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农杆菌介导遗传转化在水稻基因工程育种中的应用

作者:2017-10-11 12:17:38阅读:文章来源:

  摘要:现如今,随着生物技术的不断快速发展,水稻基因工程育种在优质水稻培育方面的作用日益重要了起来。在众多的转基因手段当中,农杆菌作为一种天然的植物基因转化系统,在水稻基因工程育种中向来占据着独特的优势。本文主要从农杆菌介导遗传转化的科学原理入手,概要阐述了农杆菌介导遗传转化在水稻基因工程中的影响作用、优质特点以及应用范围,以期为农杆菌介导遗传转化技术在水稻基因工程中的科学应用起到一定的参考作用。


  关键词:农杆菌;遗传转化;水稻育种;基因工程


  水稻作为我国最主要的粮食作物之一,在我国的粮食生产方面长期占据着不可替代的重要作用。现代社会,随着科学技术水平的不断发展,农杆菌介导遗传转化的技术手段在水稻基因工程育种方面已经取得了显著的成效,并对多抗、高产的高品质水稻植株的培育有着十分积极的促进作用,因此有着十分良好的实用前景。


  一、农杆菌介导遗传转化的概述


  1.农杆菌介导遗传转化的原理


  通过对农杆菌分离遗传物质转入植株细胞并再生出相应植株的特性利用,科学性的对农杆菌分离转入遗传物质进行精确的控制,从而达到控制水稻基因表达,提升水稻植株品质的基因工程目的。


  2.农杆菌介导遗传转化的影响因素


  (1)农杆菌菌株。不同种类的农杆菌菌株对于水稻基因工程育种的试验结果有着不同的影响,通过大量试验研究發现,农杆菌菌株LBA4404的基因转化效率最高,而农杆菌菌株EHA105则对提升水稻愈伤转化能力最好,通过对不同农杆菌菌株的合理化选择,可以有效的改良水稻植株的品质,提高水稻产品的产量。


  (2)受体材料因素。水稻稻种受体材料的来源、发育情况等方面对农杆菌菌株的介导敏感性都有着一定的影响。试验结果表明,粳稻品种的稻种在试验过程中的转化成功率及转化频率较籼稻品种的稻种更高,而籼稻品种的稻种则在愈伤组织的形成、分化、成苗等方面的转化都很困难,因此不适用于基因工程的育种。


  (3)培养基成分因素。培养基成分对于水稻稻种对农杆菌菌株敏感程度的提高有着十分重要的促进作用。实验研究表明,乙酰丁香酮、枪击乙酰丁香酮等成分对于水稻稻种基因工程转化的促进作用较强。另一方面,一些小分子的糖类对水稻作物的基因转化也有着一定的促进作用,因此在培养基内适当的添加进一些小分子糖类对于提升农杆菌菌株对水稻稻种的转化也有着一定的积极作用。


  3.农杆菌介导遗传转化的优势


  与其它遗传转化技术手段相比,农杆菌介导遗传转化的技术手段在水稻基因工程育种的研究中具有成功率高、经济可行、转化机理清楚稳定、转化质量明显、可人为控制等多方面的优点,因而在水稻基因工程育种中得到了较为广泛的应用。通过农杆菌介导遗传转化在水稻基因工程育种中的应用,不仅有效的改良了水稻植株的品质,提高了水稻产品的产量,同时提高了水稻种植的环境效益,对农田生态系统的生态环境起到了一定的保护作用。


  二、农杆菌介导遗传转化在水稻基因工程育种中的应用


  1.抗虫基因工程育种。长期以来,由于受到水稻的物种限制,因而难以通过简单的杂交方式培育出新型的抗虫水稻品种,从而导致水稻种植只能采用喷洒农药的方式进行防虫,长此以往,不仅对农田生态系统的生态平衡造成了一定损害,同时也在一定程度上提升了水稻种植的成本。通过对农杆菌介导遗传转化在水稻抗虫基因工程育种中的科学性运用,则成功的获得了水稻抗虫植株,提升了水稻种植的经济效益和环境效益。


  2.抗病基因工程育种。在水稻的种植过程中,常常会出现白叶枯病、稻瘟病以及纹枯病等危害较为显著的细菌性病害。而通过对农杆菌介导遗传转化技术的应用,则是直接将各类抗病基因直接导入到水稻种苗中去,不断提升水稻植株本身的抗病性,从而达到减少或延迟水稻植株染病发病的最终目的,得到具有良好抗病性且能够稳定遗传的水稻植株,不断提升水稻植株的生态品质。


  3.抗逆基因工程育种。当今时代随着现代化科学技术手段的迅猛发展,一些抗非生物胁迫基因已经成功的被奋力克隆,并逐渐应用于水稻品种的抗逆性基因工程改良中去。通过对水稻品种抗逆性的基因改良,不仅在一定程度上增加了水稻植株对于干旱、寒冷以及盐碱土壤的适应性,同时增强了水稻植株对土壤内微量元素的吸收利用能力,有效的提升了水稻的产量。


  4.优质基因工程育种。现如今,随着社会经济的不断发展,人们对于水稻品质的要求越来越高,为了满足人们日益增长的物质生活需求,科学家逐渐提出了水稻的优质基因工程育种研究。通过优质基因育种,不仅能够有效的改良水稻植株内直链淀粉与支链淀粉的含量比例,改善水稻的食用品质,同时还能够将其它物种中优良的基因排列整合到水稻基因中去,改善水稻植株内各类鹰眼含量的不足,有效提升水稻植株的整体品质。


  5.耐除草剂基因工程育种。水稻的耐除草剂基因工程研究是水稻基因工程研究中设计较早的一个研究领域。通过对水稻耐除草剂基因工程的研究,不仅能够有效的解决稻田内的杂草侵害问题,减轻农民的劳动强度,同时还能在一定程度上提升稻种的基因纯度,开发稻种的杂交潜力。另一方面,对于水稻耐除草剂基因工程育种的研究,还可以增强水稻植株的品质,有利于稻田机械化作业的普及。


  6.提升水稻植株光合效率,延缓植株衰老。现如今,随着全球粮食问题的日益严峻,有效提高粮食亩产量已经逐渐成为了现代农业研究的重中之重,而培育出亩产量更高的新品种水稻植株的一条有效途径便是基因工程的技术手段。通过农杆菌介导遗传转化的方式,不仅能够有效提升水稻植株的光合作用能力及效率,同时还可以在一定程度上延缓水稻植株的衰老,为大幅度提升水稻植株亩产量带来了希望。


  三、结语


  综上所述,农杆菌介遗传导转化在水稻基因工程中的有效应用,不仅实现了传统杂交育种方式所无法达到的优质基因重组,提升了水稻育种的整体水平,同时还在一定程度上改良了水稻作物的品质,提升了水稻植株的亩产量,保证了水稻种植的经济效益与环境效益。因此,从农业发展的角度来看,农杆菌介导遗传转化技术必然会成为今后水稻基因工程育种的主要技术,并在水稻基因工程研究中发挥出越来越大的效用。


  参考文献


  [1]于洪兰,肖艳云,魏立军,谢辉,曲丽君,华泽田,关峰,东丽,蔡卓,王成.浅析我国水稻育种的发展趋势[J].园艺与种苗.2014,08:55-58,62.


  [2]马海涛,朱红彩,马朝阳.国内外水稻育种概况及发展趋势[J].种子世界.2014,04:28-30.


  [3]张欣,付亚萍,周君莉,郭秀平,刘文真,吴洁芳,吴传银,万建民.水稻规模化转基因技术体系构建与应用[J].中国农业科学.2014,21:4141-4154.


  作者:夏菊香

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