细胞工程技术在作物育种上的研究与应用新进展

细胞工程技术在作物育种上的研究与应用新进展

（云南农业大学农学与生物技术学院，昆明650201）

摘要

根据文献研究结果, 系统地综述了染色体工程技术、原生质体培养、花药培养、细胞培养与无性系筛选、组织培养与体细胞杂交等细胞工程技术, 在国内外农作物育种开发应用后所取得的新进展、新成果, 以及这些新成果的产业化, 对促进中国农业生产的发展所起的作用。预测并展望了细胞工程技术在未来农作物育种中的开发应用前景。

关键词：细胞工程; 作物育种; 染色体工程技术; 原生质体培养; 杂交

Progress of Studies on Molecular Mech anisms of Regulation in

Seed Germination

（Agronomy and Biotechnology Institute of Yunnan Agricultural University，Kunming

650201）

ABSTRACT

According to literature findings, systematically reviewed Chromosome Engineering, protoplast culture, anther culture, cell culture and clonal screening, tissue culture and somatic cell hybrid cell engineering technology, in the development and application of domestic and international crop breeding newprogress and new achievements, and these new achievements in industry, the role to promote the development of China's agricultural production. Forecast and prospects of the development and application prospects of cell engineering technology in the future crop breeding.

Key words:Cell Engineering; crop breeding; chromosome engineering technology; protoplast culture; hybrid

细胞工程技术在作物育种上的研究与应用新进展

1引言

植物细胞工程是以细胞的全能性和体细胞分裂的均等性作为理论依据，在细胞水平上对植物进行操作的育种新技术。植物细胞工程包括染色体工程技术、原生质体培养、花药培养、细胞培养与无性系筛选、组织培养与体系胞杂交、器官与胚胎培养、植物脱毒快速繁殖与人工种子生产技术等。

近年来，在该领域的研究最引人注目的是细胞融合技术及细胞杂交)，并取得一些突破性研究进展。细胞融合是应用经紫外线灭活的病毒(如仙台病毒)或以聚乙二醇和溶血卵磷脂处理体外培养细胞，使其细胞质膜发生改变，导致细胞互相合并而成多核体[。同种细胞的融合称为同核体，不同种细胞的融合称为异核体。后者在以后的分裂过程中，不同遗传型染色体混合产生单核合核体。应用这一技术可以分析细胞的质核关系、基因表现的调节和基因在染色体上的定位。应用细胞融合可以大量培育新的生物类型。细胞杂交是应用细胞融合技术，使不同种细胞的细胞质和细胞核合并。由不同种的体细胞经过细胞融合后形成双核细胞，染色体在分裂过程中互混后产生的杂交单核子细胞便是杂交细胞，也称合核体。运用此法，亦可改变生物性状，培育出大量适合人类需求的新品系。近20年来世界各国将植物细胞工程技术应用于作物育种后，取得一系列重大进展与突破，其开发应用研究新成果已广泛应用于农业生产，促进了农业科技进步与生产发展。

2 材料与方法

2.1 植物染色体工程技术

植物染色体工程是将某种植物的某一对染色体，按照人们的意图进行附加、消减、代换或易位，丛而使外源基因导入作物品种，以丰富栽培作物的遗传基因，扩大有利变异范围，是农作物育种工作能获得突破性进展的育种新技术。

近年来国内外将染色体工程技术在农作物育种上进行开发应用研究后取得了较大进展，尤其在小麦育种上的成效尤为突出。美、英、法、原西德与前苏联等国家，通过染色体工程技术，已成功地从黑麦、山羊草、偃麦草属的某些物种，向栽培小麦品种中

转移并导入了抗锈病、白粉病和条斑花叶病地等基因，育成了一批有应用价值的抗病品种和品系，有的已在生产上大面积推广应用。

在中国也通过植物染色体工程技术育成了一批优良小麦新品种。如西北植物研究所的专家将小麦与长穗偃麦草杂交育成了小偃4 号、小偃 5 号、小偃 6 号，其中小偃 6 已成为中国北方冬麦区的主栽品种，累计推广面积超过360×104hm2。该品种的选育成果荣获国家发明一等奖。黑龙江农科院通过小麦与中间偃麦草杂交育成新曙光等品种。此外，西北植物研究所还利用植物染色体工程技术，进行异源染色体代换，育成VE 小麦雄性不育系，通过三属四种的杂交，创造了穗型较大的超矮杆小麦。在染色体工程系统材料方面，国外已建立了小麦单、缺体和端体系统，小黑麦异附加系，大、小麦异附加系，小簇麦异附加系，水稻三体系统等的全套或部分材料，以及一些代换系和易位系。这些系统材料，对小麦、水稻新品种选育，对基础理论的研究均起到了重要作用。在国内也研究成功一批植物染色体工程材料，如吉林师范大学、南京农业大学、中国科学院遗传研究所和武汉大学等单位，均研究并选育成功小黑麦、小偃麦、小簇麦的异附加系与水稻三体等系统材料[1]。

另据《北京科技报》报道，中国棉花染色体育种获得重大突破。山西农业大学与中国农科院棉花所合作，经过10 年艰辛研究，终于用棉属中A 染色体组的亚洲棉与G染色体组的澳洲野生比克棉，人工合成AG复合染色体组亚比棉。经过专家鉴定，一致认为该项成果属国际首创。亚比棉的与育成，不仅增加了一个新的复合染色体组，而且培育成功棉花异源四倍体新种质。新育成的亚比棉集棉、油、蛋白质多用途于一体，并具有抗病虫、鼠害的优良种性，与采用常规方法育成的棉花品种相比，其推广应用前景更为广阔。

2.2 原生质体培养技术

植物原生质体是指用特殊方法脱去细胞壁后裸露的有生活力的原生质体团。这种裸露的细胞原生质团，仍然具有细胞的全能性，在适宜的外界环境条件下，还可形成细胞壁，进行有丝分裂，形成愈伤组织再生植株[12~13]。原生质体培养就是以这种裸露的细胞原生质体作为外植体进行离体培养。进行原生质体培养的主要目的，是实现远缘物种的体细胞杂交，外源 DNA 染色体或细胞器的导入，从而对受体植物进行遗传性状的改良。原生质体分离培养及再生的成功，为转移与导入外源DNA、改良作物品质，提高产量，提提供了一种创新的技术途径[14~15]。

鉴于原生质体培养在农作物新品种选育上所起的特殊作用，近 20 年来世界各国都