| 单词 | 植物分子育种 |
| 释义 | 【植物分子育种】 拼译：plant molecular breeding 即是将基因工程或分子水平的生物技术用于培育新植物品种或创造新物种的方法。植物基因工程不仅可以打破有性杂交的屏障，更能克服远缘杂交的不相容性，可以组合来自任何生物的有用基因或人工修饰的、人工设计合成的基因。由于传统农业育种工作对新技术的迫切需要，因此，高等植物基因工程一开始就受到全世界植物育种工作者的重视。1978年后，中国学者用带有目的性状基因的供体总DNA导入棉花和水稻，筛选出一批能稳定遗传的抗枯萎病的棉花和旱种早熟的水稻；国外学者应用基因工程培育出抗除草剂或抗虫的烟草。这些成就标志着人工控制的分子定向育种已开始成为现实。 分子育种包括两个层次的生物工程技术，一是外源DNA导入植物的技术。这个技术就是将带有目的性状基因的供体总DNA片段导入植物，筛选具有目的性状的后代，培育新品种。二是植物基因工程技术，即将目的基因分离出来，构建重组DNA分子，导入植物，然后筛选获得目的基因的后代，培育新品种。从育种角度要求，分子育种所培育出的植物体，除应该具有转移的目的基因决定的性状外，还必须在总体农艺性状上符合农业生产要求，经济价值优于母体并能稳定遗传。植物分子育种的关键之一是如何将外源基因(DNA)导入植物。目前，欧美各国研究最多最为深入的是利用土壤根癌农杆菌的Ti质粒载体系统，1983年这一技术已趋完善。1985年，Michael等报道用电激法成功地使单双子叶的植物原生质体获得外源基因并可表达。另外，应用微量注射法、激光法和直接转化原生质体等方法都可能得到较好的结果。但是，以上这些外源基因导入法都不可避免地要进行细胞、原生质体和组织的培养，因此对一些分化再生植株有困难的植物就无法使用。因而以整体植株的种胚细胞为受体的外源基因(DNA)导入技术，愈来愈受到各国学者的重视。外源DNA直接导入植物的技术，经过一些先驱者的探索，越来越集中于授粉受精的过程。1975年，Hess首次报导花粉粒可以吸收外源DNA的结果以后，世界各国的科学家广泛地开展了将外源总体DNA直接导入受体植株的研究。1975年，Panday将forgetiana烟草的花粉经γ射线照射后(经照射的花粉粒能产生花粉管，但已失去受精能力)与自交不亲和的烟草alata的可育花粉混合后授于alata烟草的柱头上，alata烟草的可育花粉通过forgetiana烟草的花粉管进入子房而受精，得到的种子长成植株所开出的花具有forgetiana烟草的颜色，在这里出现了烟草花色基因非配子融合的转移。1980年，Hess报道，将外源DNA溶液浸泡受体花粉，花粉萌发时吸收种内的或种间的DNA，外源DNA由花粉管送入胚囊或合子，使矮牵牛和烟草的花色和叶形发生了变异并获得了后代。deWet应用Hess的技术，在1983年将摩擦禾的DNA送入玉米的胚囊或合子，成功地培育出抗大小叶斑病的玉米品种。1985年，Ohta利用外源DNA与玉米花粉混合，授粉后得到当代高频率的胚乳基因的转移。1984年，Pena等报道，在黑麦小孢子减数分裂前14d，在分蘖节处注射卡那霉素的氨基糖苷磷酸转移酶Ⅱ基因〔APH(3)Ⅱ〕重组分子，当代就转化成功，黑麦后代获得抗卡那霉素的能力。自1974年起，中国学者周光宇多次对粮食作物等远缘杂交作了调查总结，根据远缘杂交种的表现虽为母本类型，但也出现能稳定遗传的表型变异。她认为，远缘杂种的这种表型变异实际上是天然基因工程产物。在远缘杂交中能真正达到精卵结合是极为困难的，而部分DNA结合的机率较大，生物亲缘关系越远，杂交的最大可能性也只能是部分遗传物质的杂交。这种DNA片段杂交的假设，在1978年后由龚蓁蓁、曾以申、沈建华等用同工酶分析法、制备高粱DNA的探针与高粱稻的母本和高粱稻进行分子杂交法及经过水稻、高粱、高粱稻重复顺序DNA复性动力学分析等得到验证。在此基础上，周光宇等研究设计了授粉后外源DNA直接导入整体植物种胚细胞的技术，即花粉管通道技术。花粉管通道技术主要是以整体植物中的种胚细胞为受体，进行DNA转化，可应用于任何开花植物。当植物开花授粉一定时间后，切除部分花柱，暴露子房，将供体的DNA(105～107道尔顿)溶液用微量注射器注入子房胎座处(大花植物)，直到溶液充满子房上部。或将供体DNA溶液滴在切去花柱的切口处(小花植物)，使外源DNA经花粉管所走过的通道导入胚囊，转化种胚细胞。由于早期种胚细胞(受精卵或其前后阶段的细胞)不具有正常细胞壁，可当作天然的原生质体，易于DNA转化；又由于受精后的细胞DNA复制活跃，利于DNA整合，因此，导入转化率可高达10一2左右。外源供体DNA可选自农业上具有生产要求性状的供体植物或其他生物。虽然所用的外源DNA未经工程改建或修饰，能否与受体植物基因组结合，只能决定于供体与受体间的DNA分子的结构与功能的相容性。虽不能达到植物基因工程那样高的人工控制水平，但应用这一技术如能正确地组合供体和受体，根据具体植物的花器结构和授粉受精过程制定外源DNA导入的具体细节，就可能获得有效的基因转移，达到分子育种的目的。近几年来，花粉管通道技术已在我国16个省、市的25个以上实验室应用于稻、麦、棉、大豆、蔬菜等的分子育种实践，都得到良好的效果，其中棉花、水稻、小麦等已筛选出一批能稳定遗传的新品系和新品种。如棉花3118品系是用耐黄萎病海岛棉DNA导入抗枯萎病棉后筛选出的耐黄抗枯新品系。江苏农业科学院经济作物研究所将苘麻DNA导入海岛棉，得到了高产长绒棉。湖南农学院将中棉的DNA导入陆地棉，培育出陆地棉“湘棉12”新品种。广西农业科学院品种资源研究所用野生稻的DNA导入栽培稻培育成桂D－号糯稻。河南农业科学院小麦研究所成功地转移了小麦的抗白粉病基因。中国农业科学院生物技术中心与江苏农业科学院合作，已将抗虫基因导入棉花，并得到了基因杂交的后代。花粉管通道技术已受到国际同行的重视，美、欧、亚洲的一些实验室已将该技术应用于稻、麦、棉、豌豆、牧草等的分子育种。花粉管通道技术可应用两种水平的DNA分子育种。它既能转移基因重组分子，即基因工程的下游技术，又可以应用目的性状基因不予分离的供体总DNA进行育种。与基因工程相比，它有明显的优点。基因工程的关键是目的基因的识别和分离，由于对植物的分子遗传背景研究得不充分，一个目的性状究竟是什么基因或多少基因决定的，往往一无所知。因此，至今可用于植物改良的目的基因很少，可供育种利用的基因也主要来自微生物。基因工程的投资大，技术设备要求高，实验室研究时间过长，常与育种脱节。因此，期望基因工程用于育种，提高农业整体效益还为时过早。而基因工程的这些与育种不协调环节，已被花粉管通道技术所克服。因此，目前在农业常规育种的基础上发展分子育种已经条件成熟。除了花粉管通道法以外，中国的育种工作者还创造了花粉匀浆涂柱头法，以及种苗浸渍、颖花注射、柱头注射和籽粒注射等方法，将外源DNA导入受体获得多种变异体的结果，为植物分子育种开辟了新途径。中国的植物资源丰富，育种工作者多，长期的实践可使广大育种工作者熟悉性状基因源。因此应用目的性状基因不予分离的供体总DNA进行育种，有利于分子生物学工作者与育种工作者的紧密合作，使分子生物学科与育种学科“杂交”，这是我们国家的优势。如果能充分认识我国的这种优势，分子育种必然会在我国的整体农业中收到明显的效益。【参考文献】：1 周光宇．中国农业科学，1978，(2)：16～202 周光宇，龚蓁蓁，王自芬．遗传学报，1979，6(4)：405～4123 Hess D．Pflanzenphysiol Bd．98s，1980，321～3274 Ohta Y．Proc Natl Acad Sci．，1986，83：715～7195 周光宇，等．中国农业科学，1988，21(3)：1～66 马伯军，袁妙葆．中国农学通报，1991，7(1)：18～21(上海农学院潘重光教授撰) |
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