植物转基因技术原理及要点
《植物转基因技术》课件
转基因技术的未来发展方向和前景
研究方向
未来应加强转基因技术在提高作物抗逆性、 品质改良和功能食品研发等方面的研究，以 满足人类不断增长的需求。同时，应关注新 兴技术的应用，如基因编辑技术，以推动转 基因技术的创新发展。
应用前景
随着转基因技术的不断进步和应用领域的拓 展，未来转基因作物有望在保障粮食安全、 提高农业生产效率和改善生态环境等方面发 挥重要作用。同时，随着人们对转基因技术 认识的深入和法规体系的完善，转基因技术 的应用前景将更加广阔。
鉴定
对筛选出的阳性细胞或植 株进行遗传和表达分析， 以确定目的基因是否成功 导入并稳定遗传。
鉴定方法
包括分子生物学技术、免 疫学技术、生物化学技术 等。
转基因植物的遗传稳定性与安全性
01
02
03
04
遗传稳定性
转基因植物在繁殖过程中，目 的基因能够稳定遗传并表达的
能力。
安全性
转基因植物对人类健康、生态 环境和农业生产的潜在影响。
目的基因的验证
对获取的目的基因进行测序和功能验证，确保其正确性和可用性。
基因克隆与载体构建
基因克隆
采用限制性内切酶和连接酶等技 术，将目的基因克隆到载体上。
载体的选择
根据目的基因的特点和需求，选 择适合的载体，如质粒、病毒载
体等。
载体构建
将目的基因与载体进行重组，形 成重组质粒或重组病毒载体。
转化体的筛选与鉴定
转基因技术的法规和监管问题
法规制定
各国政府需制定完善的法规和监管体系 ，规范转基因技术的研发和应用，确保 其安全可靠。同时，需要加强国际合作 ，共同制定国际统一的转基因技术标准 。
VS
监管执行
转基因的技术原理
转基因的技术原理《转基因技术原理：从基础到应用全解析》1. 引言嘿，你有没有想过，在现代农业里，有一种技术能让农作物像被施了魔法一样，拥有了一些特殊的能力呢？比如说，棉花不怕虫子咬了，大豆的产量更高了。
这就是转基因技术在背后发挥着作用。
今天啊，咱们就来好好扒一扒转基因技术背后的原理，让你从基本概念到实际应用，完完全全地搞明白它。
这中间呢，咱们会讲讲它的理论基础、工作过程，在生活和高级工业中的应用，还有那些容易被人误解的地方，再补充一些相关的知识。
2. 核心原理2.1基本概念与理论背景说白了，转基因技术就是把一种生物的基因（也就是带有遗传信息的DNA片段）提取出来，然后把它放到另一种生物的细胞里去，让这个基因在新的生物体内发挥作用。
这个概念的来源可以追溯到很久以前人们对遗传规律的探索。
最开始孟德尔通过豌豆实验发现了遗传因子（也就是现在我们说的基因）的存在，这就像是打开了一扇大门。
随着科学不断发展，人们对基因的认识越来越深入，就开始琢磨能不能把基因在不同生物之间进行转移呢？于是，转基因技术就逐渐发展起来了。
2.2运行机制与过程分析这个过程就像是一场神奇的基因接力赛。
首先呢，科学家要找到他们想要转移的基因。
比如说，科学家发现一种细菌里有个基因能产生一种毒素，这个毒素能杀死害虫，那这个基因就是目标基因。
然后呢，要把这个基因从细菌的DNA里面切割出来，这就好比是从一串项链上取下一颗特殊的珠子。
这个切割的工作就需要一种特殊的“剪刀”，叫限制性内切酶。
接下来，要把这个取出来的基因放到另一种生物的细胞里。
这个过程就像是把一颗珠子缝到另一件衣服上。
但是这个细胞它有自己的防御机制，不会轻易接受外来的基因，所以还需要一些特殊的手段，比如说用一种叫载体的东西，这个载体就像是一辆小卡车，把目标基因运到细胞里面去。
最后，这个外来的基因进入细胞后，要和细胞自己的基因一起工作。
细胞会把这个新的基因当作自己的一部分，按照基因里面的信息来合成相应的蛋白质，这样就实现了转基因的目的。
植物转基因技术的原理和方法
植物转基因技术的原理和方法
1、植物转基因技术的原理
植物转基因技术是指将外源DNA片段插入到植物细胞的过程，从而改变植物的表型特征。
在植物转基因技术中，将外源DNA插入到植物细胞的过程包括以下几个步骤：
(1) DNA片段的生产和收集：DNA片段的生产和收集是通过一系列的生物技术手段来实现的，比如PCR扩增技术、染色体复制，等等。
(2)特異性克隆：特異性克隆是一种利用抗原受体系统的分子生物学技术，主要是通过聚合酶链反应的方法，将无菌的DNA片段植入到宿主细胞中，从而使改变细胞表型性状的抗原受体获得潜在的克隆特异来源。
(3) 载体特异性转染：载体特异性转染是将DNA片段植入到宿主细胞中的过程，它通常是利用哺乳动物质粒等载体将外源DNA片段植入到宿主细胞中。
(4) 转化：转化是植物细胞在受到DNA片段植入后，能够形成含有外源基因的植物的过程。
2、植物转基因技术的方法
(1) 诱导细胞抗性：植物转基因技术可以利用一些诱导剂，如多聚糖、双链RNA等，通过诱导植物细胞的自然抗性，让其增加免疫反应及抗外源性抗原的能力，从而提高转基因植物的转化效率。
(2) 共价结合技术：共价结合技术是一种利用化学方法将外源DNA植入植物细胞的技术，它通常利用某种活性稀释剂将DNA片段与
植物细胞表面形成稳定的共价结合，从而使外源DNA片段能够植入宿主细胞。
(3) 转化抗性：转化抗性是一种利用抗生素来抑制植物细胞的自然抗性，从而促进植物细胞内部外源DNA的转化。
一般常用的抗生素有青霉素和环丙沙星。
(4) 小麦内含体技术：小麦内含体技术是一种利用小麦内含体将外源DNA植入植物细胞的技术，它通常利用小麦内含体外质壁偶联（ECC）促进外源DNA的转化。
植物转基因技术的几种方法
植物转基因技术的几种方法
(1)农杆菌介导转化法将外植体放入含有外源基因的农杆菌(Agrobacteriumtume／ociens)菌液中浸泡，然后转入共培养基，再转入筛选培养基诱导抗性愈伤组织和抗性芽，生根后的抗性植株移栽至营养钵生长。
(2)基因枪法又称微弹轰击法。
其基本原理是将外源DNA黏附在微小的金粒或钨粒表面，然后在高压的作用下，微粒被高速射入受体细胞或组织，微粒上的外源DNA进入细胞后，整合到植物染色体上，得以表达，从而实现基因的转化。
(3)花粉管通道法在植物授粉时将含目的基因的DNA溶液涂于柱头上，利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为含转基因的新个体。
该方法于80年代初期由我国学者周光宇提出。
我国目前推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。
该法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，不需要装备精良的实验室，常规育种工作者易于掌握。
(4)微注射法首先制备植物原生质体，游离出细胞，在倒置显微镜和显微操作器的帮助下，将目的基因DNA通过微管注射到受体细胞中。
(5)电穿孔法在短时间的高压直流电脉冲的冲击下，可以使原生质膜的分子疏松，形成暂时性的直径为3～4nl-n的小孔，但对原生质体生活力影响不大。
这时，存在于原生质体周围溶液中的外源DNA，就可以通过这种小孔进入原生质体，实现基因的直接转移。
(6)微束激光打孔法原生质体在短时间的微束激光照射下，可在质膜表面形成面积约0．25Pm2左右的小孔，使DNA分子进入细胞。
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植物转基因技术原理及要点
通过将与生物燃料生产相关的基因导入植物中，使植物能够生产生物燃料。例如，转基因生物燃料甘蔗和藻类。
THANKS
谢谢
基因枪法
通过物理手段将目的基因 导入植物细胞，常用金粉 或钨粉作为载体。
微管注射法
将目的基因直接注射到植 物细胞内，再通过植物细 胞培养再生出转基因植株。
转基因植物的安全性评价
生态安全评价
评估转基响、基因漂移等。
食品安全评价
评估转基因植物对人类健 康的潜在影响，如食品中 营养成分的改变、毒理学 安全性等。
产量高
转基因技术可以增加植物的光合作用 效率，提高产量，有助于解决全球粮 食安全问题。
品质优良
转基因技术可以改善植物的品质，如 增加营养价值、改善口感等。
转基因植物的缺点
生态风险
转基因植物可能对非目标生物产生影响，破 坏生态平衡。
过敏反应
转基因植物可能产生新的过敏原，引发过敏 反应。
食品安全问题
关于转基因食品的安全性存在争议，长期食 用可能对人体健康产生影响。
高产优质转基因植物
高油酸转基因植物
通过将高油酸相关基因导入植物中，提高植物油中的油酸含量，从而提高油的品质和稳定性。例如， 转基因高油酸油菜和花生。
高纤维转基因植物
通过将高纤维相关基因导入植物中，提高植物纤维的产量和品质。例如，转基因高纤维亚麻和大麻。
其他应用领域的转基因植物
荧光转基因植物
通过将荧光蛋白基因导入植物中，使植物在黑暗中发出荧光，具有观赏价值。例如，转基因荧光烟草和紫茉莉。
植物转基因技术要点
目的基因的选择与获取
目的基因选择
选择对植物生长、产量、抗性等有积 极影响的基因作为目的基因，以提高 转基因植物的性状。
植物转基因原理与技术
植物转基因原理与技术植物转基因原理与技术转基因是指通过基因工程技术将外源基因导入到受体细胞中的过程。
微生物和动物细胞转基因开展较早，技术也比较成熟，相对动物和微生物转基因来说，植物转基因开展较晚。
自1984年获得第一株转基因烟草以来，近二十年的时间里在数百种植物中获得成功。
下面就植物转基因的原理和常见技术做一简单介绍。
原理根据植物细胞能再生成植株的全能性，利用生物媒介或其他物理化学的方法和技术将外源基因导入受体细胞并且整合到基因组中，通过组织培养获得完整植株。
在培养过程中为了筛选阳性转基因植物往往采用植物敏感的抗生素进行筛选，最后经过分子生物学和生理方面的检测来鉴定抗性生根的植株是否是真正的转基因植物。
以技术为媒介，一个植物转基因系统必然涉及到外源基因和受体细胞。
外源基因可以是克隆到质粒等载体中的或是未经克隆的裸露基因。
受体细胞根据转基因技术和植物的类型的不同，可以选择外植体，愈伤组织，原生质体等。
一个好的转基因受体细胞应该是具有高效稳定的再生能力，并且能接受外源基因的整合，并对选择抗生素敏感的无性繁殖系。
植物转基因流程图如下所示。
外植体）愈伤组织瞬时表达外源基因植物受体细胞原生质体生殖细胞稳定表达获得抗性生根转基因苗转基因植物的检测和鉴定（PCR, Southern blot ,Northern blot,生理指标鉴定等）技术就植物转基因技术而言可以根据转化系统的原理分为三大系统：载体转化技术，直接转化技术和种质转化技术。
下面分别叙述。
一载体转化技术载体转化技术是指通过农杆菌的Ti 或Ri质粒，植物病毒的DNA或RNA等生物载体介导基因进入并整合到植物基因组上的方法。
其中土壤农杆菌转化系统是目前研究最为清楚而且转化最成功的方法。
病毒载体转化系统的研究也取得一些成就。
土壤农杆菌是一类浸染受伤植物并且形成冠瘿瘤的革兰氏阴性菌。
它的致瘤能力来源于存在于细胞内的Ti（tumour-induced）质粒。
植物转基因技术的原理和方法
植物转基因技术的原理和方法
植物转基因技术是一种利用分子生物学手段将外源基因导入植物细胞内，使其具有新的性状的技术。
转基因技术的原理是通过将外源基因导入植物细胞内，使得这些基因能够在植物细胞内正常表达，从而实现对植物性状的改良。
转基因技术的方法主要包括以下几个步骤：首先，利用现代分子生物学技术，将需要导入植物细胞内的外源基因与载体DNA连接起来，形成转基因载体。
其次，将转基因载体导入到植物细胞内，使其与植物细胞内的DNA发生重组，从而使外源基因被整合到植物细胞内。
最后，通过筛选和鉴定，确定已经被整合外源基因的植物细胞，并进行培养和繁殖。
转基因技术应用广泛，可以用于改良植物的品质、抗病性、耐旱性等性状。
在农业生产中，转基因技术可以提高作物的产量和品质，减少使用农药和化肥的数量，从而减少对环境的污染。
同时，转基因技术也可以用于生物医药领域，生产一些高价值的药物和医疗用品。
然而，转基因技术也存在一些争议和风险。
一些人担心转基因作物可能会对生态环境造成负面影响，并可能对人类健康产生潜在风险。
因此，在使用转基因技术时，需要进行严格的安全评估和监管。
同时，为了保护消费者的知情权和选择权，一些国家和地区还规定了
转基因食品的强制标识。
植物转基因技术是一种强大的生物技术手段，具有广泛的应用前景。
同时，也需要充分考虑其潜在的风险和影响，采取相应的安全措施和监管措施，确保其合理、安全地应用。
植物转基因技术原理及要点
李琳玲
1.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 转化组织
炼苗
转化植株筛选 组织脱分化
1.目的基因的分离
（1）已知基因的获得
①化学合成法 ②PCR扩增
（选目的基因 ③mRNA差异显示技术筛选差异表达基因 ④差异蛋白质谱表达技术筛选功能基因 ……
(A) 仅共培养基中加AS
(B) 仅菌液中加AS
实验结论：A与C效果最好且差异不明显
(C) 菌液和共培养基中均加AS
AS使用浓度：50μM~200μM
6.炼苗
7.转基因苗的筛选与鉴定
培养过程中利用标记基因筛选
标记基因
选择标记基因(Slective gene)
抗生素类选择基因 抗除草剂类选择基因
生物安全性标记类选择基因 ……
报告基因(Report gene)
β-D-葡萄糖酸苷酶基因(Gus) 荧光素酶基因(Luc) 氯霉素乙酰转移酶基因(Cat) 绿色荧光蛋白基因(Gfp)
……
例 Gus检测
原理：β－Ｄ－葡萄糖酸苷酶基因（Gus），催 化β－葡萄糖苷酯类物质水解。其中很多水解 产物具有发色团或形成荧光物质。
例：组织化学法测定Gus活性 作用底物为X-gluc,产物是一种不可溶的5,5-
二溴，4,4-二氯靛蓝；
转基因植物的PCR检测
外源基因整合的PCR-Southern杂交检测 外源基因拷贝的IPCR检测 外源基因表达的RT-PCR
杂交鉴定
外源基因整合的Southern 杂交鉴定 外源基因转录的Northern杂交检测 外源基因表达蛋白的检测 外源基因整合及表达的原位杂交检测
Southern杂交过程
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共培养 侵染 叶盘 受体植物
诱导成苗
遗传转化主要的影响因素：
1.预培养时间：一般0~3天，过长不利于侵染 2.农杆菌浓度：用MS（pH=7.0）盐溶液调OD值（一般在 0.2~1.0） 3.侵染时间：时间应适中，太短转化率低；太高则后期农杆 菌难以除净，毒害材料。 4.共培养时间 5.乙酰丁香酮（AS）处理：处理方式及浓度 (A) 仅共培养基中加AS (B) 仅菌液中加AS 实验结论：A与C效果最好且差异不明显 (C) 菌液和共培养基中均加AS AS使用浓度：50μM~200μM
杂交鉴定
外源基因整合的Southern 杂交鉴定 外源基因转录的Northern杂交检测 外源基因表达蛋白的检测 外源基因整合及表达的原位杂交检测
Southern杂交过程
8.转基因植物成果检测
Thank you !
6.炼苗
7.转基因苗的筛选与鉴定
培养过程中利用标记基因筛选
选择标记基因(Slective gene)
抗生素类选择基因 抗除草剂类选择基因 生物安全性标记类选择基因 ……
标记基因
报告基因(Report gene)
β-D-葡萄糖酸苷酶基因(Gus) 荧光素酶基因(Luc) 氯霉素乙酰转移酶基因(Cat) 绿色荧光蛋白基因(Gfp) ……
CaMV35P
chs
β-glucuronidose
NOS ter
3.受体材料的准备 细胞的全能性：分化细胞脱分化
再分化
4.遗传转化
（1）间接转化法——农杆菌介导转化法
（2）直接转化法
A、 基因枪转化法 B、 电击法 C、花粉管通道法 D、 PEG介导基因转化法
根癌农杆菌
植物转基因技术原理及要点
李琳玲
1.技术路线
目的基因分离 植物表达载体的构建
遗传转化
受体材料的准备 转化组织
炼苗
转化植株筛选
组织脱分化
1.目的基因的分离
（1）已知基因的获得
①化学合成法 ②PCR扩选差异表达基因 ④差异蛋白质谱表达技术筛选功能基因 ……
DNA直接转化法
无宿主限制，适用于各种单、 转化效率低，需要专门设 备（电击仪、显微操作仪 （1）基因枪转化法 双子叶植物，操作简单 或基因枪），多数需要原 （2） 电击法 生质体与愈伤组织，周期 （3） PEG介导基 太长（电击法） 因转化法
（4）花粉管通道法
5.转化组织 ——农杆菌介导之叶盘转化法
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电击法的主要原理是将原生质体
在溶液中与DNA混合,然后利用高 压电脉冲作用,使原生质体膜的某 些部位被击穿而产生可回复的小 孔,外源DNA可通过小孔进入原生 质体内,而且不影响经电击处理的 原生质体再生植物的能力.
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花粉管通道法是利用开花植物授粉
后形成的花粉管通道,直接将外源目 的基因导入尚不具备正常细胞壁的卵、 合子或早期胚胎细胞,实现目的基因 转化.
转基因方法
DNA间接转化法 农杆菌介导基因 转移
转化的优点
转化的缺点
受体种类，可以在原生质体、 转化双子叶植物为主。大 蛋细胞和细胞团、组织器官 多数单子叶植物和裸子植 或整株等多级水平上进行， 物对农杆菌的侵入不敏感， 方法成熟可靠，简便易行， 限制了该法在禾谷类作物 周期短，转化率高； 中的应用。 转化体常出现“嵌合”现 象，需在严格条件下加以 选择以淘汰未转化细胞
例 Gus检测
原理：β－Ｄ－葡萄糖酸苷酶基因（Gus），催 化β－葡萄糖苷酯类物质水解。其中很多水解 产物具有发色团或形成荧光物质。 例：组织化学法测定Gus活性 作用底物为X-gluc,产物是一种不可溶的5,5二溴，4,4-二氯靛蓝；
转基因植物的PCR检测
外源基因整合的PCR-Southern杂交检测 外源基因拷贝的IPCR检测 外源基因表达的RT-PCR
2.植物表达载体的构建
④
pGEM-T
⑤
⑥ ⑥
① ②
①银杏叶RNA提取 ②反转录cDNA ③chs全长cDNA的克隆 ④TA克隆及测序
③
⑦
⑤向chs两端引入酶切位点 ⑥双酶切 ⑦定向克隆 ⑧导入农杆菌
⑧
例 pBI121-chs构建
pBI121图谱
银杏chs基因植物表达载体构建示意图
chs
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基因枪转化法由美国Cornell大学的
Sanfor (1987)提出,它的主要原理是将包 含目的基因的载体包被在微小的金属微 粒(钨粒或金粒)表面,通过高压驱动力加 速微粒穿透植物细胞壁,导入受体组织细 胞内,然后通过组织培养再生出完整的植 株.微粒上的外源DNA进入细胞后,整合到 染色体上并得到表达,从而实现基因的转 化.。
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PEG介导基因转化的主要原理是聚乙二醇
(PEG)、多聚-L-鸟核苷酸(pLO)、磷酸钙及高 pH值条件下诱导原生质体摄取外源DNA分 子.PEG可促使细胞膜与DNA间接触与粘连, 并通过引起膜表面电荷的紊乱及干扰细胞间 的识别,利于细胞膜间的融合以及外源DNA进 入原生质体.
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表1 几种植物转基因方法比较
(Agrobacterium tumefaciens),
是一种革兰氏阴性土壤杆菌,
它含有Ti质粒,能诱导被侵 染的植物细胞形成肿瘤, 即诱发冠瘿瘤.Ti质粒(包 括Ri质粒)上有一段转移 DNA,在农杆菌侵染宿主 植物时,这段DNA可以转 移进植物细胞,并稳定地 保留在植物细胞染色体中, 变为植物细胞新增加的一 群基因,最终能通过有性 世代遗传给子代 。