抗蟲作利用基因工程技術培育抗蟲作物物 蟲害影響作物的產量和品質蟲害影響作物的產量和品質, , 全世界糧食全世界糧食產量因蟲害所造成的損失占產量因蟲害所造成的損失占14%14%左右。左右。 我國是世界上最大的棉花生產國我國是世界上最大的棉花生產國, , 但由于但由于棉鈴蟲的持續性大爆發棉鈴蟲的持續性大爆發, , 造成棉花減產達造成棉花減產達17% 17%

7、50% 50% , , 每年造成經濟損失每年造成經濟損失5050億億100100億億元人民幣。元人民幣。 1991 991 年我國科學家成功地將蘇云金芽孢桿菌年我國科學家成功地將蘇云金芽孢桿菌(Bt) (Bt) 殺殺蟲晶體蛋白基因導入棉花蟲晶體蛋白基因導入棉花, , 獲得了轉基因植株。獲得了轉基因植株。 19931993年將年將BtBt晶體蛋白基因導入我國棉花品種中晶體蛋白基因導入我國棉花品種中, , 獲得獲得了高抗棉鈴蟲的抗蟲棉。中國農業科學院生物技術中了高抗棉鈴蟲的抗蟲棉。中國農業科學院生物技術中心培育出心培育出1010多個棉花轉基因品種或品系多個棉花轉基因品種或品系, , 對棉鈴蟲殺對棉

8、鈴蟲殺傷力達傷力達80%80%以上以上, , 并且具有豐產和品質優良的特點。并且具有豐產和品質優良的特點。 19981998年通過國家審定的中棉所年通過國家審定的中棉所2929就是就是1 1個適于北方棉區個適于北方棉區生產的中熟轉基因生產的中熟轉基因BtBt棉。到目前為止棉。到目前為止, , 我國已育成我國已育成1010多個殺蟲效果顯著、豐產性好、纖維品質優良多個殺蟲效果顯著、豐產性好、纖維品質優良, , 適用適用于不同生態條件種植的品種或品系于不同生態條件種植的品種或品系, , 已在已在9 9 個省個省( (市市) ) 大面積試種、示范和應用。大面積試種、示范和應用。 20002000年我國

9、轉基因棉花種植面積達到年我國轉基因棉花種植面積達到2020萬萬hm2hm2。3 3利用基因工程技術培育抗病利用基因工程技術培育抗病作物作物 據聯合國糧農組織據聯合國糧農組織( FAO) ( FAO) 估計估計, , 全世界糧全世界糧食生產每年因病害的發生而導致的損失占食生產每年因病害的發生而導致的損失占10%10% , , 棉花生產上的損失為棉花生產上的損失為12%12%左右左右, , 某些某些作物如甘薯作物如甘薯, , 病毒病能使其減產病毒病能使其減產20% 20% 50%50% , , 嚴重時甚至絕收。嚴重時甚至絕收。 抗病毒基因工程中抗病毒基因工程中, , 目前主要采用目前主要采用病毒的

10、病毒的外殼蛋白外殼蛋白(CP) (CP) 基因導入植物基因導入植物的方法的方法, ,使番使番茄、黃瓜、南瓜和甜椒等植物具有抗病性茄、黃瓜、南瓜和甜椒等植物具有抗病性。 19921992年美國國家科學院公布了年美國國家科學院公布了HayakawaHayakawa研研究小組利用禾谷類作物病毒外蛋白技術獲究小組利用禾谷類作物病毒外蛋白技術獲得成功得成功, , 從從2 2個日本水稻品種中分離出未成個日本水稻品種中分離出未成熟植株的細胞團熟植株的細胞團, , 這種細胞團能長成植株這種細胞團能長成植株, , 并能合成抗水稻條紋葉枯病毒的外蛋白基并能合成抗水稻條紋葉枯病毒的外蛋白基因。據測試因。據測試, ,

11、 在在3131株含有外蛋白的對照水株含有外蛋白的對照水稻植株中稻植株中, , 接種帶病毒稻褐飛虱接種帶病毒稻褐飛虱, , 結果對結果對照組中照組中80%80%出現了病毒癥狀出現了病毒癥狀, ,而通過基因工而通過基因工程培育的水稻植株僅程培育的水稻植株僅20% 20% 40%40%受感染。受感染。4利用基因工程技術培育抗逆性強的作物 植物對逆境的抗性一直是植物學家關植物對逆境的抗性一直是植物學家關心的問題。由植物生理學家、遺傳學心的問題。由植物生理學家、遺傳學家和分子生物學家協同作戰家和分子生物學家協同作戰, , 耐澇、耐澇、耐鹽堿、耐旱和耐冷的轉基因作物新耐鹽堿、耐旱和耐冷的轉基因作物新品種品

12、種( (系系) )已獲得成功已獲得成功科學家發現科學家發現極地的魚體極地的魚體內有一內有一些些特殊蛋白特殊蛋白可以抑制冰晶的增可以抑制冰晶的增長長, , 從而免受低溫的凍害從而免受低溫的凍害, , 正正常地生活在寒冷的極地中。將常地生活在寒冷的極地中。將這種抗凍蛋白基因從魚體內分這種抗凍蛋白基因從魚體內分離出來離出來, , 導入植物體獲得轉基導入植物體獲得轉基因植物因植物, , 目前這種基因已被轉目前這種基因已被轉入番茄和黃瓜中。入番茄和黃瓜中。極地烏賊5 利用基因工程技術培育抗除草劑作物利用基因工程技術培育抗除草劑作物 化學除草劑在現代農化學除草劑在現代農業中起著十分重要的業中起著十分重要的

13、作用。理想的除草劑作用。理想的除草劑必須具有高效、廣譜必須具有高效、廣譜的殺草能力的殺草能力, , 且對作且對作物及人畜無害物及人畜無害, , 在土在土壤中的殘留短壤中的殘留短, , 成本成本不高。但現在要開發不高。但現在要開發出出1 1種新的符合上述要種新的符合上述要求的除草劑的成本越求的除草劑的成本越來越高來越高, , 選擇的機率選擇的機率也在明顯降低。也在明顯降低。 通過基因工程來提高除草劑的選擇性以及對通過基因工程來提高除草劑的選擇性以及對作物的安全性作物的安全性, , 具有重要的意義。同時具有重要的意義。同時, , 在在作物中導入高抗除草劑基因作物中導入高抗除草劑基因, , 也可使人

14、們更也可使人們更自由地選擇適合輪作、套作的作物種類?，F自由地選擇適合輪作、套作的作物種類?，F在在, , 針對不同除草劑作用機理針對不同除草劑作用機理, , 已獲得抗除已獲得抗除草劑的轉基因煙草、番茄、馬鈴薯、棉花、草劑的轉基因煙草、番茄、馬鈴薯、棉花、油菜、大豆和水稻等作物。油菜、大豆和水稻等作物。6.6.生物固氮生物固氮 氮素的來源有工業固定、生物固定和自然放電等?；瘜W氮氮素的來源有工業固定、生物固定和自然放電等?；瘜W氮肥對作物產量提高有顯著的作用肥對作物產量提高有顯著的作用, , 但也有其不容忽視的弊但也有其不容忽視的弊病病, , 那就是能源的消耗、環境的污染和生產成本的提高。那就是能源的

15、消耗、環境的污染和生產成本的提高。而生物固氮則能在常溫、常壓下合成氮肥而生物固氮則能在常溫、常壓下合成氮肥, , 從而大幅度地從而大幅度地節約能源并且不會對環境造成嚴重的污染節約能源并且不會對環境造成嚴重的污染, , 所以多年來一所以多年來一直受到科研人員的關注。直受到科研人員的關注。 中國科學院遺傳與發育研究所把帶有固氮基因的質粒中國科學院遺傳與發育研究所把帶有固氮基因的質粒PRD1PRD1從大腸桿菌從大腸桿菌K12 jc5564K12 jc5564轉移到無固氮能力的水稻根系菌轉移到無固氮能力的水稻根系菌4502Y4502Y中中, , 表現出較強的固氮能力表現出較強的固氮能力, , 經測定接

16、種有該菌的經測定接種有該菌的水稻發育明顯優于對照植株。水稻發育明顯優于對照植株。7利用基因工程調控植物激素和生利用基因工程調控植物激素和生長發育長發育 對植物生殖生長過程對植物生殖生長過程( (包括花的形成、發育、包括花的形成、發育、雄性不育、自交不親和性、胚胎發育等雄性不育、自交不親和性、胚胎發育等) ) 的調控的調控, , 在作物生產上十分重要。在作物生產上十分重要。 近年來基因工程在調控植物激素和生長發近年來基因工程在調控植物激素和生長發育方面的應用發展很快。最為成功的是利育方面的應用發展很快。最為成功的是利用基因工程產生雄性不育系。另外用基因工程產生雄性不育系。另外, , 有人有人將將floflo基因導入楊樹基因導入楊樹, , 可使之提前好幾年開可使之提前好幾年開花花基因工程在我國農業發展中的前基因工程在我國農業發展中的前景景 由于基因工程運用由于基因工程運用DNADNA分子重組技術分子重組技術, , 能夠按能夠按照人們預先的設計創造出許多新的遺傳結合體照人們預先的設計創造出許多新的遺傳結合體, , 具有新奇遺傳性狀的新型生物具有新奇遺傳性狀的新型生物, , 增強了人們改造增強了人們改造動植物的主觀能動性和預見性動植