转基因苜蓿的常用方法与研究进展.PDF
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2006年2月23日
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参见附件(94KB，3页)。
2005年第 1期 浙江畜牧兽医
转基因苜蓿的常用方法与研究进展
章学东1
,金明升2
,钱定海3
(11杭州市农业科学研究院 ,浙江杭州 310024; 21富阳市农业局; 31临安市农业局 )
中图分类号: S541文献标识码: A 文章编号: 1005 - 7307 (2005) 01 - 0011 - 03
苜蓿是重要的牧草作物之一 ,在我国已有 2000
多年的栽培历史 ,是目前我国栽培最广的豆科牧草
之一。苜蓿具有适应性强、 适口性好、 营养丰富等优
良品质 ,其营养价值居各种牧草作物之首 ,素有“牧
草王 ” 之美誉。苜蓿既可作为重要的饲料来源 ,同
时又可改良土壤、 防止水土流失 ,起到保护生态环境
的作用。随着现代生物技术的日新月异 ,采用基因
工程技术将外源基因人工整合到受体基因组中 ,从
而获得转基因植物已成为可能 ,并得到越来越广泛
的推广应用。
本文旨在综述转基因技术在苜蓿抗逆性、 抗病
虫害、 抗除草剂、 品质改良以及新化合物生产等方面
的研究进展情况 ,并分析其应用发展中的一些限制
因素 ,供参考。
1 转基因苜蓿的常用方法
获得转基因苜蓿有多种方法 ,生产中最常用的
是通过根瘤农杆菌介导转化 ,因为通过转化的外源
基因表达要比通过电击转化等方法更稳定。
根瘤农杆菌是自然存在于土壤中的一类细菌 ,能引起许多双子叶植物的根瘤病害 (亦称冠瘿病 )。
其致病原因是由于细菌通过伤口进入植物体 ,细菌
染色体外的遗传物质 ,即 Ti质粒中的一个片段 ,转
移到植物细胞内 ,进而整合到植物染色体组中并稳
定维持。随着染色体的复制 ,致病基因表达导致形
成肿瘤。所转移和整合的 DNA ( T - DNA)含有编码
合成两种生长剂 (生长素和细胞分裂素 )及一类氨
基酸衍生物 (冠瘿碱 )的基因 ,合成的代谢物被农杆
菌作为食物源。科学家们利用这一自然过程 ,用转
化基因代替诱导根瘤产生的基因来获得转基因苜蓿
(Riva, 1998)。
2 转基因苜蓿的研究进展
211 抗逆性
21111 耐寒 诸如干旱、 寒冻、 洪水等环境压力对
收稿日期: 2004 09 02
苜蓿带来的伤害都会造成氧自由基的增加。一类叫
超氧化物歧化酶 ( S ODs)的金属蛋白有清除氧自由
基、 转变为过氧化氢和氧分子的功能。充分表达
SOD的转基因苜蓿就表现出更好的耐寒性 (McKer2
sie等 , 1999) ,可减轻二次冻害 (McKersie等 , 2000)。
也有研究发现 ,蔗糖能充当增加耐寒性的冷冻保护
剂 ,蔗糖磷酸合成酶 ( SPS)可使碳水化合物从合成
淀粉转向合成蔗糖。表达 SPS基因苜蓿的田间试验
证实了蔗糖含量增加能提高苜蓿的耐寒性 ( Shearer
等 , 2000)。
21112 耐盐 土壤盐分是种植业的一大问题 ,特别
是在蒸发率较大的炎热地区更是如此。通过灌溉水
带来的盐分积聚在土壤表层 ,削弱了植物的吸水能
力 ,从而延缓了植物生长。目前苜蓿的耐盐基因已
被确认。公认的转录因子 (Alfinl)在苜蓿根部可增
加耐盐 MsPRP2基因的表达 (Wincov and Bast ola,1999)。充分表达 Alfinl的转基因苜蓿表现出生长
加快和耐盐性提高 (Winicov, 2000)。
21113 耐铝 苜蓿对铝 (Al)的毒性敏感 ,可导致
根部发育受阻和低产。在苜蓿染色体上有 4个数量
性状位点 (QT L)与耐铝性能有关 ,其中一个位点起
主效作用 (Bout on, 1997)。大多数植物的耐铝性与
有机酸含量有关 ( Fuente等 , 1997; Hocking, 2001)。
带柠檬酸合成酶基因的转基因苜蓿 ,因为柠檬酸含
量高 ,故比未转基因的苜蓿表现出更长、 生长更佳的
根部特性 (Rosellini等 , 2002)。带苹果酸脱氢酶基
因的转基因苜蓿 ,因为柠檬酸、 草酸、 苹果酸、 琥珀酸
和醋酸含量的增加 ,耐铝性也有相应增加 ( Tesfaye
等 , 2001)。
212 抗病虫害
21211 抗真菌 植物抗毒素是当植物受外界病原
菌侵袭时合成的、 具有抗病原菌活性的一类低分子
量抗菌化合物 ,是植物的第二大代谢物,与苜蓿的广
谱抗真菌能力有关 (Dixon, 2001)。充分表达植物抗
毒素基因的苜蓿可对一些尚无特效药的病原菌产生
11
? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.浙江畜牧兽医 2005年第 1期
抵抗力。试验表明 ,从花生植物抗毒素转基因而成
的转基因苜蓿对苜蓿假盘菌 (可引起褐斑病 )的抵
抗力明显增强 (Hi p skind and Paiva, 2000)。同样 ,充
分表达异黄酮 - O -转甲基酶 ( I OMT)的转基因苜
蓿对苜蓿假盘菌的抵抗力也有明显增强 (He and
Dixon, 2000)。几丁质和β- 1, 3葡聚糖是绝大多数
真菌细胞壁的主要成分 ,几丁质酶和β - 1, 3葡聚
糖酶分别催化二者的水解反应 ,从而抑制真菌的生
长 ......
转基因苜蓿的常用方法与研究进展
章学东1
,金明升2
,钱定海3
(11杭州市农业科学研究院 ,浙江杭州 310024; 21富阳市农业局; 31临安市农业局 )
中图分类号: S541文献标识码: A 文章编号: 1005 - 7307 (2005) 01 - 0011 - 03
苜蓿是重要的牧草作物之一 ,在我国已有 2000
多年的栽培历史 ,是目前我国栽培最广的豆科牧草
之一。苜蓿具有适应性强、 适口性好、 营养丰富等优
良品质 ,其营养价值居各种牧草作物之首 ,素有“牧
草王 ” 之美誉。苜蓿既可作为重要的饲料来源 ,同
时又可改良土壤、 防止水土流失 ,起到保护生态环境
的作用。随着现代生物技术的日新月异 ,采用基因
工程技术将外源基因人工整合到受体基因组中 ,从
而获得转基因植物已成为可能 ,并得到越来越广泛
的推广应用。
本文旨在综述转基因技术在苜蓿抗逆性、 抗病
虫害、 抗除草剂、 品质改良以及新化合物生产等方面
的研究进展情况 ,并分析其应用发展中的一些限制
因素 ,供参考。
1 转基因苜蓿的常用方法
获得转基因苜蓿有多种方法 ,生产中最常用的
是通过根瘤农杆菌介导转化 ,因为通过转化的外源
基因表达要比通过电击转化等方法更稳定。
根瘤农杆菌是自然存在于土壤中的一类细菌 ,能引起许多双子叶植物的根瘤病害 (亦称冠瘿病 )。
其致病原因是由于细菌通过伤口进入植物体 ,细菌
染色体外的遗传物质 ,即 Ti质粒中的一个片段 ,转
移到植物细胞内 ,进而整合到植物染色体组中并稳
定维持。随着染色体的复制 ,致病基因表达导致形
成肿瘤。所转移和整合的 DNA ( T - DNA)含有编码
合成两种生长剂 (生长素和细胞分裂素 )及一类氨
基酸衍生物 (冠瘿碱 )的基因 ,合成的代谢物被农杆
菌作为食物源。科学家们利用这一自然过程 ,用转
化基因代替诱导根瘤产生的基因来获得转基因苜蓿
(Riva, 1998)。
2 转基因苜蓿的研究进展
211 抗逆性
21111 耐寒 诸如干旱、 寒冻、 洪水等环境压力对
收稿日期: 2004 09 02
苜蓿带来的伤害都会造成氧自由基的增加。一类叫
超氧化物歧化酶 ( S ODs)的金属蛋白有清除氧自由
基、 转变为过氧化氢和氧分子的功能。充分表达
SOD的转基因苜蓿就表现出更好的耐寒性 (McKer2
sie等 , 1999) ,可减轻二次冻害 (McKersie等 , 2000)。
也有研究发现 ,蔗糖能充当增加耐寒性的冷冻保护
剂 ,蔗糖磷酸合成酶 ( SPS)可使碳水化合物从合成
淀粉转向合成蔗糖。表达 SPS基因苜蓿的田间试验
证实了蔗糖含量增加能提高苜蓿的耐寒性 ( Shearer
等 , 2000)。
21112 耐盐 土壤盐分是种植业的一大问题 ,特别
是在蒸发率较大的炎热地区更是如此。通过灌溉水
带来的盐分积聚在土壤表层 ,削弱了植物的吸水能
力 ,从而延缓了植物生长。目前苜蓿的耐盐基因已
被确认。公认的转录因子 (Alfinl)在苜蓿根部可增
加耐盐 MsPRP2基因的表达 (Wincov and Bast ola,1999)。充分表达 Alfinl的转基因苜蓿表现出生长
加快和耐盐性提高 (Winicov, 2000)。
21113 耐铝 苜蓿对铝 (Al)的毒性敏感 ,可导致
根部发育受阻和低产。在苜蓿染色体上有 4个数量
性状位点 (QT L)与耐铝性能有关 ,其中一个位点起
主效作用 (Bout on, 1997)。大多数植物的耐铝性与
有机酸含量有关 ( Fuente等 , 1997; Hocking, 2001)。
带柠檬酸合成酶基因的转基因苜蓿 ,因为柠檬酸含
量高 ,故比未转基因的苜蓿表现出更长、 生长更佳的
根部特性 (Rosellini等 , 2002)。带苹果酸脱氢酶基
因的转基因苜蓿 ,因为柠檬酸、 草酸、 苹果酸、 琥珀酸
和醋酸含量的增加 ,耐铝性也有相应增加 ( Tesfaye
等 , 2001)。
212 抗病虫害
21211 抗真菌 植物抗毒素是当植物受外界病原
菌侵袭时合成的、 具有抗病原菌活性的一类低分子
量抗菌化合物 ,是植物的第二大代谢物,与苜蓿的广
谱抗真菌能力有关 (Dixon, 2001)。充分表达植物抗
毒素基因的苜蓿可对一些尚无特效药的病原菌产生
11
? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.浙江畜牧兽医 2005年第 1期
抵抗力。试验表明 ,从花生植物抗毒素转基因而成
的转基因苜蓿对苜蓿假盘菌 (可引起褐斑病 )的抵
抗力明显增强 (Hi p skind and Paiva, 2000)。同样 ,充
分表达异黄酮 - O -转甲基酶 ( I OMT)的转基因苜
蓿对苜蓿假盘菌的抵抗力也有明显增强 (He and
Dixon, 2000)。几丁质和β- 1, 3葡聚糖是绝大多数
真菌细胞壁的主要成分 ,几丁质酶和β - 1, 3葡聚
糖酶分别催化二者的水解反应 ,从而抑制真菌的生
长 ......
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