转基因植物
转基因植物
拥有来自其他物种基因的植物
01 由来
03 转化受体 05 潜在危害
目录
02 优点 04 转化方法 06 国外现状
转基因植物(Genetically modified plants)是拥有来自其他物种基因的植物。该基因变化过程可以来自不 同物种之间的杂交，但今天该名词更多的特指那些在实验室里通过重组DNA技术人工插入其他物种基因以创造出 拥有新特性的植物。
美国转基因植物的商业化速度进展很快，其推广应用走在其它国家的前列。1994年美国Calgene公司研制的 转基因延熟番茄首次进入商业化生产，到1998年底就有30多例转基因植物被批准进行商业化生产。1999年全球转 基因植物种植面积中，美国就占72%，达2870万公顷；其次是阿根廷670万公顷；占17%；加拿大400万公顷，占 10%；中国名列第4位，1999年种植面积达30万公顷，占1%，其他国家的种植面积都小于1%。
在国家“863”高新技术研究与发展计划及国家科技攻关计划的资助下，中国转基因植物的研究和开发取得 了显著的进展，有些研究已经达到国际先进水平。据1996年国生物技术学会统计，中国投入研究和开发的转基因 植物达47种，涉及各类基因103种有近20种转基因植物进入了田间试验或环境释放阶段。至1999年，农业部批准 可进行商业化生产的国内研制的转基因植物有5种，它们分别是：抗虫棉花、改变花色的矮牵牛、延熟番茄、抗病 毒的甜椒和番茄。
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农作物生物技术育种的研究已经不再处于实验室阶段，而是进入了实际应用，走到了商业化阶段。转基因植 物在全球的种植面积增长迅速，种植转基因植物的国家从1992年的1个增长到1996年的6个，1998年9个，1999年 进一步扩大到12个国家。全球转基因植物的种植面积1996年仅为170万公顷，1997年为1100万公顷，1998年增长 到2780万公顷，1999年又比1998年增长44%，达到3990万公顷。
转基因植物的特征
新一代农作物：转基因植物的独特特征
随着科技的不断进步，人类也开始探索如何使用基因技术改良农
作物，其中转基因技术的应用越来越广泛。
转基因植物所拥有的特征
不仅可以帮助人类增加粮食产量，也能提高作物的抗病能力和适应能力。
以下是转基因植物的独特特征：
1. 抗病特性：通过基因技术，研究人员可以将抗病性强的基因导
入植物中，使其拥有更强的抗病能力。
这不仅可以减少植物的疫情损失，还可以减少使用农药的数量，降低环境污染。
2. 耐旱特性：转基因植物可以通过导入耐旱基因，使其在干旱的
环境中更好地生长和生存。
这种特性可以增加作物的适应能力，减少
收成的损失。
3. 抗虫特性：通过将抗虫基因导入植物中，使其对害虫的侵袭能
力更强。
这可以减少农民对杀虫剂的使用，降低对环境造成的危害，
同时增加粮食产量。
4. 营养改良特性：通过基因技术，可以使植物产生更多的营养物质，例如维生素、蛋白质等。
这可以改善人们食品的营养成分，提高
人们的健康水平。
总的来说，转基因植物拥有的特征可以帮助人类提高农作物的产
量和质量，同时减少对环境的污染。
当然，在使用转基因植物的过程中，我们需要严格遵守相关法律法规，确保人类和环境的健康和安全。
转基因植物的方法
转基因植物的方法转基因植物是指通过人工手段将外源基因导入植物细胞中，使其产生新的性状或改善原有性状的植物。
转基因植物的方法主要包括以下几个步骤：1. 基因克隆基因克隆是指将所需的基因从外源生物中分离出来，并将其插入到载体DNA中。
载体DNA是一种能够自我复制的DNA分子，通常采用的载体有质粒、噬菌体等。
基因克隆的过程需要利用限制性内切酶切割DNA，将所需的基因与载体DNA连接起来，形成重组DNA分子。
2. 转化转化是指将重组DNA分子导入植物细胞中，使其成为植物细胞的一部分。
转化的方法有多种，包括农杆菌介导转化、基因枪法等。
其中，农杆菌介导转化是最常用的方法。
农杆菌是一种能够感染植物的细菌，通过将重组DNA分子导入农杆菌中，再将农杆菌接种到植物体内，使其将重组DNA分子导入植物细胞中。
3. 选择选择是指通过筛选，将转化成功的植物细胞筛选出来。
为了使转化成功率更高，通常会在重组DNA分子中加入一些标记基因，如抗生素抗性基因等。
在转化后，将植物细胞培养在含有抗生素的培养基上，只有转化成功的细胞才能够生长下去，从而筛选出转化成功的植物细胞。
4. 培育培育是指将转化成功的植物细胞培养成完整的植物。
在培育过程中，需要对植物进行筛选和鉴定，以确保其具有所需的性状。
同时，还需要对植物进行基因检测，以确保其基因组稳定性和安全性。
转基因植物的方法虽然可以为人类提供更多的食品和药品，但也存在一定的风险。
因此，在进行转基因植物研究和开发时，需要严格遵守相关法律法规，确保其安全性和可控性。
同时，还需要加强对转基因植物的监管和管理，以保障公众的健康和安全。
转基因植物的利与弊
转基因植物的利与弊转基因技术是一种通过基因工程手段将外源基因导入植物细胞中，使植物获得特定性状的技术。
转基因植物在农业生产中得到了广泛应用，但同时也引发了一些争议。
本文将就转基因植物的利与弊展开讨论。
一、转基因植物的利1. 提高产量转基因植物可以通过导入抗虫、抗病基因，提高作物的抗性，减少病虫害对作物的危害，从而提高产量。
例如，转基因水稻可以抗旱、抗病、抗虫，有效提高了水稻的产量。
2. 改善品质通过转基因技术，可以调整作物的品质，使其更加符合市场需求。
比如，转基因玉米可以增加其营养价值，提高其蛋白质含量，使其更加适合人们的饮食需求。
3. 节约资源转基因植物可以提高作物的抗逆性，减少对农药和化肥的需求，从而节约资源，降低生产成本。
这对于农民来说是一种经济效益。
4. 促进农业可持续发展转基因植物可以提高作物的产量和抗性，有助于解决粮食安全问题，促进农业的可持续发展。
在人口不断增长的今天，转基因技术为粮食生产提供了新的途径。
二、转基因植物的弊1. 生态风险转基因植物可能对生态环境造成影响，例如转基因作物的抗性基因可能会传播到野生植物中，导致野生植物的基因结构发生变化，影响生态平衡。
2. 食品安全问题转基因植物可能对人体健康造成潜在风险，例如转基因作物中可能存在未知的毒素或过敏原，长期食用可能对人体健康产生不良影响。
3. 市场垄断转基因技术由少数跨国公司掌握，可能导致市场垄断，影响农民的利益，使农民成为技术的被动接受者，加剧了农业生产的不平等。
4. 道德伦理问题转基因技术涉及到生命科学领域的伦理问题，例如是否应该干涉自然界的基因组成，是否应该将外源基因导入植物中等，这些问题需要深入思考和讨论。
综上所述，转基因植物既有利也有弊，应该在科学、严谨的态度下加以评估和应用。
在推广转基因技术的过程中，应该注重生态环境的保护，食品安全的监管，市场秩序的规范，以及伦理道德的考量，实现转基因植物的可持续发展和社会效益的最大化。
转基因植物图片
分子缝合针----DNA连接酶
种类
T4 DNA连接酶：既能“缝合” 双链DNA片段互补的黏性末端， 也能“缝合”双链DNA的平末 端（效率低）
E·coli DNA连接酶：只能将 双链片段互补的黏性末端连接
基因进入受体细胞的载体（分子运输车）
常用载体
• 质粒 • λ噬菌体的衍生物 • 动植物病毒
彩色玉米
7/30/2020
Copyright© Jiangyong
巨型鲑鱼
7/30/2020
Copyright© Jiangyong
荧光鱼
7/30/2020
Copyright© Jiangyong
超级奶牛
7/30/2020
Copyright© Jiangyong
培育出人耳的小鼠
7/30/2020
Copyright© Jiangyong 7/30/2020
限制性核酸内切酶(限制酶)
来源：主要从原核生物中分离 化学本质：蛋白质 作用：能够识别双链DNA分子的某种特定 核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的 两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 特性：特异性。即限制酶识别特定的脱氧 核苷酸序列，切割特定位点 切割后的DNA末端：黏性末端；平末端
90年代
基因诊断技术渐趋成熟
基因治疗合法化
人类基因计划的启动
分子生物学各分支学科的建立与发展
从20世纪50年代起，分子生物学领域的研究 成果共获得40项诺贝尔医学-生理科学奖，说 明分子生物学在生命科学研究中的重要性
根据桑格法开发的DNA自动定序机使一周（24小时运转）解读100 万甚至几百万个碱基成为可能。它为“人类基因组计划”立下了汗马功 劳
Copyright© Jiangyong
转基因植物的应用
转基因植物的应用转基因植物是利用现代生物技术将外源基因导入植物细胞中，从而改变植物的遗传性状。
转基因植物的应用范围广泛，涵盖了农业、工业、医疗和环保等多个领域。
提高作物产量和品质通过转基因技术，可以将某些有益的基因导入植物中，使其具有更高的生长速度、更大的产量或更好的品质。
例如，科学家将某种具有高产量的基因导入大豆、玉米等农作物中，使其产量大幅度提高。
抗虫、抗病和抗除草剂转基因技术还可以使植物具有抗虫、抗病和抗除草剂等特性。
例如，科学家将某种抗虫基因导入棉花中，使其能够抵抗棉铃虫的侵害，减少农药的使用量。
适应不同环境通过转基因技术，可以使植物适应不同的环境条件，如干旱、高温、盐碱等。
例如，科学家将某种耐旱基因导入小麦中，使其能够在干旱条件下正常生长。
改良植物性状转基因技术可以用来改良植物的性状，如花色、香味、口感等。
例如，科学家将某种基因导入玫瑰中，使其花朵颜色更加鲜艳。
用于生物能源转基因植物还可以用于生物能源的生产。
例如，科学家将某种能够产生生物柴油的基因导入油菜中，使其成为一种新的生物能源作物。
基因治疗研究转基因技术还可以用于基因治疗的研究。
例如，科学家将某种能够治疗某种疾病的基因导入人体细胞中，以治疗遗传性疾病或某些癌症。
医疗和工业用途转基因植物还可以用于医疗和工业用途。
例如，科学家将某种具有药用价值的基因导入植物中，从而生产出新的药物或工业原料。
环保和生态保护转基因技术还可以用于环保和生态保护。
例如，科学家将某种能够降解污染物的基因导入微生物中，使其能够净化环境中的污染物。
此外，转基因技术还可以用于生态修复和保护生物多样性等方面。
总之，转基因植物的应用前景广阔，对于农业、工业、医疗和环保等领域的发展具有重要意义。
然而，在应用转基因技术时，也需要注意其潜在的风险和安全性问题，以确保其应用不会对人类和环境造成负面影响。
转基因植物安全吗
转基因植物安全吗
转基因植物的安全性是一个广泛讨论和争议的问题。
许多科学机构和监管机构已经对转基因植物进行了评估，并认为其与传统育种的风险相当。
以下是一些关键点：
1.长期食用安全性：转基因植物在市场上已经存在了几十年，
有许多科学研究表明，长期食用转基因植物食品并没有明
显的负面影响。
许多国际组织，如世界卫生组织（WHO）
和联合国粮农组织（FAO），认为经过科学评估、严格监管
和合规标准下的转基因植物是安全的。
2.环境影响：转基因植物在一定程度上有可能影响环境，如
与野生植物杂交、对非目标生物的影响等。
因此，在进行
转基因植物的研发和商业化时，需要进行环境风险评估，
并遵守相关的监管要求，以减少潜在的环境风险。
3.监管和检测：在许多国家，转基因植物都需要经过严格的
监管和安全评估。
密切监测和透明的管理机制可以确保转
基因植物在市场上是安全的，并保护消费者的权益。
此外，识别和检测转基因成分的方法和技术也在不断发展，有助
于检验和确保转基因植物的安全性。
尽管有这些科学研究和监管措施支持，对于转基因植物的安全性问题，有些人仍然持有不同的观点和担忧，特别是涉及食品安全和环境保护的问题。
因此，对于转基因植物的安全性问题，科学研究、监管体系和公共参与都是必要的，以确保科学评估
和风险管理的合理性和透明性。
转基因植物
亲缘物种。 • 许多专家建议对转基因作物的栽种范围作出一定限制，例如不要在有野生的亲缘物种
的地区种植相应的转基因作物。
第十八页，共29页。
各国的转基因情况(qíngkuàng)：
• 1.美国 • 美国是转基因技术采用最多的国家。自20世纪90年代初将基因改
第十五页，共29页。
安全性
• 食品安全性也是转基因植物安全性评价的一个重要方面。如果转基因植物生产的产品与传统 产品具有实质等同性，则可以认为是安全的。若转基因植物生产的产品与传统产品不存在实 质等同性，则应进行严格的安全性评价。在进行实质等同性评价时，一般需要考虑以下一些 主要方面。
• 有毒物质：必须确保(quèbǎo)转入外源基因或基因产物对人畜无毒。如转Bt杀虫基因玉米 除含有Bt杀虫蛋白外，与传统玉米在营养物质含量等方面具有实质等同性。要评价它作为饲 料或食品的安全性，则应集中研究Bt蛋白对人畜的安全性。
第五页，共29页。
基因(jīyīn)枪法
• 通过一种被称为基因枪的设备，利用火药爆炸或高压 (gāoyā)气体加速，将包裹了带外源目的基因的高速微弹 直接送入完整植物细胞中。外源目的基因会随机地插入到 植物基因组中，从而实现转基因操作。
• 与农杆菌介导的转化方法相比，基因枪法不受植物是否单 子叶或双子叶类型的限制，且其载体质粒的构建也相对简 单；但基因枪法产生的转基因植物中，外源基因的表达不 如农杆菌介导法稳定，成本也相对较高，而且需要特殊的 仪器。
第二十一页，共29页。
俄罗斯
• 2006年年末，世界闻名的反食用转基因产品专家、俄罗斯生物学家伊丽娜・ 叶尔马科娃走马上任，当选为俄罗斯国家基因安全研究会副主席。
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载体介导法
➢ T-DNA区可高效整合到植物受体细胞的 染色体上并得到表达。利用这一特点， 将目的基因转入Ti质粒的T-DNA区构建 根瘤农杆菌的转化载体。
一、转基因植物
通过植物基因工程获得转基因植物在农 业生产发展及植物分子生物学研究中有 十分重要的意义，已获得的有重大经济 价值的转基因植物已经很多。
一、转基因植物
基因工程： 就是重组DNA技术，指在体 外将不同来源的DNA进行剪切和重组， 形成杂合DNA或成嵌合DNA分子，然后将 其导入特定的宿主细胞从而得到大量扩 增和表达，使宿主细胞获得新的遗传特 性，产生新的基因产物。
载体介导法
Vir区（virulence region）： ➢ 该区段上的基因能激活T-DNA转移，
使农杆菌表现出毒性，故称之为 毒性区。T-DNA区与Vir区在质粒 DNA上彼此相邻，合起来约占Ti质 粒DNA的三分之一。
Ti质粒的基因位点及其功能区域
➢ T-DNA区（transferred-DNA regions）：
产生白化苗，且由于 PEG法对原生质体活力 有害，转化率低。
应用这种方法已成功的获得大麦、柑桔、胡
椒等植物的转基因植株。
一、转基因植物
载体介导法 具体方法有农杆菌介导法、病毒介导法。 农杆菌介导可采用“共培养法”，(见
书本图10-1 B)，有根癌农杆菌和发根农 杆菌两种载体系统。
载体介导法
以野生型根癌农杆菌载体系统为例： ➢ 野生型根癌农杆菌Ti质粒大小约200-
发现农杆菌是与根癌农杆菌同属的一种 病原土壤杆菌，含有Ri质粒，可以诱导植物 细胞产生毛状根，毛状根细胞能分化形成植 株。
由于Ri质粒也含有可高效整合到植物受 体细胞的染色体上并得到表达的T-DNA，因 此也可用作转基因植物的载体。
花粉管通道法
花粉管通道法又称子房注射法，是在植 物授粉后，将外源DNA注人子房的胎座 位置，使DNA沿着花粉管通道进入胚囊 与受精卵或者胚细胞接触而达到转化目 的。
一、转基因植物
2、载体 载体：是目的基因的运输工具，它
能将分离克隆得到的目的基因导入 植物细胞并使其整合到寄主染色体 组中得以表达。
一、转基因植物
载体种类：
（1）目的基因克隆载体：目的基因克隆载 体与微生物基因工程类同，通常是由多拷 贝的E.coli小质粒为载体，其功能是保存 和克隆目的基因。 （2）中间克隆载体：中间克隆载体是由大 肠杆菌质粒插入T－DNA片段及目的基因、 标记基因等构建而成。它是构建中间表达 载体的基础质粒。 （3）中间表达载体：中间表达载体是含有 植物特异启动子的中间载体，其功能是作 为构建转化载体的质粒。
➢ 第三个因素是受体材料的选择
一、转基因植物
基因枪法优点： ①不受受体种类个 以上的质粒进行共转化，而不需构建一 个复杂的质粒 ③快速简便，转化率较高。
化学物质诱导法
➢化学物质诱导法是以原生质体为受体,借助于
特定的化学物质诱导DNA直接导入植物细胞的 方法。常用的转化细胞的化学物质有PEG(聚 乙二醇)、PLO(多聚鸟氨酸)、 PVA(聚乙烯醇) 等,其中PEG法应用较多,效果较好。
一、转基因植物
（3）悬浮细胞:单个细胞易于操作， 性状稳定。
（4）愈伤组织:属于分生细胞，易于 接受外源基因。
（5）胚状体:胚状体起源于单细胞， 嵌合现象不易发生。
一、转基因植物
（6）活体:在植株上形成新鲜伤 口，接种根癌农杆菌转化载体， 得到再生芽。
（7）胚轴、茎尖、茎段等也可以 作为转化受体。
液体MS浸泡15min
无生长素N6-AS共培养 3d
N6-H选择培养20d
抗性愈伤组织的获得及植株再生 30d
优化的农杆菌介导法水稻遗传转化过程
1 2N6愈伤诱导 2 N6-BA预培养 3 N6-H选择培养
4 植 株 再 生
载体介导法
根癌农杆菌转化植物细胞的过程大致包 括： 1、农杆菌对植物细胞表面特定部位的识 别和附着 2、经敏感细胞的诱导作用，位于Ti质粒 上控制T区的基因转移的Vir区基因活化 并表达 3、T-DNA从Ti质粒上切割下来，通过细 菌和植物细胞的壁，转移并整合到植物 细胞的核基因组中。
Ti质粒介导的共整合转化系统
（3）将重组大肠杆菌与含野生型Ti质粒的根癌 农杆菌进行结合，通过同源重组，T-DNA质粒整 合到Ti质粒上得到重组根癌农杆菌，利用根癌 农杆菌筛选标记筛选。 （4）将得到的整合型根癌农杆菌感染植物愈伤 组织，携带大肠杆菌重组质粒的T-DNA便随机整 合在植物细胞染色体上，采用含卡那霉素的培 养基筛选出植物细胞转化子。 该方法存在载体构建困难、效率低等不足。
分
目的基因
基因载体
切
接
重组体
转 筛
总 体基 技因 术工 路程 线
表
一、转基因植物
转基因方法
概括起来说主要有两类： 第一类是外源目的DNA的直接转化。 第二类是以载体为媒介的遗传转化， 也称为间接转移系统法。
一、转基因植物
转基因方法
直接导入法
可以采用物理或者化学方法直接将外源目 的基因导人植物细胞。 物理方法包括基因枪法、电击法、超声法、
一、转基因植物
技术路线
目的基因分离 植物表达载体的构建 受体材料的准备
遗传转化
炼苗
转化组织 转化植株筛选 组织脱分化
一、转基因植物
1、受体 受体材料的选择 （1）叶盘:从幼嫩新鲜的植物叶片上用
打孔器取下直径约5mm的圆形叶片 （叶盘）作为外源DNA的转入受体。 （2）原生质体:无细胞壁易于接受外源 基因，同时细胞璧再生后可以再生完 整植株。
病毒感染法
病毒可以感染植物组织，不受双子叶和 单子叶限制，作为植物转荃因载体的病 毒包括单链RNA病毒、 单链DNA病毒和 双链DNA病毒。
较为成熟的是花椰菜花斑病毒（CaMV） 和番茄金花叶病(TGMV )。
转基因植物鉴定
一般情况下，在受体细胞群中只有少部 分细胞获得了外源目的基因，而目的基 因被整合到受体细胞基因组并实现表达 的更少。因此必须从转化体系中筛选出 含有目的基因的重组体。 ➢常用方法包括:选择性培养检测、报告
射击植物
决定基因枪使用成功的因素
➢ 第一因素是动力系统
根据动力系统，基因枪分为三大类：一类是以 火药爆炸力作为动力加速微弹；第二类是以电 弧放电蒸发浪作为动力；第三类是以高压气体 作为动力。
➢ 第二因素是微弹的制备过程 。用的微
载体有两类：一是钨粉，另一个是金粉，直 径一般为0.6－4μm。 常用的将DNA包被到微载体上所用的沉淀试剂 有亚精胺、氯化钙、乙醇、聚乙二醇、异丙醇 等。
载体介导法
（二)Ti质拉介导的二元整合转化系统 由两个分别含有T-DNA和vir区的Ti微型
质粒和辅助质粒构成，通过反式激活T-DNA转 移至植物细胞基因组内。
微型Ti质粒小，转移到农杆菌比较容易， 载体容易构建，效率较高。这是目前T-DNA转 化植物细胞比较常用的方法。
Ti质拉介导的二元整合转化系统
共整合载体和农杆菌质粒重组过程
Ti质粒介导的共整合转化系统
（1）将删除tms、tmr和tmt基因的T-DNA片段克 隆到大肠杆菌载体质粒pBR322上（有氨苄青霉素 抗性标记) （2）然后分别插人新霉素磷酸转移酶(NPTⅡ)基 因(卡那霉素抗性)和根癌农杆菌筛选标记，接入 外源基因，转化大肠杆菌，利用氨苄青霉素 （Apr）筛选阳性克隆。
Ti plasmid of Agrobacterium causes crown gall tumors
T-DNA contains: 1) opine systhesis genes 2) iaaM, iaaH—auxins 3) iptZ--phytohormone
100多种双子叶植 物！很少感染单子 叶植物！
显微注射法和激光微束法等。 化学方法包括PEG法、脂质法等。
一、转基因植物
基因枪法最早是由 美国康奈尔大学 Sanford最先提出的。 1992年，世界首例 转基因小鼠就是通 过该法获得的。
一、转基因植物
基因枪法(gene gun bombardment)又称粒子轰
击(particle bombardment)，高速粒子喷射技术 (high-velocity particle microprojection)， 经过加速装置用表面附着DNA分子(含目的基因） 的金属微粒轰击植物细胞，将DNA直接射入植物 细胞。
第十章
转基因植物
主要内容
一、转基因植物 受体 转基因方法 转基因植物鉴定
二、基因改良植物 抗虫害植物 抗除草剂植物 高品质植物
三、转基因植物生物 制药
四、转基因植物的安 全性问题
一、转基因植物
转基因植物(transgenic plant)是指将外 源基因转入到植物的细胞或组织中获得 的具有新的遗传性状的植物。
基因枪法
基因枪法进行遗传转化的步骤： 1、靶细胞或组织的预处理：渗透压
调节（甘露醇、山梨醇） 2、质粒DNA的提取与纯化 3、微弹头的制备（质粒DNA浓度、
金粉颗粒处理） 4、轰击 （距离、压力） 5、抗性愈伤组织的诱导与筛选 6、植株再生与转化体筛选
吸附
装入
DNA 1.2m钨弹头 特制手枪
➢PEG是细胞融合剂，在磷酸钙、高pH条
件下引起原生质细胞膜表面电荷紊乱带 来通透性改变从而有助于细胞摄取外源 DNA。
化学物质诱导法
PEG法优缺点：
优点
➢PEG法操作简单、成本低、结果较稳定、重