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植物基因工程在花卉中的应用


□ 曹鹏飞

植物基因工程在花卉中的应用
曹鹏飞

摘要 植物基因工程是花卉改良的重要手段,它解决了传统育种不能突破的问题,为花卉性状改良提供全新的思路,在改良花卉株型、花色、花形、花香及延长观赏寿命等方面取得了重要进展。对植物基因工程在改良花卉花色、花形、延迟观赏寿命等方面的应用作一简要综述。
关键词 植物基因工程;花色;花形;观赏寿命
植物基因工程是作物改良的新型技术。目前,它不仅广泛用在农作物的改良方面,而且也是花卉改良的主要手段。植物基因工程解决了传统育种不能突破的问题,为花卉性状改良提供全新的思路。因此,人类希望在传统育种的基础上能够利用基因工程技术,培育出向往已久的奇异花卉。自20世纪80年代以来,基因工程技术在改良部分观赏植物株型、花色、花形、花香及延长瓶插寿命等方面取得了重要进展。通过转基因技术,花卉变得色更艳、姿更美、香更浓。本文就近年植物来基因工程在改良花卉花色、花形、延迟鲜花寿命等方面的应用作一简要综述。

1 基因技术改变花色
自然界中的花色种类繁多,但是一些重要花卉却有限,如玫瑰、康乃馨、郁金香等缺乏蓝色和紫色,天竺葵、仙客来、非洲紫罗兰等缺乏黄色,球根鸳尾、仙客来、紫罗兰等缺乏猩红色或砖红色。因此,花色的改良是育种工作者的重要目标,然而花色在生化和遗传上都极为复杂,通过选种和杂交手段创造新的花色,受到的限制较多,而且周期长,因而进展缓慢。由于植物分子生物学的迅速发展和基因工程的实用化,基因工程已成为花卉育种最有前途的新技术,国外也培育出一些优良品种,在花色育种领域取得了令人瞩目的进展。
1.1 决定花色的活性物质
花色主要由类黄酮、类胡萝卜素、生物碱三类物质决定。类胡萝卜素存在于质体内,产生月季、水仙、郁金香、百合等的黄色及橙色;生物碱类色素有罂粟碱、甜菜碱等;甜菜碱是酪氨酸衍生出来的黄色到红色氮化合物,主要存在于石竹属植物中;类黄酮存在于液泡内,分为花青素、异黄酮和黄烷醇等,其中花青素可反应花中大部分红、蓝、紫和红紫等颜色。
1.2 基因工程技术改良花色的方法
基因工程技术为花卉育种开辟了一条新途径,目前通过基因工程技术改变花色的方法有4种。
(1)抑制类黄酮或类胡萝卜素生物合成基因的活性,从而导致中间产物的积累和花色改变。反义RNA技术可以抑制类黄酮或类胡萝卜素生物合成基因的活性,就是将所研究的反义链连接在另一个启动子后面,再用它去转化花卉,抑制了靶基因的活性,但内源靶基因不发生改变。例如矮牵牛是一种一年生草本观赏植物,花大而鲜艳。我们选择了一种紫色的矮牵牛作为转化对象,首先从矮牵牛的花瓣中提取核糖核酸RNA,反转录成cDNA后,采用聚合酶链式反应(PCR)扩增得到查尔酮合酶基因,这是一个大小约1.2kb左右的基因,将这一基因克隆到可以进行植物转化的中间载体上,再将这一中间载体转移给土壤农杆菌,用转化后的土壤农杆菌侵染带有伤口的矮牵牛叶片。通过这一过程,外源插入的查尔酮合酶基因就进入了矮牵牛染色体,转化后的带有外源基因的细胞在无菌条件下培养长成愈伤组织,并进一步分化出芽和根,成为转基因植物。转基因植物的花色相对于未转基因的对照植物发生了很大的变异。另一种抑制基因活性的方法是用核酶(ribozym),核酶是具有酶活性的RNA分子,能特异性切断mRNA,从而阻止其编码蛋白质的合成。该技术可以用来特异性抑制类黄酮或类胡萝卜素生物合成基因的表达,从而改变花卉的颜色。 ......

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