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转基因技术加快草坪草新品种培育

一些组织认为转基因植物可能产生新的过敏源或加重已有的过敏源,比如,最近有关于对转基因大豆过敏反应加重的说法。由此带来的利益并不是不涉及环境问题,携带Bt毒素的转基因玉米可能会伤害蝴蝶、其他非目标昆虫和野生动物。人们对携带病原体基因的植物可能会与其他病毒整合产生新的病毒生理小种的担心,引发了对人类和动物安全性的长期争论

被农杆菌侵染或基因枪射击过的细胞再生成完整植株,这些植株带有一个或多个新的有益基因。这些植株被检测、繁殖,最终提供种子而成为一个新的植物品种

在遗传改良技术熟练应用的推动下,高尔夫球场草坪草的极大改良作为植物革命的一部分,现在研究进展顺利。最终,这将是新的遗传改良技术与目前植物常规改良技术的结合,从而增加草坪草品种抗逆性,降低需水量以及除草剂和管理费用

该研究将降低生长在温带地区的狗牙根受冻害胁迫的危险。“狗牙根抗寒性:耐冻植株特性及低温诱导基因的特征研究”,俄克拉荷马州立大学CharlesM.Tali-aferro主持,1998年开始,为期5年,总经费12.5万美元。处于冷害温度下24小时后,在狗牙根地上部和根部组织检测到的基因活性增强75%至100%。分离提高狗牙根耐冻性的冷冻调控蛋白的工作已取得实质性进展。该项目正在准确评价狗牙根各品种的耐冻性,分离提高耐冻性的基因,以及增加对有关耐寒性基本机理的认识

该研究正在绘制狗牙根染色体第一个分子草图。以后该研究将集中转向大规模遗传图谱绘制和鉴定重要草坪草特性的数量性状位点方面。去年已在狗牙根特异DNA和发展分子标记方面取得重要进展。“草坪草基因组计划:狗牙根染色体与谷类作物分子图谱的整合”,佐治亚大学AndrewH.Paterson主持,1999年开始,为期5年,总经费12.5万美元。这一资料将与主要谷类作物的分子图谱进行比较,以便获得全世界科学家掌握的更丰富的遗传信息。该图谱将有利于草坪草种群生物学和遗传学诸方面的调查,为草坪草改良提供了分子途径

由于狗牙根组织培养很难产生有活力的胚性愈伤组织,并再生成健康植株,因此,狗牙根的遗传操作更难进行。一旦狗牙根植株再生体系被构建成功,研究将主要集中在把抗线虫基因插入到狗牙根无性系中。“杂交狗牙根改良的转基因研究”,北卡罗来纳州立大学瞿荣达主持,1998年开始,为期3年,总经费7.5万美元。该研究主要是通过基因工程方法改良狗牙根品种

有些基因能够在转化的剪股颖植株中检测到,但不能明显提高抗病性或增加甘露糖醇的数量,以提高其耐旱性和耐盐性。为获得这些结果,美国高尔夫协会植物组织草坪和环境研究项目,在草坪草其他常规和生物技术育种方法上5年内已拨款83.5万美元给下列大学进行如下研究:“匍匐剪股颖抗病、抗逆性改良的多基因转移策略”,密歇根州立大学MariamR.Sticklen主持,1998年开始,为期3年,总经费7.5万美元。早期结果表明各种基因(如榆树几丁质酶、蛋白酶抑制子、glufosinate抗性、甘露糖醇脱氢酶基因)已被成功整合到剪股颖基因组。但是,除glufosinate抗性基因外,抗逆性的改良是有限的。一系列有用的基因已被插入到现有品种中,将进一步确定是否使对各种胁迫的抗性得到改良。该研究主要是利用分子方法解决匍匐剪股颖草坪管理中的生物问题(如虫害)和非生物问题(如热、潮湿等)

这一信息最终将帮助常规育种项目在改良新品种中变得更加有效。从中可以得到大量关于基因对过敏源、害虫、干旱、冷害、盐分、生长调控因子、除草剂和其他农业化学物质的反应程度的定量信息。一种新的令人兴奋的能够发现基因功能的方法是DNA微阵列(Microarray)技术。这些基因表达数据有助于我们对调控复杂反应基因有新的看法,并有机会使我们弄清其他方面未知功能基因的功能信息

农杆菌在20世纪初就被人们认识,是一种可使植物发生疾病(如瘿)的微生物,具有自己独立的遗传工程体系。其实,细菌就相当于一个微型工程师,操作了所有的工作。基因工程可以把一系列新基因插入到一种植物,更有效地进行改良。常规育种需要7年或更长时间才能培育出一个新品种,而这一新品种仅仅勉强比它的亲本好一些。研究者利用实验室改良的农杆菌突变体浸染植物来实现基因转化,这些农杆菌突变体的致病基因已被特殊的DNA取代。实际上,细菌将自己的基因导入被浸染受体植物,并插入到受体染色体中。细胞被微弹穿透,DNA进入细胞核并插入受体染色体。使用基因枪时,DNA包裹在金或钨微粒上,通过爆发性力量,将其射入植物活细胞或细胞培养物或胚中。尽管遗传学的突破使提高作物生产力成为可能,这对常规育种者仅是梦想而已,而且这种可能性是无止境的。植物基因工程常用的两种方法是:最早的技术是利用农杆菌将目标基因导入受体植物。第二种更新的方法是使用改良的基因枪,在某种程度上,主要适用于对那些不能被农杆菌感染的植物进行基因转化

通过基因工程获得的匍匐剪股颖抗除草剂特性的有效性在几个田间试验中得到证实,现在已形成新品种。通过分子和常规育种技术的共同努力,正在培育具有抗逆和抗病性的剪股颖新品种。该项目将通过遗传转化技术改良匍匐剪股颖,将有助于维持高尔夫球场草坪自然资源,以提供一个高质量的打球场地。该项工作主要研究适用于美国东北部高尔夫球场果岭区改良的重要剪股颖品种和品系。“利用生物技术改良剪股颖抗除草剂、抗病性和抗逆性研究”,Rut-gers大学FaithBelanger主持,1998年开始,为期5年,总经费25万美元。有50个剪股颖转基因新品系表达5个潜在抗病基因中的一个基因

该研究在鉴定对付春季死斑病的抗真菌蛋白方面已取得进展。牧草型狗牙根的遗传转化体系已建立,因为该组培体系具有较高的生长和再生潜力。该项目的长期目标是利用转基因技术改良狗牙根春季死斑病,该病在秋季和早春温度低、湿度大的情况下发病明显。“提高狗牙根抗真菌特性的遗传转化研究”,俄克拉荷马州立大学MichaelP.Anderson主持,1998年开始,为期5年,总经费12.5万美元

美国高尔夫协会(USGA)植物组织的研究项目,利用基因工程培育抗逆性强、节水、抗病虫和低管理水平的草坪草种。遗传改良(GeneticModifica-tion)是将一种生物的基因整合到另一种与其毫无亲缘关系的生物中,使一些本不可能在一起的性状表现出来。草坪草遗传改良的主要特性包括以下几个方面:1.提高抗病虫和杂草侵害的能力2.提高耐践踏性3.降低对水肥和刈割的要求4.增加对非饮用水的耐性5.提高遗传稳定性6.提高耐酸、碱和盐的能力7.提高对烟雾和其他污染物的耐性8.增加耐阴性在这些草坪草遗传改良中,我们最需要的性状是在极端高温和极端低温条件下的存活能力

抗除草剂特性已通过基因工程实现,所以在不伤害作物的情况下杂草可以被控制。来自其他生物的基因可以被整合到食用植物DNA中,如玉米、大豆等。携带细菌Bt基因的玉米种子可以产生Bt毒素,杀死企图采食的玉米螟。转基因生物技术尽管刚起步,但已表现出明显的商业契机

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