基因工程的应用.pdf

专题一 基因工程 1.3 基因工程的应用 基因工程自 20 世纪 70 年代兴起后，在短短的 30 年间，得到了飞速的发展，目前已成为生物科学的核心技术。 基因工程在实际应用领域—农牧业、工业、环境、能源和医药卫生等方面，也展示出美好的前景。 植物基因工程硕果累累 植物基因工程在农业中的应用发展迅速。从 1996～2001 年，在短短的 5 年中，全世界转基因作物的种植面积 就增长了 30 倍。以转基因植物研究、开发和应用为标志的农业技术革命，已经在一些国家展开。2001 年， 就世界范围来看，转基因植物种植面积首次突破 5x106hm2 。其中，转基因大豆、棉花、油菜、玉米已进入大 规模商业化应用阶段，这四种转基因作物种植面积占相关作物种植面积的比例已达到：大豆 63%，玉米 19%， 棉花 13%，油菜 5%。我国转基因作物的种植面积也迅速增长，目前已位居世界第四（图 1- 16)。 植物基因工程技术主要用于提高农作物的抗逆能力(如抗除草剂、抗虫、抗病、抗干旱和抗盐碱等），以及 改良农作物的品质和利用植物生产药物等方面。 抗虫转基因植物 全世界每年因虫害造成农作物的损失约占总产量的 13%，达数千亿美元。对农业害虫的防治，大多是依靠化 学农药。大量使用化学农药不仅造成了严重的环境污染，损害了人类健康，而且大大增加了生产成本。因此， 从某些生物中分离出具有杀虫活性的基因，将其导入作物中，使其具有抗虫性，已成为防治作物虫害的发展 趋势。目前，已问世的转基因抗虫植物主要有水稻（图 1-17)、棉、玉米、马铃薯、番茄、大豆、蚕豆、烟草、 苹果、核桃、杨、菊花和白花三叶草等。用于杀虫的基因主要是 Bt 毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶 页脚内容 专题一 基因工程 抑制剂基因、植物凝集素基因等。例如，我国转基因抗虫棉就是转入 Bt 毒蛋白基因培育出来的，它对棉铃虫 具有较强的抗性。 近几年来，我国拥有自主知识产权的转基因抗虫棉的研究和应用，取得了突飞猛进的发展，从 1998 年占据市 4 2 场份额的 10%，已经提高到2000 年的 64.4%，居主导地位。仅 2002 年我国抗虫棉的栽培面积已达 95x 10 hm , 增加收益约 20 亿元人民币。 生物技术资料卡 可用于转基因植物的抗虫基因 Bt 毒蛋白基因是从苏云金芽孢杆菌中分离出来的抗虫基因。当害虫食用含有转基因的植物时, Bt 基因编码 的蛋白质会进入害虫的肠道，在消化酶的作用下.蛋白质能够降解成相对分子质量比较小的、有毒的多肽。多 肽结合在肠上皮细胞的特异性受体上，会导致细胞膜穿孔，细胞肿胀裂解，最后造成害虫死亡。由于 Bt 毒蛋 白对哺乳动物无毒害作用，因而广泛用于抗虫转基因植物。 蛋白酶抑制剂基因广泛存在于植物中，它产生的抑制剂可与害虫消化道中的蛋白酶结合形成复合物，从 而阻断或降低蛋白酶的活性，使昆虫不能正常消化食物中的蛋白质。这种复合物还能剌激昆虫分泌过量的消 化酶，引起害虫的厌食反应。 淀粉酶抑制剂基因产生的淀粉酶抑制剂可以抑制昆虫消化道中的淀粉酶活性，使害虫不能消化所摄取的 淀粉，从而阻断害虫的能量来源。 植物凝集素基因控制植物合成一种糖蛋白，这种糖蛋白可与昆虫肠道黏膜上的某种物质结合，从而影响 害虫对营养物质的吸收和利用。 抗病转基因植物 页脚内容 专题一 基因工程 植物像人一样也会生病。引起植物生病的微生物称为病原微生物，主要有病毒、真菌和细菌等。例如， 许多栽培作物由于自身缺少抗病毒的基因，因此，用常规育种的方法很难培育出抗病毒的新品种，而基因工 程技术，为培育抗病毒植物品种开辟了新的途径。目前，人们已获得抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒 的转基因小麦（图 1-18)、甜椒（图 1-19)、番茄等多种作物。 抗病转基因植物所采用的基因，使用最多的是病毒外壳蛋白 （coat protein, CP)基因和病毒的复制酶基因； 抗真菌转基因植物中可使用的基因有几丁质酶基因和抗毒素合成基因。 抗逆转基因植物