小麦转基因技术及其应用研究

苏玲++杨蕾

【摘 要】通过转基因技术实现小麦改善品质、产量提高，同时增强杭病虫及抗逆能力。随着我国人口基数的不断增长，粮食安全形势愈发严峻。而转基因技术利用其多样的、丰富的基因库，为小麦种苗的改良开辟了最直接有效的途径。主要就小麦转基因技术目前的研究现状、转化方法的主要方式、效率、影响因素、目标等相关作总结讨论。

【关键词】小麦 基因转化 基因转移技术

小麦作为世界上最重要的粮食作物之一，长期以来一直受到广泛关注。但因其具有育种周期长、育种手段单一、种质资源匾乏等缺点，容易导致遗传背景狭窄，从而增加选育难度；同时又因虫害、不良气候等影响，致使小麦育种水平提高困难，嚴重影响小麦的高产的稳定性。因此，加快小麦育种步伐是解决问题的根本，研究应用新的技术方法实现外源基因的导入工作已经刻不容缓。

1 小麦转基因技术的研究方法

1.1 农杆菌介导法

在植物研究中，农杆菌介导转化系统是一种应用广泛、研究成果相对成熟的转基因方法。农杆菌介导法的主要原理是运用发根农杆菌、根癌农杆菌这两种菌类，在植物细胞中添加外源基因。根癌农杆菌中具有的Ti质粒、发根农杆菌中具有的Ri质粒使其能够将外源基因转入植物的细胞之中。Ri质粒能够对植物的细胞进行侵染，而Ti质粒可以在植物细胞中转入基因的DNA区段，其主要由质粒上携带激素携带激素形成的，受其影响，植物的转化细胞会出现激素失衡的现象，这样一来被侵染的植物细胞就会出现冠瘿瘤。植物细胞和植物遗传转化受农杆菌细胞之间相互作用、相互影响，其转化过程非常复杂，要通过T-DNA进行加工，然后由农杆菌进行附着，再通过Vir诱导，使T-复合体、Vir蛋白的细胞质能够进入植物的细胞核之中，最后通过T-DNA基因表达整合，实现植物的再生。其转化效果会受到很多因素的影响，例如转话体的再生能力、植物细胞应答农杆菌的侵染能力，以及农杆菌本身的侵染能力等。在小麦农杆菌的转化过程中，接种及共培养时间、载体类型、筛选方式和农杆菌细胞的浓度等均会影响转化的效率。通过比较农杆菌介导法和基因枪法两种小麦转基因的使用效果可以发现，农杆菌介导法在获得单拷贝转基因植株的几率转化效率方面均优于基因枪法，基因枪法获得单拷贝转基因植株的几率为20%左右，而农杆菌介导法能够达到60%以上，基因枪法的转化效率为3.4%左右，而农杆菌介导法能够达到4.4%的转化效率。与此同时，浓杆菌介导法具有更加稳定的整合位点，操作也非常便利，成本相对较低，应用范围较广。

1.2 花粉管通道法

我国科学家、农学家周光宇通过对DNA片段杂交假说的深入研究和实践，于1983年建立了花粉管通道法。具体方式为小麦授粉后3—5h后，将含目的基因的DNA溶液注射进子房，通过花粉管通道完成外源DNA向受精卵细胞的倒入，进一步整合小麦基因。1992 年Langridge等已经过花粉管通道法做过尝试，可惜并未获取转基因植株，实验以失败告终；1993年，曾君祉等人将nptII导入小麦，通过用花粉管通道法的合理应用，对小麦转基因植株进行了成功培育；之后，Cheng等利用次法在小麦中导入大麦黄矮病毒 CP，培育了抗黄矮病转基因小麦。立足于以上几项研究，我国各相关单位开始积极应用花粉管通道法，成功的在小麦中输入了各项外源基因，培育的基因小麦新材料，具有品质改良、抗虫害、抗叶片衰老的特点。

通过实践证明，花粉管通道法是一种行之有效的转基因方法，其优点在于无需对组织培养进行依赖，而且操作较为简单、成本较低。然而花粉管通道法容易受到环境的影响，具有较低的重复性，转化率一直较低，当前尚未取得充分的理论依据作为支持，因此，还需进行进一步研究和论证。

2 小麦转基因技术的实际应用

常见的放入转基因小麦类型主要有提高产量、品质改良和抗虫抗病，品质改良（25.6%）和抗病（39.7%）是应用最为广泛的类型。

2.1 抗虫转基因小麦

对于小麦的生长而言，病虫害是一个最大的威胁因素。根据相关统计，我国具有超过110种能够威胁作物生长的害虫，常见的害虫主要有十余类群，例如麦蜘蛛、麦叶蜂、麦茎蜂、地下害虫等，其中危害最严重的当属麦蚜。小麦的抗虫转基因主要包括外源凝集素基因和蛋白酶抑制剂基因。外源凝集素基因主要包括半夏凝集素基因和凝集素基因，其是一种主要针对翅目害虫的基因，具有特异糖结合活性蛋白。蛋白酶抑制剂基因则包括胰蛋白酶抑制基因和丝氨酸蛋白酶抑制基因等，主要针对存储害虫麦蛾。

2.2 抗病转基因小麦

在小麦的生长周期中，很多病菌都会对其生长造成不利的影响，常见的病菌主要有锈病病菌、白粉病病菌、黄花叶病毒、纹枯病病菌、赤霉病病菌等。

小麦抗病转基因研究通过聚合多种抗病基因，来培育新的多抗小麦品种。其中，小麦根腐病、赤霉病以及纹枯病等多种病害得到有效缓解，科学利用转基因技术，实现抗病小麦材料的创新是今后的研究重点。

当前在转基因小麦得到应用的抗病基因主要有：①植保素类基因。梁辉等人在春小麦品种京红5 号中注入芪合酶基因，在T3代中鉴定出3个中抗白粉病植株和1个免疫白粉病的植株。②抗病及病程相关蛋白类基因。大麦几丁质酶Ⅱ基因可以提升小麦对赤霉病和白粉病的抗性。在小麦中导入麦几丁质酶Ⅱ基因和巨曲霉菌抗菌蛋白基因Ag-AF，能够遏制白粉病菌及叶锈菌孢子的形成。③抗病毒类基因。④抗菌肽及抗菌蛋白类基因，例如核糖体失活蛋白基因等。

3 结语

随着我国人口基数的不断增长，粮食安全形势愈发严峻。而转基因技术利用其多样的、丰富的基因库，为小麦种苗的改良开辟了最直接有效的途径。随着小麦遗传转化技术转化体系的逐渐完善，转基因小麦安全评估体系更加科学客观。集高效、优质和多抗等优秀特点于一体的转基因小麦新品种即将进行大规模的培育，并广泛到农田生产中去。

参考文献：

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