姬長(zhǎng)媛
(吉林市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,吉林 吉林 132000)
轉(zhuǎn)基因玉米是使用DNA 重組技術(shù),通過克隆的方式把外源基因轉(zhuǎn)移到玉米受體之中產(chǎn)生定向穩(wěn)定的遺傳,使其后代變成具有穩(wěn)定遺傳性狀的玉米。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),因病蟲害造成的全球農(nóng)作物損失高達(dá)37%,其中13% 是由蟲害引起的。我國(guó)作為玉米種植大國(guó)是玉米螟的多發(fā)重發(fā)區(qū),幾乎每?jī)赡昃蜁?huì)發(fā)生一次大型蟲災(zāi),其中玉米螟造成的損失達(dá)5% 左右??瓜x轉(zhuǎn)基因玉米主要是將BT 毒蛋白和抗蟲基因?qū)胗衩谆蛑小T 毒蛋白作為一種原病毒存在于孢晶體內(nèi),芽孢在成型的過程中會(huì)產(chǎn)生一種殺蟲晶體蛋白(ICP),此蛋白被昆蟲攝取后,昆蟲幼蟲的腸道環(huán)境會(huì)與其發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生毒性多肽分子,致使幼蟲停止進(jìn)食而死亡??瓜x轉(zhuǎn)基因玉米投入使用后會(huì)大幅度降低蟲害,提高玉米產(chǎn)量。BT毒蛋白已在美國(guó)等國(guó)家廣泛應(yīng)用。
大多玉米種植的除草方式是使用除草劑,除草劑雖然使用方便快捷、省時(shí)省力,但在殺死雜草的同時(shí)會(huì)誤殺玉米,還會(huì)污染環(huán)境。抗除草劑轉(zhuǎn)基因玉米是將除草劑的耐性基因轉(zhuǎn)移到玉米上,使玉米具有較強(qiáng)的耐受性,噴灑除草劑時(shí)將不會(huì)受到傷害,以此來提高玉米產(chǎn)量。
目前,我國(guó)玉米的產(chǎn)量較高,但品質(zhì)相對(duì)較差,蛋白質(zhì)和賴氨酸含量低,賴氨酸只占干重的0.27%。改良蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)基因玉米是通過克隆外源蛋白基因來提高玉米品質(zhì),把普通的玉米變成具有優(yōu)良性狀的玉米。研究發(fā)現(xiàn),在玉米種子中轉(zhuǎn)入富含賴氨酸的馬鈴薯花粉特異水溶性蛋白,可以將賴氨酸含量提高到10% 以上。
農(nóng)桿菌是一種天然的植物基因轉(zhuǎn)化系統(tǒng),其含有的Ti 或 Ri 質(zhì)粒具有攜帶外源基因的功能,經(jīng)過遺傳工程的方法對(duì)農(nóng)桿菌及質(zhì)粒加以改造,并導(dǎo)入外源基因,借助農(nóng)桿菌對(duì)植物的感染特性將外源基因帶入植物細(xì)胞內(nèi),從而完成轉(zhuǎn)化過程。應(yīng)用最多的是農(nóng)稈菌Ti 質(zhì)粒介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化系統(tǒng),該轉(zhuǎn)化系統(tǒng)是目前研究最多、理論機(jī)理最清楚、技術(shù)方法最成熟的基因轉(zhuǎn)化途徑。
基因槍法是將 DNA 包裹于微小的金屬鎢或金粒的表面,在高壓下使金屬顆粒噴射高速穿透受體細(xì)胞或組織,使外源基因進(jìn)入受體細(xì)胞核并整合表達(dá)的過程?;驑屇壳爸饕? 種:火藥槍基因槍、氣動(dòng)式基因槍和放電式基因槍?;驑屴D(zhuǎn)化的優(yōu)點(diǎn)是無宿主限制、靶體類型廣泛、操作簡(jiǎn)便,但轉(zhuǎn)化頻率低、插入位點(diǎn)、插入拷貝數(shù)不定。
鋅指核酸酶是人工改造的限制酶,由鋅指結(jié)構(gòu)的DNA 結(jié)合結(jié)構(gòu)域和DNA 切割結(jié)構(gòu)域融合而成。它們能夠識(shí)別并結(jié)合指定的位點(diǎn),高效且精確地切斷靶DNA。隨后細(xì)胞利用天然的DNA 修復(fù)過程——“同源定向修復(fù)” 或 “非同源末端連接” 來治愈靶的斷裂。研究人員可以隨心所欲地進(jìn)行基因組編輯,包括基因修復(fù)、基因刪除和定向的基因添加。
花粉管通道法是在花粉授粉之后,將外源基因溶液注射到子房,使其沿花粉管通道滲入,通過珠心后進(jìn)入胚囊整合受體細(xì)胞基因組。該技術(shù)與其他轉(zhuǎn)基因方法相比,具有操作簡(jiǎn)單、方便、育種時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn),并且這種方法對(duì)任何基因源都適用。
玉米品質(zhì)和產(chǎn)量直接關(guān)系到玉米種植者的經(jīng)濟(jì)利益,如何改善玉米品質(zhì),并提高玉米產(chǎn)量是玉米育種的重要目標(biāo)之一。采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良玉米品質(zhì)過程中,可以對(duì)玉米的單一品質(zhì),比如淀粉含量、纖維素含量和蛋白質(zhì)含量等進(jìn)行定量改良,從而有效改善玉米口感,提高玉米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。同時(shí),通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)還可以對(duì)玉米產(chǎn)量和大小等進(jìn)行精確調(diào)控,使玉米提高產(chǎn)量。
在玉米苗期,一些病害容易發(fā)生,造成玉米減產(chǎn)嚴(yán)重,而培育抗病性強(qiáng)的品種有利于減少病害對(duì)玉米種植者造成的損失。通過分子生物學(xué)手段找出其他植物對(duì)某種病害具有很強(qiáng)抗性的相關(guān)基因,然后通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將其導(dǎo)入玉米中,從而可以有效提高玉米對(duì)該種病害的抗性。
草害是玉米種植過程中遇到的常見問題之一,尤其是在玉米苗期,雜草生長(zhǎng)速度快,容易爭(zhēng)奪玉米的養(yǎng)分,并對(duì)玉米造成遮擋,使玉米缺乏光照,嚴(yán)重影響了玉米的生產(chǎn)。對(duì)于草害,人工除草費(fèi)時(shí)費(fèi)工,而且效果不夠理想,而藥劑除草高效快捷,深受玉米種植者的喜愛。然而在噴灑除草劑的過程中,玉米容易遭受藥害而死亡,因此提高玉米對(duì)除草劑的抗性也是玉米育種的重要目標(biāo)之一。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以將抗除草劑基因直接轉(zhuǎn)入玉米細(xì)胞中,從而提高玉米對(duì)除草劑的抗性,從根本上解決玉米產(chǎn)生藥害的問題,有助于玉米田間高效除草,促進(jìn)玉米安全生產(chǎn)。
玉米鉆心蟲是玉米的主要害蟲之一,不僅可以危害玉米莖葉,還會(huì)直接危害玉米果實(shí),給玉米種植者帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將抗蟲蛋白基因轉(zhuǎn)入玉米細(xì)胞中,可以培育出抗蟲玉米。這不僅可以減少玉米種植過程中農(nóng)藥的使用,而且還可以保證玉米不受玉米鉆心蟲危害,從而促進(jìn)玉米安全生產(chǎn),提高玉米種植者的經(jīng)濟(jì)效益。
轉(zhuǎn)基因玉米育種具有很大潛力,是育種工作取得新突破的希望所在,我國(guó)作物育種方向長(zhǎng)期以來以高產(chǎn)為主,但今后為實(shí)現(xiàn)大范圍的持續(xù)均衡增產(chǎn)還必須以抗逆、廣適應(yīng)為新的育種目標(biāo),通過轉(zhuǎn)基因途徑培育抗旱節(jié)水新品種大有希望,但實(shí)際上困難很多。
未來的玉米育種,應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)轉(zhuǎn)基因育種的系統(tǒng)性研究和有針對(duì)性開發(fā),在繼續(xù)重視高產(chǎn)與超高產(chǎn)性狀的同時(shí),重點(diǎn)研究如何提高玉米抗逆與廣適應(yīng)上,特別是抗干旱與水土資源高效利用上,切實(shí)加強(qiáng)抗旱轉(zhuǎn)基因育種的基礎(chǔ)理論研究,培育出抗病蟲害、耐高鹽堿并且具有更高產(chǎn)量和品質(zhì)的新品種。