全 文 ：·综述与专论· 2012年第11期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
收稿日期 : 2012-03-14
基金项目 : 国家“973”计划项目（2007CB108906）
作者简介 : 李静 , 女 , 硕士 , 研究方向 : 植物分子生物学 ; E-mail: xiaopangzi812@sina.com
通讯作者 : 吴金霞 , 女 , 副研究员 , 研究方向 : 植物功能基因组学 ; E-mail: jinxia@caas.net.cn
苜蓿是苜蓿属（Medicago）植物的通称，多以
紫花苜蓿（Medicago sativa L.）被熟知，多年来作为
一种优良的豆科牧草被广泛种植。紫花苜蓿原产于
亚洲小部分地区和高加索山区，近年来，它在南非、
澳大利亚、新西兰、南美和北美地区成为重要的农
作物［1］。在世界各地，紫花苜蓿作为饲料作物被种
植 3 200 万 hm2［2］。在我国，紫花苜蓿的栽培已有
2 000 多年历史，广泛分布于西北、华北、东北地区，
江淮流域也有种植，是我国栽培面积最大的牧草。
通常，苜蓿在其生长季内可以多次收割，主要以干
草和青贮饲料的形式被贮存。在安大略湖，牧草种
植面积大约 250 万 hm2，拥有价值数亿美元的商业
干草。
苜蓿蛋白质含量高，具有较高的饲用价值，被
誉为“牧草之王”，它包含了 15%-22% 的粗蛋白质，
转基因苜蓿的研究进展
李静1  薛鑫1  吴金霞2
（1 兰州大学草地农业科技学院，兰州 730070 ；2 中国农业科学院生物技术研究所，北京 100081）
摘 要 ： 苜蓿素有“牧草之王”的美称，其作为饲草已有 2 000 多年历史。近几年，随着转基因技术的发展与应用，苜蓿还
被用作生物反应器等。国内外科学家对苜蓿的研究领域越来越广泛，转基因技术在苜蓿中的研究报道也越来越多。综述转基因技
术在苜蓿品种改良中的应用，介绍遗传转化方法和苜蓿转基因育种的研究方向，并概述苜蓿转基因育种的优点及其应用前景。
关键词 ： 苜蓿 转基因技术 遗传转化
Research Progress on Transgenic Alfalfa
Li Jing1 Xue Xin1 Wu Jinxia2
（1 College of Pastoral Agriculture Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou 730070 ；2Biotechnology Research Institute，Chinese
Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081）
Abstract:  Alfalfa is highly regarded for its feeding value which is due to its high protein content，and it is often called the “Queen of
Forages”. Alfalfa was cultivated before two thousand years. With the development and application of transgenic technology，alfalfa is also used
as a plant bioreactor in recent years. More and more studies on the transgenic alfalfa are reported. This paper reviews briefly the methods and
transgenic breeding research. The application of transgenic alfalfa has many advantages and broad prospects.
Key words:  Alfalfa Transgenic technology Genetic transformation
以及丰富的维生素（A、B、C、D 和 E）和矿物质。
相比较而言，优质苜蓿可以减少家畜对补充蛋白质
的需求。另外，它含有相对较高的钙磷镁，能够平
衡家畜对矿物质的需求。紫花苜蓿纤维素含量低，
蛋白质含量高，且蛋白质的氨基酸组成比较齐全，
动物必需的氨基酸含量高，是高摄入量的牧草。苜
蓿除了用作动物饲料，在饲草作物改良中，也可作
为生物燃料或称生物能源［3］；或利用其含氮量高的
特点，用于土壤生物治理；还可用于酶的工业化生产，
如木质素过氧化物酶、α-淀粉酶、纤维素酶和植酸
酶等［4］；也可用于医药生产等。另外，紫花苜蓿在
中国、伊拉克、土耳其、印度和美国长期以来被用
作传统草药治疗各种疾病［5］。近几年，由于苜蓿中
含有的异黄酮物质，对高血压、高血脂等疾病有调
解和预防的作用。因此，苜蓿可作为疗效食品进行
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第11期2
推广。此外，苜蓿中果胶含量较高，可以作为纯天
然绿色的食品黏合剂。也可针对苜蓿中丰富的蛋白
质，开发苜蓿食品。
目前，对苜蓿的种植和利用还存在一些问题，
如非生物胁迫（干旱、盐渍和冷冻）、生物胁迫（病
虫害等）、杂草、家畜采食后易得臌胀病、产量低、
自交不亲和及虫媒授粉等。目前，国内外对转基因
苜蓿的研究较多。分子生物学技术被广泛应用于苜
蓿遗传改良的基础研究与应用研究，并已取得了部
分成果。本文是对苜蓿遗传转化常用方法、抗逆育种、
品质改良等方面简要的综述，并讨论了苜蓿转基因
育种的优点及发展前景。
1 苜蓿遗传转化常用方法
植物转基因方法主要有两种，一种是将外源基
因通过载体介导的方式导入受体细胞 ；另一种是直
接导入法。其中，最常用的方法是农杆菌介导法，
其包含的 Ti 质粒上有一段 T-DNA 可以插入到植物
基因组中，农杆菌介导法就是将带有外源基因的
T-DNA 区整合到植物基因组中。以植物病毒作为载
体，将外源基因转入植物受体细胞，也是通过载体
介导的遗传转化方法，在一些植物中转化效率较高，
且方法简单。直接导入法应用最多的是基因枪法，
此外，还有电击法、化学物质诱导法、显微注射法
和花粉管通道法等。
紫花苜蓿的遗传转化，多采用农杆菌介导法。
但农杆菌介导法仍存在一些问题，因其需要受体细
胞具有较强的再生能力，而且转化周期较长，故其
对植物基因型有较强依赖性。1986 年，Deak 等［6］
首次利用农杆菌介导法转化苜蓿，成功获得转基因
再生植株 ；随后，Pereira 和 Erickson［7］利用基因枪
转化法将 npt Ⅱ基因成功导入 7 个苜蓿品种，并稳
定遗传到子代植株中，这为苜蓿转基因技术的研究
拉开了序幕。
植物组织培养技术是进行遗传转化操作的基础。
1972 年，Saunders 和 Bingham［8］以未成熟的苜蓿花
药、子房和子叶为外植体，诱导愈伤组织，最终分
化成完整的植株，这是进行苜蓿组织培养的最早报
道。用于苜蓿组织培养的外植体包括 ：子叶、根、
叶片、下胚轴、叶柄、茎、花药和子房等。应用最
广泛，且愈伤诱导率最高的是下胚轴 ；其次，以子
叶作为外植体诱导愈伤的报道也较多。
由于苜蓿体胚细胞组织培养的高效性，使它成
为豆科植物中绘制基因工程图谱的模式植物，其中
蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）基因组较小、倍性
较小（2n=16）、再生时间短、其遗传转化相对容易。
2003 年，蒺藜苜蓿基因组测序计划启动。紫花苜蓿
和蒺藜苜蓿亲缘关系很近。二十几年前农杆菌介导
的苜蓿核基因组遗传转化就已经有报道。
近几年，叶绿体转化体系的研究受到广泛关注，
叶绿体转化较核转化具有许多优点 ：效率高且表达
稳定、便于定位整合、遗传表达具有原核性以及具
有环境安全性高等。叶绿体遗传转化体系为改善农
艺性状提供了几个方向，如生产植物疫苗、抗原和
作为生物反应器等［9，10］。叶绿体遗传转化技术在苜
蓿中的应用已经有报道。2011 年，Wei 等［11］以苜
蓿叶片和愈伤组织作为外植体，利用基因枪转化法
将绿色荧光蛋白（green fluorescent protein，GFP）基
因和壮观霉素抗性基因（aada）导入苜蓿叶绿体基
因组中，转化效率叶片为 2.7%，愈伤组织为 1.3%，
再经 PCR 和 Southern 杂交进一步鉴定，GFP 基因已
经成功导入苜蓿叶绿体中，并稳定表达。
2 苜蓿遗传转化育种方向
多年来国内外一直致力于通过组织培养及遗传
转化技术对苜蓿进行改良，培育品质优良、抗逆、
抗除草剂及抗病虫害的新品种。此外，苜蓿根瘤菌
共生固氮和作为生物反应器等方面的研究均有报道。
2.1 抗非生物胁迫
目前，非生物逆境是对农作物以及饲草生产影
响最大的因素。非生物逆境主要包括干旱、低温冻害、
高盐碱度和除草剂等。科学家们通过对植物抗逆机
理的研究，分离并重组了一些优良基因，并将其导
入苜蓿基因组中，使其在苜蓿体内表达，以达到抗
逆的目的。在紫花苜蓿的抗逆研究中，超氧物歧化
酶（superoxide dismutase，SOD）是研究较多的基因，
它能够消除活性氧对细胞膜的伤害。
2.1.1 抗旱 紫花苜蓿在我国多种植于西北地区，
其干旱少雨的气候特点，使苜蓿抗旱性的研究显得
尤为重要，且成为当前转基因苜蓿的研究热点之一。
2012年第11期 3李静等 ：转基因苜蓿的研究进展
随着分子生物学和植物遗传转化技术的日渐成熟，
对苜蓿的抗旱性研究已经从抗旱性的鉴定方面转移
到苜蓿的转基因抗旱性育种方面。
1991 年，Hightower 等［12］将烟草中 Mn-SOD 基
因成功转入苜蓿，经过 3 年的田间试验证实，转基
因苜蓿植株的耐旱性和产量都有所提高。2005 年，
Zhang 等［13］将蒺藜苜蓿中克隆的转录因子基因（AP2）
的 cDNA（WXPl），通过农杆菌介导的方法导入苜蓿
基因组中，得到含有目的基因的转化植株，试验结
果证实，WXP1 基因的过量表达能使苜蓿叶片表皮
的蜡质大量增加，从而减少转基因植株水分的散失，
提高了苜蓿的耐旱能力。2008 年，李世林等［14］将
编码硝酸盐运转蛋白的 DsNRT2 基因导入中苜一号，
增强了苜蓿的抗逆性。
2.1.2 抗寒 低温冻害是造成紫花苜蓿减产、越冬
率下降的主要因素之一。Mckersie 等［15，16］以携带
有 烟 草 Mn-SOD 基 因 的 两 个 质 粒 载 体 pMitSOD 和
pChlSOD 分别转化紫花苜蓿，结果显示，转基因苜
蓿的越冬率大于对照植株，并且其植株生长不受低
温影响 ；其次，在干旱胁迫下，转基因植株的产量
也比对照高。Samis 等［17］将 Mn-SOD 基因导入紫花
苜蓿，增强了苜蓿的抗逆性，并且生物量明显增加。
韩利芳等［18］用 Mn-SOD 转化保定苜蓿，部分转基
因苜蓿的 Mn-SOD 活性高于对照。据以上报道得知，
烟草 Mn-SOD 基因能够提高苜蓿的耐旱耐寒能力，
可以进一步用于苜蓿转基因的多抗性研究中。
2003 年，Cunningham 等［19］ 指 出， 植 物 根 系
中 Gas 基因的表达和随后脯氨酸的积累与苜蓿耐寒
性密切相关，可以用在苜蓿遗传改良中，以提高苜
蓿越冬率。2011 年，刘晓静等［20］构建了抗冻基因
CBF2 的表达载体，并将其转入紫花苜蓿，得到抗性
愈伤。在转基因紫花苜蓿耐寒性研究中，蔗糖的累
积是否可以保护植物体不受低温侵害的研究也在进
行。蔗糖 - 磷酸盐合成酶基因能够使蔗糖积累，在
紫花苜蓿遗传转化中，已经组成并表达了蔗糖 - 磷
酸盐合成酶基因，并将进行田间试验，以确定是否
可以提高其耐寒能力［21］。
2.1.3 耐盐 紫花苜蓿属于中等耐盐植物，随着对
盐胁迫分子遗传调控机理的深入研究和分子生物学
的发展，转基因苜蓿耐盐育种方面的研究越来越多。
在苜蓿遗传转化研究中，常用的耐盐碱相关基
因包括转录因子 Alfin1［22，23］、果聚糖合成酶基因
（SacB）［24］、Lea3［25］基因、犁苞滨藜 NHX 耐盐基
因［26］、甜菜碱醛脱氢酶基因（BADH）［27］、rstB 基
因［28］、拟南芥液泡 H ＋ - 焦磷酸酶基因 AVP1［29］及
大豆 GmDREB1 基因［30］等。
近几年，国内对甜菜碱醛脱氢酶（BADH）基
因转化紫花苜蓿的报道较多。2009 年，燕丽萍等［31］
对转 BADH 基因的苜蓿 T1 代进行耐盐性试验，结
果显示 T1 代转基因植株的耐盐性效果明显且具有
遗传稳定性。2011 年，燕丽萍等［32］又将 BADH 基
因转入紫花苜蓿山苜 2 号，并对其 T1-T3 代植株的
耐盐性进行鉴定和筛选，得到抗性强且遗传稳定的
转基因苜蓿新品系。2011 年，Liu 等［33］通过土壤
农杆菌介导法将 BADH 基因转入紫花苜蓿，得到
247 株转化植株，经 PCR 检测 43 株为转基因阳性
植株，RT-PCR 和 Southern 杂交进一步鉴定，BADH
基因已经整合到苜蓿基因组中并表达，在盐胁迫实
验中转基因苜蓿植株生长正常，对照死亡。对 T1
代转基因植株的相关生理指标进行测定，丙二醛
（malondialdehyde，MDA）含量低于野生型植株，过
氧化物酶（peroxidase，POD）、超氧化物歧化酶（SOD）
活性均高于野生型植株。结果证实，外源 BADH 基
因的表达提高了转基因苜蓿的耐盐性。
2011 年，Li 等［34］将苏打猪毛菜（Salsola soda）
液泡膜 Na+/H+ 逆向转运蛋白基因 SsNHX1 转入苜蓿
基因组，SsNHX1 在苜蓿体内有效表达，且转基因
苜蓿能在400 mmol/L的高浓度NaCl中生长50 d左右，
这是至今在转基因植物中所报道的最高的耐盐水平。
对转基因和野生型植株的生理指标（Na+ 和 K+ 含量、
超氧化物歧化酶活性、电解质渗透率、液泡含量）
的测定显示，叶片细胞质中大量的 Na+ 通过外源的
Na+/H+ 逆向转运蛋白基因被运送到液泡内，使转基
因苜蓿避免了 Na+ 对细胞的毒害作用。
王锁民等［35］将霸王（Zygophyllum xanthoxylum）
的抗逆功能基因聚合转入紫花苜蓿，育成了转基因
苜蓿新品系，具有良好的抗旱、耐盐、抗瘠薄能力。
目前，已被农业部批准进行田间中间试验。
2.1.4 抗除草剂 传统的用化学除草剂来控制杂草，
不仅会危害苜蓿的生长，其农药残留也会影响家畜
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第11期4
生长。为了克服苜蓿生产中的杂草问题，利用转基
因技术培育抗除草剂苜蓿新品系，已成为当前热点。
最常用的抗除草剂基因是 Bar（Bialaphos resistance
gene）基因。Bar 基因在苜蓿转化中应用广泛，且技
术成熟，不仅作为一种抗性基因，通常还被用作植
物基因工程中的选择标记。
早在 1990 年，Kuthleen 等［36］将两种广谱除草
剂 Basta 和 Heibac 的抗性基因导入紫花苜蓿体内，
使得转基因苜蓿获得除草剂抗性。
至今，全球已注册抗草甘膦转基因苜蓿 J101 和
J163，转化基因为 cp4-epsps［37］。2005 年，美国批
准转基因耐除草剂苜蓿 J101 和 J163 商业化种植 10
万 hm2。加拿大在 2005 年，日本在 2006 年也批准
了耐除草剂转基因苜蓿的商业化种植。
2.2 抗生物胁迫
2.2.1 抗病 植物病害有两类 ：一种是非侵染性病
害，由非生物因素引起。如低温冻害、营养元素缺
乏等引起的病害 ；另一种是侵染性病害，由生物因
素引起。如真菌、细菌及病毒等。
在苜蓿转基因抗病育种中，从抗病毒的分子机
理入手，成功得到了转基因抗病毒苜蓿。Hill 等［38］
通 过 向 苜 蓿 体 细 胞 中 导 入 苜 蓿 花 叶 病 毒（alfalfa
mosaic virus，ALMV）外壳蛋白基因，达到了增强
苜蓿抗 ALMV 的目的，而且还对黄瓜花叶病毒、马
铃薯花叶病毒及烟草花叶病毒等表现出一定的抗性。
还能通过抑制病毒在植物细胞内脱壳或中断病毒在
植物体内的复制这两种途径，进行苜蓿抗病育种。
通过分子克隆技术和遗传转化技术，提高苜蓿
对真菌性病害的抗性，主要利用几丁质酶和 β-1，3-
葡聚糖酶分解真菌细胞壁的主要成分，从而破坏其
功能，抑制真菌的繁殖，此研究已有成功报道［39， 40］。
再者，可以利用植保素（phytoalexin）来抑制真菌的
繁殖［41，42］。
2.2.2 抗虫 目前，研究最广泛的植物抗虫基因主
要有 3 类，苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis）的杀
虫晶体蛋白基因（Bt 基因）、昆虫蛋白酶抑制剂基因
（PI）和植物外源凝集素基因，这三类基因在苜蓿抗
虫研究中均有报道。植物抗虫基因工程中 Bt 基因的
研究与报道最多，植物外源凝集素的抗虫有效性还
需要进一步的验证。熊恒硕等［43］利用农杆菌介导法，
用 Bt 基因和半夏凝集素基因（pta）共同转化紫花苜
蓿，得到抗性植株。
2.3 品质改良
利用植物遗传转化技术对紫花苜蓿品质的改良，
以往的研究主要从提高蛋白质含量和提高其可消化
率入手。
反刍动物摄入适量的含硫氨基酸能提高羊毛、
牛奶、牛肉等产品的产量和质量，但是苜蓿中含硫
氨基酸（sulfur-contmug amlno acids，SAA）含量相对
较低，目前，已有报道成功将富含 SAA 的基因导入
苜蓿。包括鸡卵清蛋白基因、向日葵种子清蛋白基因、
菜豆的蛋白基因、豌豆清蛋白基因、玉米 γ-rein 蛋
白的编码基因以及拟南芥胱硫酸 γ-合成酶（AtCGS）
的编码基因等。
苜蓿中木质素含量较高，家畜采食后消化不完
全，影响了对营养物质的消化与吸收。在提高可消化
率方面的研究和报道中，导入肉桂醇脱氢酶（cinna-
myl alcohol dehydrogenase，CAD）反义基因［44］，咖
啡 酸 甲 基 转 移 酶（caffeic acid O-methyltransferase，
COMT）和咖啡酰 CoA 甲基转移酶（CCoAOMT）基
因［45， 46］，都使木质素含量大大降低。
2.4 作为生物反应器
苜蓿作为植物生物反应器，以其价格低廉、安
全可靠、贮藏使用方便、且容易收集与纯化的特性，
成为当前研制基因工程疫苗的热点之一。而且以植
物作为生物反应器，不会像转基因动物一样引起伦
理道德问题。
苜蓿作为生物反应器研制生产基因工程疫苗已
取得一些成果。对预防动物中的常见疾病，口蹄疫
（foot-and-mouth disease，FMD）［47，48］、霍乱［49］、猪
传 染 性 肠 胃 炎 病（transmissible gastroenteritis of sw-
ine，TGE）［50］、肝片吸虫（fasciola hepatica，FH）［51］、
新城疫疫苗［52］基因的转基因疫苗研究均已有成功
报道。以整合了各相关抗原基因的载体转化苜蓿，
使其在苜蓿中表达，通过转基因苜蓿可以使动物机
体得到免疫保护。
蒋世翠等［53］构建了 aFGF 基因植物表达载体
pBI121-TΩ4AB-aF，利用三亲融合法将其通过农杆
2012年第11期 5李静等 ：转基因苜蓿的研究进展
菌转化法转入苜蓿，又经 RT-PCR、Western blot 检
测证实 aFGF 基因在苜蓿中得到表达，这为苜蓿作
为生物反应器表达外源蛋白奠定了基础。
但是转基因苜蓿在作为生物反应器方面的研究
仍处于发展阶段，还不能在实际生产中应用，主要
原因一是外源基因在苜蓿中的表达水平不高。另外，
基因沉默也是导致外源抗原基因没有表达的因素 ；
二是转基因疫苗的使用剂量问题以及其能否在动物
体内充分发挥作用。总之，苜蓿作为生物反应器具
有相当大的潜能，随着研究的深入，必将体现出其
重要的经济价值和现实意义。
2.5 抗臌胀病
反刍动物大量采食紫花苜蓿易得臌胀病，其
中，缩合单宁（condensed tannins，CT）是抗臌胀病
的关键物质。由于苜蓿中缺少合成缩合单宁的关
键酶，所以家畜采食后易得臌胀病。早在 1997 年，
Morris 等［54］将编码缩合单宁合成关键酶的基因导入
苜蓿，增加了苜蓿中缩合单宁的含量。
植物原花色素（proanthocyandin，PA）是缩合
单宁的基本组成单元。在培育抗臌胀病的苜蓿转基
因育种中，考虑可以通过激活植物原花色素的合成
基因来实现［55］。
2.6 生物固氮
紫花苜蓿等豆科植物根系与根瘤菌（Sinorhizo-
bium meliloti）的共生固氮作用为其生长发育提供了
大部分氮素。豆科植物的这种自身固氮作用可以减
少农作物对氮肥的依赖，所以科学家们以此研究生
物固氮的特性，目的是利用生物固氮提供新的氮肥
资源。
谷 氨 酰 胺 合 成 酶（glutamine synthetase，GS）/
谷氨酸合酶（glutamate oxo-glutarate aminotransferase，
GOGAT）循环在共生固氮过程中负责最初 N 的同化。
Schoenbeck 等［56］ 和 Cordoba 等［57］ 将 反 义 NADH-
GOGAT 基因导入紫花苜蓿的研究结果表明，NADH-
GOGAT 基因在紫花苜蓿的共生固氮和花粉发育中起
着重要作用。2001 年，Ortega 等［58］将大豆谷氨酰
胺合成酶基因（GS1）转入苜蓿，在转基因苜蓿叶
片中检测到 GS1 转录产物，但在根瘤中无积累。随
后将 GUS 基因同 GS1 基因一同转入苜蓿，转化植株
中仅检测到 GUS 基因的表达，说明 GS1 在苜蓿根瘤
中的转录产物不稳定。2006 年，Ortega 等［59］又发
现 GS1 基因的 3-UTR 对转基因苜蓿植株中 GS1 基
因的转录产物的积累具有调控作用。
Brill 等［60，61］的研究结果表明豆科植物凝集素
在根瘤菌共生固氮过程中可能起关键作用。
3 苜蓿转基因育种前景展望
植物转基因育种即利用现代生物技术手段，将
功能已知的优良基因转移到受体植物中，以使受体
植物获得新的优良性状，从而培育新品种。传统育
种的手段和方法主要包括杂交育种、人工诱变育种、
单倍体育种等。传统的常规育种是从宏观上进行优
良品种的筛选，分子育种是从基因这个微观水平予
以改造和标记并使其在植物体内表达，从而获得相
应性状的植物体。
转基因苜蓿育种较传统育种相比育种范围更广，
其基因转移可以在不同物种间进行，打破了原有的
种间生殖隔离，这种转移方式是生物体在自然情况
下（即通过杂交育种）无法实现的，显示了转基因
育种的优越性。其次，所转入基因都是基因功能清
楚的特定基因，目的性强，对转基因植株的性状的
可控度较高。另外，传统育种主要通过有性杂交进
行几个世代的正交和反交，而转基因育种一般只需
要一至两个世代就可以完成，所以转基因育种比传
统育种周期短，获得优良品系较快。将转基因技术
与传统育种相结合，培育优良的苜蓿新品系，可以
大大提高改良效率，是今后苜蓿育种的方向。
苜蓿是优良的豆科植物，随着基因工程的发展
与应用，苜蓿不仅仅作为一种单一的饲草作物被栽
培与研究，其应用前景相当乐观。尤其农业结构的
战略性调整和退耕还林还草政策的实施，为苜蓿产
业的发展带来了商机。但是苜蓿种植有明显的地域
限制，所以培育抗寒耐旱耐盐碱的新品系是关键。
随着分子生物学和转基因技术在苜蓿中的应用，已
使苜蓿获得了许多优良性状，如抗病虫性、抗盐碱、
优良品质等。虽然对这些性状的研究已有进展，但
是应进一步更深入的了解其抗性机理以及其他优良
性状的分子机理，使得转基因苜蓿育种有更新的进
展。此外，转基因技术在苜蓿中的应用，使得苜蓿
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的研究领域扩展到了医药、能源、化工等领域，如
作为生物反应器生产疫苗等，是对传统育种的延伸、
发展和新的突破，使得苜蓿有了特殊的商业价值。
虽然，对苜蓿转基因的研究已经取得了一些成
果，但与水稻、玉米等农作物相比，其转化技术还
不成熟，仍处于起步阶段。转基因苜蓿还存在一些
问题 ：一是获得苜蓿转化植株的效率较低 ；二是外
源基因在转录后或是在子代中往往会产生基因丢失
或基因沉默，基因重组以及基因扩增等现象，使外
源基因的表达活性和转基因苜蓿的表型难以预测。
另外，外源基因的插入可能导致苜蓿生长异常，长
势不佳，影响基因组中其他基因的表达。
转基因苜蓿有着巨大的商业前景，美国是苜蓿
出口大国，自 2005 年美国批准转基因耐除草剂苜蓿
J101 和 J163 的商业化种植，到 2007 年禁止商业化
种植，转基因苜蓿种植面积达到 10 万 hm2 以上。由
于抗除草剂苜蓿容易管理、节省成本、产量高等优点，
面对旺盛的市场需求，2011 年，美国重新允许种植
转基因苜蓿，至 2011 年，转基因苜蓿种植面积约达
到 20 万 hm2，而且，转基因抗除草剂苜蓿非常受农
户的欢迎。
在今后的转基因苜蓿研究中，重点在于 ：培育
具有高产、多抗等优良农艺性状的苜蓿新品种 ；发
掘更多的优良基因用于苜蓿的改良 ；培育具有复合
功能基因的新品系 ；加强转基因技术在苜蓿作为生
物能源、医药以及化工领域的应用等。总之，致力
于克服苜蓿转基因中存在的问题，充分发挥转基因
技术育种的优点，必将促进苜蓿产业的快速发展。
参 考 文 献
［1］ Samac DA, Austin-Phillips S. Alfalfa（Medicago sativa L.）. Met-
hods in Molecular Biology, 2006, 343（5）: 301-311.
［2］ Tesfaye M, Silverstein KAT, Bucciarelli B, et al. The Affymetrix
Medicago GeneChip® array is applicable for transcript analysis of
alfalfa（Medicago sativa）. Functional Plant Biology, 2006, 33（8）:
783-788.
［3］ Jaradat AA. Genetic resources of energy crops: Biological systems to
combat climate change. Australian Journal of Crop Science, 2010, 4
（5）: 309-323.
［4］ Kineman BD, Brummer EC, Paiva NL, Birt DF. Resveratrol from
transgenic alfalfa for prevention of aberrant crypt foci in mice.
Nutrition and Cancer, 2010, 62（3）: 351-361.
［5］ Bora KS, Sharma A. Phytochemical and pharmacological potential of
Medicago sativa: a review. Pharmaceutical Biology, 2011, 49（2）:
211-220.
［6］ Deak M, Kiss GB, Korz C, et al. Transformation of Medicago by
Agrobacterium mediated gene transfer. Plant Cell Report, 1986, 5:
97-100.
［7］ Pereira LF, Erickson L. Stable transformation of alfalfa（Medicago
sativa L.）by particle bombardment. Plant Cell Report, 1995, 14（5）:
290-293.
［8］ Saunders JW, Bingham ET. Production of alfalfa plants from tissue
culture. Crop Science, 1972, 12: 804-808.
［9］ Daniell H, Singh ND, Mason H, Streatfield SJ. Plantmade vaccine
antigens and biopharmaceuticals. Trends in Plant Science, 2009, 14:
669-679.
［10］ Specht E, Miyake-Stoner S, Mayfield S. Micro-algae come of age
as a platform for recombinant protein production. Biotechnology
Letters, 2010, 32（10）: 1373-1383.
［11］ Wei Z, Liu Y, Lin C, et al. Transformation of alfalfa chloroplasts
and expression of green fluorescent protein in a forage crop.
Biotechnology Letters, 2011, 33（12）: 2487-2494.
［12］ Hightower R, Raden C, Penzes E, et al. Expression of antifreeze pro-
teins in transgenic plants. Plant Molecular Biology, 1991, 17（5）:
1013-1021.
［13］ Zhang JY, Broeckling CD, Blancaflor EB, et al. Overexpression
of WXP1, a putative Medicago truncatula AP2 domain-containing
transcription factor gene, increases cuticular wax accumulation
and enhances drought tolerance in transgenic alfalfa（Medicago
sativa）. The Plant Journal, 2005, 42（5）: 689-707.
［14］ 李世林 , 杨舸 , 易秀莉 , 等 . 根癌农杆菌介导的盐生杜氏藻
DsNRT2 基因转化紫花苜蓿的初步研究 . 四川大学学报 , 2008,
45（2）: 409-412.
［15］ McKersie BD, Chen Y, de Beus M, et al. Superoxide dismutase
enhances tolerance of freezing stress in transgenic alfalfa（Medicago
sativa L.）. Plant Physiology, 1993, 103: 1155-1163.
［16］ Mckersie BD, Bowley SR, Harjanto E, Leprince O. Water deficit
tolerance and field performance of transgenic alfalfa overexpressing
superoxide dismutase. Plant Physiology, 1996, 111: 1177-1181.
［17］ Samis K, Boweley S, Mckersie B. Pyramiding Mn-superoxide
2012年第11期 7李静等 ：转基因苜蓿的研究进展
dismutase transgenes to improve persistence and biomass
production in alfalfa. Journal of Experimental Botany, 2002, 53:
1343-1350.
［18］ 韩利芳 , 张玉发 . 烟草 Mn-SOD 基因在保定苜蓿中的转化 . 生
物技术通报 , 2004（1）: 39-46.
［19］ Cunningham SM, Nadeau P, Castonguay Y, et al. Raffinose and
stachyose accumulation, galactinol synthase expression, and winter
injury of contrasting alfalfa germplasma. Crop Science, 2003, 43
（2）: 562-570.
［20］ 刘晓静 , 郝凤 , 张德罡 , 等 . 抗冻基因 CBF2 表达载体构建及
转化紫花苜蓿的研究 . 草业学报 , 2011, 2（20）: 193-200.
［21］ 刘香萍 , 李国良 , 崔国文 . 紫花苜蓿抗寒性研究进展 . 饲科博
览 , 2006（12）: 11-14.
［22］ Winicov I, Bastola DR. Transgenic overexpression of the transcrip-
tion factor Alfin1 enhances expression of the endogenous MsPRP2
gene in alfalfa and improves salinity tolerance of the plants. Plant
Physiology, 1999, 120: 473-480.
［23］ Winicov I. Alfinl transcription factor overexpression enhances plant
root growth under normal and saline conditions and improves salt
tolerance in alfalfa. Planta, 2000, 210（3）: 416-422.
［24］ 晏石娟 , 马晖玲 , 曹致中 . 紫花苜蓿抗旱耐盐碱转基因抗性苗
耐盐性研究 . 甘肃农业大学学报 , 2006, 41（5）: 91-94.
［25］ 王瑛 , 朱宝成 , 孙毅 , 等 . 外源 lea3 基因转化紫花苜蓿的研究 .
核农学报 , 2007, 21（3）: 249-252.
［26］ 赵红娟 , 张博 , 李培英 , 等 . 农杆菌介导犁苞滨藜 NHX 基因转
化苜蓿的影响因素 . 草地学报 , 2007, 15（5）: 418-422.
［27］ Liu ZH, Zhang YM, Li GL, et al. Enhancement of salt tolerance in
alfalfa transformed with the gene encoding for betaine aldehyde
dehydrogenase. Euphytica, 2011, 178（3）: 363-372.
［28］ 王玉祥 , 王涛 , 张博 . 转 rstB 基因苜蓿耐盐性初评（简报）.
草地学报 , 2008, 16（5）: 539-541.
［29］ Bao AK, Wang SM, Wu GQ, et al. Overexpression of the Arabidopsis
H+-PPase enhanced resistance to salt and drought stress in
transgenic alfalfa（Medicago sativa L.）. Plant Science, 2009, 176
（2）: 232-240.
［30］ Jin T, Chang Q, Li W, et al. Stress-inducible expression of
GmDREB1 conferred salt tolerance in transgenic alfalfa. Plant Cell,
Tissue and Organ Culture, 2010, 100（2）: 219-227.
［31］ 燕丽萍 , 夏阳 , 梁慧敏 , 等 . 转 BADH 基因苜蓿 T1 代遗传稳
定性和抗盐性研究 . 草业学报 , 2009, 6（18）: 65-71.
［32］ 燕丽萍 , 夏阳 , 毛秀红 , 等 . 转 BADH 基因紫花苜蓿山苜 2 号
品种的抗盐性鉴定及系统选育 . 植物学报 , 2011, 46（3）:
293-301 .
［33］ Liu ZH, Zhang HM, Li GL, et al. Enhancement of salt tolerance
in alfalfa transformed with the gene encoding for betaine aldehyde
dehydrogenase. Euphytica, 2011, 178: 363-372.
［34］ Li WF, Wang DL, Jin TC, et al. The vacuolar Na+/H+ antiporter gene
SsNHX1 from the halophyte Salsola soda confers salt tolerance in
transgenic alfalfa（Medicago sativa L.）. Plant Molecular Biology
Reporter, 2011, 29（2）: 278-290.
［35］ Bao AK, Wang SM, Wu GQ, et al. Overexpression of the Arabido-
pisis H+-PPase enhanced resistance to salt and drought stress in tra-
nsgenic alfalfa（Medicago sativa L.）. Plant Science, 2009, 176:
232-240.
［36］ Kuthleen DH, Wlly JB, Greef D. Engineering of herbicide-resistant
alfalfa and evaluation under field condition. Crop Science, 1990,
30: 886-871.
［37］ 李云河 , 李香菊 , 彭于发 . 转基因耐除草剂作物的全球开发与
利用及在我国的发展前景和策略 . 植物保护 , 2011, 37（6）:
32-37.
［38］ Hill KK, Jarvis EN, Halk E, et al. The development of virus-
resistant alfalfa, Medicago sativa L.. Nature Biotechnology, 1991, 9:
373-377.
［39］ Masoud SA, Zhu Q, Lamb C, Dixon RA. Constitutive expression of
an inducible β-1, 3-glucanase in alfalfa reduces disease severity ca-
used by the oomycete pathogen chitin-containing fungi. Transgenic
Research, 1996, 5（5）: 313-323.
［40］ Mizukami Y, Houmura I, Takamizo T, Nishizawa Y. Production of
transgenic alfalfa with chitinase gene（RCC2）［M］. In: Spangen-
berg G ed. Abstracts and international symposium molecular bree-
ding of forage crops. Lorne and Hamilton: Victoria, 2000: 105.
［41］ Hipskind JD, Paiva NL. Constitutive accumulation of a resveratrol-
glucoside in transgenic alfalfa increases-resistance to Phoma
medicaginis. Molecular Plant-Microbe Interactions, 2000, 13（5）:
551-562.
［42］ He XZ, Dixon RA. Genetic manipulation of isoflavone 7-O-methylt-
ransferase enhances biosynthesis of 4’-O-methylated isoflavonoid
phytoalexins and disease resistance in alfalfa. The Plant Cell, 2000,
12: 1689-1702.
［43］ 熊恒硕 , 康俊梅 , 杨青川 , 等 . 双价抗虫植物表达载体 p300-
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第11期8
bt-pta 转化苜蓿的初步研究 , 2008, 30（1）: 21-26.
［44］ Baucher M, Bernard-Vailhe MA, Chabbert B, et al. Down-regulation
of cinnamoyl alcohol dehydrogenase in transgenic alfalfa（Medicago
sativa L.）and the effect on lignin composition and digestibility.
Plant Molecular Biology, 1999, 39: 437-447.
［45］ Guo DG, Chen F, Inoue K, et al. Down regulation of caffeic acid
3-o-methyltransferase and caffeoyl CoA 3-o-methyltransferase in
transgenic alfalfa: impacts on lignin structure and implication for
biosynthesis of G and S lignin. The Plant Cell, 2001a , 13: 73-88.
［46］ Guo DG, Chen F, Wheeler J, et al. Improvement of in-rumen
digestibility of alfalfa forage by genetic manipulation of lignin O-
methyltransferase. Transgenic Research, 2001b, 10（5）: 457-464.
［47］ Wigdomvitz A, Carrillo C, Dus Santos MJ, et al. Induction of a prote-
ctive antibody response to food and mouth disease virus in mice fol-
lowing oral or parenteral immunization with alfalfa transgenic plants
expressing the viral structural protein VPl. Virology, 1999, 255（2）:
347-353.
［48］ Dus Santos MJ, Wigdorovitz A, Trono K, et al. A novel methodology
to develop a foot and mouth disease virus（FMDV）peptide-based
vaccine in transgenic plants. Vaccine, 2002, 20（7-8）: 1141-
1147.
［49］ 任志强 , 刘惠民 , 李润植 , 等 . 转基因植物作为生物反应器在
疫苗生产中的应用 . 中国生物工程杂志 , 2003, 6: 31-35.
［50］ Tuholy T, Yu W, Bailey A, et al. Immunogenicity of porcine trans-
missible gastroenteritis virus spike protein expressed in plants.
Vaccine, 2000, 18（19-20）: 2023-2028.
［51］ 黎万奎 , 陈幼竹 , 周字 , 等 . 肝片吸虫抗原基因转基因苜蓿再
生的研究 . 四川大学学报 : 自然科学版 , 2003, 2: 144-147.
［52］ 胡拥军 . 农杆菌介导新城疫病毒 Lasota 株 HN 基因在苜蓿表
达研究［D］ . 重庆 : 西南大学 , 2007.
［53］ 蒋世翠 , 王义 , 孙春玉 , 等 . aFGF 植物表达载体构建及转化紫
花苜蓿的初步研究 . 草业学报 , 2011, 20（4）: 180-186.
［54］ Morris P, Robbins MP. Manipulating condensed tannins in forage
legumes. Biotechnology and the Improvement of Forage Legumes,
1997, 160: 147-173.
［55］ Ray H, Yu M, Auser P, et al. Expression of anthocyanins and
proanthocyanidins after transformation of alfalfa with maize Lc.
Plant Physiology, 2003, 132: 1448-1463.
［56］ Temple SJ, Bagga S, Sengupta-Gopalan C. Down-regulation of
specific members of the glutamine synthetase gene family in alfalfa
by antisense RNA technology. Plant Molecular Biology, 1998, 37
（3）: 535-547.
［57］ Schoenbeck MA, Temple SJ, Trepp GB, et al. Decreased NADH glu-
tamate synthase activity in nodules and flowers of alfalfa（Medicago
sativa L.）transformed with antisense glutamate synthase transgene.
Experimental Botany, 2000, 51（342）: 29-39.
［58］ Cordoba E, Shishkova S, Vance CP, Hernandez G. Antisense
inhibition of NADH glutamate synthase impairs carbon/nitrogen
assimilation in nodules of alfalfa（Medicago sativa L.）. The Plant
Journal, 2003, 33（6）: 1037-1049.
［59］ Ortega JL, Moguel-Esponda S, Potenza C, et al. The 3’untranslated
region of a soybean cytosolic glutamine synthetase（GS1）affects
transcript stability and protein accumulation in transgenic alfalfa.
The Plant Journal, 2006, 45: 832-846.
［60］ Brill LM, Evans CJ, Hirsch AM. Expression of MsLEC1- and
MsLEC2-antisense genes in alfalfa plant lines causes severe
embryogenic, developmental and reproductive abnormalities. The
Plant Journal, 2001, 25: 453-461.
［61］ Brill LM, Fujishige NA, Hackworth CA, Hirsch AM. Expression of
MsLEC1 transgenes in alfalfa plants causes symbiotic abnormalities.
Molecular Plant-Microbe Interactions, 2004, 17（1）: 16-26.
（责任编辑 狄艳红）