植物组织培养：玉米遗传转化方法及其研究进展

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1、玉米遗传转化方法及其研究进展摘要随着植物转基因技术的深入发展,大豆、玉米、油菜和棉花等转基因作物大面积商品化生产为全球的粮食安全做出了巨大贡献。近年来，玉米的转基因技术发展迅速,农艺性状改良涉及抗除草剂、抗虫、抗病、抗旱、抗盐和品质改良等，其中抗除草剂和抗虫玉米已成为主要的商业化转基因作物。本文综述了玉米遗传转化的几种常用方法且对其利弊进行讨论，玉米转基因技术的研究进展及应用，展望了玉米转基因研究的发展方向。关键词玉米；遗传转化方法；转基因技术；应用玉米是重要的粮食、饲料，同时也是现代工业的重要原料。随着畜牧业、工业的发展以及世界人口的增长，玉米在农业生产中占有越来越重要的地位。199

2、8年以来，玉米已超过水稻和小麦成为全球第一大作物[1]。建国以来，我国玉米播种面积、单产和总产量都呈持续增长趋势，但与美国等玉米生产大国还存在较大差距。玉米总需求的断攀升使得玉米生产面临巨大挑战。自1988年Rhodes等[2]首次获得玉米转基因完整植株以来，玉米遗传转化技术得到了较大的发展，不但许多有价值的基因转入玉米,而且转基因方法也出现了多样化：基因枪法、农杆菌介导法、花粉管通道法等。随着转基因技术的完善与发展，更多的优良外源基因将被用于玉米的遗传改良，并且为阐述单子叶植物基因表达调控机理提供了新方法。而且，随着研究的深入，在降低转化受体依赖性、提高转化效率、提出新型转化方法等方

3、面取得了重要的进展。1玉米遗传转化方法1.1电激法电激法转化外源基因是用短时、高脉冲电处理细胞，使细胞膜出现可恢复性孔隙，从而产生新的渗透点(3-4nm)，为外源DNA进入细胞提供了通路。电激法不受宿主限制，可以用于原生质体、愈伤组织、胚性悬浮细胞系、幼胚等，操作简单，但转化效率低，在玉米遗传转化技术研究初期应用较为广泛。11.2花粉管通道法花粉管通道法是在植物整体水平进行目的基因DNA片段的导入，直接获得转化种子，通过后代的筛选获得带有目的基因的片段。由于其利用自身的生殖系统作为载体，被众多研究者采用。花粉管通道法无基因型限制且易实现大规模基因转化，而且不需要昂贵的仪器设备和组织培养

4、技术，但是产生变异后代的类型特别丰富，因此对后代的检测比较繁琐。1.3PEG法1993年,Golovkin等[3]用PEG法将H89的原生质体分别与含有CaMV35S启动子和鼠二氢叶酸还原酶(DHFR)突变基因(氨甲喋呤抗性)的质粒pMP和pDMP共培养,其中pDMP的mdhfr基因插入了玉米Ds1转座子，用氨甲喋呤筛选得到抗性愈伤组织，在不含激素的培养基上再生出植株。Omirulleh等[4]用PEG法将外源基因导入到由HE8的悬浮细胞系分离得到的原生质体，建立了植株再生的转化体系。PEG法转化效率较高，但必须以裸露的原生质体为受体，而且还受到基因型的限制。1.4基因枪法基因枪法又称

5、微粒枪法、微粒轰击法(gene2gun,particlegun,particlebombard2ment)，是依赖高速度的金属微粒将外源基因引入活细胞的一种转化技术。它利用高速运动的金属粒子，5可以非特异地将外源基因导入植物的细胞、组织和器官，不再受到受体基因型的限制，又能避开原生质体再生的障碍，为玉米遗传转化掀开了新的一页。1.5农杆菌介导法农杆菌作为一种天然的植物基因转化系统，具有转化的外源DNA结构完整、转化机理清楚、整合位点较稳定、拷贝数低、整合后的外源基因结构变异较小等优点，因而倍受重视。国际上近年来将注意力转向农杆菌介导的单子叶植物基因转化方法的研究，并取得了明显的进展。G

6、ould等(1991)[5]用gus报告基因和Npt基因通过农杆菌介导法转化玉米FunkG90的芽尖，得到的再生植株及其子一代基因组中带有标记基因，从而为建立玉米高效遗传转化体系奠定了基础。Ishida等(1996)[6]建立了一套农杆菌介导的高效转化体系，通过对菌株、菌液浓度、幼胚等各种因素的优化，使玉米的转化效率达到了30%,成为玉米遗传转化进程中的一个里程碑。2玉米转基因应用现状1996-2009年全球转基因玉米种植面积占全球转基因作物总面积的百分比稳定增长(图2)。目前，转基因玉米农艺性状改良主要涉及抗除草剂、抗虫、抗病、抗旱和品质改良等，商业化种植面积较多的是抗除草剂、抗虫和

7、二者复合性状转基因玉米(表1)毫无疑问，转基因技术在玉米生产中将发挥越来越重要的作用。图2全球转基因玉米面积占转基因作物面积百分比产品2007年2008年抗虫930710抗除草剂700570抗虫/抗除草剂18802450合计35103730表1全球转基因玉性状种植概况[7]万hm22.1抗除草剂转基因玉米抗除草剂转基因玉米是高效、低成本控制杂草的新途径。目前，国内已经利用转基因技术获得具有潜在利用价值的抗除草剂转基因玉米新材料，其抗除草剂基因主