现代生物技术在植物育种上的应用

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第一节 细胞工程与育种
• 组织与器官培养的类别 • 组织与器官培养的应用
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第一节 细胞工程与育种
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一、组织与器官培养
• 茎尖和分生组织培养 • 胚培养 • 胚珠和子房培养 • 胚乳培养 • 离体叶的培养
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相关的专业术语
• 细胞全能性： • 外植体： • 愈伤组织 • 胚状体 • 继代培养
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• 1960年，Kocking用酶法制备高等植物原生质体首次获得成功 • 1971年，Takebe首次从离体烟草原生质体培养中获得再生完整植株 • 1972年，Carlson首次获得粉蓝烟草和郎氏烟草的细胞杂种，是第一
• 亚原生质体：在原生质体分离过程中，有时会引起细胞内 含物的断裂而形成一些较小的原生质体。可以具有细胞核 或没有细胞核
• 核质体：由原生质膜和薄层细胞质包围细胞核形成的小原 生质体，即微小原生技击体
• 胞质体：不含细胞核而仅含有部分细胞质的原生质体
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原生质体的分离和培养
• 无菌试管苗叶片
生物技术是在分子生物学和细胞生物学基础上结合现代工程 学的方法和原理而发展起来的一门综合性科学技术
应用范围广泛：医药卫生、农林牧渔、轻工、食品、化
工和能源等领域。
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植物方面：产量、品质、抗病虫、抗逆性等， 以细胞工程、基因工程、分子标记辅助育种为核心的生 物技术在植物育种中已得到广泛应用。
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芦笋性染色体（XY）
超雄植株：有性染色 体的纯合体
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三、原生质体培养
• 原生质体培养： protoplast culture
• 体细胞杂交 Somatic hybridization
• 原生质体融合 Protoplast fusion
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相关概念
• 原生质体：指除去细胞壁的细胞或是一个被质膜所包围的 裸露细胞。
• 加倍后可迅速获得纯合型材料，缩短育种年限 • 获得育种中间材料 • 与诱变育种相结合可以提高诱变频率，使育种途径更具有实际应用意
义，无籽三倍体的获得 • 作为遗传工程受体更为有效 • 用于基础遗传学研究的各个领域 • 获得超雄植株（YY） • 可获得异源体附加系，代换系和易位系 • 节省田间试验的土地和劳力 • 克服远缘杂交不育性与分离的困难 • 提高选择的正确性和效率
主要涉及： 组织与细胞培养、体细胞突变体筛选、原生质体培养与体 细胞杂交、单倍体细胞培养、体细胞胚胎发生与生物反应 器、基因分离和转移和分子标记辅助选择育种等技术
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生物技术应用于育种的必要性
• 1、人类21世纪面临的三大问题
（人口、资源、环境）
• 2、传统育种方法的局限
• 3、生物技术的创造性
• （1）打破自然生殖隔离，生物可共享一个基因库 • （2）有目的地进行基因重组，克服不良连锁 • （3）有效克服环境影响，选择更可靠
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生物技术在植物育种中应用的重要意义
生物技术应用于植物育种，可以解决传统育种的 一些特殊困难，扩大育种的基因来源，提高鉴定 和摆地摊的可靠性，加快育种进程，加速繁殖， 提高育种效率等，对于解决人口与食物问题以及 生物能源问题，具有十分重要意义。
生物技术在植物育种 中的应用
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主要内容
• 生物技术的概念和范围 • 细胞工程与育种 • 基因工程与育种 • 分子标记辅助育种
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生物技术
• 生物技术也称生物工程，是指以现代生命科学为基础，结合 先进的工程手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设 计，发行生物体或加工生物原料，为人类生产出所需的产品 或达到某种目的的一门新兴、综合性学科。
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组织与器官培养过程可分四个阶段
无菌培养物的建立 营养繁殖体的增殖
生根培养 植株移栽
各阶段在培养基、 生长调节剂的配 比和浓度、培养 方式和环境上都 有不同的要求
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组织和器官培养在育种中的作用
• 加快植物新品种和育种繁殖速度 • 培养无病毒苗木 • 诱发和离体筛选突变体 • 进行种质资源长期保存和远距离运输 • 获得倍性不同的植株 • 克服种子和萌发中的障碍 • 克服远缘杂交困难 • 提供育种中间材料
• 上胚轴和子叶 纤维素酶和果胶酶
• 愈伤组织 • 培养细胞
酶解
培养方法
液体浅层培养 固体平板培养 固液双层培养 琼脂糖珠培养
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原生质体
培 养 基
原生质体 培养
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四、体细胞杂交
• 定义：将两个不同亲本的原生质体，经人工诱导融合并 培养成植株的过程，统称为体细胞杂交（A+B）
• 几种不同的表述： • 体细胞杂交：somatic hybridization • 细胞融合:Cell fusion • 无性杂交: asexual hybridization • 原生质体融合：Protoplast fusion • 超性杂交: Parasexual hybridization • 超性融合: Parasexual hybridization • 细胞工程: Cell engineering
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7. 提供育种中间材料
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二、花药和花粉培养
花药培养：其外植体为植物 雄性器官的一部分，就培养 方法和技术来讲于器官培养 的范畴
花粉培养：将处于一定发育 阶段的花粉从花药中分离， 再加以离体培养，有时花粉 培养也称为小孢子培养，从 培养方法和技术方面讲，属 于细胞培养的范围
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1. 加快植物新品种和育种繁殖速度
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2. 培养无病毒苗木
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3. 诱发和离体筛选突变体
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4. 获得倍性不同的植株
二倍体（左） 多倍体（右）
水稻
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5. 克服种子和萌发中的障碍
种子萌发全过程
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6. 克服远缘杂交困难
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花药培养的基本程序
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花粉发育时期
四分体
小孢子
单核花粉 双核花粉 最适期
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花粉及小孢子培养
• 1、取材时期的确定
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• 花药培养与小孢子培养的目的一样，为获得单倍体。 • 单倍体（haploid):指具有配子体染色体数的孢子体（植物
个体）
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单倍体在育种中的作用：