生物技術在植物育種中的應用

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1、第十三章生物技術在植物育種中的應用1、教學的基本要求（1）了解細胞工程與作物育種的原理和基本方法；（2）了解作物的轉基因技術的原理和基本方法；（3）了解分子標記的主要類型和分子標記輔助選擇育種的原理和基本方法。2、教學基本內容第一節(jié)細胞工程與作物育種一、細胞和組織培養(yǎng)與作物育種二、植物原生質體培養(yǎng)和體細胞雜交第二節(jié)作物育種的轉基因技術一、轉基因技術的發(fā)展現(xiàn)狀二、*轉基因育種的程序三、轉基因作物品種的選育四、轉基因作物的生物安全性第三節(jié)分子標記輔助選擇育種一、*分子標記的類型和特點二、常用分子標記的

2、原理和遺傳特性三、MAS育種方法第十三章生物技術在作物育種中的應用第一節(jié)細胞工程與作物育種植物細胞工程（plantcellengineering）是以植物組織和細胞培養(yǎng)技術為基礎發(fā)展起來的一門學科。它以細胞為基本單位，在體外（invitro）條件下進行培養(yǎng)、繁殖或人為地使細胞某些生物學特性按人們的意愿生產(chǎn)某種物質的過程。細胞工程與作物遺傳改良有著密切關系，利用細胞工程技術已培育出一些大面積推廣的品種。早期，哈布蘭特在前人細胞學說的影響下，提出高等植物的組織和器官可以不斷分割，并進一步提出了植物細胞全能性（celltot

3、ipotency）理論。植物細胞全能性是植物細胞工程的理論基礎。細胞全能性是指細胞所具有的形成各種細胞類型的潛在能力，也包括植物細胞經(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。1934年，White對番茄切段進行培養(yǎng)，建立了第一個活躍生長的無性繁殖系，獲得了離體培養(yǎng)的真正成功。三年后，White又發(fā)現(xiàn)B族維生素對培養(yǎng)物的生長有重要作用。經(jīng)過幾年的努力，以White為主的幾位科學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。1948年，Skoog等發(fā)現(xiàn)腺嘌呤/生長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)激動素比腺嘌呤更能促進芽的形成。1958年，Stewart&Shautz從胡蘿卜根的懸浮細胞誘導分化成完整小植株，使50多年前哈布蘭特提出的細胞全能性假說首次得到科學驗證，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、首次從煙草原生質體獲得再生植株；1972年，Carlson等獲得第一個煙草種間體細胞雜種植株。至此，在愈傷組織水平、單個細胞水平、單個生殖細胞水平、原生質體水平和體細胞雜種水平都獲得了完整植株，充分證實了植物細胞的全能性。植物組織培養(yǎng)流程示意圖如下。外植體來源→外植體培養(yǎng)→愈傷組織→再生小植株→再生植株植物細胞工程的應用在20世紀60年代就已受到重視，但真正的應用研究在70年代才進入高潮。我國第一個用花藥培養(yǎng)育成煙草品種，隨后又育成了一些水稻、小麥新品種。經(jīng)濟植物的快繁與脫毒、體細胞變異的篩選、新種質的創(chuàng)造、細胞器的移

6、植、DNA的導入等均對作物改良和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到了促進作用。一、植物的細胞和組織培養(yǎng)技術（一）培養(yǎng)基及其組成1、培養(yǎng)基（Medium）的種類和特點常用的培養(yǎng)基有MS、B5、White、N6、KM-8p、SH等。2、培養(yǎng)基的成分培養(yǎng)基中都應包括植物生長必需的16種營養(yǎng)元素和某些生理活性物質，通常將這些物質分為三大類，即無機營養(yǎng)物、有機物質和植物生長調節(jié)物質（表）。表植物組織培養(yǎng)所需的養(yǎng)分和激素水↑有機物大量元素微量元素PH糖NFeCo↓氨基酸PZnNi維生素KBAl生長素CaMnMo細胞分裂素MgCuI調節(jié)物質赤霉素S脫落酸乙

7、烯酵母提取物椰子汁成分不定物質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)基時每次稱量藥品的麻煩，減少極微量藥品在每次稱重時誤差，一般先配制高濃度的儲備液，即母液。大量元素可配成10倍母液，使用時每配制1000ml培養(yǎng)基需要從母液中取100ml。配制母液時應做到分別稱量，充分溶解，在混合次序上應最后加入Ca2+，混合時要邊加邊混合。微量元素因為使用量低，一般配成100倍甚至1000倍母液，使用時每配制1L培養(yǎng)基從母液中取10ml或1ml，配制時應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Fe+。第四種母液為有機化合物母液，主要是維生素和氨基酸類物質，這類