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1、关于转基因植物关于转基因植物(2)第一页，讲稿共六十七页哦第一节第一节 植物的转基因技术植物的转基因技术l植物细胞培养技术植物细胞培养技术l植物转基因技术的基本路线植物转基因技术的基本路线l转基因的受体系统转基因的受体系统l外源基因导入植物的方法外源基因导入植物的方法 第二页，讲稿共六十七页哦一、植物转基因技术的基本路线一、植物转基因技术的基本路线1 1）分离目的基因）分离目的基因2 2）将目的基因与载体连接，形成重组将目的基因与载体连接，形成重组DNADNA3)3)利用细菌繁殖扩增重组利用细菌繁殖扩增重组DNADNA4)4)将与表达载体相连的重组将与表达载体相连的重组DNADNA导入到目标植
2、物导入到目标植物的细胞中的细胞中5 5）筛选转化细胞，并诱导产生转基因植株）筛选转化细胞，并诱导产生转基因植株6 6）转基因植株大规模种植）转基因植株大规模种植 第三页，讲稿共六十七页哦二、二、转基因的受体系统转基因的受体系统1 1）植物组织受体系统）植物组织受体系统 受伤的组织，愈伤组织等受伤的组织，愈伤组织等2 2）植物细胞原生质体系统）植物细胞原生质体系统3 3）生殖细胞受体系统）生殖细胞受体系统 生殖细胞如花粉细胞、卵细胞为受体细胞。单倍体培养作为生殖细胞如花粉细胞、卵细胞为受体细胞。单倍体培养作为受体，或直接在生殖细胞受精时进行基因转化。受体，或直接在生殖细胞受精时进行基因转化。4
3、4）叶绿体转化系统）叶绿体转化系统 叶绿体作为植物受体系统进行基因转化有许多优点：叶绿体作为植物受体系统进行基因转化有许多优点：便于外源便于外源基因定位整合，基因定位整合，基因为多拷贝，表达量高，基因为多拷贝，表达量高，导入的外源基因性状导入的外源基因性状稳定、安全性好，稳定、安全性好，能直接表达原核基因。能直接表达原核基因。第四页，讲稿共六十七页哦植物细胞培养技术植物细胞培养技术l植物细胞培养：单个细胞经过培养，通过愈伤组植物细胞培养：单个细胞经过培养，通过愈伤组织器官分化或体细胞胚胎分化途径再生出完整的织器官分化或体细胞胚胎分化途径再生出完整的植株的过程。植株的过程。l植物组织培养：不同来
4、源的外植体或不同器官经植物组织培养：不同来源的外植体或不同器官经过培养也可以形成完整的植物的过程。过培养也可以形成完整的植物的过程。l植物原生质体培养植物原生质体培养:除去细胞壁的细胞或被质膜除去细胞壁的细胞或被质膜包裹的裸露细胞。包裹的裸露细胞。第五页，讲稿共六十七页哦植物花药培养植物花药培养第六页，讲稿共六十七页哦第七页，讲稿共六十七页哦三三 外源基因导入植物的方法外源基因导入植物的方法1.DNA1.DNA直接转移法直接转移法 1 1）化学刺激法）化学刺激法 PEG PEG、PNAPNA（肽核酸肽核酸）、磷酸钙、氯化钙等化学试剂等）、磷酸钙、氯化钙等化学试剂等处理原生质体，可使其捕获外源处
5、理原生质体，可使其捕获外源DNADNA。2 2）电击法）电击法 在适当的外加电压下，细胞膜可能被击穿，使得外源在适当的外加电压下，细胞膜可能被击穿，使得外源DNADNA容易进容易进入细胞内。原生质体不受伤害，而且膜孔可恢复入细胞内。原生质体不受伤害，而且膜孔可恢复。第八页，讲稿共六十七页哦3 3）显微注射法）显微注射法 借助显微注射仪，将外源借助显微注射仪，将外源DNADNA通过机械方法直接注射到受体细胞。通过机械方法直接注射到受体细胞。4 4）基因枪法）基因枪法 基因枪法，也称微粒轰击法，是将基因枪法，也称微粒轰击法，是将DNADNA包被到金粒或钨粒中然后包被到金粒或钨粒中然后把这些粒子加速
6、推进靶细胞。优点是转化受体迅速简单、取材把这些粒子加速推进靶细胞。优点是转化受体迅速简单、取材广泛，不受基因型限制，金属微粒的喷射面广，植株可育性高，广泛，不受基因型限制，金属微粒的喷射面广，植株可育性高，转化频率高等。转化频率高等。5 5）脂质体介导法）脂质体介导法 是将是将DNADNA或或RNARNA包裹于脂质体内，然后进行脂质体与细胞膜的融合，包裹于脂质体内，然后进行脂质体与细胞膜的融合，通过融合导入细胞。转化效率较高，简单易操作，重复性好。通过融合导入细胞。转化效率较高，简单易操作，重复性好。第九页，讲稿共六十七页哦第十页，讲稿共六十七页哦6 6）微激光束法）微激光束法 利用激光微束脉
7、冲引起细胞膜可逆穿孔，从而将外源利用激光微束脉冲引起细胞膜可逆穿孔，从而将外源DNADNA导入受体细胞。导入受体细胞。7 7）花粉通道法）花粉通道法 将外源将外源DNADNA片段在自花授粉后的特定时期注入柱头或花柱，外源片段在自花授粉后的特定时期注入柱头或花柱，外源DNADNA沿花粉管通道或传递组织通过珠心进入胚囊，转化不具备细胞壁的沿花粉管通道或传递组织通过珠心进入胚囊，转化不具备细胞壁的受精卵，合子或早期胚体细胞。受精卵，合子或早期胚体细胞。由于转化的是完整植株的卵细胞、由于转化的是完整植株的卵细胞、受精卵或早期胚胎细胞，导入的受精卵或早期胚胎细胞，导入的DNADNA分子整合效率较高。分子
8、整合效率较高。第十一页，讲稿共六十七页哦2.2.2.2.载体介导法载体介导法载体介导法载体介导法Ti Ti 质粒介导的整合转化程序质粒介导的整合转化程序质粒介导的整合转化程序质粒介导的整合转化程序植物病毒介导的转染程序植物病毒介导的转染程序植物病毒介导的转染程序植物病毒介导的转染程序第十二页，讲稿共六十七页哦（1 1 1 1）Ti Ti Ti Ti 质粒介导的整合转化程序质粒介导的整合转化程序质粒介导的整合转化程序质粒介导的整合转化程序Ti Ti 质粒的结构与功能质粒的结构与功能质粒的结构与功能质粒的结构与功能豆科类植物的根部常常会形成根瘤豆科类植物的根部常常会形成根瘤，这是由于植物根部被一种
9、革兰氏，这是由于植物根部被一种革兰氏阴性土壤杆菌农杆根瘤菌阴性土壤杆菌农杆根瘤菌（A.tumefaciensA.tumefaciens）感染所致，感染所致，其致瘤特性是由该菌细胞内的野其致瘤特性是由该菌细胞内的野生生型质粒型质粒 TiTi（Tumor-inducingTumor-inducing）介导的介导的第十三页，讲稿共六十七页哦Ti Ti Ti Ti 质粒的结构图谱质粒的结构图谱质粒的结构图谱质粒的结构图谱整个质粒整个质粒整个质粒整个质粒 200-250 kb200-250 kb其中其中其中其中 T-DNA 12-24 kbT-DNA 12-24 kbtms tms 的编码产物负责：的编
10、码产物负责：的编码产物负责：的编码产物负责：合成吲哚乙酸合成吲哚乙酸合成吲哚乙酸合成吲哚乙酸tmr tmr 的编码产物负责：的编码产物负责：的编码产物负责：的编码产物负责：合成植物分裂素合成植物分裂素合成植物分裂素合成植物分裂素tmt tmt 的编码产物负责：的编码产物负责：的编码产物负责：的编码产物负责：合成氨基酸衍生物合成氨基酸衍生物合成氨基酸衍生物合成氨基酸衍生物冠瘿碱冠瘿碱冠瘿碱冠瘿碱第十四页，讲稿共六十七页哦Ti Ti Ti Ti 质粒致瘤的分子机制质粒致瘤的分子机制质粒致瘤的分子机制质粒致瘤的分子机制损伤的植物根部会分泌出乙酰损伤的植物根部会分泌出乙酰丁香酸和羟基乙酰丁香酸，它丁香
11、酸和羟基乙酰丁香酸，它们能诱导们能诱导TiTi质粒上的质粒上的virvir基基因以及根瘤菌染色体上的一因以及根瘤菌染色体上的一个操纵子表达。个操纵子表达。virvir基因产物基因产物将将TiTi质粒上的质粒上的T-DNAT-DNA单链切下，单链切下，而根瘤菌染色体上的操纵子表而根瘤菌染色体上的操纵子表达产物则与单链达产物则与单链T-DNAT-DNA结合形结合形成复合物，后者转化植物根成复合物，后者转化植物根部细胞。部细胞。第十五页，讲稿共六十七页哦T-DNAT-DNAT-DNAT-DNA的染色体的染色体的染色体的染色体整合机制整合机制整合机制整合机制第十六页，讲稿共六十七页哦Ti Ti Ti
12、Ti 质粒的改造质粒的改造质粒的改造质粒的改造1.1.除除去去T-DNAT-DNA上上的的生生长长素素（tmstms）和和分分裂裂素素（tmrtmr）生生物物合合成成基基因因，因因为为大大量量的的生生长长素素和分裂素会抑止细胞再生长为整株植物；和分裂素会抑止细胞再生长为整株植物；2.2.除除去去T-DNAT-DNA上上的的有有机机碱碱生生物物合合成成基基因因（tmttmt）；因因为为有有机机碱碱的的合合成成大大量量消消耗耗精精氨氨酸酸和和谷谷氨酸，影响植物细胞的生长；氨酸，影响植物细胞的生长；3.3.除去除去 Ti Ti 质粒上的其它非必需序列，最大限度地缩短载体的长度；质粒上的其它非必需序列
13、，最大限度地缩短载体的长度；4.4.安装大肠杆菌复制子，使其能在大肠杆菌中复制，以利于克隆操作；安装大肠杆菌复制子，使其能在大肠杆菌中复制，以利于克隆操作；5.5.安安装装植植物物细细胞胞的的筛筛选选标标记记，如如 neor neor 基基因因，使使用用植植物物基基因因的的启启动动子子和和polyApolyA化化信信号号序列；序列；6.6.安装多克隆位点以利于外源基因的克隆。安装多克隆位点以利于外源基因的克隆。第十七页，讲稿共六十七页哦二元整合转化程序二元整合转化程序二元整合转化程序二元整合转化程序将将外外源源基基因因克克隆隆在在大大肠肠杆杆菌菌-农农杆杆菌菌穿穿梭梭质质粒粒的的T-T-DNA
14、DNA区内；区内；重重组组质质粒粒直直接接转转化化农农杆杆菌菌株株，该该菌菌株株携携带带只只含含virvir区区不不含含T-DNAT-DNA区区的的TiTi辅辅助质粒；助质粒；以以上上述述重重组组农农杆杆菌菌感感染染植物细胞植物细胞。第十八页，讲稿共六十七页哦共整合转化程序共整合转化程序共整合转化程序共整合转化程序第十九页，讲稿共六十七页哦（2 2 2 2）植物病毒介导的转染程序）植物病毒介导的转染程序）植物病毒介导的转染程序）植物病毒介导的转染程序例例如如：以以双双链链DNADNA病病毒毒花花椰椰菜菜花花斑斑病病毒毒（CaMVCaMV）基基因因组组作作为为载载体体，去去除除有有关关的的致致病
15、病性性基基因因，换换上上外外源源基基因因，体体外外包包装装成成有有感感染染力力的的病病毒毒颗颗粒粒，转转染染植植物物细细胞胞原原生生质质体体，并由此再生成整株植物。并由此再生成整株植物。第二十页，讲稿共六十七页哦第二节第二节 转基因植物的筛选与检测转基因植物的筛选与检测l报告基因检测报告基因检测l分子生物学检测方法分子生物学检测方法第二十一页，讲稿共六十七页哦1 1、抗生素抗性基因、抗生素抗性基因lnpt,npt,新霉素磷酸转移酶基因，对卡那霉素、新霉素磷酸转移酶基因，对卡那霉素、G418G418，巴龙，巴龙霉素及新霉素等具有抗性；霉素及新霉素等具有抗性；laphIV,aphIV,潮霉素磷酸转
16、移酶基因，对潮霉素具有抗性；潮霉素磷酸转移酶基因，对潮霉素具有抗性；lspt,spt,链霉素磷酸转移酶基因，对链霉素具有抗性；链霉素磷酸转移酶基因，对链霉素具有抗性；lcat,cat,氯霉素乙酰转移酶基因，使氯霉素丧失抗菌素活性。氯霉素乙酰转移酶基因，使氯霉素丧失抗菌素活性。laacc3aacc3和和aacc4,aacc4,庆大霉素庆大霉素3 3N-N-乙酰转移酶基因，对庆大霉素乙酰转移酶基因，对庆大霉素有抗性；有抗性；lbleble，博来霉素抗性基因，对博来霉素有抗性。，博来霉素抗性基因，对博来霉素有抗性。第二十二页，讲稿共六十七页哦2 2、抗除草剂抗性基因、抗除草剂抗性基因 lbar,ba
17、r,编码膦化麦黄酮乙酰转移酶（编码膦化麦黄酮乙酰转移酶（PATPAT），使），使PPTPPT（膦化麦黄铜）的自由氨基乙酰化而对（膦化麦黄铜）的自由氨基乙酰化而对PPTPPT解毒。抗除草剂草丁膦和双丙氨膦；解毒。抗除草剂草丁膦和双丙氨膦；lepsps,epsps,草甘膦抗性标记基因，抗草甘膦；草甘膦抗性标记基因，抗草甘膦；lalsals；绿黄隆抗性标记基因。；绿黄隆抗性标记基因。第二十三页，讲稿共六十七页哦3 3、显色或发光报告基因显色或发光报告基因lGUSGUS酶活性检测酶活性检测 GUS GUS使使葡萄糖苷酶，能催化裂解一系列的葡萄糖苷，产葡萄糖苷酶，能催化裂解一系列的葡萄糖苷，产生一系列具
18、有发色基团或发荧光的物质，可用分光光度计、生一系列具有发色基团或发荧光的物质，可用分光光度计、荧光计或组织化学法对荧光计或组织化学法对GUSGUS活性进行定量和空间定位分析，检活性进行定量和空间定位分析，检测方法简单灵敏。测方法简单灵敏。l荧光素酶活性检测荧光素酶活性检测 荧光素酶催化的底物使荧光素酶催化的底物使6 6羟基喹啉类似物，在镁离子、羟基喹啉类似物，在镁离子、ATPATP及氧的作用下酶使底物脱羧，生成激活态的氧化荧光素，及氧的作用下酶使底物脱羧，生成激活态的氧化荧光素，发射光子后，转变成常态的氧化荧光素。发射光子后，转变成常态的氧化荧光素。第二十四页，讲稿共六十七页哦绿色荧光蛋白绿色
19、荧光蛋白检测检测GFPGFP产生绿色荧产生绿色荧光蛋白，光蛋白，在在395nm395nm和和490nm490nm的波长下发出独的波长下发出独特的绿色荧光。特的绿色荧光。第二十五页，讲稿共六十七页哦4.4.分子生物学检测方法分子生物学检测方法l酶联免疫检测（酶联免疫检测（ELISAELISA）：利用抗原与抗体的特）：利用抗原与抗体的特异反应，当抗原与抗体结合时，通过结合在抗异反应，当抗原与抗体结合时，通过结合在抗体上的酶作用于特定的底物后发生显色反应，体上的酶作用于特定的底物后发生显色反应，借助于比色鉴定转基因植物。借助于比色鉴定转基因植物。lPCRPCR技术检测技术检测l分子杂交分子杂交第二十
20、六页，讲稿共六十七页哦第三节第三节 改进转基因的技术改进转基因的技术l转基因植物中外源基因的沉默转基因植物中外源基因的沉默l提高外源基因表达水平的策略提高外源基因表达水平的策略第二十七页，讲稿共六十七页哦1 1、转基因植物中外源基因的沉默、转基因植物中外源基因的沉默l位置效应位置效应lDNADNA甲基化甲基化l重复序列诱发基因沉默重复序列诱发基因沉默l共抑制共抑制 第二十八页，讲稿共六十七页哦2 2、提高外源基因表达水平的策略、提高外源基因表达水平的策略l1 1）选择合适的转化方法选择合适的转化方法l2 2）使用信号肽）使用信号肽l3 3）选择强启动子和诱导型启动子选择强启动子和诱导型启动子l
21、4 4）选择强终止子）选择强终止子l5 5）使用增强子使用增强子l6 6）使用植物偏爱的密码子）使用植物偏爱的密码子l7 7）以叶绿体作为转化受体以叶绿体作为转化受体 第二十九页，讲稿共六十七页哦l8 8）使用）使用MARMAR序列（基质结合区序列）序列（基质结合区序列）MARMAR是染色质上的一段是染色质上的一段DNADNA序列，又称之为核骨序列，又称之为核骨架结合区（架结合区（SARSAR）。长度一般为）。长度一般为3003001000bp1000bp，它，它可以与核骨架结合，在两个可以与核骨架结合，在两个MARMAR之间的染色质区之间的染色质区域可连接成环，环的大小为域可连接成环，环的大
22、小为5 5200kb200kb。每一个环。每一个环为一个独立的表达结构，利用这点，将为一个独立的表达结构，利用这点，将MARMAR序列序列接到基因两侧，形成接到基因两侧，形成MAR-MAR-基因基因MARMAR结构，可避结构，可避免附近染色质造成的位置效应。免附近染色质造成的位置效应。第三十页，讲稿共六十七页哦第四节第四节 农作物基因工程农作物基因工程l抗虫转基因植物抗虫转基因植物l抗病毒作物抗病毒作物l抗细菌和真菌作物抗细菌和真菌作物l抗除草剂转基因作物抗除草剂转基因作物l抗非生物胁迫作物抗非生物胁迫作物l提高作物产量与品质提高作物产量与品质第三十一页，讲稿共六十七页哦一一一一 、抗病虫害的
23、转基因植物、抗病虫害的转基因植物、抗病虫害的转基因植物、抗病虫害的转基因植物将将抗抗虫虫基基因因导导入入农农作作物物是是植植物物基基因因工工程程的的得得意意之之笔笔，能能避避免免化化学学杀杀虫虫剂剂所所造造成成的的许许多多负负面面影影响响。目目前前，抗抗虫虫作作物物已已占占全全球球转转基基因因作作物物的的2222。用用于于构构建建抗抗虫虫害害转转基基因因植植物物常常见见的的外外源源基基因因有有苏苏云云金金芽芽孢孢杆杆菌菌的的毒毒晶晶蛋蛋白白基基因因、蛋蛋白白酶酶抑抑制制剂剂基基因因、淀淀粉粉酶酶抑抑制制剂剂基基因因、凝凝集集素素基基因因、脂脂肪肪氧氧化化酶酶基基因因、几几丁丁质质酶酶基基因因、
24、蝎蝎毒毒素素、蜘蜘蛛蛛毒毒素素基基因因等等4040多多个个，其其中中毒毒晶晶蛋蛋白白基基因因、蛋蛋白白酶酶抑抑制制剂剂基基因因和和凝集素基因应用最为广泛。凝集素基因应用最为广泛。第三十二页，讲稿共六十七页哦抗虫转基因植物抗虫转基因植物l苏云金杆菌（苏云金杆菌（BtBt）毒素蛋白基因有四种：）毒素蛋白基因有四种：I,II,I,II,III,IVIII,IVlI I型毒素蛋白抗鳞翅目昆虫型毒素蛋白抗鳞翅目昆虫lIIII型毒素蛋白抗鳞翅目核双翅目昆虫型毒素蛋白抗鳞翅目核双翅目昆虫l IIIIII型毒素抗鞘翅目昆虫型毒素抗鞘翅目昆虫lIVIV型毒素抗双翅目昆虫型毒素抗双翅目昆虫第三十三页，讲稿共六十七
25、页哦第三十四页，讲稿共六十七页哦细菌毒素蛋白编码基因的植物转基因程序细菌毒素蛋白编码基因的植物转基因程序细菌毒素蛋白编码基因的植物转基因程序细菌毒素蛋白编码基因的植物转基因程序第三十五页，讲稿共六十七页哦二、抗病毒作物二、抗病毒作物l由于病毒外壳蛋白在系统杂交保护中起着很重由于病毒外壳蛋白在系统杂交保护中起着很重要的作用，插入一段已经克隆的病毒外壳蛋白要的作用，插入一段已经克隆的病毒外壳蛋白基因基因CPCP可以延缓病毒病的发展和阻止病毒在转可以延缓病毒病的发展和阻止病毒在转基因植株中进一步传播。基因植株中进一步传播。第三十六页，讲稿共六十七页哦三、抗除草剂的转基因植物三、抗除草剂的转基因植物三
26、、抗除草剂的转基因植物三、抗除草剂的转基因植物l抑制农作物对除草剂的吸收抑制农作物对除草剂的吸收l高效表达农作物体内对除草剂敏感的靶蛋白高效表达农作物体内对除草剂敏感的靶蛋白l降低敏感性靶蛋白对除草剂分子的亲和性降低敏感性靶蛋白对除草剂分子的亲和性l向农作物体内导入除草剂的代谢灭活能力向农作物体内导入除草剂的代谢灭活能力第三十七页，讲稿共六十七页哦抗除草剂作物抗除草剂作物l谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶GSGS在植物的氨同化及氮代谢过程中起重要的作用，对在植物的氨同化及氮代谢过程中起重要的作用，对氨具有很高的亲和力，是植物体内唯一能够解除由硝酸盐还原、氨氨具有很高的亲和力，是植物体内唯一能够解除
27、由硝酸盐还原、氨基酸代谢及光呼吸中释放出来的氨毒性的解毒酶。基酸代谢及光呼吸中释放出来的氨毒性的解毒酶。lPPTPPT能够强烈抑制能够强烈抑制GSGS，从而导致细胞内氨的含量的迅速积累。而氨的积累，从而导致细胞内氨的含量的迅速积累。而氨的积累直接抑制光系统直接抑制光系统I I和光系统和光系统IIII反应，减少跨膜反应，减少跨膜PHPH梯度，使光合磷酸化梯度，使光合磷酸化解耦联，随之叶绿体结构解体，整个植物死亡。解耦联，随之叶绿体结构解体，整个植物死亡。l而而PPTPPT是目前广泛使用的除草剂的成分，杀草谱广，对植物的地是目前广泛使用的除草剂的成分，杀草谱广，对植物的地上部分和地下部分均有枯杀作
28、用，在土壤中易被代谢分解，残留上部分和地下部分均有枯杀作用，在土壤中易被代谢分解，残留期短，半衰期只有期短，半衰期只有2 23 3天。天。lbarbar基因编码基因编码PPTPPT乙酰转移酶，催化乙酰辅酶乙酰转移酶，催化乙酰辅酶A A的乙酰基转移到的乙酰基转移到PPTPPT的氨的氨基上，形成乙酰基上，形成乙酰PPTPPT，而使，而使PPTPPT失活。失活。第三十八页，讲稿共六十七页哦抗除草剂的水稻抗除草剂的水稻第三十九页，讲稿共六十七页哦四、控制果实成熟的转基因植物四、控制果实成熟的转基因植物四、控制果实成熟的转基因植物四、控制果实成熟的转基因植物植植物物细细胞胞中中的的乙乙烯烯由由S S-腺
29、腺苷苷甲甲硫硫氨氨酸酸经经氨氨基基环环丙丙烷烷羧羧酸酸合合成成酶酶ACCACC和和乙乙烯烯合合成成酶酶EFEEFE催催化化裂裂解解而而成成。科科学学家家采采用用反反义义RNARNA技技术术封封闭闭番番茄茄细细胞胞中中上上述述两两个个酶酶编编码码基基因因的的表表达达，由由此此构构建建出出的的重重组组番番茄茄的的乙乙烯烯合合成成量量分分别别仅仅为为野野生生植植物物的的3%3%和和0.5%0.5%，明明显显增增长长了了番番茄茄的保存期。的保存期。第四十页，讲稿共六十七页哦第四十一页，讲稿共六十七页哦五、高产高品质的转基因植物五、高产高品质的转基因植物五、高产高品质的转基因植物五、高产高品质的转基因植
30、物ll将不饱和脂肪酸转化为饱和脂肪酸将不饱和脂肪酸转化为饱和脂肪酸将不饱和脂肪酸转化为饱和脂肪酸将不饱和脂肪酸转化为饱和脂肪酸ll提高粮食中必需氨基酸的含量提高粮食中必需氨基酸的含量提高粮食中必需氨基酸的含量提高粮食中必需氨基酸的含量ll提高粮食中铁元素提高粮食中铁元素提高粮食中铁元素提高粮食中铁元素 和维生素的含量和维生素的含量和维生素的含量和维生素的含量ll延长棉花纤维的长度延长棉花纤维的长度延长棉花纤维的长度延长棉花纤维的长度第四十二页，讲稿共六十七页哦六、改变花卉形状和颜色的转基因植物六、改变花卉形状和颜色的转基因植物六、改变花卉形状和颜色的转基因植物六、改变花卉形状和颜色的转基因植物
31、改变花卉的颜色改变花卉的颜色改变花卉的颜色改变花卉的颜色 大大多多数数花花卉卉的的色色素素为为黄黄酮酮类类物物质质，由由苯苯丙丙氨氨酸酸通通过过一一系系列列的的酶酶促促反反应应合合成成，而而颜颜色色主主要要取取决决于于色色素素分分子子侧侧链链取取代代基基团团的的性性质质和和结结构构，如如花花青素衍生物呈红色，翠雀素衍生物呈蓝色等。青素衍生物呈红色，翠雀素衍生物呈蓝色等。在在黄黄酮酮类类色色素素的的生生物物合合成成途途径径中中，苯苯基基苯苯乙乙烯烯酮酮合合成成酶酶（CHSCHS）是是一一个个关关键键酶酶。利利用用反反义义RNARNA技技术术可可有有效效抑抑制制矮矮牵牵牛牛花花属属植植物物细细胞胞
32、内内的的CHSCHS基基因因表表达，使转基因植物花冠的颜色由野生型的紫红色变成了白色。达，使转基因植物花冠的颜色由野生型的紫红色变成了白色。第四十三页，讲稿共六十七页哦第四十四页，讲稿共六十七页哦第四十五页，讲稿共六十七页哦第四十六页，讲稿共六十七页哦第五节第五节 植物生物反应器植物生物反应器l转基因植物作为生物反应器，可以生产过去只能从稀有植物乃至其他生物体才转基因植物作为生物反应器，可以生产过去只能从稀有植物乃至其他生物体才能够获得、或者收获量甚微的一些具有商业价值的物质，如细胞素，激素，单能够获得、或者收获量甚微的一些具有商业价值的物质，如细胞素，激素，单克隆抗体，营养蛋白、疫苗、酶、各
33、种生长因子、植物次生代谢物及其他一些克隆抗体，营养蛋白、疫苗、酶、各种生长因子、植物次生代谢物及其他一些药物及工业部门使用的原料。药物及工业部门使用的原料。能产生脂肪酸的转基能产生脂肪酸的转基因植物因植物第四十七页，讲稿共六十七页哦转基因植物作为生物反应器的优势如下：转基因植物作为生物反应器的优势如下：转基因植物作为生物反应器的优势如下：转基因植物作为生物反应器的优势如下：植物易于生长，农田管理成本相对低廉，操作技术要求也植物易于生长，农田管理成本相对低廉，操作技术要求也不高。不高。植物表达系统生产的疫苗可以直接植物表达系统生产的疫苗可以直接 储存在植物种子和果储存在植物种子和果实中，无需冷藏
34、系统进行储藏运输，易于长距离运输及推实中，无需冷藏系统进行储藏运输，易于长距离运输及推广。广。植物具有完整的植物具有完整的真核表达修饰系统真核表达修饰系统利用转基因植利用转基因植 物生物生产的重组蛋白。产的重组蛋白。药物和疫苗在药物和疫苗在分子结构和生物活性上分子结构和生物活性上与人体来源的蛋与人体来源的蛋白质相似白质相似第四十八页，讲稿共六十七页哦转基因烟草表转基因烟草表转基因烟草表转基因烟草表达小鼠抗体达小鼠抗体达小鼠抗体达小鼠抗体第四十九页，讲稿共六十七页哦第六节第六节 转基因植物的安全性转基因植物的安全性l标记基因的安全性标记基因的安全性l转基因植物安全性评价与争论的问题转基因植物安全
35、性评价与争论的问题 第五十页，讲稿共六十七页哦（1 1）生物安全的含义）生物安全的含义l生物安全使指在一定的时间与空间范围内，由于自然或人类生物安全使指在一定的时间与空间范围内，由于自然或人类活动引起外来物种迁移，外来物种在定居、建群、繁衍、扩活动引起外来物种迁移，外来物种在定居、建群、繁衍、扩展的连串过程中造成对本土物种和生态系统的威胁、危害，展的连串过程中造成对本土物种和生态系统的威胁、危害，使之衰退，甚至退化和灭绝使之衰退，甚至退化和灭绝；（外来物种入侵）；（外来物种入侵）l或由于人为造成环境的剧烈变化，导致生态环境的破坏或掠或由于人为造成环境的剧烈变化，导致生态环境的破坏或掠夺生物资源
36、，砍伐和捕捞过度，严重时导致物种濒危或灭绝夺生物资源，砍伐和捕捞过度，严重时导致物种濒危或灭绝；（生态环境破坏）（生态环境破坏）l或由于科学研究、开发、生产和应用中造成对人类健康、生存或由于科学研究、开发、生产和应用中造成对人类健康、生存环境和社会生活的有害影响环境和社会生活的有害影响。（生物技术）。（生物技术）第五十一页，讲稿共六十七页哦（2 2）生物安全问题的提出与演化）生物安全问题的提出与演化l19731973年在美国新罕布尔州举行的哥敦会议上（年在美国新罕布尔州举行的哥敦会议上（GordonGordon），在讨论核），在讨论核酸问题时，许多生物学家对即将到来的大量基因工程操作的安全酸问
37、题时，许多生物学家对即将到来的大量基因工程操作的安全性提出担忧；性提出担忧；l19751975年年2 2月，在美国加州阿西罗玛（月，在美国加州阿西罗玛（AsilomarAsilomar）举行了一次国际会议，）举行了一次国际会议，第一次正式讨论转基因生物的安全性问题；第一次正式讨论转基因生物的安全性问题；l19761976年，美国国立卫生研究院（年，美国国立卫生研究院（NIHNIH）发布）发布重组重组DNADNA分子研究准分子研究准则则，随后，德、法、日、澳等也相继制定了有关重组，随后，德、法、日、澳等也相继制定了有关重组DNADNA技术的技术的安全操作指南或准则，经济发展合作组织（安全操作指南
38、或准则，经济发展合作组织（OECDOECD）颁布了）颁布了生物技术生物技术管理条例管理条例，欧盟颁布了，欧盟颁布了关于控制使用基因修饰微生物的指令关于控制使用基因修饰微生物的指令、关于基因修饰生物向环境释放的指令关于基因修饰生物向环境释放的指令等等。第五十二页，讲稿共六十七页哦l19921992年年6 6月，联合国环境与发展大会通过月，联合国环境与发展大会通过生物多样性公约生物多样性公约，直，直至至20002000年年1 1月正式通过月正式通过生物安全议定书生物安全议定书。l19931993年，国际经济合作与发展组织（年，国际经济合作与发展组织（OECDOECD）提出转基因食品安）提出转基因食
39、品安全性分析原则是全性分析原则是“实质等同性实质等同性”原则。即转基因食品及其成分原则。即转基因食品及其成分应与市场上销售的对应食品具有实质等同性。这种等同性包括应与市场上销售的对应食品具有实质等同性。这种等同性包括表型性状、分子特性、主营养成分及抗营养因子。表型性状、分子特性、主营养成分及抗营养因子。l20012001年年5 5月月2323日，中国国务院第日，中国国务院第304304号令颁布了号令颁布了农业转基因生物安全农业转基因生物安全管理条例管理条例。该条例共分该条例共分8 8章，分别是总则、研究与试验、生产与章，分别是总则、研究与试验、生产与加工、经营、进口与出口、监督检查、罚则、附则
40、等。加工、经营、进口与出口、监督检查、罚则、附则等。第五十三页，讲稿共六十七页哦（3 3）转基因生物的潜在生态风险）转基因生物的潜在生态风险 1 1）转基因生物的转基因生物的“基因污染基因污染”造成生态问题，引起杂造成生态问题，引起杂草化。草化。l抗除草剂的转基因油菜中抗除草剂基因（目的基因和抗除草剂的转基因油菜中抗除草剂基因（目的基因和外源性基因）可以通过外源性基因）可以通过“基因漂流基因漂流”或或“基因逃逸基因逃逸”，特别是通过蜂蝶等昆虫或风力作为载体传播花粉，特别是通过蜂蝶等昆虫或风力作为载体传播花粉，在一次杂交、一次回交的过程中就可以转到其野生近在一次杂交、一次回交的过程中就可以转到其
41、野生近缘种中而出现缘种中而出现“基因污染基因污染”，危及生物多样性和生态，危及生物多样性和生态安全。转基因生物的安全。转基因生物的“基因漂流基因漂流”造成造成“基因污染基因污染”，可能引起农田生态系统中产生多种新的农田杂草。可能引起农田生态系统中产生多种新的农田杂草。第五十四页，讲稿共六十七页哦l19981998年，加拿大年，加拿大AlbertaAlberta省发现一种省发现一种CanolaCanola油菜，油菜，它由于基因污染而含有抗它由于基因污染而含有抗草甘膦、抗固沙草、抗咪草甘膦、抗固沙草、抗咪唑啉类除草剂等三掌转基唑啉类除草剂等三掌转基因堆积而成的因堆积而成的“广谱抗除广谱抗除草剂基因
42、草剂基因”（HTHT基因）。基因）。第五十五页，讲稿共六十七页哦l另一个有名的例子是：另一个有名的例子是：J.E.Losey 1996J.E.Losey 1996年在年在NatureNature杂志发表的一篇报导：他们用杂志发表的一篇报导：他们用转转BtBt基因玉基因玉米花粉米花粉的马利筋叶片来饲喂大斑蝴蝶幼虫，对照组是的马利筋叶片来饲喂大斑蝴蝶幼虫，对照组是加普通玉米花粉的马利筋叶片及不加玉米花粉的马利加普通玉米花粉的马利筋叶片及不加玉米花粉的马利筋叶片，结果转基因玉米花粉的叶片饲喂幼虫后，第筋叶片，结果转基因玉米花粉的叶片饲喂幼虫后，第二天死亡二天死亡1010以上，以上，4 4天后死亡天后
43、死亡4444。而对照组全部。而对照组全部存活。这就表明，存活。这就表明，BtBt转基因玉米花粉可能威胁大斑蝴转基因玉米花粉可能威胁大斑蝴蝶的生存蝶的生存,引起生态种群的破坏。引起生态种群的破坏。第五十六页，讲稿共六十七页哦2 2）转基因生物对农田生态系统的潜在风险）转基因生物对农田生态系统的潜在风险 l增加杀虫剂的使用。增加杀虫剂的使用。由于转基因生物可能造成的影响是抗药基因的由于转基因生物可能造成的影响是抗药基因的特性选择和转移或漂流到可相容的其他植物中，形成抗性杂草或超级特性选择和转移或漂流到可相容的其他植物中，形成抗性杂草或超级杂草，具有很强的抗药性。杂草，具有很强的抗药性。l产生新的农
44、田杂草。产生新的农田杂草。其原因是由于基因漂流或基因逃逸，如通过昆虫其原因是由于基因漂流或基因逃逸，如通过昆虫传播花粉引起杂交或基因污染，使近缘种变成新杂草或超级杂草。传播花粉引起杂交或基因污染，使近缘种变成新杂草或超级杂草。l转基因植物自身变为杂草转基因植物自身变为杂草。由于插入性状的竞争而演变退化为杂。由于插入性状的竞争而演变退化为杂草。广谱抗除草剂堆积基因群（草。广谱抗除草剂堆积基因群（HTHT）的超级杂草。）的超级杂草。第五十七页，讲稿共六十七页哦l产生新的病毒。产生新的病毒。由于不同病毒基因组和转基因作物的病毒外由于不同病毒基因组和转基因作物的病毒外壳蛋白重组而出现新型病毒。壳蛋白重
45、组而出现新型病毒。l产生新的作物害虫产生新的作物害虫。由于病原体与转基因植物相互作用或是。由于病原体与转基因植物相互作用或是草食动物与转基因植物相互作用而出现的新型转基因害虫。比草食动物与转基因植物相互作用而出现的新型转基因害虫。比如常见害虫产生抗性，并进化增强。如常见害虫产生抗性，并进化增强。l对非目标生物的伤害对非目标生物的伤害。由于误食或基因污染导致。例如。由于误食或基因污染导致。例如20022002年年1010月美国内布拉斯加的一块约一英亩的刚收获大豆的田里，月美国内布拉斯加的一块约一英亩的刚收获大豆的田里，发现了三株转基因玉米。这是因为上一年种植的含一种胰发现了三株转基因玉米。这是因
46、为上一年种植的含一种胰岛素蛋白的药用转基因玉米的种子遗留下来在田里发芽，岛素蛋白的药用转基因玉米的种子遗留下来在田里发芽，结果导致总价值结果导致总价值270270万美元的这一季大豆不得不付之一炬。万美元的这一季大豆不得不付之一炬。第五十八页，讲稿共六十七页哦3 3）转基因生物对自然生态系统的潜在风险）转基因生物对自然生态系统的潜在风险l侵入到新的栖息地。通过昆虫、鸟类、风力等媒介使转基因花侵入到新的栖息地。通过昆虫、鸟类、风力等媒介使转基因花粉四处扩散，造成基因污染，威胁生物多样性安全。粉四处扩散，造成基因污染，威胁生物多样性安全。l丧失生物多样性。丧失生物多样性。转基因生物通过生存竞争、环境
47、胁迫或其他不确转基因生物通过生存竞争、环境胁迫或其他不确定性因素增加的影响（基因、种群或物种），使生物多样性受损害定性因素增加的影响（基因、种群或物种），使生物多样性受损害或者丧失。或者丧失。l对非目标本土物种的伤害对非目标本土物种的伤害。由于改变互惠共生关系导致。由于改变互惠共生关系导致。l营养循环和环境生物地球化学过程的改变营养循环和环境生物地球化学过程的改变。生物与非生物环境的相。生物与非生物环境的相互作用关系改变导致。互作用关系改变导致。l初级生产力的改变。改变物种的组成和结构以及转基因植物的不同初级生产力的改变。改变物种的组成和结构以及转基因植物的不同性状，都可能导致在不同程度上影响
48、初级生产力的变化。性状，都可能导致在不同程度上影响初级生产力的变化。第五十九页，讲稿共六十七页哦4 4）转基因生物对健康安全的潜在风险）转基因生物对健康安全的潜在风险 l转基因食品有毒性吗？转基因食品有毒性吗？转基因食品可能造成过敏吗？转基因食转基因食品可能造成过敏吗？转基因食品中的标记基因会不会有危险？品中的标记基因会不会有危险？一些具有抗除草剂或毒杀一些具有抗除草剂或毒杀害虫功能的基因，是否会通过食物链进入人体内而影响健害虫功能的基因，是否会通过食物链进入人体内而影响健康？康？外源性目的基因转入移植后是否会产生新的有害遗传外源性目的基因转入移植后是否会产生新的有害遗传性状或不利于健康的因素
49、？性状或不利于健康的因素？转基因食品对人类的生殖遗传是转基因食品对人类的生殖遗传是否会有影响？等等。否会有影响？等等。第六十页，讲稿共六十七页哦l虽然迄今还没有具说服力的研究报告说明转基因食品（虽然迄今还没有具说服力的研究报告说明转基因食品（GMFGMF）的毒性，但由于转基因作物可能产生）的毒性，但由于转基因作物可能产生“非预期后果非预期后果”，因此由其加工的食品可能存在潜藏的健康风险。，因此由其加工的食品可能存在潜藏的健康风险。l例如，据例如，据19981998年报导，转基因马铃薯引起大鼠器官生长异常。年报导，转基因马铃薯引起大鼠器官生长异常。英国英国20022002年的研究称，转基因大豆制
50、成的汉堡包食用后，在排年的研究称，转基因大豆制成的汉堡包食用后，在排出的粪便中仍含有转基因出的粪便中仍含有转基因DNADNA的成分，表明抗除草剂基因可存的成分，表明抗除草剂基因可存在于肠道细菌内并没有被完全消化。又如，马铃薯中本来含在于肠道细菌内并没有被完全消化。又如，马铃薯中本来含有毒素茄碱（绿马铃薯），转基因马铃薯中茄碱是增加还消有毒素茄碱（绿马铃薯），转基因马铃薯中茄碱是增加还消除了呢？除了呢？毒性问题毒性问题第六十一页，讲稿共六十七页哦过敏性问题过敏性问题l过敏性风险史医学上的过敏性风险史医学上的“变应原性风险变应原性风险”，一般人和动物，一般人和动物是非常低的，但转基因作物可能诱发或