DNA分子标记技术在农作物种子质量检验中的应用_梅眉

专题介绍 REV I EW
D N A 分子标记技术在农作物种子质量检验中的应用
梅眉 1 陆璐 1,2*
1 甘肃农业大学农学院,兰州,730070;2 中国热带农业科学院生物技术研究所 热带作物生物技术国家重点实验室,海口,571101 * 通讯作者,l ul u636@ 163. net
种子质量是农业生产中的重要元素， 它包括种子真实性和品种纯度 2 个方面。目前检测种子质量 大致主要有 3 种方法： 大田鉴定法， 生化标记鉴定法和 D N A 分子标记鉴定法。大田鉴定法和生化标记鉴定 法在实践过程中存在着一些无法解决的问题， 使得它们的应用受到一定的局限性。 D N A 分子标记技术是随 着分子生物学的发展而发展起来的一种新型的鉴定方法。它具有简便、 快速、 准确的特点， 弥补上述 2 种传 统鉴定法的缺点。本文对几种生产中常用的 D N A 分子标记技术根据其特点进行了分类， 介绍了每种标记 方法的基本概念， 基本原理， 并对其应用过程中优缺点进行了简要概括； 主要就每种标记技术在种子真实 性和品种纯度检测应用方面对前人的研究进行了详细综述；列举了理想的作物种子真实性和品种纯度鉴 定方法应该满足的基本要求。D N A 分子标记技术在农作物种子真实性和品种纯度鉴定方面存在的问题主 要是， 目前还没有建立专门针对杂交种纯度检测的分子标记， 这也制约了分子标记应用的普遍性。D N A 分 子标记技术与大田鉴定法和生化标记鉴定法相比具有独特之处，故在农作物种子真实性和品种纯度检验 中成为首选的方法。但是其更为广阔的应用前景还有赖于 D N A 分子标记技术的进一步发展。 D N A 分子标记,种子真实性,品种纯度,质量检验
The s eed qual i t y,w hi ch i ncl udess eed pur i t y and s eed aut hent i ci t y,i san i m por t antel em enti nt he agr i cul t ur e pr oduct i on pr act i ce.Ther e ar e m ai nl yt hr ee m et hodst oi dent i f yt he s eed qual i t y:f i el d m or phol ogi cal i dent i f i cat i on m et hod, bi ochem i cal m ar ker i dent i f i cat i on m et hod and D N A m ol ecul ar m ar ker i dent i f i cat i on m et hod.Som ef at alpr obl em sexi s t i ng i nt he f i el d m or phol ogi cali dent i f i cat i on m et hod and bi ochem i calm ar keri dent i f i cat i on m et hod can not be s ol ved i nt he agr i cul t ur e pr act i ce,w hi ch r es t r i ct st hei rf ur t her devel opm ent . H ow ever ,D N A m ol ecul arm ar kert echni que i sa new i dent i f i cat i on m et hod devel oped w i t ht he evol ut i on oft he m ol ecul arbi ol ogy.I tm akesup t he def i ci ency oft he f i el d m or phol ogi cali dent i f i cat i on m et hod and bi ochem i cal m ar keri dent i f i cat i on m et hod w i t hi t sm or e accur at e,m or e conveni entand f as t erappr oach.Sever alD N A m ol ecul arm ar ker si n com m on us e ar e cl as s i f i ed accor di ng t ot hei rs peci alchar act er si nt hi s paper .The appl i cat i ons of each D N A m ol ecul arm ar ker si nt he s eed pur i t y and s eed aut hent i ci t yt es tar e m ai nl yr evi ew ed w i t h m any pr evi ouss t udi esaf t ert hei rnot i ons ,bas i cpr i nci pl es ,advant agesand di s advant agesi n pr act i ce ar e pr oduced.M or eover , t he es s ent i alr equi r em ent sofan i dealm et hod t oi dent i f ys eed pur i t y and s eed aut hent i ci t y ar es how ed i nt he paper .The pr i m ar y pr obl em oft he D N A m ol ecul arm ar kert echni que on t heappl i cat i on i nt he i dent i f i cat i on ofs eed pur i t y and s eed aut hent i ci t yi st hatt her ei s no s peci alD N A m ol ecul arm ar kert echni ques es t abl i s hed f ort he hy
大田鉴定法以种子幼苗叶花果实花粉等组织器官的颜色形态等农艺性状作为鉴定的观测指标在生产实践中虽然是一种传统的方法但大田鉴定需额外占用土地周期长花费大不仅受季节限制而且很多性状的表现受栽培措施及环境因子的影响鉴定者的观察经验也制约着鉴定的准确性
2005 年， 分子植物育种， 第 3 卷， 第 1 期， 第 129－134 页 M ol ecul arPl antBr eedi ng,2005,V ol . 3,N o. 1,129－134
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分子植物育种 M ol ecul arPl antBr eedi ng
br i ds eed pur i t yt es tatt he pr es entt i m e,w hi ch l i mi t st he appl i cat i onst o a cer t ai n ext ent .The par t i cul ars uper i or i t i esoft he D N A m ol ecul arm ar kert echni quescom par ed w i t ht he f i el d m or phol ogi cali dent i f i cat i on m et hod and bi ochem i calm ar keri dent i f i cat i on m et hod m ake i tpr ef er r ed appr oach i nt he s eed qual i t yi dent i f i cat i on.Buti ti s s ur et os ay t he pr os pectofi t sm or ewi del y appl i cat i on i nt he s eed qual i t yi dent i f i cat i on dependson i t sf ur t herdevel opm ent . D N A m ol ecul arm ar ker s ,Seed genui nenes s ,Cul t i varpur i t y,Q ual i t yt es t i ng 种子是农业生产最基本的生产资料， 种子质量 的优劣直接影响到农业生产。种子真实性和品种纯 度代表着种子的遗传品质， 是种子质量检验的两项 eed genui nenes s 首要内容。种子真实性 （s ） 是指一批 种子所属品种、 种或属与文件 （ 品种证书、 标签等） 是否相同， 是否名符其实。 品种纯度 （ cul ） t i varpur i t y 是指品种在特征特性方面典型一致的程度， 即一批 种子中 （ 或良种繁殖田块中） 本品种的种子数 （ 或 株、 穗数） 占供检本作物 （ 种） 样品数的百分率。 目前，检验农作物品种真实性和纯度大致有 3 种方法，即：大田形态鉴定法、生化标记鉴定法、 D N A 分子标记鉴定法。大田鉴定法以种子、幼苗、 叶、 花、 果实、 花粉等组织器官的颜色、 形态等农艺 性状作为鉴定的观测指标， 在生产实践中虽然是一 种传统的方法， 但大田鉴定需额外占用土地， 周期 长， 花费大， 不仅受季节限制， 而且很多性状的表现 受栽培措施及环境因子的影响， 鉴定者的观察经验 也制约着鉴定的准确性。另外， 大量新品种的不断 涌现又增加了鉴定难度， 有的新品种本身就缺乏可 资鉴定的新农艺性状。生化鉴定法包括蛋白质电泳 和同工酶电泳，特异酶类的活性试验及抗体反应 等。其中， 同工酶电泳和种子蛋白电泳得到日益广 泛的应用。同工酶和种子贮藏蛋白均是不同品种结 构基因的直接表达产物， 它们在种类、 数量、 大小及 结构等方面的多样性能在一定程度上反映不同品 第一， 其 种 D N A 组成上的差异。但也有其局限性： 变异位点有限， 要求其蛋白产物易提取且易通过电 泳来检测。第二， 蛋白质多态性有较严格的组织与 时间表达特异性。第三,蛋白质或同功酶极不稳定， 受环境影响较大。正是由于上述问题， 导致了蛋白 质与同功酶技术应用的局限性。 DNA 分子标记是以生物体的遗传物质， 即 D N A 分子的多态性为基础的遗传标记，组成 D N A 分子的 4 种核苷酸在排列次序或长度上的任何差 异都会产生 D N A 分子的多态性。 用 D N A 分子标记 方法鉴定种子质量， 就是利用父本、 母本及杂交种 D N A 分子标记大多是生物基因组 D N A 经限 制性内切酶酶切、 聚合酶链式反应扩增或两者结合 等措施处理后电泳，以电泳谱带的形式表现 D N A 的多态性。依其所用的分子生物学技术， 应用于作 物杂交种纯度检测的分子标记大致可分为以下几 类。 之间稳定遗传的 D N A 分子的多态性来进行鉴定区 分。由于 D N A 分子标记能够散布整个基因组， 并能 对多个至几十个基因位点同时进行标记， 因此理论 上能够区分种子在基因型上存在的任何微小差异。 以下就几种常用的 D N A 分子标记的原理及其在农 作物种子质量检验中的研究应用概况予以综述,以 期为我国的农业生产服务。
A ppl i cat i on ofD N A M ol ecul arM ar ker s Techni que on Q ual i t y Tes t i ng of Cr op Seed
1 M eiM ei Lu Lu1,2*
1A gr onom y Col l ege,G ans u At y,Lanzhou,730070;2 I ns t i t ut e ofBi os ci ence and Bi ot echnol ogy,St at e K ey Labor at or y ofTr opi cal Cr opsBi ot echnol ogy,Chi nes eA cadem y ofTr opi calA gr i cul t ur eSci ence,H ai kou,571101 *Cor r es pondi ng aut hor ,l ul u636@ 163. net