轉(zhuǎn)基因技術(shù)在花卉改良中的應(yīng)用

2011/8/22 10:12:06

在佳節(jié)慶典之際，很多人會(huì)選擇贈(zèng)送鮮花給親朋好友，一些別致的花卉更能表達(dá)特別的心情．如藍(lán)色妖姬、綠色美人、有香味的菊花、有紅色心形圖案的白玫瑰，這些花都是轉(zhuǎn)基因技術(shù)的產(chǎn)物。自從1983年首批轉(zhuǎn)基因植物(煙草、馬鈴薯)問世以來，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在培育植物品種方面得到了飛速發(fā)展．出現(xiàn)了“金色稻”，可以產(chǎn)生乙肝疫苗的轉(zhuǎn)基因番茄等。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)逐漸被應(yīng)用到花卉業(yè)中．出現(xiàn)了各種各樣的轉(zhuǎn)基因花卉。轉(zhuǎn)基因花卉就是利用分子生物學(xué)技術(shù)，將某些具有優(yōu)良品質(zhì)的基因轉(zhuǎn)移到花卉中，改變?cè)�有的遺傳物質(zhì)，使其在花色、花型、抗逆性等方面有所改變，提高其觀賞價(jià)值和產(chǎn)量，或改變其生長(zhǎng)習(xí)性。

1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)在花卉業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀

轉(zhuǎn)基因技術(shù)在花卉改良中發(fā)揮著重要作用。培育色彩新奇、形態(tài)優(yōu)美、抗性優(yōu)良和花期延長(zhǎng)的花卉新品種是轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用于花卉的主要目標(biāo)．近年來主要致力于在改良花色方面。自從第1株轉(zhuǎn)基因園藝植物淡紫色的康乃馨出現(xiàn)以后，轉(zhuǎn)基因研究者已分離克隆了很多相關(guān)的酶和基因．培育出多種轉(zhuǎn)基因花卉，如矮牽牛、香石竹、菊花、百合、玫瑰、郁金香、非洲菊、絲石竹。

然而，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在花卉業(yè)的應(yīng)用較少，目前多數(shù)品種的轉(zhuǎn)化仍然處在轉(zhuǎn)化體系的建立和優(yōu)化階段，而且多數(shù)試驗(yàn)獲得的轉(zhuǎn)基因花卉還不能直接用于生產(chǎn)。在花卉中，雙子葉草本花卉，如菊花、康乃馨轉(zhuǎn)化相對(duì)容易，而單子葉的球宿根花卉．如郁金香、唐菖蒲和木本花卉轉(zhuǎn)化比較困難。而且由于有些技術(shù)和信息無法從公開發(fā)表的論文中獲得．至今全世界范圍內(nèi)大面積生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因花卉只有康乃馨的若干改變花色和延緩花衰老的株系。

1．1轉(zhuǎn)基因技術(shù)和手段

在對(duì)花卉進(jìn)行性狀改良之前，研究人員首先要了解植株的生理機(jī)制，找到并克隆出與之直接或間接相關(guān)的各種基因，再修飾并轉(zhuǎn)入到需要改良品質(zhì)的花卉中，使原來花卉的顏色、香味、形狀和保鮮期等多方面的性狀發(fā)生改變。從而定向創(chuàng)造出新品種。

弄清楚不同品種花卉的生理機(jī)制，從而選擇不同的轉(zhuǎn)基因策略。用于花卉業(yè)的轉(zhuǎn)基因手段很多，以改變花色為例，可以利用反義RNA技術(shù)或核酸酶抑制花卉內(nèi)源基因的表達(dá)：還可以通過導(dǎo)入新基因或者引入生物合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子使花卉具有合成某一種花色素的能力。例如，天竺葵花色美麗卻沒有香味，原因是它們的細(xì)胞不能合成芳香分子；而康乃馨有芳香物質(zhì)，但花瓣表面有一層蠟質(zhì)，香味m不來。設(shè)想把檸檬的香味基因轉(zhuǎn)移到天竺葵中，就能讓它發(fā)出檸檬香：如果用基因調(diào)控．讓康乃馨的蠟質(zhì)層有小孔，其身價(jià)將倍增。

1．2轉(zhuǎn)基因技術(shù)在改變花卉園藝性狀方面的應(yīng)用

轉(zhuǎn)基因花卉主要屬于植物品質(zhì)改良的基因T程。影響花卉觀賞品質(zhì)的因素很多，如觀賞壽命、花朵大小、鮮重、顏色等，其中花色改良是花卉基因T程研究的重點(diǎn)．也是當(dāng)今分子生物學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。下面介紹一下轉(zhuǎn)基因技術(shù)在改變花卉園藝性狀方面的應(yīng)用。

花色修飾：豐富多彩的花色是優(yōu)良品質(zhì)的花卉所具有的一個(gè)重要特征。通過基因技術(shù)將外源基因?qū)�入花卉中。改變或調(diào)整花的顏色。從而培育出各色花卉，甚至是一花多色。目前。人們對(duì)決定花色的3大類色素(類黃酮、類胡蘿卜素、生物堿)有一定的了解，但對(duì)其共同著色機(jī)理的研究較少。近年來科研人員在矮牽�；ㄖ锌寺〉絻蓚�(gè)能使花趨向于顯藍(lán)色的基因，可以用于培育珍稀的藍(lán)色月季和康乃馨。

改善花型、株型和調(diào)節(jié)開花期：利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良花卉形態(tài)，包括花器官形態(tài)、花序類型、植株形態(tài)。目前，很多人熱衷于利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)對(duì)植株“侏儒化”以形成特色花卉，使牡丹小巧如菊花，玉蘭縮似珠蘭，提高了觀賞價(jià)值和裝飾價(jià)值。

改變花卉的香味、形狀、大小和質(zhì)地：例如， Dudareva等致力于研究一種花的香氣物質(zhì)單萜的合成。引。日本生產(chǎn)的一種大花蕙蘭，是世界上品質(zhì)最好的蘭花之一，將來有望通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)注入香味基因，使其變得芳香撲鼻。

延長(zhǎng)切花壽命以及控制開花期：對(duì)于絕大多數(shù)觀賞花卉，阻斷植物對(duì)乙烯的反應(yīng)是一種非常有效的延長(zhǎng)切花壽命的策略。編碼乙烯生物合成酶的關(guān)鍵基因和乙烯信號(hào)傳導(dǎo)途徑基因的分離、鑒定，為采用分子育種技術(shù)有效延緩衰老鋪平了道路。另外，如何促使花卉提早開花也是研究的熱點(diǎn)。

抗病、抗逆、抗除草劑：采用遺傳改良提高花卉的抗性仍處于早期階段。今后。應(yīng)該更多地從這方面展開研究，以減少由于病蟲害造成的巨大損失。

1．3存在的問題

1．3．1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)本身的問題 目前，轉(zhuǎn)基因技術(shù)主要存在轉(zhuǎn)化效率低、表達(dá)水平不穩(wěn)定等問題。值得注意的是，在花卉研究中，由于多年來傳統(tǒng)育種的研究主要致力于改變花色、花型。提高產(chǎn)量和增強(qiáng)對(duì)病蟲害的抗性方面，結(jié)果使很多花的香味有所下降。為克服這一遺傳退化，需要對(duì)花朵中的香味化合物的生物合成途徑進(jìn)行鑒定．分離其關(guān)鍵基因，而這些基因可能會(huì)被用于培育有新穎香味的轉(zhuǎn)基因花卉。

1．3．2 生物安全性的問題 “馬鈴薯”事件(用轉(zhuǎn)基因的馬鈴薯飼喂大鼠，對(duì)其有害)和“斑蝶”事件(用轉(zhuǎn)基因雜草飼喂昆蟲君主斑蝶，導(dǎo)致部分幼蟲死亡)引發(fā)了人們對(duì)轉(zhuǎn)基因植物安全問題的研究。此后，對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)就存在兩種矛盾的心理。一方面希望利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)有顯著療效的藥物，獲得高產(chǎn)的農(nóng)作物。培育出品質(zhì)優(yōu)良的花卉：另一方面，對(duì)于轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品存在恐懼心理，擔(dān)心對(duì)人類有害。生物安全性問題主要涉及兩個(gè)方面：其一，轉(zhuǎn)基因植物的新性狀是否會(huì)影響人類健康和生態(tài)環(huán)境；其二，外源基因在新遺傳背景中所產(chǎn)生的相互作用。

人們對(duì)轉(zhuǎn)基因花卉的接受能力是一個(gè)至關(guān)重要的問題。因?yàn)槟承┗ɑ荏w內(nèi)可能存在有毒物質(zhì)，有些在新陳代謝過程中可能會(huì)釋放對(duì)人類有害的物質(zhì)，故此在利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良花卉時(shí)．要確保對(duì)人類及環(huán)境無害。由于花卉僅供觀賞。很少被人和動(dòng)物食用，因而需要重點(diǎn)考慮對(duì)環(huán)境的影響，例如，雜草化、基因擴(kuò)散等。

2建議和對(duì)策

1)由于控制花卉的某一性狀不僅僅受一種因素調(diào)控，因此應(yīng)考慮多種因素的綜合影響。例如，植物學(xué)家將牽�；ǖ乃{(lán)色基因轉(zhuǎn)移到玫瑰中．卻沒有得到藍(lán)玫瑰。原來，不少花卉的色彩除受基因調(diào)控外，還與pH值、光照及溫度等有關(guān)。因此既要考慮基因調(diào)控，又要考慮花色變化的環(huán)境因素。才能培育出藍(lán)玫瑰。

2)我國(guó)是許多名花的故鄉(xiāng)，有豐富的珍稀物種和野生資源，為了保護(hù)特有的種質(zhì)資源，必須盡快建立相應(yīng)的種質(zhì)基因庫(kù)，這將是取之不盡。用之不竭的基因源泉。如我國(guó)的蘭花世界聞名，很多人熱衷于蘭花轉(zhuǎn)基因研究，朱根發(fā)等(2004年)指出蘭花具有特異的控制花色素合成的查爾酬合成酶基因和二氫葉酸還原酶基因．這些基因的分離和克隆為蘭花的著色機(jī)制提供了分子基礎(chǔ)。目前，蝴蝶蘭、大花蕙蘭和萬代蘭屬等蘭科植物都有轉(zhuǎn)基因研究的相關(guān)報(bào)道。

3)充分了解我們的優(yōu)勢(shì)以加快轉(zhuǎn)基因技術(shù)在我國(guó)花卉業(yè)中的應(yīng)用。利用中國(guó)的特色種類，如月季、菊花、蘭花和桂花等，采用反義技術(shù)延緩花的衰老，同時(shí)引進(jìn)外源基因提高植株的抗逆性，生產(chǎn)一批特色花卉。然而，技術(shù)本來就是一把雙刃劍，有利有弊。在轉(zhuǎn)基因的研發(fā)和推廣之前，要保證對(duì)人類和環(huán)境無害。此外，應(yīng)借鑒國(guó)內(nèi)外的成功經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)生物學(xué)領(lǐng)域各交叉學(xué)科的合作。

3轉(zhuǎn)基因技術(shù)在花卉業(yè)的發(fā)展前景

我國(guó)野生花卉資源非常豐富，尤其高山花卉花型奇特．顏色艷麗，但目前還沒有用于商業(yè)化生產(chǎn)。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良其適應(yīng)性或觀賞品質(zhì)．將有助于花卉業(yè)的發(fā)展。

將轉(zhuǎn)基因花卉的研究成果應(yīng)用于其他各個(gè)領(lǐng)域，使人類生活變得更方便、更美好。例如，把植物發(fā)光作為一種信號(hào)。可以為園林管理的自動(dòng)化提供方便。如果將熒光表達(dá)與植物需要水的程序相連，需水時(shí)植物發(fā)出熒光。自動(dòng)控制系統(tǒng)收到熒光信號(hào)，就自動(dòng)供水。另外。會(huì)發(fā)熒光的植物還可以用作節(jié)日裝飾。

3．1 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展?jié)摿?BR>
轉(zhuǎn)基因技術(shù)為花卉的品種改良開辟了新的途徑[23]。荷蘭青年同藝家哈格曼用常規(guī)雜交育種方法，經(jīng)過7年才終于在1987年得到了一株全黑的郁金香，圓了荷蘭人幾個(gè)世紀(jì)的“黑郁金香之夢(mèng)”。但如果是利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，則可以極大地縮短整個(gè)培育周期。

南于很多花卉只在某一季節(jié)，某個(gè)時(shí)間段才能開花，因此花卉的消費(fèi)具有季節(jié)性、時(shí)間性。如果用轉(zhuǎn)基因技術(shù)人工，控制花卉的生長(zhǎng)期，可有效解決花卉淡季的品種少，價(jià)格貴等問題。該技術(shù)的應(yīng)用還可以降低生產(chǎn)成本，使名貴花卉走入尋常百姓家，使花店一年四季都有鮮花出售。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)在切花保鮮方面的應(yīng)用。由于傳統(tǒng)的保鮮技術(shù)主要是使用保鮮劑，同時(shí)配合溫控、氣調(diào)等方法，不能從根本上解決花卉容易衰老的品

質(zhì)。而轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以通過改變花卉的遺傳物質(zhì)對(duì)花卉品質(zhì)進(jìn)行改良。更有優(yōu)勢(shì)。

3．2今后的總體規(guī)劃

加快轉(zhuǎn)基因技術(shù)在花卉業(yè)的發(fā)展。近期工作應(yīng)該主要從以下五方面展開：①增加國(guó)家投入，拓展國(guó)際國(guó)內(nèi)合作；②完善對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的管理，進(jìn)行體制化建設(shè)；③加快科技成果的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；④加強(qiáng)學(xué)科間聯(lián)系；⑤建立健全轉(zhuǎn)基因安全評(píng)價(jià)體系，使之快速健康發(fā)展。

湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)

李金枝，汪越勝，�？←�，楊廣笑，何光源

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