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植物抗虫基因工程课件.ppt

花匠小妙招
2024-11-13 04:10

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1、a,1,植物抗虫基因工程熊恒硕,a,2,一、前言虫害是造成农作物减产减收的主要原因之一。采用化学和生物农药等手段防治固然可以减轻害虫对农作物的危害,但这些方法不仅费用较高(每年耗费约10 亿美元) ,而且由于害虫产生抗性等原因,防治效果欠佳。全球每年因虫害对农业生产所造成的损失仍高达20 %30 %。长期大量地施用农药除了使害虫产生抗性外,还会带来一系列的社会问题,如人畜中毒事故的发生、食物中农药的残留以及环境污染等。通过常规育种技术和试管培养技术虽然已获得某些抗虫害的作物品种。如野生型马铃薯( Solanum chacoense ) 和栽培型马铃薯(S.tuberosum ) 的原生质

2、体电融合获得的体细胞杂合品系对一种马铃薯甲虫具有抗性。然而, 新品种的选育需要较长的时间, 并且某些虫害尚无基因资源作为杂交的亲本。所以, 用这种途径来获得抗虫作物是很困难的。,a,3,玉米田里的虫害,为害症状,粘虫（又称行军虫或剃秆虫）,a,4,水稻田里的虫害,稻蓟马危害状（受害叶叶尖枯黄，甚至枯死）,稻蓟马成虫,a,5,植物抗虫基因工程的研究之所以能取得如此迅猛的发展,主要是由于利用基因工程培育抗虫作物新品种或新品系具有以下几个明显的优点: 保护作用具有连续性,可控制植物整个生长期内害虫的危害; (2) 对整个植株都有保护作用,包括化学杀虫剂很难接触的叶下表面及根部等; (3)对害虫毒性

3、具有专一性; (4) 可大大缩短育种周期,降低成本;(5) 所表达出的杀虫蛋白存在于植物体内,不易被气候等环境因素破坏，不存在环境污染; (6)基因资源非常丰富。目前全世界最常改良的性状中抗虫占第二位(24%)。,a,6,二、抗虫基因人们已从微生物细菌中、植物本身以及昆虫体内发现并分离到许多抗虫基因，有许多抗虫转基因植物正在进行田间试验，并有一些品种已商品化。迄今发现并应用于提高植物抗虫性的基因主要有两类:一类是从微生物、细菌中分离出来的抗虫基因，如苏云金杆菌毒蛋白基因(Bt基因)、异戊烯基转移酶基因(ipt)，另一类是从植物中分离出来的抗虫基因，如蛋白酶抑制剂基因(PI基因)、淀粉酶抑制

4、剂基因、外源凝集素基因等。其中Bt基因和PI基因在农业上利用最广。此外，昆虫特异性神经毒素基因等也在研究当中。,a,7,1 来源于微生物、细菌中的抗虫基因1.1 B . t . 杀虫晶体蛋白基因苏云金芽孢杆菌( Bacillus thuringiensis) 是一种革蓝氏阳性土壤芽孢杆菌,在形成芽孢时,可产生杀死昆虫幼虫的蛋白质,即通常所说的杀虫晶体蛋白(insecticidal crystal protein) 或- 内毒素( - endotoxin) , 也称苏云金芽孢杆菌毒蛋白( B . t . toxic protein) 。它是目前世界上生产量最大的生物农药杀虫剂,广泛用于防治农业

5、、林业等方面的害虫。,a,8,B . t . 杀虫晶体蛋白是一类分子量为130160kD 的蛋白质,在昆虫中肠碱性和还原性的环境下,被降解成6575 kD 的活性小肽,并和中肠纹缘膜上的受体结合。现已证明受体为氨肽酶N 和钙粘着蛋白(cadherin) 类似物。与受体结合的活性小肽插入到细胞膜上并形成穿孔,使细胞膜周质和中膜腔之间的离子平衡破坏,引起细胞肿胀甚至裂解,从而导致昆虫瘫痪或死亡。,Bt抗虫棉,a,9,a,10,鳞翅目鞘翅目双翅目,a,11,近年来人们在t毒蛋白基因的修饰与改造、表达载体的构建、植物组织化等方面作了大量的工作。尽管Bt杀虫晶体蛋白的杀虫效果非常好，但其杀虫谱较

6、窄，对其敏感的主要是鳞翅目和鞘翅目的一些害虫，如棉铃虫、玉米螟、马铃薯甲虫等。,a,12,1.2 其他来源于微生物的抗虫基因异戊烯基转移酶( ipt ) 是细胞分裂素合成中的关键酶,来源于Agrobacterium tumefaciens (根瘤土壤杆菌)的ipt 基因在烟草、番茄中表达后,可减少烟草夜蛾对叶片的损伤,并降低桃蚜的生存力。然而, ipt 基因的表达对植物发育有负面影响,如使根系发育不完全,降低叶绿素含量等。,a,13,2 来源于高等植物的抗虫基因2.1 蛋白酶抑制基因蛋白酶抑制剂( Proteinase Inhibitor , PI) 是自然界含量最为丰富的蛋白种类之一,是植物天然防御系统中的一部分,可抵抗食草动物的侵食. 其机理在于它能与昆虫消化道内的蛋白消化酶相互作用,形成酶抑制剂复合物,阻断或减弱消化酶的蛋白水解作用,刺激消化酶的过量分泌,使昆虫产生厌食反应,导致非正常发育或死亡. 目前,至少有14 种蛋白酶抑制基因已转入作物中. 其中令人注目的是豇豆胰蛋白酶抑制剂基因Cowpea Trypsin Inhibitor ,CPTI),马铃薯蛋白抑制剂基因(Pot