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1、第四节第四节 植物原生质体培养技术植物原生质体培养技术 除去纤维素外壁且具有生活力的裸体植物除去纤维素外壁且具有生活力的裸体植物细胞称之为植物原生质体。细胞称之为植物原生质体。影响原生质体产量和活力的因素影响原生质体产量和活力的因素1、材料的来源、材料的来源 2、前处理、前处理 3、酶处理、酶处理 4、渗透压、渗透压1、材料的来源、材料的来源l叶片叶片l愈伤组织愈伤组织l培养细胞培养细胞2.2.前处理前处理A A、材料用黑暗处理、低温处理和不同光质照射、材料用黑暗处理、低温处理和不同光质照射B、消毒、消毒 C、保证酶解充分进行，促使酶溶液渗入到叶片的细胞、保证酶解充分进行，促使酶溶液渗入到叶片
2、的细胞间隙中。间隙中。3 3、酶处理、酶处理l纤维素酶、果胶酶、半纤维素酶纤维素酶、果胶酶、半纤维素酶酶解时间酶解时间酶浓度酶浓度酶解温度酶解温度酶处理效果酶处理效果4.4.渗透剂渗透剂 在分离原生质体的酶溶液内，需加入一定量的渗透稳定剂，其在分离原生质体的酶溶液内，需加入一定量的渗透稳定剂，其作用是保持原生质体膜的稳定，避免破裂。作用是保持原生质体膜的稳定，避免破裂。糖溶液系统糖溶液系统 盐溶液系统盐溶液系统 l机械法机械法l酶消化法酶消化法原生质体分离原生质体分离A、两步法分离植物原生质体 先用果胶酶离析植物组织，使植物细胞从组织中分离出来，然后收集细胞洗涤后用纤维素酶解离细胞壁获得原生质
3、体B、一步法分离 把一定量的纤维素酶和果胶酶组成混合酶液，对材料进行一次性处理。原生质体活力测定原生质体活力测定目测法目测法目测法目测法活体染色法活体染色法活体染色法活体染色法荧光染料活体染色法荧光染料活体染色法荧光染料活体染色法荧光染料活体染色法第五节第五节 植物细胞融合技术植物细胞融合技术（体细胞杂交）（体细胞杂交）l在外界因素作用下，使两个或两个以上植物细胞合并成在外界因素作用下，使两个或两个以上植物细胞合并成一个多核细胞的过程。一个多核细胞的过程。Fusion phases of oat protoplasts(Avena sativa)1978年德国科学家梅歇尔年德国科学家梅歇尔斯等
4、人把马铃薯斯等人把马铃薯(potato)和和番茄番茄(tomato)的原生质体的原生质体融合获得了体细胞杂种融合获得了体细胞杂种“泡马豆泡马豆”（pomato)一、诱导融合的方法一、诱导融合的方法 无机盐诱导融合 高pH-高Ca离子 聚乙二醇(PEG)法 PEG结合高钙-高pH诱导法 电融合技术无机盐诱导融合无机盐诱导融合:NaNO3法法n1972年：年：Carlson诱导原生质体融合获得首例杂种诱导原生质体融合获得首例杂种植株粉蓝烟草和朗氏烟草体细胞杂种。植株粉蓝烟草和朗氏烟草体细胞杂种。NaNO3的作用：的作用：中和质膜的负电荷，使原中和质膜的负电荷，使原生质体不再相互排斥，而紧密结合在一
5、起生质体不再相互排斥，而紧密结合在一起不足：诱导频率不高。不足：诱导频率不高。19731973年：年：KellerKeller用用pH10.5pH10.5的的50 mM CaCl50 mM CaCl2 2溶液在溶液在3737时，诱发烟草叶肉原生质体融合。时，诱发烟草叶肉原生质体融合。优点：杂种产量高。优点：杂种产量高。不足：高不足：高pHpH值对细胞有毒害作用。值对细胞有毒害作用。高高pH-高高Ca离子法离子法PEG法法特点：特点：融合频率高融合频率高可重复性强可重复性强诱发融合无特异性诱发融合无特异性毒性较低毒性较低植物植物+植物植物植物植物+动物动物动物动物+酵母酵母PEG法法PEG法法原
6、理原理PEG是是一一种种带带负负电电性性的的高高分分子子化化合合物物，在在原原生生质质体体融融合合中中起起到到一一种种桥桥梁梁作作用用，可可以以使使原原生生质质体体凝凝聚聚。在在洗洗脱脱过过程程中中，PEG将将被被洗洗掉掉，导导致致质质膜膜表表面面电电荷荷重重排排。粘粘连连的的质质膜膜大大面面积积紧紧密密相相连连，电电荷荷的的重重排排队队导导致致一一个个原原生生质质体体的的负负性性电电荷荷部部位位与与另另一一原原生生质质体体的的正正性性电荷部位相连而导致融合。电荷部位相连而导致融合。-+-+-桥梁桥梁+-PEG被洗掉被洗掉+-电荷重排电荷重排+-原生质体膜接触原生质体膜接触+-融合融合示示意意
7、 图图最为常用。最为常用。具体做法：在无菌条件下混合双亲原生质体-滴加PEG溶液，摇匀，静置-滴加高钙-高pH溶液，摇匀，静置-滴加原生质体培养液洗涤数次-离心获得原生质体细胞团-筛选-再生杂合细胞PEG结合高钙结合高钙-高高pH诱导法诱导法电融合法电融合法二、原生质体融合的过程二、原生质体融合的过程l包括包括3 3个主要阶段：个主要阶段：1 1、凝聚作用阶段，其间两个或两个以上的原生质体的质膜彼此靠近、凝聚作用阶段，其间两个或两个以上的原生质体的质膜彼此靠近2 2、在很小的局部区域质膜紧密粘连，彼此融合，在两个原生质体之、在很小的局部区域质膜紧密粘连，彼此融合，在两个原生质体之间细胞质呈现连
8、续状态，或是出现桥间细胞质呈现连续状态，或是出现桥3 3、由于细胞质桥的扩展，融合完成，形成球形的异核体或同核体。、由于细胞质桥的扩展，融合完成，形成球形的异核体或同核体。三、杂合体的鉴别与筛选三、杂合体的鉴别与筛选（一）杂合细胞的显微镜鉴别（一）杂合细胞的显微镜鉴别（二）互补法筛选杂合细胞（二）互补法筛选杂合细胞（三）采用细胞与分子生物学的方法鉴别杂合体（三）采用细胞与分子生物学的方法鉴别杂合体（四）根据融合处理后再生长出的植株的形态特征进行鉴别（四）根据融合处理后再生长出的植株的形态特征进行鉴别遗传互补筛选法：遗传互补筛选法：利用每一亲本贡献一个功能正常等利用每一亲本贡献一个功能正常等位基
9、因，纠正另一亲本的缺陷，令杂种细胞表现正位基因，纠正另一亲本的缺陷，令杂种细胞表现正常。常。l 如亲本如亲本1 1：叶绿体缺陷型：叶绿体缺陷型 亲本亲本2 2：光致死型：光致死型 两亲本在光照下一种死亡，另一种呈白两亲本在光照下一种死亡，另一种呈白 色，融合细胞长成植株呈绿色，并能成长色，融合细胞长成植株呈绿色，并能成长抗性互补筛选法：抗性互补筛选法：利用亲本细胞原生质体对抗生利用亲本细胞原生质体对抗生素、除草剂及其它有毒物质抗性差异选择杂种素、除草剂及其它有毒物质抗性差异选择杂种细胞。细胞。如：如：亲本亲本1 1：对放线菌素：对放线菌素D D抗性，但在抗性，但在MSMS培养基上不能培养基上不
10、能超过超过5050个世代个世代 亲本亲本2 2：对放线菌素：对放线菌素D D很敏感，但能在很敏感，但能在MSMS上生长上生长 杂种细胞能在含有放线菌素的杂种细胞能在含有放线菌素的MSMS培养基上生长，培养基上生长，而亲本和其它细胞死亡而亲本和其它细胞死亡小小 结结l植物体细胞杂交即原生质体融合，是获得胞质杂种的理想途植物体细胞杂交即原生质体融合，是获得胞质杂种的理想途径径 l体细胞杂交在远缘育种与新物种、新资源创造中具有深远意体细胞杂交在远缘育种与新物种、新资源创造中具有深远意义义 l原生质体融合技术主要有原生质体融合技术主要有PEGPEG融合和电融合融合和电融合 l杂种的成功培养是建立在原生
11、质体的培养技术上的，选择和杂种的成功培养是建立在原生质体的培养技术上的，选择和鉴定是获得细胞杂种的关键鉴定是获得细胞杂种的关键 l提高融合效率和培养重复性是该技术研究的重点提高融合效率和培养重复性是该技术研究的重点 l细胞杂种是体细胞遗传研究的良好体系细胞杂种是体细胞遗传研究的良好体系转基因植物（转基因植物（Transgene plant）是指利用植物遗传工程进行）是指利用植物遗传工程进行DNA重重组，将优良的目的基因稳定的整合到植物的基因组中，并在子代中组，将优良的目的基因稳定的整合到植物的基因组中，并在子代中得到有效的表达，获得具有新的遗传性状的植物体。得到有效的表达，获得具有新的遗传性状
12、的植物体。第七节第七节 植物转基因技术植物转基因技术（一）农杆菌转化法（一）农杆菌转化法根瘤根瘤又称肿瘤诱导质粒（又称肿瘤诱导质粒（tumor inducing plasmid）。）。农杆菌染色体外的遗传物质，为双链共价闭合的环状农杆菌染色体外的遗传物质，为双链共价闭合的环状DNA 分子，有三个功能区，分子，有三个功能区，T-DNA 区、病毒区区、病毒区(Vir 区区)和冠瘿和冠瘿碱代谢基因的编码区。在碱代谢基因的编码区。在T-DNA 区和区和Vir 区基因的协同作区基因的协同作用下，农杆菌完成侵染植物细胞和转移用下，农杆菌完成侵染植物细胞和转移T-DNA 的过程。的过程。Ti质粒质粒n一、细
13、胞转化方式 转移转移DNA，编码冠瘿碱的合成，能随机整合到植物的，编码冠瘿碱的合成，能随机整合到植物的染色体上。长度一般为染色体上。长度一般为12-24kb，是，是Ti质粒最重要的部质粒最重要的部分。分。lT-DNA（transferred-DNA）冠瘿碱（冠瘿碱（opine）的作用）的作用冠瘿碱是在冠瘿瘤内合成并分泌出来的，是农杆菌的冠瘿碱是在冠瘿瘤内合成并分泌出来的，是农杆菌的碳源和氮源。大部分其他土壤微生物都不能利用冠瘿碳源和氮源。大部分其他土壤微生物都不能利用冠瘿碱。碱。l毒性基因（毒性基因（vir）决定土壤农杆菌对植物的感染和决定土壤农杆菌对植物的感染和T-DNA的转移，的转移，进入
14、和整合。进入和整合。l冠瘿碱代谢基因冠瘿碱代谢基因分别编码代谢冠瘿碱的酶。维持农杆菌分别编码代谢冠瘿碱的酶。维持农杆菌生长。生长。Ti Ti 质粒的改造质粒的改造除除去去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，因因为大量的生长素和分裂素会抑止细胞再生长为整株植物；为大量的生长素和分裂素会抑止细胞再生长为整株植物；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消耗精氨酸和谷氨酸，影响植物细胞的生长；量消耗精氨酸和谷氨酸，影响植物细胞的生长；安
15、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；安安装装植植物物细细胞胞的的筛筛选选标标记记，如如 neoneor r 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化信号序列；化信号序列；安装多聚人工接头以利于外源基因的克隆。安装多聚人工接头以利于外源基因的克隆。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，最大限度地缩短载体的长度；农杆菌叶盘转化法的操作农杆菌叶盘转化法的操作 n用打孔器从消毒叶片上取得叶圆片，在过夜培养的对数用打孔器从消毒叶片
16、上取得叶圆片，在过夜培养的对数期的已构建好的农杆菌工程菌的菌液中浸数秒后，置于期的已构建好的农杆菌工程菌的菌液中浸数秒后，置于培养基上共培养培养基上共培养2-3天，待菌株在叶盘周围生长至肉眼可天，待菌株在叶盘周围生长至肉眼可见菌落时再转移到含有抑菌剂的培养基中除去农杆菌，见菌落时再转移到含有抑菌剂的培养基中除去农杆菌，与此同时该培养基中加入抗生素进行转化体筛选，经合与此同时该培养基中加入抗生素进行转化体筛选，经合适的培养基培养得到愈伤组织，再得到再生植株。适的培养基培养得到愈伤组织，再得到再生植株。农杆菌转化的优点：1.农杆菌转化方法是一种生物转化系统，因而具有主动性。2.通过农杆菌转化系统获
17、得转基因植株还具有拷贝数低。转基因较少沉默以及转基因片段较长等优点。农杆菌转化的缺点：1.有致瘤的危险2.不是单子叶植物的寄主。（二）基因直接导入法 n(1)DNA直接吸收到植物细胞：直接吸收到植物细胞：DNA直接吸收进入原生质直接吸收进入原生质体的方法分为物理法和化学法两大类。其中，物理法主体的方法分为物理法和化学法两大类。其中，物理法主要是电穿孔法，化学法主要是聚乙二醇法。要是电穿孔法，化学法主要是聚乙二醇法。n(2)显微注射法：该技术是直接将外源显微注射法：该技术是直接将外源DNA注射进入细胞注射进入细胞核中而不降低核中而不降低DNA的活力。目前它已变成直接引入外源的活力。目前它已变成直
18、接引入外源小分子、大分子、细胞器和病毒粒子进入动植物细胞的小分子、大分子、细胞器和病毒粒子进入动植物细胞的技术。技术。n(3)脂质体介导的脂质体介导的DNA转移：脂质体可将核酸转移到原生转移：脂质体可将核酸转移到原生质体，也可将核酸等导人具有细胞壁的完整植物细胞，质体，也可将核酸等导人具有细胞壁的完整植物细胞，但是其机制目前尚不很清楚，融合可能是一种方式。但是其机制目前尚不很清楚，融合可能是一种方式。n(4)微弹轰击微弹轰击(粒子介导粒子介导)基因转移法：是把一种高速的、携基因转移法：是把一种高速的、携带有带有DNA分子的粒子射向靶细胞，它穿过细胞壁和细胞分子的粒子射向靶细胞，它穿过细胞壁和细
19、胞膜，释放所携带的膜，释放所携带的DNA进人细胞内，在一定的条件下，进人细胞内，在一定的条件下，可使靶细胞得到转化。可使靶细胞得到转化。n（三）花粉管通道法（三）花粉管通道法n花粉管通道法是将外源的花粉管通道法是将外源的DNA片段在自花授粉后的特定片段在自花授粉后的特定时期注入柱头或花柱，使外源时期注入柱头或花柱，使外源DNA沿花粉管通道进入胚沿花粉管通道进入胚囊，转化受精卵或其前后细胞，转化率高达囊，转化受精卵或其前后细胞，转化率高达10%。这一。这一方法的建立开创了整株活体转化的先例，可以应用于任方法的建立开创了整株活体转化的先例，可以应用于任何开花植物。何开花植物。二、植物基因转化的受体
20、系统二、植物基因转化的受体系统n 选择和建立良好的植物受体系统也是基因转化成功的关选择和建立良好的植物受体系统也是基因转化成功的关键因素。植物基因转化受体系统是指用于基因转化的外键因素。植物基因转化受体系统是指用于基因转化的外植体通过细胞或组织培养途径高效、稳定地再生无性系，植体通过细胞或组织培养途径高效、稳定地再生无性系，并能接受外源并能接受外源DNA整合。整合。n 1原生质体受体系统：原生质体受体系统：植物原生质体是去除细胞壁后植物原生质体是去除细胞壁后的的“裸露裸露”细胞，又具有全能性，能在适宜的培养条件下细胞，又具有全能性，能在适宜的培养条件下诱导出再生植株。可利用物理或化学方法改变细
21、胞膜的诱导出再生植株。可利用物理或化学方法改变细胞膜的通透性，使外源通透性，使外源DNA进入细胞并整合到染色体上且进行进入细胞并整合到染色体上且进行表达，从而实现植物基因转化。表达，从而实现植物基因转化。n2愈伤组织受体系统愈伤组织受体系统 外植体经组织培养所产生的愈伤外植体经组织培养所产生的愈伤组织，是植物基因转化常用的受体系统之一。由于愈伤组织，是植物基因转化常用的受体系统之一。由于愈伤组织是由脱分化的分生细胞组成，易接受外源组织是由脱分化的分生细胞组成，易接受外源DNA，转，转化率较高。又由于愈伤组织可以继代扩大培养，因而由化率较高。又由于愈伤组织可以继代扩大培养，因而由转化愈伤组织可培
22、养获得大量的转化植株。转化愈伤组织可培养获得大量的转化植株。n3种质系统种质系统 以植物的生殖细胞如花粉粒、卵细胞为受以植物的生殖细胞如花粉粒、卵细胞为受体细胞进行基因转化的系统称为种质系统。体细胞进行基因转化的系统称为种质系统。4胚状体再生系统胚状体再生系统 该系统是最理想的基因转化受体系该系统是最理想的基因转化受体系统，体细胞胚是由具有卵细胞特性的胚性细胞发育而来，统，体细胞胚是由具有卵细胞特性的胚性细胞发育而来，接受外源接受外源DNA的能力强，是理想的基因转化感受态细胞。的能力强，是理想的基因转化感受态细胞。5直接分化芽受体系统直接分化芽受体系统：这是由未分化的细胞直接分这是由未分化的细
23、胞直接分化形成，体细胞元件系变异小，因此导入的外源目的基化形成，体细胞元件系变异小，因此导入的外源目的基因可稳定遗传。因可稳定遗传。三、转入基因的表达和分析三、转入基因的表达和分析n选择标记基因检测法：使该基因的表达产物赋予转化的选择标记基因检测法：使该基因的表达产物赋予转化的植物细胞具有一种选择压力，而使未转化的细胞在施用植物细胞具有一种选择压力，而使未转化的细胞在施用选择压力下不能生长、发育和分化。选择压力下不能生长、发育和分化。n报告基因检测法：报告基因报告基因检测法：报告基因(reportergene)是指其编码产是指其编码产物能够被快速地测定，常用来判断外源基因是否已经成物能够被快速
24、地测定，常用来判断外源基因是否已经成功地导人受体细胞、组织或器官，并检测其表达活性的功地导人受体细胞、组织或器官，并检测其表达活性的一类特殊用途的基因。一类特殊用途的基因。利用转基因植物生产功能蛋白和工业原料利用转基因植物生产功能蛋白和工业原料利用植物生物反应器生产医用蛋白利用植物生物反应器生产医用蛋白利用植物生物反应器生产食品或饲料添加剂利用植物生物反应器生产食品或饲料添加剂利用植物生物反应器生产工业原料利用植物生物反应器生产工业原料 利用转基因植物生产功能蛋白和工业原料利用转基因植物生产功能蛋白和工业原料 高等植物基因工程高等植物基因工程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
25、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，操作技术要求也不高植物易于生长，农田管理成本相对低廉，操作技术要求也不高绝大多数植物的表达产物对人和牲畜无毒副作用，安全可靠绝大多数植物的表达产物对人和牲畜无毒副作用，安全可靠植物具有完整的真核表达修饰系统，利用转基因植物生产的重组蛋植物具有完整的真核表达修饰系统，利用转基因植物生产的重组蛋白药物和疫苗在分子结构和生物活性上，与人体来源的蛋白质相似白药物和疫苗在分子结构和生物活性上，与人体来源的蛋白质相似利用植物生物反应器生产医用蛋白利用植物生物反应器生产医用蛋白 借借助助于于根根瘤瘤农农杆杆菌菌介介导导的的转转化化系系统统，将将小小鼠鼠
26、抗抗体体的的轻轻链链和和重重链链编编码码基基因因分分别别置置于于两两种种烟烟草草植植物物体体内内表表达达，然然后后两两种种重重组组植植物物品品系系进进行行杂杂交交，产产生生的的子子代代植植物物能能同同时时合合成成小小鼠鼠的的轻轻链链和和重重链链两两种种多多肽肽。从从这这种种转转基基因因烟烟草草的的叶叶子子里里可可检检测测到到完完整整的的抗抗体体分分子子，含含量量为为叶叶细细胞胞蛋蛋白白总总量量的的1.5%1.5%。实实验验结结果果表表明明，植植物物细细胞胞的的蛋蛋白白分分泌泌系系统统能能够够有有效效识识别别小鼠抗体前体的信号肽序列。小鼠抗体前体的信号肽序列。转基因烟草表达小鼠抗体转基因烟草表达
27、小鼠抗体转基因烟草表达小鼠抗体转基因烟草表达小鼠抗体利用植物生物反应器生产医用蛋白利用植物生物反应器生产医用蛋白 人人葡葡萄萄糖糖脑脑苷苷脂脂酶酶（hGChGC）是是治治疗疗高高歇歇斯斯症症（Gausher Gausher diseasedisease）遗遗传传病病的的特特效效药药，可可能能也也称称得得上上当当今今世世界界最最昂昂贵贵的的药药物物。每每生生产产一一个个剂剂量量的的hGChGC要要消消耗耗 2000-80002000-8000 只只人人类类胎胎盘盘，因因此此这这种种药药物物一一直直供供不不应应求求。美美国国VPIVPI研研究究机机构构的的专专家家将将克克隆隆的的hGChGC基基因
28、因经经改改造造导导入入到到烟烟草草中中，并并获获得得高高效效表表达达。在在每每克克这这种种转转基基因因烟烟草草的的新新鲜鲜叶叶片片中中，hGChGC的的含含量量竟竟高高达达1 1mgmg，也也就就是是说说，从从一一株株转转基基因因烟烟草草中中就就能能产产生生出出传传统统工工艺艺需需要消耗数千只胎盘才能获得的药物。要消耗数千只胎盘才能获得的药物。转基因烟草表达人转基因烟草表达人葡萄糖脑苷脂酶葡萄糖脑苷脂酶 利用植物生物反应器生产食品或饲料添加剂利用植物生物反应器生产食品或饲料添加剂 果果聚聚糖糖是是果果糖糖的的多多聚聚体体，可可被被人人体体肠肠胃胃中中的的微微生生物物发发酵酵，刺刺激激双双歧歧杆
29、杆菌菌生生长长，释释放放短短链链脂脂肪肪酸酸进进入入循循环环系系统统，保保健健价价值值高高。3-63-6聚聚体体的的果果聚聚糖糖有有甜甜味味，是是低低能能量量的的助助甜甜剂剂，有有助助于于降降低低体体重重，因因此此国国际际上上果果聚聚糖糖的的销销售售量量很很大大。荷荷兰兰科科学学家家把把果果糖糖基基转转移移酶酶基基因因导导入入烟烟草草和和马马铃铃薯薯中中，在在获获得得的的转转基基因因植植株株中中，果果聚聚糖糖含含量量占占8%8%（干干重重）以以上上，具具有有良好的开发前景。良好的开发前景。转基因烟草和马铃薯生产果聚糖转基因烟草和马铃薯生产果聚糖利用植物生物反应器生产工业原料利用植物生物反应器生
30、产工业原料 首首批批用用于于大大规规模模生生产产并并取取得得巨巨大大经经济济效效益益的的非非食食用用性性转转基基因因植植物物产产品品是是工工业业用用油油，其其中中包包括括制制造造肥肥皂皂等等去去垢垢剂剂的的十十二二碳碳月月桂桂酸酸。油油菜菜通通常常产产生生十十八八碳碳的的不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸，但但只只要要在在其其体体内内表表达达另另一一个个特特殊殊的的基基因因即即可可使使转转基基因因油油菜菜改改为为合合成成月月桂桂酸酸，并并可可使使其其含含量量提提高高到到44%44%。此此外外，鉴鉴于于油油菜菜植植物物易易生生长长且且产产量量高高的的特特点点，人人们们还还致致力力于于用用它它来来生生产产其
31、其它它工工业业用用油油，如如可可作作润润滑滑油油和和尼尼龙龙生生产产原原料料的的芥芥酸酸以以及及用用于于麦麦淇淇淋制作的淋制作的6-6-十八碳烯酸十八碳烯酸等。等。转基因油菜生产月桂酸转基因油菜生产月桂酸 植物转基因技术在植物品种改良中的应用植物转基因技术在植物品种改良中的应用控制果实成熟的转基因植物控制果实成熟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抗除草剂的转基因植物抗除草剂的转基因植物改变花卉形状和颜色的转基因植物改变花卉形状和颜色的转基因植物抗环境压力的转基因植物抗环境压力的转基因植物产高品质产物的转基因植物产高品质产物的转基因植物控制果实成熟的转基因植物控制果实成熟的转基
32、因植物 蔬蔬菜菜和和水水果果成成熟熟后后，其其组组织织呼呼吸吸速速度度和和乙乙烯烯合合成成速速度度普普遍遍加加快快，并并迅迅速速导导致致果果实实皱皱缩缩和和腐腐烂烂。控控制制蔬蔬菜菜水水果果细细胞胞中中乙乙烯烯合合成成的的速速度度，能能有有效效延延长长果果实实的的成成熟熟状状态态及及存存放放期期，为为长长途途运运输输提提供供了了有有利利条条件件，具有重要的经济价值。具有重要的经济价值。植植物物细细胞胞中中的的乙乙烯烯由由S S-腺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
33、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合成量分别仅为野生植物的烯合成量分别仅为野生植物的3%3%和和0.5%0.5%，明显增长了番茄的保存期。，明显增长了番茄的保存期。转基因耐贮藏番茄（左）和普通番茄（右）转基因耐贮藏番茄（左）和普通番茄（右）科学家创造出抗肿瘤紫色西红柿科学家创造出抗肿瘤紫色西红柿控制果实成熟的转基因植物控制果实成熟的转基因植物植物体内乙烯的生物合成机制植物体内乙烯的生物合成机制抗病虫害的转基因植物抗病虫害的转基因植物 昆昆虫虫对对农农作作物物的的危危害害极极大大，
34、全全世世界界每每年年因因此此损损失失数数千千亿亿美美元元。目目前前对对付付昆昆虫虫的的主主要要武武器器仍仍是是化化学学杀杀虫虫剂剂，它它不不但但严严重重污污染染环环境境，而而且且还还诱诱使使害害虫虫产产生生相相应应的的抗抗性性。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
35、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、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和凝集素基因应用最为广泛。因和凝集素基因应用最为广泛。转基因抗虫棉和普通棉对照转基因抗虫棉和普通棉对照我国培育的抗青枯病马铃薯正在大棚中繁殖我国培育的抗青枯病马铃薯正在大棚中繁殖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抗除草剂的转基因植物抗除草剂的转基因植物 在在大大田田里里，尽尽管管每每年
36、年花花费费上上百百亿亿美美元元使使用用100100多多种种化化学学除除草草剂剂，但但杂杂草草的的生生长长仍仍使使农农作作物物减减产产10%10%。目目前前使使用用的的除除草草剂剂特特异异性性不不强强，或或多多或或少少会会影影响响农农作作物物的的生生长长。利利用用转转基基因因技技术术构构建建抗抗除除草草剂剂的的重重组组植植物可望解决这一问题，其战略包括：物可望解决这一问题，其战略包括：抑制农作物对除草剂的吸收抑制农作物对除草剂的吸收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向农作物体内导入除
37、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抗环境压力的转基因植物抗环境压力的转基因植物 长长期期的的植植物物生生理理学学研研究究结结果果表表明明，植植物物对对盐盐、碱碱、旱旱、寒寒、热热等等环环境境不不利利因因素素的的自自我我调调节节能能力力很很大大程程度度上上取取决决于于细细胞胞内内的的渗渗透透压压，提提高高渗渗透透压压往往往往能能改改善善植植物物对对上上述述环环境境不不利利因因素素的的耐耐性性。为为达达到到此此目目的的至至少少有有两两种种战战略略可可供供选选择择：一一是是高高效效表表达达能能提提高高植植物物胞胞内内渗渗透透压压的的同同源源或或异异源源蛋蛋白白；二二是是借借助助于
38、于蛋蛋白白质质工工程程技技术术改改变变植植物物细细胞胞内内丰丰度度较较高高的的蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸组组成成，如如在在不不影影响响蛋蛋白白质质结结构构与与功功能能的的前前提提下下适适当当提高脯氨酸残基的含量等。提高脯氨酸残基的含量等。产高品质产物的转基因植物产高品质产物的转基因植物 植植物物油油大大都都是是含含有有双双键键的的不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸，故故在在室室温温下下呈呈液液态态。人人造造黄黄油油的的制制作作是是通通过过催催化化加加氢氢使使植植物物油油熔熔点点上上升升，这这种种工工艺艺不不但但加加工工成成本本很很高高，而而且且还还会会导导致致顺顺式式双双键键转转变变为为对对健健康康不
39、不利利的的反反式式双双键键。利利用用反反义义RNARNA技技术术，特特异异性性灭灭活活植植物物体体内内硬硬脂脂酰酰-ACPACP脱脱饱饱和和酶酶的的编编码码基基因，即可提高转基因油料作物中饱和脂肪酸的含量。因，即可提高转基因油料作物中饱和脂肪酸的含量。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产高品质产物的转基因植物产高品质产物的转基因植物 一一般般粮粮食食种种子子的的储储存存蛋蛋白白中中几几种种必必需需氨氨基基酸酸的的含含量量较较低低，例例如如禾禾谷谷类类蛋蛋白白的的赖赖氨氨酸酸含含量量低低，豆豆类类植植物物的的蛋蛋氨氨酸酸、胱胱氨氨酸酸、半半胱胱氨氨酸酸含含量量低低，直直
40、接接影影响响到到人人类类主主食食的的营营养养价价值值。将将蚕蚕豆豆中中一一种种富富含含赖赖氨氨酸酸和和甲甲硫硫氨氨酸酸的的蛋蛋白白编编码码基基因因植植入入玉玉米米中中，可可显显著著提提高高其其营营养养价价值值。马马铃铃薯和水稻的类似改良也在进行之中。薯和水稻的类似改良也在进行之中。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09年年10月月23日，张鹏研究员主持的中科院先进工业生物技术创新基地重要方日，张鹏研究员主持的中科院先进工业生物技术创新基地重要方向项目，利用小分子向项目，利用小分子RNA干扰技术抑制甘薯淀粉合成基因的表达，得到一系干扰技术抑制甘薯淀粉合成基因的表达，得到一系列直
41、链淀粉与支链淀粉含量比例发生变化的甘薯新品种，直链淀粉含量可扩列直链淀粉与支链淀粉含量比例发生变化的甘薯新品种，直链淀粉含量可扩展到之间，为改变薯类淀粉品质提供了全新的技术手段展到之间，为改变薯类淀粉品质提供了全新的技术手段 产高品质产物的转基因植物产高品质产物的转基因植物 目目前前全全世世界界有有2424亿亿人人以以大大米米为为主主食食，约约有有1.31.3亿亿人人因因缺缺铁铁而而引引起起贫贫血血，2.5-102.5-10亿亿人人患患有有不不同同程程度度的的维维生生素素A A缺缺乏乏症症。为为了了增增加加稻稻米米中中的的铁铁质质含含量量，从从大大豆豆芽芽中中分分离离出出铁铁蛋蛋白白编编码码基
42、基因因，将将之之转转入入亚亚洲洲稻稻谷谷一一个个普普通通品品系系中中。结结果果发发现现，转转基基因因稻稻谷谷能能储储存存相相当当于于普普通通稻稻谷谷3 3倍倍的的铁铁质质研研究究还还发发现现，普普通通稻稻米米中中含含有有一一种种植植物物酸酸，阻阻碍碍人人的的消消化化系系统统对对铁铁的的吸吸收收。瑞瑞士士科科学学家家将将来来自自水水仙仙等等植植物物的的相相关关基基因因植植入入水水稻稻中中，不不仅仅铁铁的含量有所提高，而且维生素的含量有所提高，而且维生素A A的含量也丰富了。的含量也丰富了。提高粮食中铁元素和维生素的含量提高粮食中铁元素和维生素的含量改变花卉形状和颜色的转基因植物改变花卉形状和颜色
43、的转基因植物 花花卉卉的的颜颜色色是是由由花花冠冠中中的的色色素素成成分分决决定定的的。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，如如花花青青素素衍衍生生物物呈呈红红色色，翠翠雀雀素素衍衍生生物物呈呈蓝蓝色色等等。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
44、牛花花属属植植物物细细胞胞内内的的CHSCHS基基因因表表达达，使使转转基基因因植植物物花花冠冠的的颜颜色色由由野野生生型型的的紫紫红红色色变变成成了了白白色色，并并且且对对CHSCHS基基因因表表达达抑抑制制程程度度的的差差异异还还可可产生一系列中间类型的花色。产生一系列中间类型的花色。改变花卉的颜色改变花卉的颜色08年年11月月1日，转基因蓝玫瑰亮相日本东京国际花卉博览会。之前出现日，转基因蓝玫瑰亮相日本东京国际花卉博览会。之前出现在花卉市场上的蓝色玫瑰，实际上是采用染色技术培育而成的白玫瑰，在花卉市场上的蓝色玫瑰，实际上是采用染色技术培育而成的白玫瑰，而在日本东京国际花卉博览会上亮相的世
45、界首批转基因玫瑰才是真正而在日本东京国际花卉博览会上亮相的世界首批转基因玫瑰才是真正的蓝玫瑰，这种玫瑰被植入三色紫罗兰所含的一种能刺激蓝色素产生的蓝玫瑰，这种玫瑰被植入三色紫罗兰所含的一种能刺激蓝色素产生的基因，花瓣因而自然呈现蓝色。的基因，花瓣因而自然呈现蓝色。据日本据日本产经新闻产经新闻09年年10月月20日报道，日本三得利公司日报道，日本三得利公司20日宣日宣布，将于布，将于11月月3日发售世界上首次培育成功的日发售世界上首次培育成功的“蓝色玫瑰蓝色玫瑰”。改变花卉形状和颜色的转基因植物改变花卉形状和颜色的转基因植物 植植物物激激素素在在控控制制花花朵朵的的形形状状和和大大小小方方面面起
46、起着着重重要要的的作作用用。例例如如，细细胞胞分分裂裂素素与与植植物物生生长长素素的的比比值值可可以以决决定定植植株株包包括括花花的的形形状状。分分子子生生物物学学和和遗遗传传学学的的研研究究都都表表明明，同同源源异异形形基基因因表表达达的的加加强强或或减减弱弱都都会会改改变变花花的的大大小小和和形形状状，而而这这些些基基因因的的表表达达时时间间直直接接影影响响到到植植物物的的花花期期。同同源源异异形形基基因因控控制制花花形形的的过过程程十十分分保保守守，在在几几乎乎所所有有的的观观赏赏花花卉卉中中都都是是一一样样的的，这这就就为为人人们们用用基基因因工工程程的的方方法法改改变变花花形形和和花花期期提提供供了了有有利利条件。条件。改变花卉的形状改变花卉的形状名词解释：名词解释：植物原生质体植物原生质体植物细胞融合植物细胞融合/植物体细胞杂交植物体细胞杂交转基因植物转基因植物Ti质粒质粒填空：制备植物原生质体的酶、基因直接导入法包括哪几填空：制备植物原生质体的酶、基因直接导入法包括哪几种、种、Ti质粒的功能区质粒的功能区问答：问答：PEG融合和电融合的原理融合和电融合的原理