孫毅同志于1989年12月和1993年7月在美國堪薩斯州立大學遺傳系分別獲理學碩士、博士學位，1994年7月回國組建山西省農業(yè)生物技術研究中心，現(xiàn)任該中心研究員、主任。該同志曾先后赴丹麥、英國、澳大利亞等國進行學習和合作研究，其主要業(yè)績如下：

1. 主持和參與主持國家自然科學基金、國家“863”等國家與省級科研項目11項，已完成8項。主要研究方向為農作物基因轉化及其方法和優(yōu)良性狀基因克隆及利用。已育出高抗真菌性病害的玉米、小麥、西瓜等優(yōu)良轉基因品系。合作構建成新型生物殺蟲劑—重組殺蟲桿狀病毒，該病毒對棉鈴蟲的毒殺作用比野生型病毒提高100倍。他參與主持構建的雙價抗蟲基因轉化載體已經導入棉花品系中，并表現(xiàn)出對棉鈴蟲的良好抗性，為植物基因工程抗蟲育種提供了新的優(yōu)良抗源。曾獲山西省科技進步二等獎兩項，農業(yè)科技承包一等獎兩項，創(chuàng)社會經濟效益5000余萬元。

2. 發(fā)明了兩種新的植物轉基因方法，均已獲國家發(fā)明專利——超聲波處理花粉介導植物基因轉化方法（專利號：ZL 991211529，）和農桿菌介導植物萌發(fā)種子基因轉化方法（專利號：ZL 011041854），并分別獲香港國際新技術新產品博覽會和尤里卡世界發(fā)明博覽會金獎各一項，日內瓦國際專利技術成果博覽會金獎兩項。這兩種方法公布后，已經在國際上引起了較大的反響，使我國擁有了具有自主知識產權的植物轉基因方法。

3. 在國內外學術刊物發(fā)表論文100余篇，包括美國的《Theoretical and Applied Genetics》、德國的《Plant Breeding》、英國的《Applied Biochemistry and Biotechnology》、日本的《Cytologia》、我國的《植物學報》、《作物學報》、《植物生理與分子生物學學報》等。他發(fā)表的論文在國內外學術刊物和論著中被引用600余次（其中SCI引用180余次）。他還參與主編了《高粱學》（中國農業(yè)出版社）、《雜交高粱遺傳育種》（中國農業(yè)科技出版社）和《農作物雜種優(yōu)勢》（中國農業(yè)科技出版社）三部專著，后者獲第十三屆中國圖書一等獎。

4. 被聘為香港國際新技術投資開發(fā)中心高級工程師，山西大學、山西農業(yè)大學教授，博士生導師，已經培養(yǎng)博士、碩士研究生20余名。1997年獲國家教委和人事部授予“優(yōu)秀留學回國人員”及國家外專局授予“全國引進國外智力先進工作者”稱號，2001年被山西省人民政府授予“優(yōu)秀留學回國人員”和山西省科協(xié)授予“優(yōu)秀科技工作者”稱號，2002年被山西省勞動競賽委員會授予“五一勞動獎章”并獲“山西十大科技富民專家”稱號，2003年被山西省農學會授予“優(yōu)秀科技工作者”稱號。

植物轉基因新方法研究

山西省農業(yè)生物技術研究中心孫  毅

1、本研究方向國內外發(fā)展現(xiàn)狀

植物轉基因研究對于提高農作物產量、抗病蟲能力、抗逆性和改進品質等方面具有重要意義。自1983年第一例轉基因植物問世以來，植物轉基因研究得到迅速發(fā)展，截止到2006年底，轉基因作物商業(yè)化種植面積已達1億余公頃。盡管轉基因植物不斷出現(xiàn)，但大面積應用到商業(yè)化生產中的轉基因作物品種只有玉米、大豆、油菜、棉花、番茄等少數(shù)幾種作物。對植物轉基因技術的研究發(fā)展緩慢，缺乏能高效、實用和大規(guī)模轉化作物品種的轉基因方法是阻礙植物基因工程產生更大經濟效益的主要原因之一。對絕大多數(shù)植物而言，轉基因技術還只停留在實驗室階段。目前轉基因研究主要采用兩種經典的轉基因方法：一是農桿菌介導法；二是基因槍轟擊法。前者由于宿主范圍的限制，多用于雙子葉植物；后者由于要求的試驗設備昂貴，主要用于單子葉植物的遺傳轉化。在眾多的植物種中，主要農作物多屬于單子葉植物。單子葉植物基因轉化目前主要采用基因槍轟擊法，該法不僅試驗設備昂貴，而且轉化效率低，表達效果較差。這些缺陷都大大限制了轉基因技術的廣泛應用。因此，一些學者致力于尋求一種更加簡便有效的轉基因方法。

2、  本研究創(chuàng)新點與科學論述

我們在綜合分析前人研究結果的基礎上，經過多年摸索，創(chuàng)新了兩種植物轉基因新方法，并獲得了國家發(fā)明專利。它們分別為，“結合超聲波處理的花粉介導植物轉基因方法”（中國發(fā)明專利號：ZL99121152.9；《植物學報》43:275-279）和“農桿菌介導植物萌發(fā)種子基因方法種子轉基因方法”（中國發(fā)明專利號：01104185.4；《Biotechnology & Applied Biochemistry》 46: 51-55）。這兩種方法大大簡化了植物轉基因操作過程，并有可能提高轉化效率。此外，這兩種方法最大的創(chuàng)新之處在于可使植物基因工程育種手段從人們普遍認為的實驗室“高精尖”技術轉化為廣大常規(guī)育種工作者手中的有力武器，給植物育種工作帶來巨大的變革和新的活力。本研究的最終目標是“使高新技術實用化，使貴族技術平民化”，為植物基因工程提供一種高效、簡便、實用、經濟的基因轉化新方法，使轉基因技術成為常規(guī)育種家手中的有力武器。

1、結合超聲波處理的花粉介導植物轉基因方法，以玉米、高粱、棉花、蘋果和油菜等作物為試材，在開花期收集花粉，借助超聲波等物理方法處理，促使外源DNA進入花粉粒，并通過授粉將外源DNA導入到受體植物中。目前已在玉米上獲得了轉基因植株，其轉化率可達40%以上，并初步證明該方法在棉花、高粱、油菜和蘋果等作物上也是可行的，說明其對大多數(shù)單子葉和雙子葉植物都有普遍的應用價值。

利用花粉作為載體介導外源基因轉化，既能避免傳統(tǒng)轉化方法所要求的組織培養(yǎng)過程，以及長期組培所帶來的再生困難，幼苗早期夭亡，后代育性不正常，易產生變異等一系列問題，又能避免轉化體細胞所帶來的易形成嵌合體以及基因槍法的耗資大、轉化率低等問題。本轉化方法將現(xiàn)代分子生物學手段與傳統(tǒng)育種手段相結合，具有高效、簡便、經濟、實用性強的特點，所用儀器設備簡單、易操作，應用前景十分廣闊。該方法的廣泛應用將會創(chuàng)造出巨大的社會和經濟效益。

2、農桿菌介導植物萌發(fā)種子轉基因方法，以植物萌發(fā)種子為受體，以攜帶外源基因片段的農桿菌Ti質粒為基因供體，在種子萌發(fā)初期，人為地在其生長點部位造成創(chuàng)傷，并將受傷種子在加有乙酰丁香酮或雙子葉植物浸提液的條件下與農桿菌共培養(yǎng)，使其感染萌發(fā)胚的生長點，并將載體上的外源基因片段轉移到受體基因組中。然后將發(fā)芽的種子正常播種，如外源基因載體上帶有選擇標記基因，可在苗期進行針對性篩選，并收獲轉化植株上的種子。對收獲的轉化株種子提取總DNA，做進一步篩選鑒定(如采用PCR擴增或Southern雜交等方法)。

本發(fā)明利用植物萌發(fā)種子作為農桿菌介導外源基因轉化的受體系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)農桿菌共培養(yǎng)法所要求的嚴格的組織培養(yǎng)技術，它既具有農桿菌介導法轉化率較高，導入基因整合率高和大多為單拷貝等優(yōu)點，又不需要植物組織培養(yǎng)條件，不需經過冗長繁瑣的組織培養(yǎng)過程。其轉化處理的直接產品是轉化植株或種子。利用種子作為受體，可使獲得轉化種子的周期大大縮短，而且種子取材方便，實驗不受季節(jié)限制。因此，本發(fā)明為植物的基因轉化提供了一條簡便、快速、經濟、更易為常規(guī)育種與基因工程研究人員所采用的新途徑。

3、 本研究的科學價值、應用前景和發(fā)展方向

本研究得到了國家自然科學基金 （30340033）的資助。我們發(fā)明的方法公布后，已經在國際上引起了較大的反響。美國出版的《Agri Cell Report》均做了報道，并分別獲得香港國際新技術新產品博覽會金獎、尤里卡國際專利成果博覽會金獎各一項和日內瓦國際專利技術成果博覽會金獎兩項。

由于我們發(fā)明的技術操作簡單、實用性強，所需儀器相對簡單，獲取基因轉化植株或種子所需周期較短，最適合于將常規(guī)育種技術與植物基因工程技術相結合，可供一般育種家和種子公司，特別是第三世界的育種家和種子公司使用。采用這兩項技術可使育種者減少培育優(yōu)良新品種的費用和人力，縮短培育基因工程新品種所需的時間，從而產生巨大的經濟效益。我們的發(fā)明是迄今由我國科技人員獲得專利的唯一植物基因轉化方法。它極有可能部分取代現(xiàn)在國際上通用的農桿菌和基因槍轉化法�，F(xiàn)植物基因工程采用的主要方法為農桿菌介導法和基因槍法的專利均為國外公司擁有。我國科研人員采用這兩種方法獲得的轉基因品種如進行商業(yè)化生產，很可能會面臨這些公索取得巨額專利使用費的被動局面。而我們的發(fā)明將有可能向國內外生物技術和作物育種公司進行轉讓，從而為國家創(chuàng)造巨大效益。

山西省農業(yè)生物技術研究中心簡介

山西省農業(yè)生物技術研究中心是全民所有制事業(yè)單位，隸屬于山西省農業(yè)科學院, 正式成立于1997年4月，現(xiàn)為山西省農業(yè)基因工程重點學科點。本中心的主要任務和研究方向是利用現(xiàn)代生物技術手段與常規(guī)育種技術相結合，培育具有抗旱、抗病蟲和抗逆性強的新品種，主要研究對象是大田作物和園藝作物，現(xiàn)有科研人員20名，包括3名博士，8名碩士和9名學士。有博士生導師1名，碩士生導師3名。中心下設4個研究室，即基因操作研究室、園藝作物生物技術研究室、真菌研究室和植物細胞及胚胎學研究室，另控股山西神力源生物技術有限公司，其主要產品為靈芝孢粉及其它真菌類保健食品。

1996年以來，中心先后承擔國家863和國家自然科學基金等項目8項，山西省科技攻關、省自然科學基金項目等省級項目23項，除在研項目外，都按期圓滿完成研究任務。

目前開展和涉及的研究方向：植物分子標記輔助育種研究、優(yōu)良基因的克隆、轉基因方法的研究、轉基因生物技術育種中試體系的建立、植物基因工程的生物安全性研究、轉基因生物產品檢測技術研究。

本中心已找到數(shù)個與高粱不育性相關的SSR標記，分離構建了蝎毒-幾丁質酶雙價抗蟲基因，并同國內外一些著名高等學府合作引進了抗旱耐鹽的甜菜堿基因和脯氨酸脫氫酶基因，具有廣譜性殺蟲作用的幾丁質酶基因和絲氨酸酶抑制劑基因，可使果菜長期保鮮的細胞激動素基因和抗低溫冷害的基因，以及能夠縮短果樹童期、提早開花的植物發(fā)育調控功能基因等。

迄今為止，本中心已獲山西省科技進步應用一等獎一項、二等獎4項，農業(yè)技術承包一等獎2項， “香港國際高新技術博覽會”和“尤里卡世界專利技術成果博覽會”金獎各一項，“日內瓦國際專利技術成果博覽會”金獎2項，選育并通過審定西瓜新品種2個，獲得國家發(fā)明專利2項，并在國內外學術刊物和專著上發(fā)表論文100余篇。同時本中心與美國威斯康辛大學、堪薩斯州立大學，英國牛津大學，我國的北京大學、山西大學、山西農大和省農科院各研究所開展廣泛合作，推動了農業(yè)生物技術研究在全省的廣泛開展，并已經培養(yǎng)博士、碩士研究生20余名，現(xiàn)仍有10余名研究生在讀。