回交的遺傳學(xué)效應(yīng)精選(九篇)

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第1篇：回交的遺傳學(xué)效應(yīng)范文

關(guān)鍵詞：分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)；水稻；育種；改良

中圖分類號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人口的增加以及能源的逐漸減少，人們對(duì)高質(zhì)量食品需求不斷提高，同時(shí)社會(huì)對(duì)糧食作為能源的需求不斷增大?，F(xiàn)階段中國的主要糧油作物產(chǎn)量最多的為水稻、玉米、小麥，而水稻的產(chǎn)量最多，因此加快水稻的育種進(jìn)程，提高水稻的質(zhì)量和產(chǎn)量，具有重要的實(shí)踐價(jià)值。高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病的水稻優(yōu)良品種一直是育種家和生物技術(shù)工作者面臨的共同挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的水稻育種方法通過表現(xiàn)型間接對(duì)基因型進(jìn)行選擇，育種時(shí)間長達(dá)數(shù)年而且需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和觀察力。此外，對(duì)數(shù)量性狀（產(chǎn)量、品質(zhì)）的選擇還受到諸多因素影響，操作性不強(qiáng)，因此，水稻育種、生產(chǎn)的關(guān)鍵就是提高育種選擇效率，避免選擇過程的盲目性。

分子標(biāo)記輔助選擇（maker assisted selection，MAS）是通過分析與目的基因緊密連鎖的分子標(biāo)記的基因型來進(jìn)行育種，從而達(dá)到提高育種效率的目的。近年來隨著生物技術(shù)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)的發(fā)展以及新分子標(biāo)記的開發(fā)，分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)開始趨于成熟，越來越受到育種家的青睞。在此，簡要綜述了分子標(biāo)記輔助選擇的原理、策略，著重介紹了該技術(shù)近年來在水稻育種上的應(yīng)用現(xiàn)狀，包括質(zhì)量性狀改良、數(shù)量性狀改良、基因聚合、基因滲入和回交育種等方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)探討了該技術(shù)存在的問題以及發(fā)展前景和展望。

1 分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)的原理和策略

1.1 分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)原理

分子標(biāo)記輔助選擇是將分子標(biāo)記應(yīng)用于作物品種改良過程中進(jìn)行選擇的一種輔助手段。其基本原理是利用與目標(biāo)基因緊密連鎖或表現(xiàn)共分離關(guān)系的分子標(biāo)記選擇個(gè)體進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域以及全基因組篩選，從而減少連鎖累贅，獲得期望的個(gè)體，以實(shí)現(xiàn)有目的的提高育種效率[1]。分子標(biāo)記輔助選擇不受其他基因效應(yīng)和環(huán)境因素的影響，是對(duì)目標(biāo)性狀在分子水平上的一種選擇，選擇結(jié)果可靠，同時(shí)又可避免等位基因之間顯隱性關(guān)系的干擾[2]。

1.2 分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)的基本策略

現(xiàn)階段分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)的策略：精確定位目標(biāo)基因，要求目標(biāo)基因兩側(cè)最好各有一個(gè)預(yù)期緊密連鎖的分子標(biāo)記，并且分子標(biāo)記座位與目標(biāo)基因座位之間的遺傳距離一般要小于5cm，盡量減少連鎖累贅；將RFLP分子標(biāo)記轉(zhuǎn)換為PCR為基礎(chǔ)的分子標(biāo)記，便于提高檢測的自動(dòng)化水平；采用SCAR、STS等基于PCR擴(kuò)增的途經(jīng)檢測親本間的多態(tài)性；應(yīng)用SCAR、STS等標(biāo)記對(duì)育種群體進(jìn)行分子標(biāo)記輔助選擇[3]。

2 分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)在水稻育種中的應(yīng)用現(xiàn)狀

分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)在水稻育種中的應(yīng)用已逐步趨于成熟，其應(yīng)用主要體現(xiàn)在水稻質(zhì)量性狀改良、數(shù)量性狀改良、基因聚合、基因滲入和回交育種等方面。

2.1 分子標(biāo)記輔助選擇在水稻質(zhì)量性狀改良中的應(yīng)用現(xiàn)狀

分子標(biāo)記輔助選擇可以將質(zhì)量性狀準(zhǔn)確的定位，大大的降低回交次數(shù)，縮減所需的年限。MAS從2個(gè)方面改良質(zhì)量性狀：對(duì)目標(biāo)基因的直接選擇，可以直接改良目標(biāo)基因；對(duì)目標(biāo)基因的間接作用選擇，即對(duì)目標(biāo)基因周圍的遺傳背景基因進(jìn)行選擇，從而對(duì)目標(biāo)基因表達(dá)起到一定的作用。此外，應(yīng)用分別位于目標(biāo)基因兩側(cè)的標(biāo)記基因?qū)δ繕?biāo)基因表達(dá)的性狀進(jìn)行選擇可大大提高選擇的效率[4]。

范宏環(huán)等將與水稻白葉枯病抗性基因Xa23緊密連鎖的用EST標(biāo)記的C189作為分子標(biāo)記檢測目的基因，分別獲得71和52份攜有Xa23純合基因型恢復(fù)系。采用水稻白葉枯病Ⅳ型小種代表菌株浙173進(jìn)行剪葉接種，分別鑒定出61和44份抗病株系，它們的分子標(biāo)記輔助選擇準(zhǔn)確率分別為85.92%和84.61%[5]。金素娟等利用與抗性基因Pr-1緊密連鎖的SSR標(biāo)記RM144標(biāo)記目標(biāo)基因，將Pr-1基因?qū)隚D-8S中，對(duì)GD-8S的不同回交世代進(jìn)行選擇，獲得5個(gè)改良株系，抗稻瘟病頻率為75.76%～100.00%，而對(duì)照組僅為9.09%[6]。曾正明等以優(yōu)良雜交稻恢復(fù)系瀘恢17和瀘恢602為受體親本，通過雜交和復(fù)交，結(jié)合農(nóng)藝性狀選擇，獲得5份目標(biāo)基因純合并且農(nóng)藝性狀優(yōu)良的恢復(fù)材料。以四川近年來有代表性的32個(gè)菌株對(duì)這5份材料進(jìn)行抗性鑒定，其抗性頻率達(dá)81.25%～87.50%[7]。

2.2 分子標(biāo)記輔助選擇在水稻數(shù)量性狀改良中的應(yīng)用現(xiàn)狀

數(shù)量性狀一般由多個(gè)基因聯(lián)合控制，表現(xiàn)型與基因型之間沒有明顯的顯隱性關(guān)系，分子標(biāo)記輔助選擇無需透過表現(xiàn)型的觀察來選擇基因型，可以直接對(duì)基因型進(jìn)行選擇，不但效率高、精確，而且可以排除環(huán)境因素和遺傳背景的影響[4][8]。

杜雪樹等為了選育香稻恢復(fù)系，以廣東香稻品種美香占為香味基因供體，以自育抗性恢復(fù)系豐986和R476為受體，通過設(shè)計(jì)功能性STS標(biāo)記Aro，并在回交分離世代利用Aro標(biāo)記開展香味基因的分子標(biāo)記輔助選擇育種。同時(shí)，對(duì)香味基因純合的55個(gè)單株的香味性狀進(jìn)行鑒定，鑒定結(jié)果表明Aro標(biāo)記在香稻育種過程中選擇效率達(dá)到100% [9]。

2.3 分子標(biāo)記輔助選擇在水稻目的基因聚合中的應(yīng)用現(xiàn)狀

基因聚合就是將分散在不同品種中的有用基因聚合在同一個(gè)基因組中，進(jìn)而優(yōu)化某一品種的基因組，產(chǎn)生更具有實(shí)用價(jià)值的育種材料。分子標(biāo)記輔助選擇應(yīng)用在基因聚合中可以更加精確、高效的將目標(biāo)基因聚合在同一個(gè)基因組中，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)品種的良種化。育種家們通過聚合水稻中的優(yōu)良基因，在水稻育種上取得了相當(dāng)大的進(jìn)展[4]。

陳圣等用分子標(biāo)記輔助選擇將高抗水稻白葉枯病的Xa23、廣譜高抗稻瘟病的Pi9、抗水稻螟蟲和稻縱卷葉螟的Bt聚合到同一株系中，獲得了三基因聚合的純合株系。病、蟲抗性鑒定結(jié)果顯示：聚合了Xa23、Pi9和Bt基因的株系HB1471、HB1473能同時(shí)抗白葉枯病、稻瘟病和稻縱卷葉螟[10]。毛鐘警等用與Xa23緊密連鎖的標(biāo)記C189，與bph20（t）緊密連鎖的標(biāo)記BYL7進(jìn)行分子標(biāo)記輔助選擇，從BC2F2群體中培育出具有抗白葉枯病和褐飛虱雙抗基因的個(gè)體[11]。姚姝等用與Stv-bi共分離的SCAR標(biāo)記及與Wx-mq緊密連鎖的CAPS功能標(biāo)記對(duì)其分離世代進(jìn)行標(biāo)記位點(diǎn)的檢測，將條紋葉枯病抗性基因Stv-bi和暗胚乳突變基因Wx-mq同時(shí)轉(zhuǎn)育到高產(chǎn)品種中，篩選、培育出優(yōu)質(zhì)、抗病、高產(chǎn)且農(nóng)藝性狀優(yōu)良的水稻新品系寧9108[12]。

2.4 分子標(biāo)記輔助選擇在水稻基因滲入中的應(yīng)用現(xiàn)狀

基因滲入是指2個(gè)基因庫之間的基因流動(dòng)，通常是經(jīng)過種間雜交產(chǎn)生的，是一個(gè)長期的過程，它需要許多代雜交和回交，才能實(shí)現(xiàn)基因庫的交流。常規(guī)育種要實(shí)現(xiàn)不同品種水稻間的基因滲入需要時(shí)間長，操作繁瑣，而分子標(biāo)記輔助選擇育種為基因滲入提供了捷徑，能夠準(zhǔn)確迅速的實(shí)現(xiàn)基因庫之間的交流。育種家們借助MAS在水稻育種中取得了一定的進(jìn)展。

文紹山等利用分子標(biāo)記輔助選擇將水稻抗瘟病基因Pi-9（t）滲入水稻恢復(fù)系瀘恢17中，病圃鑒定表明，攜帶Pi-9（t）基因的瀘恢17背景的株系WR1023、WR1043、WR1056及WR1062與對(duì)照瀘恢17相比，葉瘟病級(jí)由8級(jí)降至3～4級(jí)，穗瘟發(fā)病率由85%降低到16%～28%，穗瘟病級(jí)由9級(jí)降低到5～7級(jí)，抗性改良效果仍很明顯[13]。

2.5 分子標(biāo)記輔助選擇在回交育種中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在常規(guī)育種中常常通過回交在綜合性狀優(yōu)良的品種基礎(chǔ)上，對(duì)其一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)性狀進(jìn)行改良，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)親本的改良，最終獲得具有輪回親本遺傳背景但攜帶一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)目標(biāo)性狀的新材料。MAS的應(yīng)用可以避免每隔1～2代進(jìn)行目標(biāo)基因存在確認(rèn)的測交，可以優(yōu)化操作程序。同時(shí)，可以利用與目標(biāo)基因緊密連鎖的分子標(biāo)記直接選擇發(fā)生重組的個(gè)體，進(jìn)而減少連鎖累贅，實(shí)現(xiàn)快速精確改良親本的目的[4]。

蘭艷榮等以華201S為受體親本，以含Xa21和Xa7基因的抗白葉枯病材料華恢20為供體親本，進(jìn)行1次雜交、3次回交和3次以上自交，每個(gè)世代用基因內(nèi)標(biāo)記PTA248對(duì)Xa21進(jìn)行分子檢測，用連鎖標(biāo)記ST SP3（與Xa7的遺傳距離為0.9cm）對(duì)Xa7進(jìn)行檢測，新選育的4個(gè)株系主要農(nóng)藝性狀、生育期、育性轉(zhuǎn)換特性與華201S基本相似，但對(duì)白葉枯病表現(xiàn)高抗[14]。

3 分子標(biāo)記輔助育種在水稻育種中的存在的不足

MAS作為現(xiàn)代生物技術(shù)之一在水稻育種中應(yīng)用具有精確、快速的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在水稻的抗性育種、水稻品質(zhì)改良等方面發(fā)揮了一定作用，在水稻育種中有較廣泛應(yīng)用。但是MAS在水稻數(shù)量形狀上的應(yīng)用卻依然還有許多問題需要解決。表現(xiàn)在：由于控制同一性狀的基因大多數(shù)處于零散狀態(tài)，缺乏集中總結(jié)和歸納，主要農(nóng)藝性狀基因發(fā)掘不足；分子標(biāo)記與目的基因之間的遺傳距離有待進(jìn)一步縮短，以期盡量減少甚至避免連鎖累贅對(duì)育種造成的影響；基因定位的研究有待于與育種應(yīng)用緊密掛鉤，目標(biāo)基因的定位應(yīng)該加快走向育種應(yīng)用；現(xiàn)階段DNA分子標(biāo)記的分析鑒定成本較高，限制了MAS推廣應(yīng)用，有待進(jìn)一步優(yōu)化該技術(shù)[4][2]。

4 分子標(biāo)記輔助選擇的前景與展望

雖然在水稻育種中MAS存在諸多需要改進(jìn)的地方，但是隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，這些不足正在嘗試被克服。在技術(shù)上，育種家們嘗試與目標(biāo)基因緊密連鎖的兩側(cè)基因作為分子標(biāo)記，以減少連鎖累贅的影響；在應(yīng)用上，育種家們也終將會(huì)實(shí)現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)研究成果加快應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，將科技轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，同時(shí)隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的進(jìn)步，MAS成本也必將會(huì)逐漸降低，以推動(dòng)該技術(shù)的普及，加快全國整體水稻育種水平的提高速度。

分子標(biāo)記輔助選擇（MAS）技術(shù)，將在現(xiàn)在和未來的水稻育種中起到不可替代的作用，在水稻育種進(jìn)程甚至我國農(nóng)業(yè)新技術(shù)革命中起到重要作用。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展以及水稻基因組研究的不斷深入，成本更低、精確度更高、效率更高、操作更加簡便新的實(shí)用的分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)最終會(huì)成為一個(gè)更加系統(tǒng)、成熟的技術(shù)體系，在不久的將來也將會(huì)逐漸實(shí)現(xiàn)育種家們的預(yù)期。

參考文獻(xiàn)

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[13] 文紹山，高必軍.利用分子標(biāo)記輔助選擇將抗稻瘟病基因Pi-9（t）滲入水稻恢復(fù)系瀘恢17[J]. 分子植物育種，2012，10（1）：42-47.

第2篇：回交的遺傳學(xué)效應(yīng)范文

（1．河北民族師范學(xué)院化學(xué)系，河北 承德 067000；2．承德廣播電視大學(xué)，河北 承德 067000；3．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研

究所，北京 100081；4．河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所/國家谷子改良中心/河北省雜糧研究實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050035）

摘要：粒重是作物的重要產(chǎn)量性狀之一，研究作物粒重的遺傳機(jī)制有利于認(rèn)識(shí)作物馴化過程，并為提高作物產(chǎn)量的相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。以水稻、玉米、小麥等重要作物的粒重研究為例，對(duì)與粒重相關(guān)的基因以及粒重形成的遺傳和生化機(jī)理進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞 ：作物；粒重；遺傳機(jī)制；基因

中圖分類號(hào)：S511；S512．1；S513；Q343．1＋5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439－8114（2015）06－1281－05

DOI：10．14088/j．cnki．issn0439－8114．2015．06．001

Progress of Grain Weight of Main Crops

WANG Chun－fang1，4， ZHANG Wen－dian1， YAO Gang－qian2， DIAO Xian－min3， ZHI Hui3， LI Wei4

（1． Department of Chemistry，Hebei Normal University for Nationalities， Chengde 067000， Hebei， China；2．Chengde Radio and TV University， Chengde 067000， Hebei， China；3．Institute of Crop sciences， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China； 4． Institute of Millet Crops， Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences/National Foxtail Millet Improvement Center/Minor Cereal Crops Laboratory of Hebei Province， Shijiazhuang 050035， Hebei， China）

Abstract： Grain weight is one of the important yield traits of main crops. Studying genetic mechanism of grain weight of main crops is helpful for understanding domestication process of crop， and laying a foundation for improving crop yield． Taking studies on grain weight of rice， corn， wheat and other important crops as examples， the authors summarized the grain weight related genes， and the genetics formation and biochemical mechanism of grain weight．

Key words： Grain weight； genetic mechanism； gene

收稿日期：2014－07－25

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31200910）；河北省承德市財(cái)政局科研項(xiàng)目（CZ2013009）；河北省農(nóng)林科學(xué)院科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（A2012030102）

作者簡介：王春芳（1983－），女（滿族），河北承德人，講師，碩士，主要從事分子生物學(xué)研究，（電話）0314－2370138（電子信箱）

wangchunfang18@126．com；通信作者，李 偉，副研究員，碩士，主要從事谷子分子生物學(xué)研究，（電話）0311－87670710（電子信箱）

hbnkylw@126．com。

重要作物如水稻、玉米、小麥等作物產(chǎn)量、質(zhì)量的高低直接關(guān)系到糧食安全，因此提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量是育種改良最重要的目標(biāo)之一。作為產(chǎn)量三要素之一的粒重是提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵，而產(chǎn)量性狀是多基因控制的復(fù)雜性狀，目前僅有少數(shù)幾個(gè)基因得到克隆和功能鑒定，這些基因所編碼的蛋白不同、行使的功能也各異。通過這些研究初步了解了與粒重相關(guān)的產(chǎn)量性狀形成的遺傳機(jī)理。今后需要進(jìn)行大量的基因定位或突變體的鑒定，分析相關(guān)基因的生物學(xué)功能，逐步闡明與粒重相關(guān)的產(chǎn)量性狀形成的復(fù)雜遺傳機(jī)理，為作物高產(chǎn)分子育種提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。

1 水稻粒重的研究

粒重是影響水稻產(chǎn)量的重要因子。影響水稻粒重的因素有很多，例如粒長、粒寬、粒型、單穗粒數(shù)和容重等都可以改變水稻的粒重。增加水稻子粒的體積和提高子粒的充實(shí)度可以提高粒重，增加產(chǎn)量。近幾年來，隨著分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，水稻粒重基因的定位已有許多相關(guān)報(bào)道。

徐建龍等［1］應(yīng)用292個(gè)Lemont/特青的重組自交系（RILs）群體檢測到影響千粒重的11個(gè)數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL），分別位于第1、2、3、4、5、10和第12染色體上，聯(lián)合貢獻(xiàn)率為53．9％。林荔輝等［2］利用以兩個(gè)秈稻品種H359和Acc8558為親本雜交建立的RIL群體檢測到16個(gè)與粒重有關(guān)的QTL，分布在8條不同的染色體上，可解釋81．4％的表型變異，其中有5個(gè)QTL分布在第3染色體上。吳秀菊等［3］利用以粳稻Asominori為遺傳背景的染色體片段置換系（CSSLs）群體，在多個(gè)環(huán)境下對(duì)稻谷粒重和精米粒重等性狀進(jìn)行了QTL定位，在5個(gè)環(huán)境下共檢測到6個(gè)與粒重相關(guān)的QTL，分布于第1、6、7和第8染色體上，對(duì)表型變異的貢獻(xiàn)率介于13％～35％之間。趙彥宏等［4］以水稻“珍汕97B×明恢63”的F1雜種（汕優(yōu)63）所衍生的永久F2群體為材料，對(duì)單穗粒重進(jìn)行QTL定位分析，共檢測到9個(gè)與單穗粒重相關(guān)的QTL，其中7個(gè)具有環(huán)境互作效應(yīng)，并證明上位性是控制水稻單穗粒重遺傳變異的重要遺傳組分之一。樊葉楊等［5］通過14個(gè)水稻胚乳淀粉合成積累的相關(guān)基因和42個(gè)預(yù)測的相關(guān)基因，與千粒重QTL位點(diǎn)進(jìn)行連鎖分析，發(fā)現(xiàn)有38個(gè)相關(guān)基因與千粒重QTL連鎖遺傳，表明其中一些千粒重主效基因本身可能就是編碼淀粉合成相關(guān)酶的基因。王松鳳等［6］以Nipponbare（japonica）/Kasalath（indica）//Nipponbare BC1 F10的98個(gè)家系為材料在3種環(huán)境下對(duì)水稻粒形的相關(guān)性狀及千粒重進(jìn)行數(shù)量性狀基因位點(diǎn)的定位分析，共檢測到19個(gè)QTL， 分別控制粒長、粒厚、粒寬、粒形和千粒重；利用CSSL群體驗(yàn)證粒長、粒寬、粒形以及千粒重穩(wěn)定表達(dá)的QTL，證明這些QTL是穩(wěn)定表達(dá)的主效QTL。郭詠梅等［7］在水旱栽培條件下利用DH群體對(duì)水稻粒型和粒重等相關(guān)性狀進(jìn)行了初步定位，共檢測到14個(gè)QTLs，其中控制粒重、粒長、粒寬和長寬比的QTLs分別為5、5、1、3個(gè)?？刂屏ｉL的qGL－5、粒重的qGWt－1a和qGWt－1b在水旱條件下都能被檢測到，說明粒長和粒重的農(nóng)藝性狀受土壤水分條件影響較小。劉立峰等［8］利用越富/IRAT109構(gòu)建了RIL永久分離群體，構(gòu)建了一個(gè)含201個(gè)SSR標(biāo)記的水稻分子連鎖圖譜，覆蓋水稻基因組的1 833．8 cM，標(biāo)記間的平均距離為9．0 cM，利用這一連鎖圖，對(duì)與抗旱相關(guān)的根系、生理性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量因子進(jìn)行QTL分析，其中千粒重、單株產(chǎn)量兩個(gè)抗旱相關(guān)性狀的QTL tgw6．1和yp6．1定位于6號(hào)染色體上的RM541－RM527標(biāo)記區(qū)間的同一位置，貢獻(xiàn)率分別高達(dá)33．4％和25．6％。陳冰嬬等［9］利用秈稻恢復(fù)系蜀恢527和菲律賓的Milagrosa為親本培育了BC2F2高代回交群體，對(duì)水稻粒長、粒寬、長寬比和千粒重4種性狀進(jìn)行了定位分析，共檢測到了10 個(gè)控制粒長、粒寬、長寬比和千粒重的QTL，其中有3個(gè)具有多效性，位于第3染色體上著絲粒區(qū)域的qgl3b是一個(gè)控制粒長、長寬比和千粒重的主效QTL，它可以分別解釋粒長、長寬比和千粒重表型變異的29．37％、26．15％和17．15％。吳家勝等［10］利用親本IR64/Azucena的加倍單倍體群體對(duì)單穗粒重和千粒重進(jìn)行了初步定位，共檢測到12個(gè)千粒重相關(guān)QTLs和7個(gè)穗粒重QTLs，分布在1～10號(hào)染色體上，具有顯著的加性效應(yīng)或加性與環(huán)境互作效應(yīng)。

上述研究結(jié)果顯示不同群體的粒重QTL數(shù)量和位置不同，在水稻12條染色體中都檢測到了影響粒重的QTL。鄂志國等［11］以粳稻品種日本晴的測序圖譜為基礎(chǔ)，挑選較廣泛應(yīng)用于水稻QTL研究的標(biāo)記繪制了公共圖譜，并將國內(nèi)外公開發(fā)表的251個(gè)水稻千粒重QTL整合到該圖譜中。研究表明，目前定位的粒重QTL雖分散于各條染色體，但主要集中在1、3、5、6、10號(hào)染色體上。盡管已定位的水稻粒重QTL位點(diǎn)很多，但是能夠?qū)⒘Ｖ鼗蚓?xì)定位的卻很少。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)關(guān)于粒重基因的精細(xì)定位僅有g(shù)w3．1、GS3、gw6和GW2，克隆的粒重基因僅有GS3和GW2。

1．1 gw 3．1

Li 等［12］利用康乃爾大學(xué)組配的熱帶粳稻品種Jefferson作為輪回親本與普通野生稻材料IRGC 2105491配置的組合，利用回交群體，將用來初步定位的源于野生稻的控制粒重的基因gw3．1精細(xì)定位在第3號(hào)染色體標(biāo)記JL123h和JL109的93．8 kb區(qū)間，該基因具有顯著增加粒重的作用。該研究表明利用回交能夠剔除其他微效基因的影響，增加主效QTL的貢獻(xiàn)率，提高定位準(zhǔn)確度。

1．2 GS3

近10年來，至少10個(gè)不同的對(duì)定位組合的研究都在第3染色體上著絲粒附近定位到1個(gè)千粒重和粒長的主效QTL［13－17］，這種在不同遺傳背景都能定位到的主效基因位點(diǎn)有力地證實(shí)了該區(qū)域千粒重控制基因存在的真實(shí)性和其廣泛適用性。該基因主要控制千粒重和粒長，定位在93．8 kb的區(qū)域，后進(jìn)一步定位到7．9 kb的片段，推測該基因編碼一個(gè)轉(zhuǎn)膜蛋白［18，19］。另外，通過水稻和玉米的比較基因組研究，發(fā)現(xiàn)玉米中一個(gè)控制粒重的位點(diǎn)與水稻GS3高度同源，推測GS3與作物馴化和選擇有密切關(guān)系［20，21］。

1．3 gw6和 tgw6

Li等［18］、Lu等［22］、Xing等［23］和Ishimaru等［24］利用不同遺傳群體在水稻第6染色體的同一個(gè)區(qū)域定位了主效的千粒重基因tgw6，該基因是千粒重上調(diào)基因，可以提高碳水化合物的合成能力，在提高產(chǎn)量方面具有很大的潛力［25］。馬麗蓮［26］利用水稻大粒品種構(gòu)建F2∶F3群體，定位了2個(gè)粒重的主效位點(diǎn)gw3和gw6，利用F3群體將gw6定位于RM7179和RM3187兩個(gè)分子標(biāo)記之間的4．7 cM的范圍內(nèi)。

1．4 GW2和TGW2

Song等［27］選擇粒重差異比較大的豐矮占1號(hào)（Fengaizhan－1， FAZ1）和WY3作為親本構(gòu)建作圖群體，對(duì)控制水稻粒寬和粒長相關(guān)QTL進(jìn)行了初步定位，并成功克隆了一個(gè)控制粒寬和粒重的主效QTL－GW2，該基因編碼的新型RING蛋白在體外具有E3泛素連接酶活性。Yoon等［28］將控制粒重的QTL－TGW2定位到水稻第2號(hào)染色體上與GW2位于鄰近的染色體區(qū)域，兩者可能是同一個(gè)遺傳位點(diǎn)。這也表明該QTL基因在不同的背景下都具有控制水稻千粒重的功能，同時(shí)也表明其穩(wěn)定性和重要性。

1．5 TGW3b和SPP3b

最近一些研究顯示千粒重和單穗粒數(shù)兩個(gè)性狀的QTL經(jīng)常定位在染色體同一個(gè)較小區(qū)域。Liu等［29］利用水稻RIL群體將一個(gè)控制千粒重的QTL－TGW3b和一個(gè)控制單穗粒數(shù)的QTL－SPP3b定位在第3號(hào)染色體上，兩個(gè)可能是同一個(gè)位點(diǎn)。TGW3b是一個(gè)多效的基因位點(diǎn)，粒長、粒寬和粒厚度等性狀都受到該位點(diǎn)的控制。Cheng等將分別控制單穗粒數(shù)和千粒重的qTNSP6－1 和 qTGWT6－1定位在第6號(hào)染色體上一個(gè)125 kb大小的區(qū)域。Xie等在第9號(hào)染色體37．4kb的區(qū)域檢測到了控制單穗粒數(shù)的QTL－sn9．1和千粒重的QTL－gw9．1。GW2是一個(gè)控制粒寬和粒重的基因，可增加千粒重49．8％，但是與單穗粒數(shù)呈負(fù)相關(guān)［30］。DEP1是控制穗粒密度和穗型的基因位點(diǎn)，編碼一個(gè)未知的磷脂酰乙醇胺錨定蛋白，顯著提高穗粒數(shù)和穗產(chǎn)量，但是抑制千粒重增加［27］。

這些研究不僅為水稻粒重QTL的精確定位和基因克隆提供了準(zhǔn)備，同時(shí)也為禾本科其他作物的研究提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。

2 小麥粒重的研究

小麥的子粒性狀包括粒型、千粒重和容重三部分，受環(huán)境影響較大，千粒重具有很高的遺傳力且最為穩(wěn)定。Giura等［31］早期研究大粒小麥品種G603－86，控制粒重的位點(diǎn)在6D和4A染色體上。Shah等［32］在3A染色體上發(fā)現(xiàn)了與小麥產(chǎn)量密切相關(guān)的位點(diǎn)Eps，該區(qū)域控制單穗粒數(shù)、千粒重、單位面積穗數(shù)、粒型、株高和開花期等重要農(nóng)藝性狀。

小麥的結(jié)實(shí)率、粒型都是影響小麥產(chǎn)量的重要農(nóng)藝性狀，Wang等［33］利用冬小麥RIL群體在多種環(huán)境下對(duì)小麥結(jié)實(shí)率、粒重等產(chǎn)量性狀進(jìn)行了定位分析，檢測到33個(gè)結(jié)實(shí)率QTL，31個(gè)與粒重相關(guān)的QTL，分布于1A、1B、2A、2D、3A、3B、3D、4A、4D、 5A、5B、6D和7D染色體上，千粒重的QTL位點(diǎn)與之前報(bào)道的一些QTL相近，可能是同一個(gè)位點(diǎn)［34－36］。

廖祥政等［37］利用348對(duì)SSR標(biāo)記對(duì)人工合成小麥Am3和普通小麥萊州953的BC5 F2∶F3群體進(jìn)行全基因組掃描，利用復(fù)合區(qū)間作圖法檢測到3個(gè)千粒重QTL，對(duì)表型變異的貢獻(xiàn)率為10．90％～33．79％。采用混合線性模型作圖法檢測到1個(gè)千粒重QTL（QGw．caas－3D），該QTL與環(huán)境互作效應(yīng)小，而且與復(fù)合區(qū)間作圖法在3個(gè)環(huán)境中都檢測到的QTL 相同，表明QGw．caas－3D 是一個(gè)穩(wěn)定的主效QTL。

王瑞霞等［38］以142 個(gè)和尚麥/豫8679 的F7∶F8 重組自交系及其親本為試驗(yàn)材料，研究千粒重等性狀在多環(huán)境下的表現(xiàn)情況，并利用已構(gòu)建的含有170個(gè)SSR 標(biāo)記和2個(gè)EST 標(biāo)記的遺傳圖譜，定位了21個(gè)千粒重相關(guān)QTL，可解釋表型變異的4．36％～16．80％。

周淼平等［39］利用望水白和Alondra構(gòu)建的RIL群體，在多個(gè)環(huán)境下對(duì)千粒重等產(chǎn)量性狀進(jìn)行了初步的定位分析，檢測到5個(gè)千粒重QTL，分別位于2A、2B、3B、4D和7A染色體上，可解釋9．6％～25．7％的表型變異。其中位于3B和7A 染色體的QTL位點(diǎn)分別與Boorner等［40］和Campbell等［36］發(fā)現(xiàn)的QTL可能屬于同一QTL 。

Sun等［41］在多環(huán)境條件下利用普通小麥川35050和山農(nóng)483構(gòu)建RIL 群體對(duì)粒長、粒寬、千粒重和容重4個(gè)性狀進(jìn)行了初步定位分析，共檢測到20個(gè)QTL，分布于12條染色體上（1A、1B、1D、2A、2B、3B、4A、4B、5D、6A、6B和7B），其中控制千粒重的QTL有5個(gè)，控制粒寬、千粒重和容重3個(gè)性狀的QTL在2A和5D染色體上聚到一起。

Sun等［42］利用中國硬粒小麥和軟粒小麥構(gòu)建了132個(gè)家系的RIL群體，對(duì)容重、粒重、粒型等和商品質(zhì)量性狀進(jìn)行了研究分析，結(jié)果顯示，控制容重、粒重和粒型的QTL共同定位在5A和6A染色體短臂上，控制粒重和粒型性狀的QTL定位在5A和4B染色體上，這與Marza等［43］研究的結(jié)果相一致。

3 玉米粒重的研究

分子數(shù)量遺傳學(xué)和分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展使得玉米數(shù)量性狀的研究得到了很大的發(fā)展。到目前為止已有大量的關(guān)于玉米的重要農(nóng)藝性狀QTL的報(bào)道，產(chǎn)量性狀作為玉米生產(chǎn)的重要性狀受到了廣泛的關(guān)注。王幫太等［44］通過對(duì)已報(bào)道的400個(gè)產(chǎn)量相關(guān)QTL進(jìn)行整合，構(gòu)建了玉米產(chǎn)量相關(guān)性狀QTL的綜合圖譜，其中粒重QTL最多，達(dá)到144個(gè)，覆蓋了玉米的所有染色體，在1、5、7號(hào)染色體上分布最多。在分析得到的96個(gè)最真實(shí)的QTL中粒重占43個(gè)，而且在1號(hào)染色體上呈現(xiàn)聚集現(xiàn)象。說明控制同一性狀的QTL可能不是隨機(jī)分布，而是在染色體上存在著控制某一特定性狀的QTL 集中區(qū)域，這可能與控制同一性狀的基因成簇存在有關(guān)［45］，對(duì)QTL聚集區(qū)域進(jìn)行深入研究和分析，有助于玉米粒重基因的精確定位和克隆。

Martin等［46］對(duì)玉米中的谷氨酸鹽合成酶（Glutamine synthetase isoenzymes，GSI）的兩個(gè)異構(gòu)體編碼基因Glhl－3（GSI－3）和Ghcl－4（GSI－4）的單、雙突變體進(jìn)行了詳細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)基因特異性控制子粒的產(chǎn)量，其中Ghc1－4主要控制子粒的大小，G1hl－3主要調(diào)節(jié)玉米的子粒數(shù)。吳永升等［47］對(duì)編碼玉米莖稈與穗部谷氨酰胺合成酶的Gln1－3進(jìn)行了克隆和功能分析，結(jié)果表明，Gln1－3基因區(qū)域基因組DNA（gDNA）全長4 571 bp，起始密碼子至終止密碼子序列長3 062 bp，由10個(gè)外顯子、9個(gè)內(nèi)含子組成，剪接方式主要為5′供位保守的GU 與3′受位AG 模式。編碼的GS1蛋白由356個(gè)氨基酸組成，相對(duì)分子質(zhì)量39．2 ku，等電點(diǎn)（pI）為5．202。該基因直接與氮利用效率及產(chǎn)量相關(guān)聯(lián)，通過改變穗部氨態(tài)氮同化酶活性控制子粒數(shù)目與子粒大小。

GS3是控制水稻粒型和粒重的一個(gè)主效基因。利用同源克隆的方法，Li等［48］從玉米分離得到GS3的同源基因ZmGS3，該基因包含5個(gè)外顯子，編碼一個(gè)198個(gè)氨基酸組成的蛋白，控制玉米的子粒發(fā)育，但是其遺傳機(jī)制與水稻有所不同，體現(xiàn)了GS3基因功能在種間的多態(tài)性。

4 小結(jié)

粒重是作物的重要產(chǎn)量性狀之一，也是典型的數(shù)量性狀，改良這一性狀可以有效提高作物的產(chǎn)量。此外，粒重在禾谷類作物進(jìn)化上也具有重要的意義，野生作物的種子小，產(chǎn)量低，收獲難度很大，人們?cè)谧魑锺Z化過程中趨向于選擇大粒的品種進(jìn)行栽培，逐步形成了子粒較大的栽培種。而粒重性狀又是穩(wěn)定遺傳的，有利于遺傳分析。所以研究作物粒重的遺傳機(jī)制有利于認(rèn)識(shí)作物的馴化過程，并為提高作物產(chǎn)量的相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。

作物粒重的研究方法主要是通過雜交構(gòu)建遺傳標(biāo)記群體，建立標(biāo)記和性狀遺傳連鎖圖譜，對(duì)粒重相關(guān)基因（QTLs）進(jìn)行定位。這些群體包括臨時(shí)群體（F2、BC1等）和永久群體（RIL等），用于構(gòu)建連鎖圖譜的分子標(biāo)記包括RAPD、RFLP、AFLP、SSR等，其中SSR標(biāo)記是常用的標(biāo)記。目前水稻的粒重研究進(jìn)展較快，一些貢獻(xiàn)效應(yīng)大的粒重相關(guān)QTLs，例如GW2、GS3等已經(jīng)被克隆，這為認(rèn)識(shí)粒重形成的遺傳和生化機(jī)理奠定了基礎(chǔ)，也為農(nóng)作物品種的分子設(shè)計(jì)育種準(zhǔn)備了條件。其他作物如玉米、小麥等也開展了粒重相關(guān)基因的發(fā)掘研究，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)起重要作用的QTLs，但對(duì)其他作物粒重相關(guān)基因的研究報(bào)道較為少見。

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第3篇：回交的遺傳學(xué)效應(yīng)范文

關(guān)鍵詞：水稻；Bt基因；轉(zhuǎn)基因；抗蟲

中圖分類號(hào)： S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2012.06.003

水稻（Oryza sativa） 是世界上最重要的糧食作物之一，全球近半數(shù)人以稻米為食。2001─2025年，世界對(duì)水稻的需求量大致每年增加1%，相當(dāng)于這一時(shí)期亞洲人口的增長率。世界上水稻的種植范圍很廣，其中中國是最大的產(chǎn)稻國，其水稻產(chǎn)量占世界稻米總產(chǎn)量的1/3[1]，因此，水稻種植帶來的產(chǎn)值在我國國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的位置。與此同時(shí)，水稻同樣也是受到害蟲侵害最為嚴(yán)重的農(nóng)作物之一[2]。長期以來，為害我國水稻的主要害蟲有螟蟲（稻縱卷葉螟、二化螟、三化螟）和稻飛虱，主要病害有稻瘟病、白葉枯病、紋枯病等[3]，每年因蟲害造成水稻產(chǎn)量損失約為10%[4]。在過去的幾十年中，化學(xué)防治一直是水稻害蟲防治的主要方法，但在減輕害蟲危害、提高水稻產(chǎn)量的同時(shí)也產(chǎn)生了新的問題?；瘜W(xué)殺蟲劑的長期使用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染、生態(tài)的失衡、生產(chǎn)成本提高、水稻品質(zhì)下降以及害蟲本身產(chǎn)生抗藥性等問題。隨著植物分子生物學(xué)技術(shù)和基因工程技術(shù)的飛速發(fā)展，有大量文獻(xiàn)報(bào)道，培育自身具有高抗蟲性的水稻已成為現(xiàn)實(shí)[5-9]。

1 Bt基因及轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻的作用機(jī)理

1.1 Bt基因的簡介

Bt基因即蘇云金芽胞桿菌（Bacillus thuringiensis，簡稱Bt）基因，由于其具有殺蟲效果好、安全性高、高效等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)今世界上應(yīng)用最為廣泛和最有應(yīng)用前景的抗蟲基因。首次發(fā)現(xiàn)蘇云金芽孢桿菌是在1902年，發(fā)現(xiàn)該菌的學(xué)者是日本生物學(xué)家Shigetane Ishiwatari；再次分離出該桿菌是在1911年的德國蘇云金省，分離出該桿菌的學(xué)者是Ernst Berline，并將該菌命名為蘇云金芽胞桿菌[10-11]。蘇云金芽孢桿菌是一種分布極其廣泛的革蘭氏陽性細(xì)菌，其主要的殺蟲活性成分——?dú)⑾x晶體蛋白（insecticidal crystal proteins， ICP），也稱為δ-內(nèi)毒素，是蘇云金芽孢桿菌在芽孢形成過程中產(chǎn)生的。典型的ICP由兩部分組成，N端的活性片段和C端的結(jié)構(gòu)片段，編碼殺蟲晶體蛋白的基因通稱為Bt或Cry基因。許多ICP的氨基酸序列存在不同程度的同源性，由Crickmore等人組成的Bt基因命名委員會(huì)在1995年召開的無脊椎動(dòng)物病理會(huì)年會(huì)上提出了以殺蟲蛋白氨基酸序列同源性為唯一標(biāo)準(zhǔn)的分類命名體系。同源性在45%以下，為第一等級(jí)，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示；同源性在45%～78%之間，為第二等級(jí)，用大寫英文字母表示；同源性在78%～95%之間，為第三等級(jí)，用小寫英文字母表示；同源性在95%以上，為第四等級(jí)，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，例如Cry1Aa1基因[12]。自1981年Schnepf等[13]首次克隆出Cry （crystal protein gene）基因以來，新的Bt基因不斷地被發(fā)現(xiàn)，截止2012年8月，Bt基因已達(dá)到73個(gè)大類，總計(jì)667個(gè)基因序列[14]。這些殺蟲晶體蛋白可作用于鱗翅目、雙翅目、鞘翅目等靶標(biāo)昆蟲和線蟲，還能溶解細(xì)胞。

1.2 轉(zhuǎn)Bt基因水稻的抗蟲機(jī)理

經(jīng)轉(zhuǎn)基因技術(shù)將Bt毒蛋白導(dǎo)入水稻后，一般認(rèn)為Bt毒蛋白的作用過程要經(jīng)溶解、酶解活化、與受體結(jié)合、插入和孔洞或離子通道的形成5個(gè)環(huán)節(jié)[15]。研究表明，Bt毒蛋白可溶解于pH值大于12或pH值小于9.5并加有巰基試劑的堿性溶液中[16]。鱗翅目昆蟲幼蟲中腸的pH值呈堿性，有利于Bt毒蛋白的溶解，這也是蘇云金芽孢桿菌對(duì)鱗翅目昆蟲有高效毒殺作用的原因之一。Bt毒蛋白的重要?dú)⑾x成分ICP自身沒有生物活性，又名原毒素（protoxin） ，通過昆蟲的取食可在昆蟲中腸的堿性環(huán)境中被溶解，溶解的Bt毒蛋白被中腸蛋白酶水解為毒素核心肽段，這些活力肽段能與中腸上皮的特異性受體專一性結(jié)合，進(jìn)而毒蛋白插入細(xì)胞膜中形成孔洞或離子通道，使膜的完整性遭到破壞，引起細(xì)胞滲透失衡，細(xì)胞膨脹并溶解，最終導(dǎo)致昆蟲死亡。

對(duì)Bt毒蛋白導(dǎo)致害蟲死亡的組織病理學(xué)研究表明，二化螟5齡幼蟲取食轉(zhuǎn)Bt（Cry1Ab）基因抗蟲水稻后，中腸上皮細(xì)胞中的細(xì)胞器會(huì)發(fā)生很大的變化，如線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)會(huì)發(fā)生明顯變化，在病變的過程中會(huì)出現(xiàn)粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的腫脹和核糖體脫落等現(xiàn)象。與對(duì)照相比，取食Bt水稻后的二化螟幼蟲腸道內(nèi)弱堿性類胰蛋白酶和類胰凝乳蛋白酶的活性呈下降趨勢(shì)，而強(qiáng)堿性類胰蛋白酶的活性則呈上升趨勢(shì)[17]。在正常的稻縱卷葉螟3齡和5齡幼蟲腸道內(nèi)，中腸上皮柱狀細(xì)胞頂部的微絨毛數(shù)量比較多，細(xì)胞質(zhì)均勻， 細(xì)胞器豐富。當(dāng)這些稻縱卷葉螟幼蟲取食Bt水稻后，柱狀細(xì)胞的微絨毛有脫落現(xiàn)象，且隨著取食時(shí)間的增加，中腸上皮細(xì)胞中的細(xì)胞質(zhì)透明化，細(xì)胞器的數(shù)量減少[18]。

2 轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻概況

轉(zhuǎn)基因水稻是繼轉(zhuǎn)基因大豆、玉米、棉花和油菜等之后又一個(gè)備受國際重視且發(fā)展顯著的產(chǎn)業(yè)。轉(zhuǎn)Bt基因水稻是利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將蘇云金芽胞桿菌殺蟲蛋白基因作為外源基因?qū)胨精@得的，對(duì)鱗翅目害蟲（如稻縱卷葉螟、二化螟和三化螟等）具有良好的抗性[19]。雖然發(fā)現(xiàn)了上百種Bt基因，但是僅有很小的部分被導(dǎo)入水稻中進(jìn)行抗蟲性測定。轉(zhuǎn)Bt基因水稻最初常以Cry1A類為主，如Cry1Ab、Cry1Ac、融合基因Cry1A（b）/Cry1A（c）[20]等，現(xiàn)在Bt抗蟲水稻無論從方法上還是成果上均已取得了巨大進(jìn)展。

自20世紀(jì)80年代中期以來，研究人員運(yùn)用不同的轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得了不同種類的Bt抗蟲水稻。楊虹等[5]報(bào)道了通過聚乙二醇（PEG）法將Bt基因?qū)胨?，謝道昕等[21]通過花粉管通道技術(shù)把Bt基因成功地導(dǎo)入水稻中，F(xiàn)ujimoto等[7]采用電激法將通過修飾的Cry1Ab基因?qū)刖荆状蔚玫搅烁弑磉_(dá)Bt蛋白的水稻植株，具有良好的抗蟲性。Wünn、Ghareyazie、許新萍等研究者分別利用基因槍法將Bt基因成功地導(dǎo)入水稻中獲得了轉(zhuǎn)基因植株，且抗蟲性較好[8，22-24]；Chan、Cheng、項(xiàng)友斌等分別報(bào)道了用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將Bt基因?qū)胨?，獲得了可育的、抗蟲性良好的轉(zhuǎn)基因植株[9，25-28]。隨著水稻遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)的不斷成熟，基因槍法和農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化方法成為目前轉(zhuǎn)基因水稻中常用的兩種方法。

隨著對(duì)轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)單價(jià)Cry1A類抗蟲水稻植株的抗蟲譜單一，害蟲對(duì)轉(zhuǎn)基因植株耐受性增強(qiáng)。為了解決這些問題，并且使水稻能夠高抗和多抗，增強(qiáng)Bt水稻的抗蟲性，國內(nèi)外的研究者們開始試驗(yàn)運(yùn)用除Cry1A類以外的其它基因，隨后陸續(xù)報(bào)道了運(yùn)用經(jīng)人工改造合成的Bt抗蟲基因，如用改造的Cry2A、Cry1B、Cry1C等培育的對(duì)水稻螟蟲具有不同程度抗性的水稻[29-34]。同時(shí)，協(xié)同轉(zhuǎn)化兩個(gè)或多個(gè)抗性基因的研究也在進(jìn)行，如Maqbool等[35]首次將Cry1Ac和Cry2A兩個(gè)Bt基因轉(zhuǎn)入水稻中；Bashir等[36]將Cry1Ac和Cry2A協(xié)同導(dǎo)入秈稻中，得到的轉(zhuǎn)雙價(jià)基因植株對(duì)三化螟和稻縱卷葉螟具有高抗性。衛(wèi)劍文等[32]采用基因槍法把Bt基因Cry1Ab與大豆胰蛋白酶抑制劑基因（SBTi）共同導(dǎo)入到優(yōu)良秈稻中，獲得的植株對(duì)稻縱卷葉螟的抗蟲性增強(qiáng)，李永春等[37]通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法把雙價(jià)抗蟲基因Cry1Ac和CpTi（豇豆胰蛋白酶抑制劑）轉(zhuǎn)入粳稻中，得到了對(duì)二化螟高毒性的植株。中國科學(xué)院Huang等[38]得到了轉(zhuǎn)Cry1Ac和經(jīng)修飾的CpTi 雙價(jià)基因水稻，對(duì)大螟、二化螟以及稻縱卷葉螟有高抗性，已進(jìn)入環(huán)境釋放階段。沈志成等[39]將融合Cry1Ab /vip3基因?qū)胨?，得到?duì)二化螟和稻縱卷葉螟抗性良好的植株，馮道榮等[40]首次運(yùn)用基因槍法把含有多個(gè)抗蟲抗病基因（Bt+pinII+bar）的載體轉(zhuǎn)入水稻，并得到了既抗蟲又抗病的植株。Maqbool[41]在2001年又研究了轉(zhuǎn)Cry1Ac+Cry2A+gna三價(jià)基因的秈稻，結(jié)果表明它們對(duì)水稻害蟲的抗性顯著，Ramesh等[42]把人工合成的Cry1Ab /Cry1Ac 融合基因和gna基因一同轉(zhuǎn)入秈稻，獲得的轉(zhuǎn)基因株系對(duì)鱗翅目和同翅目害蟲均表現(xiàn)出顯著抗性。

全球轉(zhuǎn)基因水稻的研究發(fā)展迅速，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用最為成功的抗蟲基因是對(duì)鱗翅目害蟲有顯著控制作用的Bt基因。轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻是當(dāng)前研究最為成熟和最接近實(shí)現(xiàn)商品化的轉(zhuǎn)基因水稻品種之一[43]。2000年以來，美國先后批準(zhǔn)6個(gè)抗除草劑和藥用轉(zhuǎn)基因水稻，伊朗批準(zhǔn)了1個(gè)轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻商品化種植；加拿大、墨西哥、澳大利亞、哥倫比亞這4國批準(zhǔn)了轉(zhuǎn)基因水稻進(jìn)口，允許食用[44]。2009年，我國為轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻品系‘華恢1號(hào)’和‘Bt汕優(yōu)63’發(fā)放了安全證書，它們是由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)培育的高抗鱗翅目害蟲轉(zhuǎn)基因水稻?？茖W(xué)家將人工改造合成的Bt殺蟲蛋白融合基因Cry1Ab/Cry1Ac轉(zhuǎn)入水稻恢復(fù)系‘明恢63’，培育出抗蟲水稻‘華恢1號(hào)’。中國是世界上第三個(gè)批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因水稻的國家，將成為世界上種植轉(zhuǎn)基因水稻面積最大的國家。

3 轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻的安全性

水稻作為百姓的主糧，它的產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直備受人們的關(guān)注和重視。轉(zhuǎn)基因水稻的出現(xiàn)，可以減少水稻病害蟲的發(fā)生，減少農(nóng)藥用量和環(huán)境污染，節(jié)省投入成本，解決人類糧食緊張問題。Bt作為外源基因?qū)胨舅a(chǎn)生的安全性問題已成為社會(huì)廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)。轉(zhuǎn)Bt基因水稻的安全性包括食品安全和生態(tài)安全。轉(zhuǎn)基因稻米是人們直接食用的產(chǎn)品，關(guān)系到人類的生命健康和安全。鱗翅目害蟲等靶標(biāo)昆蟲的中腸上皮細(xì)胞含有Bt蛋白的特異性受體，而人類腸道上皮細(xì)胞沒有該蛋白的結(jié)合位點(diǎn)，因此Bt蛋白不會(huì)對(duì)人造成傷害。在營養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)方面，轉(zhuǎn)基因水稻與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ账驹谥饕煞?、微量營養(yǎng)成分以及抗?fàn)I養(yǎng)因子等方面都沒有生物學(xué)意義上的差異。在毒理學(xué)評(píng)價(jià)方面，轉(zhuǎn)基因稻米對(duì)大鼠進(jìn)行90 d喂養(yǎng)試驗(yàn)、慢性毒性試驗(yàn)，結(jié)果表明Bt稻米對(duì)哺乳動(dòng)物是安全的[45]。

轉(zhuǎn)Bt基因水稻的生態(tài)安全性也是人類關(guān)注的問題，轉(zhuǎn)基因水稻的種植是否會(huì)產(chǎn)生基因漂流，以及是否會(huì)對(duì)非靶標(biāo)性昆蟲、生物多樣性以及土壤環(huán)境等造成影響都需要進(jìn)一步深入研究?，F(xiàn)有的研究表明，轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻對(duì)稻田生態(tài)系統(tǒng)是安全的；Bt水稻對(duì)稻田節(jié)肢動(dòng)物群落影響明顯弱于化學(xué)殺蟲劑，用Bt水稻防治害蟲比用化學(xué)殺蟲劑更有利于保持稻田生物群落的穩(wěn)定性和保護(hù)稻田中害蟲的天敵。轉(zhuǎn)Bt基因水稻對(duì)土壤微生物和酶活性有一定的影響，關(guān)于這方面的研究應(yīng)該在不同生態(tài)區(qū)開展長期的定位監(jiān)測和評(píng)價(jià)。Bt水稻對(duì)人類、環(huán)境、生態(tài)的安全性還需要多層次、多角度地進(jìn)行深入和持久的研究。

4 展望

轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻經(jīng)過20多年的發(fā)展，已碩果累累且前景廣闊。在生物技術(shù)快速發(fā)展的今天，我國作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，應(yīng)力爭走在轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)領(lǐng)域的最前沿。面對(duì)人口眾多的基本國情，我們?cè)诒ＷC糧食產(chǎn)量的同時(shí)要保證糧食安全。

目前，水稻轉(zhuǎn)基因技術(shù)已成熟，但距大規(guī)模運(yùn)用遺傳工程技術(shù)改良水稻品種、生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因水稻還有遙遠(yuǎn)的距離。轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻雖然在安全性研究方面已取得了一定成就，但還存在許多未知領(lǐng)域。因此，加快建立關(guān)于轉(zhuǎn)基因水稻安全性評(píng)價(jià)體系的標(biāo)準(zhǔn)是一項(xiàng)刻不容緩的工作。轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻為防治害蟲提供了一條經(jīng)濟(jì)便捷的途徑，它必將帶來大規(guī)模的商品化種植，然而對(duì)它的安全性還需要從對(duì)人類、環(huán)境和生態(tài)等方面進(jìn)行長期和深入的研究。

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