植物育种的前沿--转基因育种

近代生物科学的研究表明，各种生物的生息繁衍，都是因为生物细胞里有遗传物质DNA，这种双螺旋结构的DNA，上面携带着无尽的遗传基因。正是这些遗传基因，承担了生物传宗接代的使命。近些年，生物工程、农作物基因工程、植物转基因技术取得了很大的成就，一批抗虫、抗病、耐除草剂和高产优质的农作物新品种相继培育成功。尤其是在植物的育种方面，为了保证植物的一些优良遗传性状，育种和遗传专家采用了一种新的育种方法———转基因育种。所谓转基因植物育种，就是人类应用生物基因工程，根据人们的需要，把一种生物基因剪切、缝合到另…     

提高农作物氮肥利用效率的关键基因发掘与应用

在农业生产中,大量施用氮肥是农作物增产的重要措施之一.在长达半个多世纪的农作物育种史上一直占据主导地位的"绿色革命"半矮化品种具有耐高肥、抗倒伏和高产的优良特性,但同时也存在氮肥利用效率(nitrogen use efficiency, NUE)低的局限性,其高产量对于高水肥投入的依赖性很大.因此,为了提高农作物产量,不得不大量施用氮肥.但是,持续大量的氮肥投入不仅增加了种植成本,还导致了日益严重的环境污染问题.面临粮食安全和生态安全的双重挑战,协同提升农作物NUE和产量已成为可持续农业发展的唯一出路.结合我国粮食安全和农业可持续发展的迫切需求,本研究团队在植物生长发育与氮素代谢协同作用机制的研究以及氮肥高效利用的新种质培育方面取得了突破性进展.这项研究为"少投入、多产出、保护环境"的农作物设计育种提供了理论依据和技术支撑.本文简单介绍近年来NUE相关研究进展以及本研究团队在GRF4-DELLA分子模块协同调控农作物NUE和产量方面的新发现,并对该领域的未来研究方向提出几点展望.     

太空"洗礼"过的种子

经历过太空遨游的农作物种子,返回地面种植后,不仅植株明显增高增粗、果型增大、产量比原来普遍增长,而且品质也大为提高. 太空环境对植物基因产生影响虽已得到各国科学家的证实,但对太空育种原理的解释仍在争论之中.     

播下理想的农作物种子——提高农作物多种特性需新技术助一臂之力

为了获取更高产和可持续种植的农作物,从事农作物培植技术的研究人员认为,必需对当下的农作物进行实质性的改造。为此,农业育种公司已开始转向包括基因技术、机器人技术等在内的其他技术以提高培育效率,旨在使农作物健壮、多产和有抵抗力。以下介绍的是一些目前正在探索的农作物改良技术及其可行的其他多种技术。     

当植物吃了"垃圾食品"……

<正>垃圾食品有害健康,这是大多数人都了解的常识。其实,吃垃圾食品的不仅仅是我们人类,一些种植的农作物也在吃“植物版的垃圾食品”。化肥的使用给人类带来了创历史纪录的高产农作物。大多数化肥的主要成分是氮（N）、磷（P）和钾（K）,它们可使植物生长得更快、更大。与此同时,大量使用杀虫剂也可击退危害植物的天敌,从而有利于农作物的增产。从1960年到2000年,世界人口翻了一番,但全球粮食产量增长更快,翻了三倍,这是农业生产取得的空前伟大的成就。     

基因转移的开端

利用重组DNA转移植物之间的基因可以最终改变地球的面貌。卡尔金(Calgo脱)有一研究小组报告了将细菌基因引入烟草植物使之产生抗蒙桑托(Mon阻Ilt。)除劳剂草甘磷能力的情况。罗伯·富莱里(Rob Fraley)也报道了类似的结果;但用的是植物基因,引入西红柿以及烟草和矮牵牛属植物。草甘磷是一种无选择性的除荞剂,它既能除去杂草也能除去农作物故只能用于廓清。在农作物中容许有     

我国植物遗传学展望

植物遗传学是研究植物的遗传变异规律以为人类服务的科学。它是植物科学的一门基础理论学科。植物遗传学和农业、特别是植物育种的关系很密切,它是植物育种的理论基础。因此,植物遗传学的发展,对于我国农业社会主义现代化建设具有重要的意义。但是我国植物遗传学目前还很薄弱,和世界先进水平相比还有很大的差距,也远远不能适应我国农业社会主义现代化建设的要求。为了迅速发展我国的植物遗传学,特提出下列看法,供同志们参考,并请批评指正。     

基因向野生亲缘植物的传播

过去20多年来,从微生物、植物和动物中分离基因并把它们插入到大量的植物种类里已经成为可能,在今后20年里,在农业上极有可能广泛种植遗传工程植物。这便能选育能够抵抗病虫害侵袭,能够更好适应恶劣环境和能够获得更好品质的农作物。随着生物科学的重大进展,便提出了上述这些农作物和环境之间产生的后果的质疑。其中关于遗传工程作物广泛应用的一个主要质疑是那些被导入的基因(转基因)是否会经异花授粉而转移到植物野生种群里去的可能性和可能的结果。例如,如果携有一种抗除草剂或一种抗重要害虫的转基因在一野生植物种群里扎根落户了的话,那将会发生什么后果呢? 此短篇综述旨在讨论基因转移的可能性及其可能的结果和在它们被广泛栽培之前可以采用什么样的步骤来评价那些新奇的转基因植物。     

抗乙型脑炎病毒单克隆抗体重链可变区基因在烟草中的表达

自Hiatt等1989年首次报道了在植物中进行抗体基因的表达研究以来,至今短短数年,这类研究已日益广泛深入。目前,利用转基因植物和植物细胞表达工程抗体基因进行抗体的生产、作物抗病育种以及植物代谢调控和发育的研究已经成为生物技术中的一个新途径,新的生长点。这是免疫学和植物科学在分子水平上有机结合的产物。现有的证据表明,不仅高等植物,单细胞绿藻也可以表达抗体基因。高等植物不仅可以表达简单的单域抗体基因,也可以表达更加复杂的IgA-G杂合抗体基因,并在体内装配出双分子dIgA-G和带分泌组分(SC)的SIgA-G,利用转抗体基因植物进行抗病育种,植物代谢和发育的研究也取得令人瞩目的进展。     

环境中的药物影响农作物

<正>科学家最近在分析非类固醇抗炎药物对农作物的影响时发现,哪怕在环境中只有极低剂量,一些常用药物(例如双氯芬酸和布洛芬等)也会对多种常见农作物(例如生菜和萝卜)造成影响。科学家对此很关注,因为现有废水处理系统无法从污水中除掉很多种化合物。这项研究调查了可食用植物的一系列改变,例如植物中水分含量、根和嫩枝长度、植物总体大小和光合作用效率等。结果发现,许多药物都以非常特异的方式影响着植物的生长。植物所受到的这类影响,又     

大麦叶肉原生质体再生细胞的分裂

植物原生质体的培养以及体细胞杂交技术的进展,已显示了它在开辟农作物育种新途径及遗传工程研究的巨大潜力,所以吸引了许多研究者致力于重要作物,特别是禾本科作物原生质体的培养。近年来,在禾谷类作物上已有一些报道,但还不能使其原生质体再生植株,尤其是由叶肉来源的原生质体,迄今还不能有规则的持续分裂。本文报道大麦叶肉原生质体再生细胞分裂的结果。     

论基于基因组学的中药材定向培育策略与展望

为推动和加快中药材品种培育和种业发展,亟需加强中药材种质创新的研究和实践,建立具有中药特色的种质创新途径.育种核心种质的选择与合理组配是决定育种成效的关键,合理利用外来品种、地方品种或野生近缘种进行种质扩增、改良与创新,在中药材品种培育中发挥重要作用.基因组学技术的发展推动了中药材种质资源利用、优良基因发掘和育种效率,并为加快中药材新品种的定向培育提供了理论和方法.中药材种质资源收集鉴定是一项公益性的基础工作,本文系统论述中药材品种培育现状和面临的挑战,中药材种质创新的主要内容、基于基因组学的关键技术、种质创新基础平台建设策略等;基于中药种质资源杂合度高、与主要农作物育种具有差异性、中药材新品种选育目标应兼顾产量和质量等特点,展望了有序进行中药材育种核心种质及其品种定向培育研究的前景,提出具“内稳态”特征的中药材种质创新和新品种选育是现阶段主要任务之一,以期为中药材新品种选育提供理论和技术指导,进一步推动中药材种业的高质量发展.     

拟南芥菜——植物分子遗传研究的理想材料

近年来,分子生物学发展迅猛。DNA体外重组技术及植物细胞,原生质体培养技术不断完善,人们寄希望遗传工程技术能开辟遗传育种的新途径,从而作为常规育种的辅助手段。然而,目前还受很多限制,其中最主要的是在分子水平上对植物生命活动过程缺乏全面的、深刻的了解,因而植物分子遗传的研究就显得尤为迫切。尽管孟德尔以豌豆为材料开创了现代遗传学麦克林托克(McClintock)以玉米为材料又提出了惊人的“转座因子”假说,但总的来说,目前利用的那些植物在进行植物分子遗传研究时存在不少缺陷,具体表现在以下几个方面:     

抗烟草和黄瓜花叶病毒的双价抗病毒工程烟草

利用植物基因工程方法培育表达病毒外壳蛋白(CP)基因的抗病毒转基因植物已在烟草花叶病毒(TMV)、黄瓜花叶病毒(CMV)、苜蓿花叶病毒(AMV)、马铃薯病毒X(PVX)等多种植物病毒中获得成功,正成为植物抗病育种的新手段。我们前已培育成功表达TMV(中国流行株)CP基因的抗TMV侵染的烟草。在我国烟草生产     

棉花生产产业化的新途径

从生物学的观点来看,农作物产量取决于种子(内因)和栽培(外因)两个因素。在一定条件下,外因也可能变成主导因素。我国现行的政策(包括立法)和奖励的制度,基本上都是针对种子而设立的。这种偏重造成了我国目前农业在育种、繁种、推广种子方面都有效益,而栽培只是奉献,栽培技术的推广更是难上加难,几乎到了无人问津的程度,以致     

植物响应高温胁迫的表观遗传调控

由于不能移动,植物只能被动地应对昼夜温度和四季气温的改变.为了适应环境温度的变化,植物进化出复杂的遗传和表观遗传机制去感知周围温度的变化并随之调整生长发育.全球气候变暖对农作物的生产造成了严重威胁,因此研究植物响应高温胁迫的机制迫在眉睫.DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和小分子RNAs是主要的表观遗传调控机制.这些表观遗传修饰各自分工又密切联系,共同调控植物的抗热性.本文介绍了近年来表观遗传修饰调控植物响应高温胁迫的研究进展.     

利用禾草内生真菌创制大麦新种质

禾草内生真菌共生体在草地农业生态系统中扮演了重要角色.诸多研究表明,内生真菌可以提高宿主抗生物与非生物胁迫的能力并促进生长.利用有益禾草内生真菌进行牧草育种,是草业育种的一个新方向.开展这一工作的前提,是获得有益禾草内生真菌,其最关键的技术是禾草内生真菌人工接种技术.人工接种也是创制禾草内生真菌-植物新种质、改善和加强其生理功能,以及获得新生理功能的主要手段.本研究将分离于野大麦(Hordeum brevisubulatum)的内生真菌(Epichlo?bromicola)通过人工接种至栽培大麦(Hordeum vulgare)柴青1号裸大麦和扬饲麦1号皮大麦两个品种,创制出了野大麦内生真菌E. bromicola-大麦新种质.与未接种的对照相比,接种后的皮大麦新种质的地上生物量和单株种子产量提高了46%和22%,生育期提前了5 d;裸大麦新种质地上生物量和单株种子产量显著提高了37%和28%,生育期未发生改变.本研究成功创制了E. bromicola内生真菌-大麦新种质, E. bromicola内生真菌将其提高原宿主植物生长的优良特征赋予新种质中,为进一步开发利用E. bromicola-大麦新种质提供了科学依据和技术保障,为植物育种提供了新途径.     

高等植物中的谷胱甘肽过氧化物酶及其功能

硒是人类、动物和某些微生物的必需微量元素,人类和动物谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathioneperoxidase,GSH-Px)的组成成分,其主要生理功能是催化过氧化物分解,阻断脂质过氧化链锁反应和清除某些有机氢过氧化物,如核酸氢过氧化物,胸腺嘧啶氢过氧化物等,保护膜结构和功能的完整性.Rosenfeld和Beath根据植物对硒累积的倾向性,将植物分为三大类,推测硒可能为黄芪属(Astragalous)所必需外,还没有确切证据表明为其它植物所必需.据世界各国的报道和20余年我们单位对各种农作物等硒含量及其与环境关系的研究结果表明,所     

点点滴滴

音乐也能当“肥料” 现代科学研究发现,音乐是一种能量,它可被植物吸收,能刺激植物细胞的生长,“对农作物弹琴”确能提高产量。 利用音乐促进农作物生长发育、增加产量已成为事实。美国路易安那州的一个研究小组对大豆播放《蓝色狂想曲》20天后,“听音乐”的大豆苗比对照苗增高25％。法国物理学家和音乐家乔尔·斯顿默谱写的乐曲很受农作物“欢迎”,他的一些乐曲还申请了专利。西红柿“听”了他作的乐曲后,果实比对照     

CRISPR/Cas基因组编辑技术及其在农作物品种改良中的应用

CRISPR/Cas是存在于细菌及古细菌中成簇的、规律间隔的短回文重复序列及其核酸酶系统,是细菌和古细菌中破坏噬菌体与外源DNA的免疫防护机制.科学家将该免疫防护机制改造成了简便高效的基因组编辑工具,并在微生物、动物及植物的基因功能解析及改良方面取得了巨大的进展.本文先对基于CRISPR/Cas开发的植物基因组编辑工具,如CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas介导的同源重组、胞嘧啶碱基编辑器、腺嘌呤碱基编辑器、双碱基编辑器和引导编辑器等进行介绍,接着详细阐述了在作物分子育种中越来越重要的DNA-free CRISPR/Cas植物基因组编辑技术,然后探讨了CRISPR/Cas基因组编辑技术在提高作物产量和品质、提高作物对生物及非生物逆境抗性、从头驯化及定向改良等方面的应用,分析了CRISPR/Cas植物基因组编辑技术的发展趋势、促进该技术应用的国家政策导向及社会环境,以便更好地促进CRISPR/Cas基因组编辑技术在农作物品种改良中的应用,助推我国种业振兴和藏粮于技战略的实现.