生物技術(shù)在植物育種中的應(yīng)用

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1、第十三章生物技術(shù)在植物育種中的應(yīng)用1、教學(xué)的基本要求（1）了解細(xì)胞工程與作物育種的原理和基本方法；（2）了解作物的轉(zhuǎn)基因技術(shù)的原理和基本方法；（3）了解分子標(biāo)記的主要類型和分子標(biāo)記輔助選擇育種的原理和基本方法。2、教學(xué)基本內(nèi)容第一節(jié)細(xì)胞工程與作物育種一、細(xì)胞和組織培養(yǎng)與作物育種二、植物原生質(zhì)體培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交第二節(jié)作物育種的轉(zhuǎn)基因技術(shù)一、轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀二、*轉(zhuǎn)基因育種的程序三、轉(zhuǎn)基因作物品種的選育四、轉(zhuǎn)基因作物的生物安全性第三節(jié)分子標(biāo)記輔助選擇育種一、*分子標(biāo)記的類型和特點(diǎn)二、常用分子標(biāo)記的

2、原理和遺傳特性三、MAS育種方法第十三章生物技術(shù)在作物育種中的應(yīng)用第一節(jié)細(xì)胞工程與作物育種植物細(xì)胞工程（plantcellengineering）是以植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一門學(xué)科。它以細(xì)胞為基本單位，在體外（invitro）條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖或人為地使細(xì)胞某些生物學(xué)特性按人們的意愿生產(chǎn)某種物質(zhì)的過程。細(xì)胞工程與作物遺傳改良有著密切關(guān)系，利用細(xì)胞工程技術(shù)已培育出一些大面積推廣的品種。早期，哈布蘭特在前人細(xì)胞學(xué)說(shuō)的影響下，提出高等植物的組織和器官可以不斷分割，并進(jìn)一步提出了植物細(xì)胞全能性（celltot

3、ipotency）理論。植物細(xì)胞全能性是植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)。細(xì)胞全能性是指細(xì)胞所具有的形成各種細(xì)胞類型的潛在能力，也包括植物細(xì)胞經(jīng)脫分化再形成植株的能力。1904年，Hanning用蘿卜的胚培養(yǎng)，獲得小植株，為組織培養(yǎng)的工作奠定了基礎(chǔ)。1934年，White對(duì)番茄切段進(jìn)行培養(yǎng)，建立了第一個(gè)活躍生長(zhǎng)的無(wú)性繁殖系，獲得了離體培養(yǎng)的真正成功。三年后，White又發(fā)現(xiàn)B族維生素對(duì)培養(yǎng)物的生長(zhǎng)有重要作用。經(jīng)過幾年的努力，以White為主的幾位科學(xué)家建立了植物組織培養(yǎng)（plainttissueculture）的綜合培養(yǎng)基，成為

4、以后各種培養(yǎng)基的基礎(chǔ)。1948年，Skoog等發(fā)現(xiàn)腺嘌呤/生長(zhǎng)素的比例是控制芽和根分化的決定因素之一，這一發(fā)現(xiàn)成為植物組織培養(yǎng)中控制器官形成的激素模式。Miller（1956）發(fā)現(xiàn)激動(dòng)素比腺嘌呤更能促進(jìn)芽的形成。1958年，Stewart&Shautz從胡蘿卜根的懸浮細(xì)胞誘導(dǎo)分化成完整小植株，使50多年前哈布蘭特提出的細(xì)胞全能性假說(shuō)首次得到科學(xué)驗(yàn)證，這一成果大大加速了植物組織培養(yǎng)研究的發(fā)展。1964年，Guha等從曼佗羅花藥培養(yǎng)出單倍體植株。1970年，Kameya等利用花粉培養(yǎng)獲得單倍體植株。1971年，Takebe等

5、首次從煙草原生質(zhì)體獲得再生植株；1972年，Carlson等獲得第一個(gè)煙草種間體細(xì)胞雜種植株。至此，在愈傷組織水平、單個(gè)細(xì)胞水平、單個(gè)生殖細(xì)胞水平、原生質(zhì)體水平和體細(xì)胞雜種水平都獲得了完整植株，充分證實(shí)了植物細(xì)胞的全能性。植物組織培養(yǎng)流程示意圖如下。外植體來(lái)源→外植體培養(yǎng)→愈傷組織→再生小植株→再生植株植物細(xì)胞工程的應(yīng)用在20世紀(jì)60年代就已受到重視，但真正的應(yīng)用研究在70年代才進(jìn)入高潮。我國(guó)第一個(gè)用花藥培養(yǎng)育成煙草品種，隨后又育成了一些水稻、小麥新品種。經(jīng)濟(jì)植物的快繁與脫毒、體細(xì)胞變異的篩選、新種質(zhì)的創(chuàng)造、細(xì)胞器的移

6、植、DNA的導(dǎo)入等均對(duì)作物改良和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到了促進(jìn)作用。一、植物的細(xì)胞和組織培養(yǎng)技術(shù)（一）培養(yǎng)基及其組成1、培養(yǎng)基（Medium）的種類和特點(diǎn)常用的培養(yǎng)基有MS、B5、White、N6、KM-8p、SH等。2、培養(yǎng)基的成分培養(yǎng)基中都應(yīng)包括植物生長(zhǎng)必需的16種營(yíng)養(yǎng)元素和某些生理活性物質(zhì)，通常將這些物質(zhì)分為三大類，即無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物、有機(jī)物質(zhì)和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)（表）。表植物組織培養(yǎng)所需的養(yǎng)分和激素水↑有機(jī)物大量元素微量元素PH糖NFeCo↓氨基酸PZnNi維生素KBAl生長(zhǎng)素CaMnMo細(xì)胞分裂素MgCuI調(diào)節(jié)物質(zhì)赤霉素S脫落酸乙

7、烯酵母提取物椰子汁成分不定物質(zhì)植物提取物水解酪蛋白蛋白胨（二）培養(yǎng)基的配制1、母液的配制為了減少配制培養(yǎng)基時(shí)每次稱量藥品的麻煩，減少極微量藥品在每次稱重時(shí)誤差，一般先配制高濃度的儲(chǔ)備液，即母液。大量元素可配成10倍母液，使用時(shí)每配制1000ml培養(yǎng)基需要從母液中取100ml。配制母液時(shí)應(yīng)做到分別稱量，充分溶解，在混合次序上應(yīng)最后加入Ca2+，混合時(shí)要邊加邊混合。微量元素因?yàn)槭褂昧康停话闩涑?00倍甚至1000倍母液，使用時(shí)每配制1L培養(yǎng)基從母液中取10ml或1ml，配制時(shí)應(yīng)注意充分溶解后再依次混合。第三種母液即鐵鹽，鐵

8、鹽必須單獨(dú)配制，若與其它元素混合易造成沉淀。一般采用鰲合鐵，即FeSO4與EDTA鈉鹽的混合物，一般擴(kuò)大200倍。EDTA鈉鹽須用溫水溶解，然后與FeSO4液混合，在75~80℃之間讓其鰲合1h。使用鰲合鐵的目的是避免沉淀，并使培養(yǎng)基能緩慢不斷地供應(yīng)Fe+。第四種母液為有機(jī)化合物母液，主要是維生素和氨基酸類物質(zhì)，這類