水稻转基因抗虫育种技术及应用前景

1、作物育种理论与技术课程论文题 目： 水稻转基因抗虫育种技术及应用前景 姓 名： XXXXX 学 号： XXXXXXXXXXX 年级专业： XXXXXXXXXXXX 任课老师： XXXXXXXX 2018年07月03日水稻转基因抗虫育种技术发展及应用前景刘香丽 201711110710909摘要：水稻作为世界上超过一半人口的主食，在粮食作物中占有举足轻重的地位。鱗翅目害虫是水稻生产上主要的害虫，每年给水稻的生产造成严重损失。在水稻种质资源尚未发现有效的抗虫品种之前，生产上主要依靠喷洒农药来防治虫害。而近年不断发展的植物转基因技术为培育高效抗虫水稻新品系开辟了新途径，本文介绍了水稻害虫及其化学防治产生的问题，综述了转基因抗虫水稻的研究进展，分析了转基因抗虫水稻的安全性，并展望了抗虫水稻转基因的发展方向。关键词：水稻; 转基因; 农药; 抗虫; 发展Development and application prospect of rice transgenic insect resistance breeding technology Abstract: As a staple food fo

2、r more than half of the worlds population, rice occupies a pivotal position in food crops. Lepidoptera pests are major pests in rice production and cause serious losses to rice production each year. Before rice germplasm resources have found effective insect-resistant varieties, production mainly relies on spraying pesticides to control pests. In recent years, the development of plant transgenic technology has opened up a new way for the cultivation of new strains of highly insect-resistant rice

3、. This article introduced the problems caused by rice pests and their chemical control, reviewed the research progress of transgenic insect-resistant rice, and analyzed the transgenic insect-resistant rice. The security and outlook for the development of genetically modified rice.Key words: rice; transgene; pesticide; insect resistance; development水稻是世界上最重要的粮食作物之一，全世界有30多亿的人口以稻米作为粮食。在中国，水稻种植面积约3000万hm2，是种植面积最大的粮食作物，稻谷产量占粮食作物总产量40% 以上，65% 以上的人口以稻米为主食。水稻害虫是影响稻米产量和品质的重要因素之一，每年因害虫造成的损失占我国水稻总产量的5% 以上

4、1。长期以来，水稻害虫防治主要依赖化学农药，由此造成了环境污染、害虫抗性和生态系统被破坏及害虫再增猖獗等一系列问题。是利用基因工程在原有物种基因组中嵌入外源基因，从而培育品质更好的作物，通常转基因作物具有如增加作物产量、改善作物品质、提高作物、抗寒、抗病虫草害及其他有利作物生长等方面的优良特性，转基因抗虫作物的种植推广为减少农药使用、提高作物产量、增加经济收益及环境保护等方面提供了一个新的有效途径2，可以说转基因抗虫作物是继 “合成杀虫剂”之后在害虫治理方面最重要的技术革命。因此，培育和应用转基因抗虫水稻是防治害虫最经济、有效的方法3 。目前，利用转基因工程培育抗虫水稻实现对水稻害虫的防治已经成为现实，但由于转基因抗虫水稻转入的是特定的外源基因，其潜在的生态安全和环境风险是国际社会普遍关注的焦点问题，转基因水稻未能大规模商品化种植生产的关键原因正是由于转基因抗虫水稻的安全性方面存在巨大的争议4。现将水稻转基因抗虫育种技术发展及应用前景综述如下。1.水稻转基因抗虫育种技术的发展1988 年，3个不同的研究小组以水稻原生质体为受体，采用“电击法”或“PEG 介导法”等方法将外源基因导入水稻

5、中并获得再生植株。20世纪90年代，农杆菌介导的水稻转基因方法成功建立，成为目前水稻转基因的主要操作方式。迄今为止，人们在植物、动物甚至微生物中已鉴定并克隆了许多有用的抗虫基因，一些抗虫基因已被成功转入水稻基因组中。其中Bt毒基因是目前研究最多和应用最广的抗虫基因之一。1911 年，Ernst Berliner 再次从德国苏云金省分离出该杆菌，并将其命名为苏云金芽孢杆菌。苏云金芽孢杆菌可产生芽孢，且在芽孢形成过程中产生伴胞蛋白晶体。这些伴胞晶体可以由单一蛋白组成，也可以由多种类型蛋白组成。编码这些伴胞蛋白晶体的基因多位于苏云金芽孢杆菌的质粒上。这些伴胞晶体蛋白可在一些作物害虫，如高抗鳞翅目害虫( 二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟) 体内活化成有毒性的蛋白，并与昆虫中肠上皮细胞的特异性受体结合，使其产生穿孔，从而杀灭昆虫，这些蛋白被称为 -内毒素( -endotoxins) 或杀虫蛋白晶体( insecticidal crystal protein，ICP) ，这一类基因称为Bt 基因。因为在人和动物体内这些蛋白不能被活化，所以对人和动物无害。Bt 基因的多样性决定了其所编码 Bt 蛋白的多样

6、性及杀虫活性的多样性。Bt 转基因抗虫植物就是通过研究各种Bt 菌杀虫蛋白的特性，并将其修饰改造后转入植物中表达，使植物具有抵抗特异害虫的能力。按照农业转基因生物安全管理条例和配套规章规定，以及安委会的评价，农业部转基因生物安全检测机构对华中农业大学培育的“华恢 1 号”和“Bt汕优63”转基因水稻的目标性状、分子特征、环境安全和食用安全进行了检测验证。经安委会综合评价和农业部批准，2009 年 8 月 17 日“华恢 1 号”和“Bt汕优63”获得了在湖北省的生产应用安全证书。据悉，后续工作如果进展顺利，转基因抗虫水稻约 23 年后就可以大规模种植。这是我国首例批准商业化生产的转基因粮食作物，在国内外产生了重大影响。“华恢 1 号”和“Bt汕优63”转基因水稻对稻纵卷叶螟、二化螟、三化螟和大螟等鳞翅目害虫的抗虫效果稳定在 80% 以上5。2.水稻转基因抗虫新品种的培育我国已积累大量的转基因水稻新材料和新品系，这些材料所涉及的性状改良覆盖了我国目前水稻生产及育种过程中所被关注的问题。可分为抗虫基因挖掘及其转基因水稻新材料的研制6,7、抗病基因的克隆及其转基因水稻新材料的研制8,9、抗逆

7、基因的克隆及其转基因水稻新材料的研制10,11、水稻营养高效利用基因的克隆及其转基因水稻新材料的研制12,13、抗除草剂基因的克隆及其转基因水稻新材料的研制14和水稻品质产量相关基因的克隆及其转基因水稻材料的研制15。由华中农业大学研发的转 Bt 杀虫基因 cry1Ab/Ac 的“华恢 1 号”16及其杂交组合“Bt 汕优 63”在经历了 11 年的安全性评价后已获得农业部颁发的转基因水稻安全证书 ，这是我国农业部颁发的第一份转基因水稻安全证书，具有里程碑式的意义 。通过与全国优势育种单位的合作，利用“华恢 1 号”转育出大量的抗虫不育系、抗虫恢复系和抗虫杂交组合，具备了很好的不同生态区的品种储备。开发出cry1C* 和 cry2A* 两个新型抗虫基因，并培育相应的新型抗虫抗除草剂转基因水稻 T1C-19和T2A-1。我国转Bt 基因水稻已具备了大规模产业化的条件和技术储备，在政策允许的条件下可迅速实现商业化。3.水稻转基因抗虫的安全性转基因食品的出现必然会引起人们的质疑。尤其在我国，人民以水稻为主食，水稻的安全直接关乎人民的切身利益。虽然目前我国的转基因水稻研制与开发已达到了可商品化

8、的阶段，但出于对食品与环境安全性的忧虑，还没有国家批准转基因水稻商品化。Bt 转基因抗虫水稻“华恢 1 号”和“Bt汕优63”中的 cry1Ab/cry1Ac 蛋白具有高效专一性，仅与鳞翅目害虫肠壁上皮细胞的特异性受体结合，引起靶标害虫肠道细胞麻痹，影响其进食。而哺乳动物肠道上皮细胞没有该蛋白质的结合位点，因此该蛋白对哺乳动物具有安全性。cry1Ab/cry1Ac 蛋白的急性毒性试验17表明，该蛋白实际无毒； “华恢 1 号”稻米的大鼠 90 d 喂养试验中，各项指标均与对照组无生物学意义上的差异。为确保转基因水稻“华恢 1 号”作为主粮的安全性，相关研究在以上国际通行毒理学检测的基础上，分别增加了遗传毒性试验、3代繁殖试验、慢性毒性试验等，检测结果表明，“华恢 1 号”对试验动物未见不良影响。对转基因水稻“华恢 1 号”进行的毒理检测，是目前为止对商业化种植的转基因作物毒理检测内容最多的，这些检测使得转基因水稻“华恢 1 号”和“Bt汕优63”的食用更加安全。4.水稻转基因抗虫的发展方向社会需求决定了高效育种存在的必然。就目前研究现状来看，将来解决水稻抗虫最可取的方法就是转基因18。

9、FDA认为相较于源自商业化稻米的人类食品和动物饲料，来源于华恢 1号稻米的人类食品和动物饲料在营养成分、安全性和其他相关参数上与其无实质性差异19。转基因水稻的研究关系到国家的粮食安全和社会安定，是利国利民的大事。但也是一个高风险、高投入的产业，若能在国家支持下鼓励一些大的企业介入，将会更有利于新成果的开发与产业化。转基因技术打破了种间的生殖隔离。目前，随着主要粮食作物功能基因组学的全面发展，完全可以将来源不同的优质基因顺利导入作物。随着分子标记技术的出现，人们在水稻、小麦、玉米等主要作物中已开展了大量的基因定位研究，积累了大量的遗传信息，为寻找优质基因提供了资源，但这些信息仍然零散，不够系统。如，至今未找到一个合适的高效持久的抗稻飞虱的基因。分子育种是理论研究和育种应用相结合的领域。若没有基础理论为依托，很难在优质品种选育方面取得重大突破。5.展望通过建立或健全科学、合理、公正的安全性问题评价体系，对转基因水稻进行受体植物安全性、外源基因的扩散以及转基因产品释放地点的风险评估，加大了对转基因食品安全的科学报道，引导了人们对转基因安全理性的认识20，将消除人们在转基因作物安全性问题上的顾虑。同时我国是农业大国，人口密集，生产技术落后，资源能耗过高，因此国家对转基因水稻生物安全研究的大力投入及技术革新，势必会加快相关方面的研究，从而使转基因水稻朝着有利于人类生存与发展的方向前进。参考文献1 唐丽, 谭炎宁, 韩小霞, 等. 抗虫转基因水稻研究进展及发展趋势J.杂交水稻, 2011, 26(1): 1-6. 2 王继磊, 刘迪秋, 丁元明, 等. B转基因抗虫植物研究进展J. 生物学杂志, 2010, 27(4): 75-78.3 傅强, 赖凤香, 陈洋, 等. 抗

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