Transgenic Wheat, Barley and Oats pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Humana Press

作者:Shewry, Peter (EDT)

出品人:

页数:359

译者:

出版时间:2008-11-11

价格:USD 99.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781588299611

丛书系列:

图书标签:

• 1
• 转基因作物
• 小麦
• 大麦
• 燕麦
• 植物生物技术
• 基因工程
• 作物改良
• 农业科学
• 分子生物学
• 粮食安全

谷物育种的前沿探索：转基因玉米、水稻与黑麦的未来图景 导言 自农业诞生以来，人类从未停止对作物改良的追求。从早期的经验选择到现代的分子生物学技术，育种的效率与精确度持续飞跃。本书将聚焦于转基因技术在三大主要粮食作物——玉米（Maize）、水稻（Rice）以及黑麦（Rye）——中的应用、挑战与广阔前景。我们旨在提供一个详尽的综述，深入剖析如何利用基因工程手段，克服传统育种的瓶颈，以应对全球气候变化、病虫害压力及日益增长的人口对粮食安全的需求。 第一部分：转基因玉米的深度解析 玉米作为全球最重要的粮食、饲料和生物燃料作物，其基因改良一直是农业科技的热点。本部分将详细阐述转基因技术如何重塑玉米的抗性与产量潜力。 1.1 抗虫性状的革命：Bt 基因的持续演进 对美洲玉米螟（Ostrinia nubilalis）等主要害虫的抵抗是转基因玉米最早也是最成功的应用之一。我们不仅回顾经典的苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis，Bt）基因（如 Cry1Ab, Cry2A）的作用机制、表达模式及其在田间的表现，还将深入探讨害虫抗性治理策略（IRM）的最新发展。重点分析如何通过引入双基因或三基因组合（Stacked Traits），延缓抗性害虫的出现频率，确保Bt技术的长期可持续性。此外，对Bt蛋白在非靶标生物（如传粉昆虫）安全性评估的最新研究数据也将进行批判性审视。 1.2 杂草管理的优化：抗除草剂性状的精准调控 抗草甘膦（Glyphosate）和抗草二膦（Glufosinate）的玉米品种极大地简化了杂草控制流程，提高了耕作效率。本章将分析这些抗性基因（如 cp4-EPSPS, bar）的导入技术、作物对不同除草剂的代谢通路，以及在特定土壤和气候条件下的应用优化。重点探讨轮作和除草剂使用模式对土壤微生物群落的影响，以及如何通过精准施用，最大程度降低环境风险。 1.3 提高营养价值与环境适应性 超越基础的抗性改良，转基因技术正在被用于提升玉米的内在品质。我们将详细介绍旨在提高赖氨酸、色氨酸等必需氨基酸含量的生物强化玉米（Biofortified Maize）的研发进展。同时，面对极端天气，耐旱（Drought Tolerance）和耐盐碱（Salinity Tolerance）特性的基因工程改造是当前的研究前沿。分析如何利用调控水分利用效率的关键基因通路（如C4光合作用相关基因的优化），培育出在干旱胁迫下仍能维持高产的玉米新品种。 第二部分：转基因水稻的精确定制与挑战 水稻是全球超过半数人口的主食，其基因改良的意义非凡。本部分关注水稻特有的生物学特性与转基因技术的契合点。 2.1 应对水稻重大病虫害的分子工具 稻瘟病（Rice Blast）和细菌性病害是水稻生产的头号威胁。本章详细考察利用基因编辑技术（如CRISPR/Cas9）定点敲除或增强抗病基因（R-genes）的最新突破。例如，如何通过激活或引入广谱抗性基因库，构建对多种稻瘟病菌株有效的“超级水稻”。此外，对螟虫（Rice Stem Borer）的抗性研究，则更多侧重于表达新型的、毒性更低但高效的杀虫蛋白。 2.2 营养强化与“黄金大米”的后续发展 “黄金大米”（Golden Rice）作为维生素A前体（β-胡萝卜素）富集的典范，其商业化进程充满了科学、监管与社会博弈。本节将梳理其基因导入路径（通常涉及玉米和欧文氏杆菌的基因），详细解释维生素A前体合成途径在水稻胚乳中的重组表达机制。同时，我们将讨论后续的营养强化方向，如铁、锌的富集技术，以及如何通过这些手段有效缓解发展中国家的“隐性饥饿”问题。 2.3 水稻光合效率与逆境生理的改造 水稻的生长环境高度依赖水资源，因此，提高氮素利用效率（NUE）和水分利用效率是转基因水稻研究的核心目标。本部分介绍通过调控关键代谢酶基因或激素信号通路（如赤霉素、脱落酸），使水稻在低氮或水分胁迫下维持生理活性的研究实例。这些研究旨在减少农业投入，同时稳定产量。 第三部分：转基因黑麦：潜力股的探索与应用 相较于玉米和水稻，黑麦（Rye）的研究历史相对较短，但其卓越的耐寒性、耐贫瘠性以及在饲料和酒精生产中的地位，使得转基因技术对其的潜力挖掘显得尤为重要。 3.1 黑麦的遗传特性与基因操作难度 黑麦（Secale cereale）具有复杂的多倍体基因组，这给传统的基因导入和再生体系带来了挑战。本章将概述目前用于黑麦的生物枪法（Biolistics）和农杆菌介导转化（Agrobacterium-mediated transformation）的优化方案，特别关注提高稳定转化率和植株再生效率的技术突破。 3.2 增强耐受性与品质改良 黑麦的核心优势在于其对恶劣环境的适应性。研究人员正致力于通过基因工程增强其固有的耐寒和耐酸性，例如通过调控冷激蛋白（CSPs）和细胞渗透调节物质的合成基因。在品质方面，由于黑麦富含膳食纤维和低GI（血糖指数）的特性，转基因技术被用于优化其淀粉和非淀粉多糖的组成，以适应功能性食品市场的发展需求。例如，探索性地改变黑麦的麦醇溶蛋白（Secalins）结构，以期降低麸质敏感性。 第四部分：新技术驱动下的未来展望 本部分的重点转向推动基因改良进入新时代的工具与方法论。 4.1 基于 CRISPR 的精准基因编辑与非转基因边界 CRISPR/Cas9 系统的出现彻底改变了育种的范式。我们将详尽分析如何利用该技术在玉米、水稻和黑麦中实现点突变、基因敲除或精确插入，以规避传统转基因（引入外源基因）带来的监管壁垒。重点讨论如何利用诱导突变（SDN-1, SDN-2）来加速品种改良，以及对这些“精准育种”产品在不同国家和地区被界定为“转基因”或“非转基因”的法律和科学讨论。 4.2 基因组选择与高通量表型组学的整合 现代育种不再仅仅依赖于转基因技术。本章将探讨高通量表型组学（Phenomics）——如无人机遥感、田间自动成像系统——如何提供海量、高精度的数据，结合基因组选择（Genomic Selection, GS）模型，预测复杂数量性状（如产量、抗逆性）的遗传增益。这种“数据驱动”的育种策略，结合转基因技术，将极大缩短新品种的研发周期。 结论 转基因技术是保障全球粮食安全、实现可持续农业目标的关键工具之一。通过对玉米、水稻和黑麦这三大重要谷物的深入研究与应用，我们看到分子生物学已从实验室走向田间，带来了前所未有的生产力提升和环境适应性增强。未来的育种将是传统育种、基因编辑和高通量数据分析的深度融合，目标是构建一个更具韧性、营养更丰富、环境足迹更小的粮食生产系统。

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