园
艺
作
物
生
理
学
课
程
论
文
转基因技术在园艺作物育种中的应用
植物遗传转化（plant genetic transformation）是指通过某种途径将外源基因导入受体基因组中， 并使之在受体植物细胞内实现功能表达的分子育种技术。 1983 年， 人类首次获得烟草和马铃薯的转基因，经过10多年的发展，转基因技术已在近200种植物中获得成功。转基因植物在提高植物的农业和园艺价值，作为某些重要蛋白质和次生代谢产物的廉价生物反应器，以及研究基因在发育和其它生理生化过程与代谢途径中的作用等方面，均充当了核心角色。中国转基因技术的应用起步较晚，但近几年随着政府政策的导向和广大研究人员的共同努力，中国蔬菜的转基因呈现出蓬勃生机，其应用为蔬菜作物的遗传育种和品种改良提供了一条有效的途径，它使人们有可能获得优质、高产、抗病（ 毒）、抗病虫及抗逆性强的蔬菜新品种或新种质，同时也提高了育种的速度和效率，加快了育种进程。到目前为止，已获得转基因植株的蔬菜有番茄、辣椒、茄子、马铃薯、胡萝卜、甘蓝、花椰菜、大白菜、小白菜、油菜、生菜、菠菜、芥菜、茴香、豌豆、南瓜、黄瓜、西瓜、甜瓜、石刁柏、洋葱等，所转基因的目的涉及面广，转化方法也多种多样。本文将从以下几个方面谈论我国转基因技术在园艺作物育种中的应用
1 转基因育种和传统育种的区别和联系
1.1 涵义的不同
转基因育种技术指在体外将目的基因或异源DNA片段，与适当的载体(Ti-质粒或病毒)进行重组，得到杂种DNA分子，然后将杂种DNA分子导入并整合到受体细胞染色体上，在受体细胞中复制、转录、翻译和表达出导入DNA所携带的优良遗传性状，从而按育种目标定向培育出抗性更强、产量更高、品质更好、营养更丰富、生产成本更低的转基因的新作物、新品种。传统育种技术，主要通过有性杂交，以及利用自然突变，或通过化学或物理方法进行人工诱变，然后选育获得新品种。虽然该技术已为人类做出了很大贡献，但是遗传诱变可能引起所有性状随机的和不可预测的遗传变异，具有很大的不精确性和不可预见性。 1.2 基因转移的范围和效率不同
一方面，传统育种技术一般只能在生物的种内实现基因转移，而转基因技术所转移的基因则不受生物物种间亲缘关系的限制，可以跨越物种，甚至是属、纲、
门、界来转移遗传物质。另一方面传统育种技术一般是在生物个体水平上进行，操作对象是整个基因组，所转移的是大量的基因，不可能准确的对某个基因进行操作和选择，对后代的表现预见性差。转基因技术所操作和转移的一般是一个或少数几个经过明确定义的基因，功能清楚，后代表现可准确预期。广泛的科学证据证明，转基因技术在遗传物质的导入方面，具有杂交和其他传统育种方法无法比拟的精确性。 1.3 目的性不同
转基因技术目的性比传统育种技术更强。传统育种技术是通过选择，有时候自然界也会产生自发突变，然后进行人工选择，能够获得一个植物的新品种，但是这个取决于大自然的恩赐。在育种过程中，目的性不是很强，要凭经验和运气。而转基因技术目的性非常强，它可以为作物改良者们提供一个将单个基因导入作物并使之表达理想性状的新方法，具有更好的可预见性。 1.4 育种周期不同
传统的杂交育种很大程度上依赖于有性杂交，涉及父母本的所有基因，要获得一个理想性状往往需要几个世代的正交和反交。所以，一个作物品种育成和上市往往要花15年甚至更长时间。而利用转基因技术可以在1个或2个世代中完成基因转移，育种周期相对较短 1.5提供的产品特性不同
转基因技术可提供大量新的有用的产品，这些产品能够提高作物产量和品质，生产所需要的疫苗和药品，甚至能够作为生物反应器，生产比较稀缺的资源替代自然资源。如转基因油菜可以用来生产生物柴油，既环保又可以节约成本，减少资源消耗。
但从另一方面说，转基因技术与传统技术是一脉相承的，其本质都是通过获得优良基因进行遗传改良。传统的杂交和选择技术一般是在生物个体水平上进行，操作对象是整个基因组，所转移的是大量的基因，不可能准确地对某个基因进行操作和选择，对后代的表现预见性较差。比如一个作物 （品种） 高产但不优质，另一个作物优质但不高产，科学家就很自然会想到要让这个作物既优质又高产，就利用杂交的办法，但往往事与愿违，因为杂交后代既继承了一些我们希望得到的性状，同时也继承了一些不需要或不好的性状，这就需要通过长期的育种筛选
把不希望的性状筛掉，这使得杂交育种的成功率很低、年限很长。而转基因技术所操作和转移的一般是经过明确定义的基因，功能清楚，后代表现可准确预期。我们可以把优质的基因找出来，导入到高产的作物中，准确、高效地实现基因的交换，也可以把高产的基因导入到优质的品种里，从这个意义上来说转基因技术跟传统技术没有本质的区别，转基因技术是对传统技术的发展和补充，将两者紧密结合，可相得益彰，大大地提高植物品种改良的效率。
因此，转基因技术与传统育种技术相比，具有两方面的优势：一是传统育种技术一般只能在同一物种内实现基因转移，而转基因技术可打破不同物种间天然杂交的屏障，扩大可利用基因的范围；二是传统的杂交育种技术操作对象是整个基因组，不可能准确地操作和选择具体基因，而转基因技术所操作和转移的基因具有明确功能，后代表现可准确预期。
2 转基因技术和方法
遗传转化的方法按其是否需要通过组织培养、再生植株通常可分成两大类，第一类需要通过组织培养再生植株，常用的方法有农杆菌介导转化法、基因枪法；另一类方法不需要通过组织培养，比较成熟的主要有花粉管通道法，花粉管通道法是中国科学家提出的。 2.1 农杆菌介导转化
农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位，并诱导产生冠瘿瘤或发状根。根癌农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将T-DNA插入到植物基因组中。
因此，农杆菌是一种天然的植物遗传转化体系。人们将目的基因插入到经过改造的T-DNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。但农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中，自从技术瓶颈被打破之后，农杆菌介导转化在单子叶植物中也得到了广泛应用，其中水稻已经被当作模式植物进行研究。 2.2 花粉管通道法
在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液，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，并进一步地被整合到受体
细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法于80年代初期由中国学者周光宇提出，中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。 2.3 核显微注射法
核显微注射法是动物转基因技术中最常用的方法。它是在显微镜下将外源基因注射到受精卵细胞的原核内，注射的外源基因与胚胎基因组融合，然后进行体外培养，最后移植到受体母畜子宫内发育，这样分娩的动物体内的每一个细胞都含有新的DNA片段。-这种方法的缺点是效率低、位置效应(外源基因插入位点随机性)造成的表达结果的不确定性、动物利用率低等，在反刍动物还存在着繁殖周期长，有较强的时间限制、需要大量的供体和受体动物等特点。 2.4 基因枪法
利用火药爆炸或高压气体加速（这一加速设备被称为基因枪），将包裹了带目的基因的DNA溶液的高速微弹直接送入完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞和组织培养技术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。与农杆菌转化相比，基因枪法转化的一个主要优点是不受受体植物范围的限制。而且其载体质粒的构建也相对简单，因此也是转基因研究中应用较为广泛的一种方法。 2.5 精子介导法
精子介导的基因转移是把精子作适当处理后，使其具有携带外源基因的能力。然后，用携带有外源基因的精子给发情母畜授精。在母畜所生的后代中，就有一定比例的动物是整合外源基因的转基因动物。
同显微注射方法相比，精子介导的基因转移有两个优点：首先是它的成本很低，只有显微注射法成本的1/10。其次，由于它不涉及对动物进行处理，因此，可以用生产牛群或羊群进行实验，以保证每次实验都能够获得成功。 2.6 核移植转基因法
体细胞核移植是一种转基因技术。该方法是先把外源基因与供体细胞在培养基中培养，使外源基因整合到供体细胞上，然后将供体细胞细胞核移植到受体细
转基因技术在园艺作物育种中的应用-园艺作物生理学作业
