维普资讯 http://www.cqvip.com ６４ 陈典：基因技术对农作物抗病的意义和展望 第１８期 基因技术对农作物抗病ｉ｝Ｉ勺意义和展望 陈典 湖南民族职业学院教育系 湖南岳阳４１４０００ 摘 要基因技术的飞速发展及其在农作物病理学中的广泛应用，为农作物抗病基因和病原菌 无毒基因的克隆奠定了基础。近４Ｏ个农作物抗病基因和３Ｏ多个病原菌无毒基因的克隆及其结 构与功能的明确，有利于深入研究病原菌与寄主之间的相互作用关系，制定更为有效的农作 物病害防治措施。主要论述基因技术对于农作物抗病的原理、意义和前景展望。 关键词基因技术；无毒基因；农作物抗病；前景展望 中图分类号￥４３ 文献标识码Ａ 文章编号１６７１—４８９Ｘ（２００８）１８—００６４ ０２ 农作物病害给人类带来严重的危害，人类与农作物病害的斗争贯穿于农业的发展与进步之中。兴起于２Ｏ世纪初 期的经典遗传学使人们能够通过杂交育种成功地培育出新抗病品种，大幅度地提高粮食产量。近年来，分子生物学 理论和技术的不断发展完善，使人们不但能够从分子水平上进一步研究农作物与病原菌的相互作用机制，而且还可 以通过基因技术这一现代生物技术直接、快速和高效地培育抗病作物品种。 １农作物掳糕因教沭的原＝ｊ哩 力的农作物的ＤＮＡ直接导入受体作物，筛选出后代中具有 农作物抗病基因技术指的是用遗传转化的手段提高 抗病能力的植株，经过稳定得到转基因抗病后代。 农作物的抗病能力，获得转基因农作物的方法。农作物 ２用于农作物抗病基因技术的目的基因 抗病基因技术主要内容是：进行抗病基因及其他相关基 ２．１农作物抗病基因一般的抗病基因是指包含在主体内 因的分离和复制；与合适的载体及标记基因构成适合于 能识别病原特性并激发抗病反应的基因，它与病原菌的 转化的重组质粒；用不同的转化方法向受体作物导人重 无毒基因互补。编码胞外和胞内两种类型的受体蛋白， 组质粒；筛选转化植株并鉴定转基因植株。除此之外， 是抗病反应信号转导链的起始组份，当与病原菌的无毒 另一种获得抗病转基因农作物的方法是，将具有抗病能 基因直接或间接编码产物互补结合后，启动并传导信 标即可完成全部测量过 程。也可安装到生产线上 量时将挤压在压痕周围的圆形墨水标线作为压痕的边缘 线进行测量，致使测量的压痕直径偏大。 ２）在对尺寸６Ｏ ｉｎｉｎ×１２ ｎｌｌｎ×１０ ｍｉｌｌ（１×ｗ×ｈ）的小工 进行自动循环测量。 ３．３载荷 被测工件重量 达ｌ５０ ｋｇ，可选手动工作 件进行布氏硬度测试时，从测量压痕图像上发现压痕垂 直直径下方有一条较宽、较长的划痕。这是由于该工件 上、下两平面的平行度不符合６Ｂ２３卜８４要求，在测试硬 图２测试结果显示界面 台或机动工作台。 ３．４加载力保持时间 通 过专用试验软件白行设 定，０～６Ｏ秒可调。 度时，当系统加载、保荷完成，测试压头向上抬起再向 前运动时，压头划在工件表面上所致。 ４．２采取的措施 １）测试前认真擦拭工作台、被测工件表面、压头表面， 确保其洁净、无润滑油等油渍、无氧化层或锈渍等； ２）确保被测工件的上、下两平面具有一定的平行度； ３）如图３所 ４试舱过程出现的问题及采取的措施 ４．１出现的问题 １）被测工件尺寸６Ｏ ｍｉｌｌＸ １２ ｉｎｉｎ×１０ ｉｉ１１１１（１×ｗ×ｈ）， 由于被测面宽度仅为１２ ｍｉｌｌ，在测试时被测点不易定位； 为了确保被测点两压痕中心之距及压痕中心距边缘之距 示，选择距标记位 离满足ＣＢ２３卜８４要求，笔者在满足要求的被测点用钢笔 置大约２ ｌｉｌｍ且与标 画一小圆圈作为标记，结果发现测试数据比正常数据偏 记位置水平直径处 低很多。两种因素可能导致出现这种情况：测试系统在 于同一水平线上的 测试点进行测试。 测量硬度时，压头与标记未干的墨水接触时压头沾上了 墨水，从而使压头直径增大；当压痕直径测量系统在测 图３测试点示意图 笔者采取上述措施后，再未出现类似的问题。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第１８期 陈典：基因技术对农作物抗病的意义和展望 ６５ 号，激发如过敏反应和系统获得抗性的抗病反应。 ３．３其他方法 １）离子束介导法，是利用离子束对细胞 ２．２病原体无毒基因 目前，无毒基因在农作物抗病基 壁的溅射和刻蚀作用，在细胞表面形成许多微孔道，为 因技术上的实际应用远比农作物本身的抗病基因广，且 外源基因进入细胞提供路径。２）脂质体法，用人工合成 有良好的应用前景，因此对无毒基因的克隆具有重要的 的脂类化学物质，将ＤＮＡ包裹成球体，通过农作物原生质 意义。 体的吞噬或融合作用把ＤＮＡ转入受体细胞。３）激光微束 法，利用激光微束精确的定向性和损伤小的特点，将激 ２．３农作物防卫反应基因 农作物的防卫机制极其复杂， 包括水解酶和病程相关蛋白（ＰＲ蛋白）的产生、农作物 光聚焦成微米级的微束去照射细胞，在细胞膜上可形成 保卫素的合成和积累、细胞壁的木质化作用以及富含轻 能自我愈合的微孔，使外源ＤＮＡ易进入细胞实现基因的转 脯氨酸糖蛋白在细胞壁的积累等许多方面。主要是农作 移。４）超声波法，利用低声强脉冲超声波的物理作用， 物产生的水解酶；ｆＥＩＰＲ蛋白，包括几丁质酶基因和葡聚糖 击穿细胞膜造成通道，使外源ＤＮＡ进入细胞 Ｊ。 酶基因、溶菌酶基因、抗菌蛋白基因等等。 ４ ２．４降解或抑制病原物致病因子的基因 在病原菌侵染致 农作物基因技术是细胞水平和分子水平上的遗传操 病过程中，病原菌产生的细胞壁降解酶和致病毒素起重 作，其最大优点是能最大限度地利用人们所感兴趣的外源 要作用。例如，多聚半乳糖酸酶是一种细胞壁降解酶， 基因以及使工作更具目的性，给农作物抗病育种提供一条 在一些双子叶农作物中发现有多聚半乳糖酸酶抑制蛋 十分有效和有用的途径。在抗病育种方面，科学家可以通 白，该蛋白能有效地抑制农作物病原菌的ＰＧ活性，提高 过基因技术将抗病毒、抗细菌和抗真菌的基因引入农作物 农作物的抗病能力。菜豆和梨的多聚半乳糖酸酶抑制蛋 中，从而提高农作物的抗病性。而且，用转基因的方法比常 白基因已被分离克隆，正在进行转基因研究。 规的杂交育种方法，在育种周期上要缩短３～４年，展示了 ３农作 因的转化方法 农作物抗病基因技术在育种上的应用前景。 自１９８３年第一例转基因农作物获得成功以来，科学 ５基园毖桶 雠 劝．面韵应用前景 家们设计发明了多种转化方法用于农作物的基因转化。 基因技术主要是通过遗传图谱为基础的图位克隆技 在成功的例子中占８Ｏ％的是农杆菌介导的基因转移法， 术获得的。除此之外，基因技术克隆技术又有创新，分 另外，基因枪法也是主要的转化方法。随着研究的深 析各个基因在不同时空的表达方面也显示出巨大的应用 入，其他的转化方法不断涌现，有多种方法成功地得到 潜能 。其中创新包括：通过研究缺失突变体的表型分 了转基因植株，并且各具特点。 离基因，如核ＤＮＡ消减法；从大的基因组区域直接分离 ３．１．农杆茵介导法 根癌农杆菌和发根农杆菌属革兰氏阴 编码序列，如ｅＤＮＡ文库差示筛选法和ｅＤＮＡ捕捉法；以 性菌，对双子叶农作物侵染广泛，在某些条件下对单子 ｍＲＮＡ为起始材料的表型克隆法，如通过研究ｍＲＮＡ差异 叶农作物也有一定的感染性。根癌农杆菌含有Ｔｉ质粒， 表达筛选克隆基因；应用ＤＮＡ芯片（ＤＮＡ ｃｈｉｐ）技术筛 Ｔｉ质粒上的Ｔ—ＤＮＡ可以插入到农作物基因组中，诱导在宿 选新的基因。 主农作物中瘤状物的形成。因此，将外源目的基因插入 对农作物抗病相关基因及其作用机制的深入了解， 到Ｔ—ＤＮＡ中，借助Ｔｉ质粒的载体作用，使目的基因在宿 将有助于促进农作物抗病分子育种的发展，从而最终达 主农作物中整合、表达。农杆菌介导法又可根据其受体 到控制病害发生、保障农业安全生产的目的。利用已克 材料不同分为原生质体共培养法、叶盘法和创伤农作物 隆的农作物抗病基因及病原菌的无毒基因进行遗传转 感染法，其中叶盘法在许多农作物上得到广泛应用ｎ］。 化，是提高农作物对病原菌抗性的一条有效途径。通过 ３．２基因枪法 该方法是美国康奈尔大学的．Ｔ．Ｃ．Ｓａｎｆｏｒｄ 农杆菌介导法或基因枪法进行遗传操作，已获得一批抗 教授在１９８７年发明的。基因枪法又称微弹法、粒子轰击 病转基因植株，有的还通过了安全性试验，开始商品化 法等，是利用放电加速的金属粒子携带外源ＤＮＡ打入农 生产，展现出美好的前景。 作物细胞或组织中进行基因转移的～种方法。基因枪法 总之，随着基因技术的进一步发展和完善，特别是 突破了基因转移的物种界限，操作对象可以是完整的细 目前人类基因草图已经绘制成功，一旦人类遗传密码全 胞或组织，也不必制备原生质体，实验步骤比较简单易 部破译，则基因技术在植物学中的应用将更加广泛，并 行，具有相当广泛的应用范围。 将产生更多更显著的成果，从而推动农业科学的发展。 参考文献 ［１］张思仲．人类基因组的单核苷酸多态性及其医学应用ＥＪ］．中华医学遗传学杂志，１９９９（６） ［２］张祥喜．植物抗病相关基因研究进展［Ｊ］．中华医学遗传学杂志，２００４（８） ［３］库尔特・拜尔茨．基因伦理学［Ｍ］．马怀琪，译．北京：华夏出版社，２００１