7 显微注射法(microinjection)
利用显微注射仪将外源基因直接注入到已固定的植物细胞的细胞核或细胞质中,从而实现基因转移。受体细胞最初仅用原生质体,现在已发展成为适用于带壁的悬浮细胞、花粉粒、卵细胞、子房等。
显微注射中一个重要环节是固定受体细胞。动物细胞培养时因为有独特的贴壁生长特征,因而无需进行人工固定。但是,植物细胞在使用显微注射时,必须首先将受体细胞进行人工固定。目前人工固定的方法主要有3 种:①琼脂糖包埋法,即把低熔点的琼脂糖熔化,冷却到一定温度后将制备的细胞悬浮液混合于琼脂糖中,并使细胞体的一半埋在琼脂糖中而固定,一半暴露在琼脂糖的表面以便于进行显微注射;②多聚-L-赖氨酸粘连法,即先用多聚-L-赖氨酸处理玻片表面,由于多聚-L-赖氨酸对细胞有粘连作用。因此当分离的细胞或原
生质体与玻片接触时,就可被固定在玻片上;③吸管支持法,即用一固定的毛细管将原生质体或细胞吸附在管口,起到固定作用。并且吸管可以旋转或移动位置,使操作者选择最佳位置进行注射。显微注射用的微针通常用拉针机制备,针尖直径以0.5 μm左右为宜。一次注入的DNA量约为10-9 mol。
显微注射法突出的优点是转化率高,整个操作过程对受体细胞无药物毒害,有利于转化细胞的生长发育。其缺点是操作繁琐耗时,工作效率低,并需精细的操作技术和精密的仪器设备。
8 碳化硅纤维介导转化法
碳化硅纤维介导转化(silicon carbide fiber mediated transformation)法是将细胞或组织的培养物与质粒DNA及直径为0.6 μm,长度为10~80 μm的针状的碳化硅纤维混合,借助于在涡旋振荡引起的相互碰撞过程中纤维对细胞的穿刺作用,而将附着于纤维上的DNA导入细胞,实现植物细胞的转化。碳化硅纤维介导转化法是一种简单、快速和经济的导入DNA进入植物完整细胞的方法。该方法操作简便,成本低,而且能较好的控制转化的DNA 数量。但也有不足之处:一是转化后细胞的生活率下降;二是这种方法现在只限于以悬浮细胞为受体的转化。
(三) 种质系统法
以植物自身的种质细胞为媒介,特别使植物的生殖系统的细胞(花粉、卵细胞、子房和幼胚等)以及细胞的结构,将外源DNA导入完整植物细胞,实现遗传转化的技术称为种质转化系统(germ line transformation),该技术也称为生物媒体转化系统或整株活体转化(in planta transformation)。该技术具有下述特点:①目的DNA可以是裸露的DNA,也可以是总DNA或重组质粒DNA,还可以是某些DNA 片断;②转化过程依靠植物自身的种质系统或细胞结构来实现,不需要细胞分离、组织培养和再生植株等复杂技术;③方法简便易行,并与常
规育种紧密结合。它已发展成一种颇具潜力的转化体系。目前常用的种质系统转化法有以下几种:
1 花粉管通道法
花粉管通道法(pollen-tube pathway)是由中国科学院周光宇等(1983)建立,并在长期科学研究中发展起来的。该法的主要原理是:在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液,利用植物在开花、受精过程中形成的花粉管通道,将外源DNA导入受精卵细胞,并进一步地被整合到受体细胞的基因组中,随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。花粉管通道法的基本程序包括:①外源DNA(基因)的制备;②根据受体植物的受精过程及时间,确定导入外源DNA(基因)的时间及方法;③将外源DNA(基因)导入受体植物;
④转基因植株目标性状鉴定及分子检测。花粉管通道法最大优点是不依赖组织培养人工再生植株,技术简单,不需要装备精良的实验室,常规育种工作者易于掌握。它的受体材料为植株整体,省略了细胞组织培养的诱导和传代过程,避免了原生质体再生以及组织培养过程中可能导致的染色体变异或优良农艺性
状丧失等问题,排除了植株再生的障碍,特别适合于难以建立有效再生系统的植物。由于转化的是完整植株的卵细胞、受精卵或早期胚胎细胞,导入的DNA分子整合效率较高。但该法的使用在时间上受到开花季节的限制。
花粉管通道法的成株转化率一般在10-2~10-1之间,其影响因素主要有:①花粉管导入的关键因素在于精确掌握受体植物的受精过程及时间规律,恰当地应用花粉管途径,达到外源DNA导入的目的;②DNA导入液的浓度、PH 值等均影响转化率;③DNA的分子结构及其片段大小对转化率也有重要的影响。环状分子难以转化,片段太小或太大转化率低, 因此要使用合适的DNA片段。
目前花粉管通道法已应用于水稻、小麦、棉花、大豆、花生、蔬菜等作物的转基因研究。利用这一技术我国已选育出棉花、水稻、小麦等新品种,如棉花3118、湘棉12 号、水稻GER-1 等。我国目前推广面积最大的转基因抗虫棉就是用花粉管通道法培育出来的。

