現(xiàn)代生物技術(shù)在水稻育種中的應(yīng)用

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1、現(xiàn)代生物技術(shù)在水稻育種上的應(yīng)用專業(yè)班級(jí)：2010級(jí)作物遺傳育種姓名：吳健強(qiáng)學(xué)號(hào)：2010021589摘要：簡(jiǎn)要介紹現(xiàn)代生物技術(shù)在水稻育種上的應(yīng)用，主要包括水稻細(xì)胞工程育種，分子標(biāo)記育種和轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)等方面。關(guān)鍵字：水稻，生物技術(shù)，育種，分子標(biāo)記，轉(zhuǎn)基因。水稻是世界上最重要的糧食作物之一,約有1/3以上的人口以稻米為主食。水稻矮化育種和雜種優(yōu)勢(shì)利用技術(shù)的應(yīng)用使水稻的產(chǎn)量得到了大幅度的提高。自生物技術(shù)應(yīng)用到水稻育種上以后,在抗病蟲、抗逆以及高產(chǎn)等方面都有了很大的進(jìn)展。水稻細(xì)胞工程包括花藥和花粉培養(yǎng)的應(yīng)用，

2、體細(xì)胞無(wú)性系培養(yǎng)及突變體篩選，原生質(zhì)體融合和體細(xì)胞雜交等。分子標(biāo)記遺傳育種包括遺傳圖譜的構(gòu)建，親緣關(guān)系的分析，農(nóng)藝性狀定位以及其他方面的應(yīng)用等。轉(zhuǎn)基因育種包括：抗病蟲性的改良，抗逆性改良，品質(zhì)性狀改良等?，F(xiàn)代生物技術(shù)在水稻育種上的應(yīng)用大幅度地提高了作物育種和遺傳學(xué)研究水平。1．水稻細(xì)胞工程育種1．1花粉的培養(yǎng)應(yīng)用1964年Gula首次報(bào)道毛葉曼陀羅花培成功。1969年新關(guān)和大野獲得了粳稻花培小植株，從而在整個(gè)禾谷類花藥培養(yǎng)研究中首次獲得突破。隨著技術(shù)的改進(jìn),秈稻花藥培養(yǎng)與游離花粉培養(yǎng)也相繼成功。我國(guó)水稻

3、花培育種始于1970年,1975年首次應(yīng)用此法育成水稻新品種“單豐1號(hào)”、“花育1號(hào)”等。至今已用花藥培養(yǎng)方法育出近100個(gè)水稻新品種和新品系,其中“花寒早”、“中花8號(hào)”、“中花9號(hào)”都已大面積推廣。在常規(guī)育種中，由于雜種后代的不斷分離,需經(jīng)多代自交、連續(xù)選育才能得到一個(gè)穩(wěn)定的后代,要育成一個(gè)新品種,一般要8~10年的時(shí)間。應(yīng)用花藥培養(yǎng)獲得的單倍體植株,經(jīng)染色體加倍就可以獲得純合二倍體,由于這種純合二倍體在遺傳上是穩(wěn)定的,從而可以大大縮短雜交育種所需的年限。來(lái)自于小孢子的雙單倍體花粉植株的表現(xiàn)型和基因

4、型一致,沒有顯性基因?qū)﹄[性基因的掩蓋現(xiàn)象,對(duì)表現(xiàn)型的選擇就是對(duì)基因型的選擇,從而提高了選擇效率?；ㄅ嗉夹g(shù)被廣泛應(yīng)用于基因重組的育種項(xiàng)目,如光敏感核不育基因與廣親和基因重組的育種。1．2體細(xì)胞無(wú)性系培養(yǎng)及突變體篩選多年來(lái),遺傳育種工作者們?cè)谕蛔冇N方面雖已取得許多出色的成就,但是常規(guī)誘變育種主要以種子與植株等材料作為誘變與篩選的對(duì)象,存在著誘變效率不高,篩選時(shí)間長(zhǎng)和田間工作量大等困難。Carlson(1970)從煙草細(xì)胞中成功地篩選出突變體后,在水稻上也開始利用離體培養(yǎng)的細(xì)胞在細(xì)胞水平上直接進(jìn)行誘變與篩選

5、突變體的研究。游離的植物細(xì)胞、原生質(zhì)體或小孢子的群體都是進(jìn)行誘變與篩選突變體的好材料。由于現(xiàn)有的細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能保證使任何的植物細(xì)胞都形成再生植株,因而小細(xì)胞團(tuán)和新鮮的小愈傷組織常用做起始材料。培養(yǎng)細(xì)胞處在不斷分化生長(zhǎng)狀態(tài),它就容易受培養(yǎng)條件和外加壓力(如射線、化學(xué)物質(zhì))的影響而產(chǎn)生突變,從中可以篩選出有用的突變體,從而育成品種。目前用這種方法已篩選到抗病、抗鹽、高賴氨酸、高蛋白、矮稈高產(chǎn)的突變體,有些已用于生產(chǎn)。Chaleff和Carlson(1975)從經(jīng)過(guò)誘變處理的水稻細(xì)胞中分離出抗AEC的

6、細(xì)胞系,有的積累了比正常水平約多兩倍的游離賴氨酸,蛋白質(zhì)中的賴氨酸含量也有所提高,但未獲得再生植株。Schaeffer(1978、1981)通過(guò)用含AEC的培養(yǎng)基進(jìn)行組織培養(yǎng),從未經(jīng)誘變處理的水稻花粉愈傷組織篩選出34個(gè)抗AEC的細(xì)胞系,并從其中的2個(gè)細(xì)胞系獲得再生植株10株,僅有2株產(chǎn)生了自交的第一代種子。經(jīng)測(cè)定,種子中的賴氨酸含量比對(duì)照約高10%,精氨酸、丙氨酸與天冬酰胺的含量也有所提高,蛋白質(zhì)的含量也比對(duì)照高。以NaCl和海水為選擇劑,通過(guò)離體培養(yǎng)與篩選,分別從水稻未成熟胚與花粉的愈傷組織獲得了耐

7、鹽的再生植株與種子。Zhang等在研究水稻耐鹽突變體時(shí),發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)定遺傳8~9代的水稻耐鹽突變體M-20中,存在耐鹽主效基因,并且利用RFLP技術(shù)將其定位于水稻染色體上,這個(gè)耐鹽主效基因的分離正在進(jìn)行中。通過(guò)細(xì)胞突變體的篩選,已獲得了抗稻瘟病、胡麻斑病、白葉枯病的水稻植株。具有中熟高產(chǎn)、抗寒和抗病等特性的黑珍米、中組1號(hào)、組培7號(hào)等水稻新品種,都是通過(guò)細(xì)胞突變體篩選而育成的。1．3原生質(zhì)體融合和體細(xì)胞雜交原生質(zhì)體融合技術(shù)在雙子葉植物中得到了廣泛的應(yīng)用,隨著原生質(zhì)體融合技術(shù)的成功,在禾本科植物中的應(yīng)用也多了

8、起來(lái),水稻是禾本科中最先取得融合、再生成功的植物之一。原生質(zhì)體融合技術(shù)在水稻上的應(yīng)用可以解決遠(yuǎn)緣雜交的不親和性,從而獲得利于向育種目標(biāo)發(fā)展的雜種優(yōu)勢(shì)近年來(lái)植物細(xì)胞遺傳操作技術(shù)進(jìn)步較快。通過(guò)融合前原生質(zhì)體的處理,人們可以控制融合方式,實(shí)現(xiàn)從完全對(duì)等的融合到轉(zhuǎn)移部分基因組或只轉(zhuǎn)移細(xì)胞質(zhì)因子的不對(duì)稱融合。目前實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱融合的方法：1應(yīng)用紡綞體毒素處理基因供體細(xì)胞2應(yīng)用染色體濃縮劑和放射線等技術(shù)處理基因供體細(xì)胞。射線處理更適合于植物細(xì)胞融合的前處理