2、 谈谈观赏植物中应用转基因工程价值?

我国地域广阔，地形地貌和气候等条件千差万别，造就了异常丰富的观赏植物种质资源，为世界园林事业的发展作出了巨大贡献。伴随着人民生活水平的不断提高和鉴赏情趣的不断变化，人们对优美舒适环境的需求日益高涨，对观赏植物的新品种新类型提出了更高要求。长期以来，人们运用常规育种和定向选择技术，虽然在一定程度上丰富了观赏植物用种，但距离人们的求奇求异要求相去甚远。在此基础上，包括基因工程在内的高新育种技术的研发应运而生。几十年来，人们利用基因工程技术，在不改变植株其它遗传性状的同时，改变单个性状，为观赏植物引入新的基因，而直接达到改良的目的，创造了大量的观赏植物新种质。综述基因工程操作过程、观赏植物种质资源中的基因工程应用现状及前景，旨为相关研究提供参考和帮助。 1基因工程操作过程 简单地讲，基因工程操作过程大体包括以下4个主要步骤： 1．1取得或制备目的基因 通过分离自然基因、分子杂交法和化学合成法等，获得符合人们要求的微生物、动物和植物的基因，作为目的基因。 1．2将目的基因与适当的载体结合。组成重组DNA分子 取得或制备的目的基因即将要克隆的DNA分子，通过粘性末端连接、平整末端连接、同聚末端连接或人工分子连接等方法与载体DNA分子连接起来，形成重组DNA分子。 1．3重组DNA分子导入受体细胞 常用的方法有转化同质粒作载体、转染用噬菌体DNA作载体和转导用噬菌体DNA作载体，植物基因工程也可采用非载体(如花粉、电击穿孔法、注射法等)的方法。通过上述方法，将重组DNA分子成功导人受体细胞。 1．4 目的基因的作用和充分表达 从细胞群中选出含有所需重组DNA分子的细胞，接着进行克隆，即大量繁殖，形成无性繁殖系，实现目的基因在受体中的顺利表达并发挥功能，从而获得目的基因表达的产品。 2基因工程在观赏植物种质资源工作中的应用现状 2．1新基因导入观赏植物。改良花色 花色是观赏花卉植物最重要的质量指标之一。花色的母体是花色素，主要由类胡萝卜素、类黄酮和花青素3类物质决定。花色素的形成以及花色素在花瓣中的含量和分布等都受基因控制。正是由于这些基因的存在和改变，致使观赏植物花色丰富多彩、变化多样。利用常规育种技术尤其是杂交育种技术，虽然在花色改良中做出了重要贡献，但其远缘杂交亲和力差，物种生殖隔离和基因连锁难以打破，染色体重组时交换值小，创造符合人类各种需求的新种质所需的育种周期长、效率较低。通过基因工程，利用农杆菌介导和直接转移将控制花色的目的基因转入植物受体，从而使受体增加1个或几个新性状，创造出具有优良花色性状的新种质，例如对于单基因控制的花色，如果某观赏植物种或品种体内缺乏这种基因，可直接导入外源结构基因改变其花色。世界上首例基因工程改变矮牵牛花色的实验便采用此法：将玉米DFR基因导入矮牵牛R101突变体，产生了世界上首次出现的含花葵素的砖红色矮牵牛。 基因工程技术修饰花色性状的方法有反义抑制法(antisense suppression)和有义抑制法(sense suppres- sion)。李艳等将chsA-uidA融合基因导入矮牵牛中，得到的转基因植株花色发生了明显改变，转化概率达到100％。 2．2利用转基因技术，改变观赏植物的株型 株型直接影响观赏植物的整体效果，优美、整齐的株型是提高观赏植物观赏价值的基础。株型基因工程通过插入编码与激素调节有关蛋白的基因，来修饰激素变化而改变株型。激素的过量表达、少量产生、互作，或组织对激素敏感性的改变，都会引起观赏植物株型的变化。如微生物来源的激素基因rol(A、B、c)的作用是使生长素和细胞分裂素过量表达，并且对激素的敏感性增加。转基因植株的顶端优势降低，分枝增加，节间缩短，叶片小而皱缩，花小，花粉、种子减少。转rol基因的金鱼草植株不但矮化，而且花枝增加，每株花朵数量增加了3倍。转rolC基因的玫瑰植株呈典型的表现型变化一植株矮化、叶片皱缩，从主茎的基部形成多重茎。细胞色素基因PhyA的功能是细胞色素过量表达，转基因植株节间缩短、植株矮化、顶端优势减少、侧枝增加和叶片衰老延迟。 2．3利用基因工程，提高观赏植物的抗病性 通过植株抗病基因工程可以改良植株抗病性，使植物更有效地抵抗病菌。随着对病原物致病和植株抗病机制研究的深入，植物抗病基因工程在花卉抗病品种选育的实践中越来越得到广泛的应用，现已有用农杆菌介导法将病毒外壳蛋白基因转入百合以培育抗病毒品种的研究报道。中国花卉工作者也成功获得提纯的香石竹叶脉斑驳病毒外壳蛋白基因cDNA，并测定了序列，初步确定了该基因，为利用基因工程培育抗病毒香石竹打下了良好基础。 2．4获得转基因抗虫植物。丰富抗虫植物种质资源 病虫害一直是困扰植物生产的主要因素，每年植物害虫造成的损失量急剧增加。使用化学杀虫剂来防治害虫，虽然也取得了一定成效，但由此带来了农药残留污染环境、人类健康受到危害、害虫抗药性及生产成本提高等一系列问题。为避免生态环境进一步恶化，通过抗虫基因工程获得转基因抗虫植株，受到越来越多的关注。目前，已经从微生物及植物本身分离出了一些有效的抗虫基因，如苏云金杆菌(Bt)毒蛋白基因和蛋白酶抑制基因等，并由此获得了大量的转基因抗虫植物。北京林业大学已成功将抗虫基因导入毛白杨体内，获得转基因抗虫植株。 2．5转基因植物的抗寒性 随着生物技术的快速发展和日趋完善，利用基因工程使植物获得抗寒性成为最有效的途径。1987年，deVries等将抗冻基因整合在Ti质粒上，用叶圆片法转化郁金香等获得一定的抗冻力。由于起步较晚，抗寒基因工程还存在着很多问题。植物抗寒性为多基因控制和调节，而目前多仅限于转单基因，植株抗寒性提高程度有限。因此，应加强抗寒性基础研究，寻找抗寒主基因，创造新的抗寒基因工程途径。 3问题与展望 3．1影响观赏植物品质的因素很多，如观赏寿命、花朵形状及大小、花香、鲜重、颜色、株型和抗性等，而目前研究主要集中在改良花色和花型，其他方面的工作还相对滞后。优良的观赏植物要求形、色、香、质完美有机地结为一体，目前多数观赏植物还很难达到这种境界。这就要求观赏植物种质资源工作者加强观赏植物遗传规律的深入研究，探索花色、花型、花径、花香、株型和抗性等基因改良方案，寻找优良的目的基因，创造更加优良的观赏植物新种质资源。同时，应加强对野生种质资源的研究和利用，寻求新的突破口。 3．2插入基因的稳定性及其是否稳定遗传是转基因植物商业化应注意的问题。目前通过基因工程的方法虽已获得大量植株，但由于外源基因的插入是随机的，特别是目前采用的主要方法农杆菌介导的T-DNA定点整合不稳定，导入以后往往不能稳定表达且有可能影响其它的代谢，而关于这方面研究较少。今后应加强该方面的研究。 3．3通过基因工程培育观赏植物新种质，需借助于复杂的转基因技术及组培技术和诱导成苗技术。为了不断扩大基因工程的应用领域，还需要成熟的安全检测技术。目前，虽然在很多方面取得了较大进展，但距离大范围地推广和应用基因工程技术还有一段相当长的路要走。不过，我们相信，伴随着基因工程技术的飞速发展，困扰育种、环境等领域专家们的问题将迎刃而解。