转基因苜蓿
转基因苜蓿
苜蓿是世界上最重要的豆科牧草，在我国已有2000年以上的栽培历史，全国各地都有种植，但主要分布在西北和华北地区。由于苜蓿中蛋白含量约占总干物质量的17－20％，与其它豆科牧草相比，其营养价值丰富，是一种极好的饲料作物。此外，苜蓿在环境改良、防止水土流失、提高土壤养份中也起着重要作用。苜蓿转基因研制进行得较早、较广泛，也较为成功。各种转化方法如农杆菌法、电击法、微注射法、基因枪法均有成功报道。转化内容也极为广泛，包括抗除草剂、抗病毒、抗虫害、抗寒性及品质改良等内容。
1．品质改良
牧草品质包括很多内容，但最主要的是牧草的营养品质及其可消化性。它不仅直接决定着家畜的生长和发育，也间接地影响着畜牧产品的质量和数量。如提高牧草饲料中蛋白质的含量，特别是提高含硫氨基酸（SAA）如蛋氨酸和半胱氨酸的含量，可显著增加羊的生长量及羊毛产量。因此牧草的品质改良主要进行两方面的内容：提高蛋白质含量和降低木质素含量。
早在1991年，有人首次将鸡卵清蛋白基因转入苜蓿，并在转基因植株中检测到鸡卵清蛋白的增加。此后有人将豌豆球蛋白基因和菜豆蛋白基因分别导入苜蓿，也获得较好的结果。将富含含硫氨基酸的向日葵种子清蛋白（SSA）基因转入苜蓿，获得转基因苜蓿，其 S SA蛋白含量占叶片可溶性蛋白的0．1％，可为绵羊每天额外提供40毫克SAA。然而，要完全改善苜蓿品质，此类蛋白的表达量仍有待增加。
人们发现牧草或饲料的消化率一定程度上决定于牧草中木质素的含量，通过降低木质素含量可大大提高牧草和饲料的可利用率和饲料的可消化性。肉桂醇（酸）脱氢酶（CAD）是催化木质素单体合成的最后一步关键酶，有人成功地降低了苜蓿植株中CAD酶的活性，转基因植株中的木质素组成发生很大变化（虽然没有改变含量），从而提高了木质素的溶解性和消化率，减少苜蓿茎干物质和细胞壁残留，大大增加了牧草的消化
率和利用率。
2．抗病性病毒是以裸露的形式在植物细胞中繁殖和扩增，研究人员发现病毒的外壳蛋白可以通过重新包装病毒或抑制病毒脱壳来抵制病毒对植物细胞的破坏。有人将编码苜蓿花叶病毒（AWV）外壳蛋白基因转入5个不同的苜蓿品种，病毒接种试验证明，对照植物在10毫克／毫升时已感病，而转基因植物在50毫克／毫升浓度下仍对 A WV具较强的抗性。几丁质酶具有抑制病毒的作用，有人将水稻的几丁质酶基因转入苜蓿，转基因植物能够抵抗紫色丝核菌和齐整小菌核等真菌病害。
植保素是植物受病原微生物侵害时自身产生的一类起防卫作用的化合物。有人将花生的植保素———白藜芦醇合成酶（RS）基因导入苜蓿，在转基因苜蓿中发现一种新合成的化合物R gluc，对苜蓿轮纹病的发生有较好的抗性，并对苜蓿坏病斑、失绿现象及病原孢子的繁殖有一定的抑制作用。
3．抗虫性
全世界每年因虫害造成的粮食减产达总产量的20％以上，通过基因工程技术培育抗虫作物新品种，一直是育种学家们不懈追求的重要目标，并在过去的十几年中取得了巨大成功。牧草的虫害也很严重，现在通过转基因技术培育抗虫品种已开展了一些工作，如将抗虫基因转入苜蓿，转基因苜蓿对海灰翅叶蛾和甜菜叶蛾均表现出较高的抗性。马铃薯抗虫基因导入苜蓿后，在转基因植物叶细胞的液泡中央积累了大量抗虫蛋白，使得植物对咀嚼类昆虫具有明显的毒杀作用。但从整体上来说，牧草的抗虫育种仍未引起足够重视。
4．抗除草剂
随着农业及畜牧业生产的规模化、集业化发展，化学除草剂得到广泛使用。但由于化学除草剂残留期长，对牧草、人畜均有一定危害。通过基因工程向牧草导入抗除草剂基因可以解决此问题。早在1984年有人就发现了苜蓿的一种变异型比野生型对除草剂 P PT的抗性强100－200倍。此后有人将广谱性除草剂的抗性基因导入苜蓿，田间试验检测证实转基因植株具有对常用除草剂的抗性。
5．抗逆性
试验证明，植物体内活性氧化产物与抗氧化物之间的相互作用与其抗逆能力有密切的相关性。有人将烟草的 M n－SOD基因转入苜蓿，使转基因植物中 S OD酶活性增加，并发现植物受到冻害后能迅速恢复。有人将拟南芥 F e－SOD基因转入苜蓿，并检测到 F e－SOD的大量增加，但未能证实抗过氧化产物（SOD）增加与抗寒能力提高有对应关系。
6．次生代谢
植物次生代谢产物是很多药物、化妆品、食品添加剂等的有效成分，但其合成、代谢及调控机理还有待于研究阐明。通过调控苯丙烷合成途径中的几种关键酶便可调节牧草的次生代谢从而达到改良牧草品质的目的。如调控木质素含量和组成，改善牧草消化率；导入外源植保素基因和调控其表达，增加植物的广谱性抗病能力；还可诱发类黄酮使结瘤基因过量表达而增加根结瘤率；及一些次生代谢物诱导受粉作用。
苜蓿的一些次生代谢产物有有益的方面，也有不利的方面。采用分子操作可以选择性地增加有用化合物、减少有害物质或是导入新的化合物到苜蓿体内，如有人将编码植保素的基因转入苜蓿，使得苜蓿中白藜芦醇糖苷在茎中大量积累，从而增加了苜蓿对真菌的抗性，有效地防止苜蓿轮纹病的发生。目前大田试验正在进行，以检测苜蓿产量和品质的变化。白藜芦醇在水果和牧草中都有一定量的存在，对人体和动物无害，且能防止人类心血管疾病和肿瘤的形成。
7．植物疫苗
目前，以转基因植物作为人和动物病原抗体疫苗的研究受到极大的重视。1999年，有人将口蹄疫病原的结构蛋白 V Pl作为抗原基因转化苜蓿，用获得的转基因苜蓿作为饲料饲喂小鼠，发现小鼠对口蹄疫病产生抗性反应。