《植物的转基因技术》PPT课件.ppt
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1、转基因技术与作物育种1转基因育种的概念与优点转基因育种的概念与优点转基因育种技术的一般操作过程转基因育种技术的一般操作过程转基因育种技术的应用成果转基因育种技术的应用成果转基因的安全性转基因的安全性2作物转基因育种就是根据育种目标,从供体生物中分离目的基因,经 DNA重组与遗传转化或直接运载进入受体作物,经过筛选获得稳定表达的遗传工程体,并经过田间试验与大田选择育成转基因新品种或种质资源。转基因作物(GMC,genetically modified crops)第一节 植物转基因育种概念及优点3与常规育种技术相比,转基因育种在技术上较为复杂,要求也很高,但是具有常规育种所不具备的优势:1.拓宽
2、可利用的基因资源;2.培育高产、优质、高抗优良品种提供了崭新的育种途径;3.可以对植物的目标性状进行定向变异和定向选择;4.可以大大提高选择效率,加快育种进程。此外,还可将植物作为生物反应器生产药物等生物制品。4TraditionalcrossbreedingRecombinant DNA techniques5第二节第二节 植物转基因技术植物转基因技术的一般操作过程的一般操作过程67技术路线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组织脱分化转化植株筛选炼苗8 1.目的基因的分离目的基因的分离(1)已知基因的获得)已知基因的获得化学合成法PCR扩增(2)未知基因的获
3、得)未知基因的获得构建基因组文库,筛选目的基因构建cDNA文库,筛选目的基因mRNA差异显示技术筛选差异表达基因差异蛋白质谱表达技术筛选功能基因9pGEM-T银杏叶银杏叶银杏叶银杏叶RNARNA提取提取提取提取反转录反转录cDNAchs全长全长cDNA的克隆的克隆TA克隆及测序克隆及测序向向chs两端引入酶切位点两端引入酶切位点双酶切双酶切定向克隆定向克隆导入农杆菌导入农杆菌2.植物表达载体的构建植物表达载体的构建103.受体材料的准备受体材料的准备细胞的全能性:分化细胞脱分化再分化11 4.遗传转化遗传转化(1)间接转化法)间接转化法农杆菌介导转化法农杆菌介导转化法(2)直接转化法)直接转化
4、法 A、基因枪转化法基因枪转化法 B、电击法电击法 C、花粉管通道法、花粉管通道法 D、PEG介导基因转化法介导基因转化法12v根癌农杆菌根癌农杆菌(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。返回13v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
5、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.。返回14v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.返回15v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.返回16PEG介导基因转化的主要原理是
6、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.返回17表表1 几种植物转基因方法比较几种植物转基因方法比较转基因方法转化的优点转化的缺点DNA间接转化法农杆菌介导基因转移受体种类,可以在原生质体、蛋细胞和细胞团、组织器官或整株等多级水平上进行,方法成熟可靠,简便易行,周期短,转化率高;转化双子叶植物为主。大多数单子叶植物和裸子植物对农杆菌的侵入不敏感,限制了该法在禾谷类作物中的应用。转化体常出现“嵌合”现象
7、,需在严格条件下加以选择以淘汰未转化细胞DNA直接转化法(1)基因枪转化法(2)电击法(3)PEG介导基因转化法(4)花粉管通道法无宿主限制,适用于各种单、双子叶植物,操作简单转化效率低,需要专门设备(电击仪、显微操作仪或基因枪),多数需要原生质体与愈伤组织,周期太长(电击法)18 5.转化组织转化组织 农杆菌介导之叶盘转化法农杆菌介导之叶盘转化法带有转化基因的农杆菌活化带有转化基因的农杆菌活化受体植物受体植物叶盘叶盘侵染侵染共培养共培养筛选培养筛选培养诱导成苗诱导成苗预培养叶预培养叶盘,或愈盘,或愈伤组织伤组织1920216.炼苗炼苗22一、转基因技术的发展现状第三节 作物的转基因技术的应用
8、成果自从1983年第一株转基因烟草获得以来,至今已有120种植物转基因获得成功。1996年全球大面积种植,并不断扩大。国际农业生物技术应用服务局(ISAAA)统计结果23世界银行下属机构预测,世界范围内转基因作物产业的交易额:2010年达到200亿美元,1500万农民种植转基因作物种植国家先后有30多个国家批准了3000多例田间试验,涉及的植物种类有40多种;2000年有13个国家种植商品化转基因植物;2004年有17个国家种植商品化转基因植物。24在2008年,转基因作物种植国的数量激增到了25个。其中,种植面积排名前三位的国家分别为,美国(6250万公顷)、阿根廷(2100万公顷)和巴西(
9、1580万公顷)。中国全国生物技术作物种植面积达380万公顷,在全球生物技术作物种植面积超过100万公顷的八个国家中排名第六。欧洲很少与世界上其他商业化种植Bt玉米的国家相比,欧盟的种植规模很小。2008年大约10万公顷Bt玉米在欧盟国家被种植。与美国相比,欧盟的转基因安全管理法规和制度仍然是非常严格的。25美国:3900万公顷 加拿大:350万公顷阿根廷:1350万公顷 中国:210万公顷26转基因作物种类主要为大豆、玉米、棉花和油菜等,以转基因大豆面积最大。目标性状抗除草剂:2000年使用抗除草剂大豆、玉米和棉花占转基因作物74%。抗虫和抗病毒病:2000年,Bt玉米、Bt棉花占19%。耐
10、除草剂+抗虫性双价的转基因棉花和玉米占7%。27美国三大转基因作物历年种植面积28First biotech plant product Flavr Savr tomato29我国转基因作物研究与利用概况 我国是世界上第一个商品化种植转基因作物的国家。自行培育的双价转基因烟草的抗病虫性达到60,产量比对照增加15,产值增加20,1992年每亩增收200元,遗憾的是由于市场的原因现已不推广。到1999年我国已批准中试的转基因作物有48项:包括水稻、小麦、玉米、番茄、白菜、番木瓜、甜瓜、花生、棉花、烟草、广藿香等11种作物;主要目标性状是抗虫、抗病、耐盐、抗冻、耐储藏和抗衰老等。已批准环境释放的有
11、49个品种,涉及水稻、玉米、大豆、马铃薯、番茄、甜椒、线辣椒、棉花、杨树、烟草等10种作物。30经全国基因工程安全委员会批准商品化生产的作物已有:我国自行研制开发的抗虫转基因棉花(转Bt及Bt+CpTI双价抗虫棉);2004年种植转基因棉花370万公顷,占棉花种植面积的50%美国Monsanto公司开发的Bt抗虫棉;延迟成熟期的转基因番茄;抗黄瓜花叶病毒(CMV)转基因番茄;抗CMV转基因甜椒;转查尔酮合酶(CHS)反义RNA基因矮牵牛。31由中国农科院生物工程中心开发的Bt棉对棉铃虫有显著的抗性。与对照相比减少农药用量80,并减少用工150个/hm2,以上两者可使每公顷节省1500元,Bt转
12、基因棉种深受棉农的欢迎。32第四节 转基因作物的生物安全性33 直至今天,转基因作物的安全性在全球范围内引起了激烈的争论。反对者认为转基因作物具有极大的潜在危险,可能会对人类健康和人类生存环境造成威胁。在欧洲,转基因作物被一些媒体称之为“恶魔食品”(frankenstein food)。Frankenstein是英国科幻小说中由一个科学家创造、最终又毁灭了这个科学家的怪物。那么,人类研制与种植转基因作物到底是毁灭自己,还是拯救自己呢?34对转基因作物的安全性争论,国际上有几个典型的事件。Pusztai事件:英国Rowett研究所有位Pusztai博士,他用转雪花莲凝集素基因的土豆喂大鼠,199
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