苜蓿是世界上最重要的豆科牧草，在我國已有2000年以上的栽培歷史，全國各地都有種植，但主要分布在西北和華北地區。由於苜蓿中蛋白含量約占總乾物質量的17-20%，與其它豆科牧草相比，其營養價值豐富，是一種極好的飼料作物。此外，苜蓿在環境改良、防止水土流失、提高土壤養份中也起著重要作用。苜蓿轉基因研製進行得較早、較廣泛，也較為成功。各種轉化方法如農桿菌法、電擊法、微注射法、基因槍法均有成功報導。轉化內容也極為廣泛，包括抗除草劑、抗病毒、抗蟲害、抗寒性及品質改良等內容。
基本介紹
- 中文學名：轉基因苜蓿
- 界：植物界
- 門：被子植物門
- 綱：雙子葉植物綱
- 亞綱：薔薇壓綱
- 目：豆木
- 科：豆科
- 亞科：蝶形花亞科
- 族：車軸草族
- 屬：苜蓿屬
品質改良,抗病性,抗蟲性,抗除草劑,抗逆性,次生代謝,植物疫苗,
品質改良
牧草品質包括很多內容，但最主要的是牧草的營養品質及其可消化性。它不僅直接決定著家畜的生長和發育，也間接地影響著畜牧產品的質量和數量。如提高牧草飼料中蛋白質的含量，特別是提高含硫胺基酸（SAA）如蛋氨酸和半胱氨酸的含量，可顯著增加羊的生長量及羊毛產量。因此牧草的品質改良主要進行兩方面的內容：提高蛋白質含量和降低木質素含量。
早在1991年，有人首次將雞卵清蛋白基因轉入苜蓿，並在轉基因植株中檢測到雞卵清蛋白的增加。此後有人將豌豆球蛋白基因和菜豆蛋白基因分別導入苜蓿，也獲得較好的結果。將富含含硫胺基酸的向日葵種子清蛋白（SSA）基因轉入苜蓿，獲得轉基因苜蓿，其 S SA蛋白含量占葉片可溶性蛋白的0．1%，可為綿羊每天額外提供40毫克SAA。然而，要完全改善苜蓿品質，此類蛋白的表達量仍有待增加。
人們發現牧草或飼料的消化率一定程度上決定於牧草中木質素的含量，通過降低木質素含量可大大提高牧草和飼料的可利用率和飼料的可消化性。肉桂醇（酸）脫氫酶（CAD）是催化木質素單體合成的最後一步關鍵酶，有人成功地降低了苜蓿植株中CAD酶的活性，轉基因植株中的木質素組成發生很大變化（雖然沒有改變含量），從而提高了木質素的溶解性和消化率，減少苜蓿莖幹物質和細胞壁殘留，大大增加了牧草的消化率和利用率。
抗病性
病毒是以裸露的形式在植物細胞中繁殖和擴增，研究人員發現病毒的外殼蛋白可以通過重新包裝病毒或抑制病毒脫殼來抵制病毒對植物細胞的破壞。有人將編碼苜蓿花葉病毒（AWV）外殼蛋白基因轉入5個不同的苜蓿品種，病毒接種試驗證明，對照植物在10毫克/毫升時已感病，而轉基因植物在50毫克/毫升濃度下仍對 A WV具較強的抗性。幾丁質酶具有抑制病毒的作用，有人將水稻的幾丁質酶基因轉入苜蓿，轉基因植物能夠抵抗紫色絲核菌和齊整小菌核等真菌病害。
植保素是植物受病原微生物侵害時自身產生的一類起防衛作用的化合物。有人將花生的植保素———白藜蘆醇合成酶（RS）基因導入苜蓿，在轉基因苜蓿中發現一種新合成的化合物R gluc，對苜蓿輪紋病的發生有較好的抗性，並對苜蓿壞病斑、失綠現象及病原孢子的繁殖有一定的抑制作用。
抗蟲性
全世界每年因蟲害造成的糧食減產達總產量的20%以上，通過基因工程技術培育抗蟲作物新品種，一直是育種學家們不懈追求的重要目標，並在過去的十幾年中取得了巨大成功。牧草的蟲害也很嚴重，現在通過轉基因技術培育抗蟲品種已開展了一些工作，如將抗蟲基因轉入苜蓿，轉基因苜蓿對海灰翅葉蛾和甜菜葉蛾均表現出較高的抗性。馬鈴薯抗蟲基因導入苜蓿後，在轉基因植物葉細胞的液泡中央積累了大量抗蟲蛋白，使得植物對咀嚼類昆蟲具有明顯的毒殺作用。但從整體上來說，牧草的抗蟲育種仍未引起足夠重視。
抗除草劑
隨著農業及畜牧業生產的規模化、集業化發展，化學除草劑得到廣泛使用。但由於化學除草劑殘留期長，對牧草、人畜均有一定危害。通過基因工程向牧草導入抗除草劑基因可以解決此問題。早在1984年有人就發現了苜蓿的一種變異型比野生型對除草劑 P PT的抗性強100－200倍。此後有人將廣譜性除草劑的抗性基因導入苜蓿，田間試驗檢測證實轉基因植株具有對常用除草劑的抗性。
抗逆性
試驗證明，植物體內活性氧化產物與抗氧化物之間的相互作用與其抗逆能力有密切的相關性。有人將菸草的 M n－SOD基因轉入苜蓿，使轉基因植物中 S OD酶活性增加，並發現植物受到凍害後能迅速恢復。有人將擬南芥 F e－SOD基因轉入苜蓿，並檢測到 F e－SOD的大量增加，但未能證實抗過氧化產物（SOD）增加與抗寒能力提高有對應關係。
次生代謝
植物次生代謝產物是很多藥物、化妝品、食品添加劑等的有效成分，但其合成、代謝及調控機理還有待於研究闡明。通過調控苯丙烷合成途徑中的幾種關鍵酶便可調節牧草的次生代謝從而達到改良牧草品質的目的。如調控木質素含量和組成，改善牧草消化率；導入外源植保素基因和調控其表達，增加植物的廣譜性抗病能力；還可誘發類黃酮使結瘤基因過量表達而增加根結瘤率；及一些次生代謝物誘導受粉作用。
苜蓿的一些次生代謝產物有有益的方面，也有不利的方面。採用分子操作可以選擇性地增加有用化合物、減少有害物質或是導入新的化合物到苜蓿體內，如有人將編碼植保素的基因轉入苜蓿，使得苜蓿中白藜蘆醇糖苷在莖中大量積累，從而增加了苜蓿對真菌的抗性，有效地防止苜蓿輪紋病的發生。目前大田試驗正在進行，以檢測苜蓿產量和品質的變化。白藜蘆醇在水果和牧草中都有一定量的存在，對人體和動物無害，且能防止人類心血管疾病和腫瘤的形成。
植物疫苗
目前，以轉基因植物作為人和動物病原抗體疫苗的研究受到極大的重視。1999年，有人將口蹄疫病原的結構蛋白 V Pl作為抗原基因轉化苜蓿，用獲得的轉基因苜蓿作為飼料飼餵小鼠，發現小鼠對口蹄疫病產生抗性反應。
