本站原创摘 要：生物技术的发展为药用植物的研究和中药现代化的发展提供了重要机遇.植物基因工程与人类生活密切相关,它将给植物育种带来革命性的变革.植物基因工程研究的关键问题是向植物中转移外深基因,它主要涉及植物受体的选择和基因转移方法的探索.
关 键 词：植物基因工程生物技术革命性
中图分类号：R2文献标识码：A文章编号：1007-0745（2013）06-0052-02
1前言
药用植物不仅本身作为药物应用于传统医学保健和治疗中,而且可作为化学药品的原料.因此,药用植物的生产在我国的农业发展体系中具有战略意义[1].然而,由于生态环境的破坏、土地和其他自然资源的减少和恶化、生产效率和技术水平的低下,使我国药用植物生产面临严峻的挑战.药用植物的平均产量远低于其潜在的最高值,其原因之一是它们并不总是生活在最适宜的环境中,在生长发育过程中受到各种逆境及有害生物的影响,为了防治病虫等危害,每年使用大量的化学农药,生产成本升高,而且农药残留及环境污染问题日益突出.因此,只有借助于先进的科学技术手段,提高药用植物的生产效率和品质,才能减轻资源的压力,增强我国药用植物产业的竞争力.其中,基因工程在药用植物上的应用是较为快捷和有前途的手段之一.植物抗性基因工程是根据分子遗传学原理,培育具有特定抗性的植物新品种的生物技术,包括植物抗病基因工程、植物抗虫基因工程、植物抗除草剂基因工程和植物抗逆基因工程.抗性基因工程技术的成功应用,将有利于选育抗病、抗虫等转基因药用植物,对于保证药材的产量和质量,减少环境污染有着重要意义.
用于植物细胞外源基因导入的方法和技术很多,其中土壤农杆菌介导的转化系统是研究最多、机理最清楚、技术方法最成熟的基因转化途径.迄今所获得的200多种转基因植物有80%以上是利用根癌农杆菌转化系统产生的[2-3].药用植物转基因研究中,除了农杆菌介导的转化系统以外,利用其他方法转化成功的报道还比较少.药用植物有别于农作物,它们的有效成分是植物细胞的次生代谢产物,这一特点决定了药用植物与农作物的遗传转化有着不同的侧重点.
2药用植物优良品种的培育研究
黄璐琦[4]和刘涤等[5]运用植物转移病毒外壳蛋白基因,植物病毒的卫星DNA基因和反义RNA等生物技术,提高了白花曼陀罗、八角莲等药用植物的抗烟草花叶病毒的能力,转抗虫害的δ-内毒素基因获得抗虫害药用植物.许铁峰等[6]将抗除草剂基因Bar导入4倍体松蓝叶片中获得抗性株,转化植株表现出明显的抗除草剂特性而不影响次生代谢物的产生.贺红等[7]将柑桔衰退病毒外壳蛋白基因CTV-cp的农杆菌Ti质粒转化植株并用AS（乙酰丁香酮）提高转化效率,建立了农杆菌介导的枳壳转化系统,为抗病毒育种奠定了基础.罗青等[8]将雪莲花外源凝集素酶基因用农杆菌介导转入宁夏枸杞获得抗蚜虫的转基因枸杞.赵亚华等[9]将小鼠金属硫蛋白基因用农杆菌介导整合到枸杞基因组中获得了富含锌的转基因枸杞新品种.
3防除杂草
防除田间杂草是保证农业丰收的重要环节.目前广泛使用的除草剂大部分为化学除草剂.由于农作物对化学除草剂的抗性较低,大量使用化学除草剂会对作物造成一定程度的伤害.应用转基因技术培育抗除草剂的作物,不但可以减少使用化学除草剂,降低其在生态系统中的残留污染,而且给轮作或间作作物的选择以更大的灵活性.1983年培育出第1例抗除草剂的转基因烟草,1986年被批准进入田间试验.截至目前,已获得抗除草剂的转基因大豆、棉花、油菜、小麦等.在抗除草剂作物的选育过程中,该技术所需的资金投入少、见效快、周期短,已逐渐引起农业科研人员的兴趣,预计到2020年除草剂品种将比现在的水平减少10%～15%.
4抗病菌研究
病毒是影响农作物生产的一个重要因素.以马铃薯为例,马铃薯X病毒可造成10%的损失,马铃薯Y病毒可造成80%的损失.近几年来,农作物抗病育种的发展研究受到限制,主要是由于作物本身或近缘野生种中缺乏抗原的缘故.重组DNA技术的应用为农业生产提供了一个解决问题的新方法,该技术可相互转移不同有机体的基因.1986年美国研究人员在番茄体内转入了烟草花叶病毒的外壳蛋白基因,培育出抗烟草花叶病毒的番茄植株,自此,抗黄瓜叶病毒的转基因植株也陆续获得成功.我国的一些研究人员也陆续利用转基因方法培育出抗病毒烟草和抗病毒番茄,并且已开始进行田间试验研究.
5转基因器官培养
药用植物有别于农作物,它们的有效成分是植物细胞的次生代谢产物.早在1987年,Haimll等就评述了毛状根培养的优越性,认为毛状根培养是一种非常有前途的培养方法,近年来毛状根培养在许多药用植物上获得成功.利用发根农杆菌Ri质粒转化形成的发状根和根癌农杆菌Ti质粒转化形成的冠瘿瘤组织作为培养系统来生产有用的植物活性成分是当今药用植物生物技术研究的热点之一.科学家认为亲本植物能够合成的次生代谢产物都可用毛状根和冠瘿瘤培养来生产,因此这是一条利用生物技术革新生产次生代谢产物的新的有效途径.
6基因工程在植物性食品脱敏中的应用
基因工程可以将目的基因导入受体细胞,也可以改变内源基因,只要找到需要删除的基因即可.过敏反应具有反应迅速的特点,过敏原种类也很多.因此,防止发生过敏反应也很困难.基因工程可以直接作用于过敏源头,即改变内源基因使编码的蛋白质失去致敏性.也可以通过基因工程方法处理食品及其原料可降低其致敏性,从而降低过敏病人的不良反应.反义技术可消除植物中内源基因,使致敏基因沉默,从而降低植物性食品致敏性.
7结语
目前,基因工程技术已渗透到人类生产生活的各个领域,其以巨大的生命力发挥重大的影响,一些实验室技术和成果不断地得到应用,也将使地球的生物圈变得更加丰富多彩.