植物分子育种学45页PPT
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《分子育种》课件
基因编辑技术为农作物和动物的遗传改良提供了强有力的工具，可以实现对特定基因的敲除、敲入和敲减等操作，从而达到改良品种和提高生产性能的目的。
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历史回顾
自20世纪50年代以来，分子育种经历了从传统育种到基因工程育种的发展历程，技术手段不断更新和完善。
02
分子育种技术
基因克隆技术是一种通过无性繁殖的方式，将一个DNA片段复制出多个相同片段的技术。
该技术包括限制性内切酶、DNA连接酶和质粒等关键酶和元件，通过限制性内切酶将DNA双链切开，再利用DNA连接酶将切开后的DNA片段与质粒连接，最后将连接产物导入宿主细胞中，实现基因的克隆。
特点
提高育种效率
分子育种能够大幅度缩短育种周期，提高育种效率，加速新品种的培育进程。
优化品种性状
通过精确地定向改良，分子育种能够显著改善品种的性状，提高农作物的产量、品质和抗逆性。
促进农业可持续发展
分子育种有助于培育抗病虫害、抗除草剂等新品种，减少化学农药的使用，降低环境污染，促进农业可持续发展。
提高玉米的抗逆性和产量，减少农药使用，降低生产成本，对保障全球粮食安全具有重要意义。
转基因玉米的争议
关于转基因食品的安全性、对环境和生态的影响等方面存在争议，需要进一步研究和评估。
转基因玉米的研发过程
利用转基因技术将抗虫、抗病、抗旱等外源基因导入玉米细胞，经过组织培养获得转基因植株，再经过多代选育和试验，最终获得具有优良性状的转基因玉米品种。
通过基因工程技术，研发新型疫苗，预防传染病。
疫苗研发
《分子育种》PPT课件
利用分子育种手段保护濒危畜禽 品种资源，维护生物多样性。
通过分子设计育种技术创制具有 自主知识产权的畜禽新品种，提
升我国畜牧业的国际竞争力。
06
分子育种面临的挑战与展望
分子育种面临的技术挑战
基因组编辑技术的精确性和效率
尽管CRISPR-Cas9等基因组编辑技术为分子育种带来了革 命性突破，但其精确性和效率仍需进一步提高，以减少脱 靶效应和基因表达的不可预测性。
结合传统育种和分子育种技术，创制 出适应未来农业发展的多功能作物新 品种。
利用合成生物学手段，设计并构建人 工生物系统，实现作物的多功能化。
05
分子育种在畜牧业中的应用
提高畜禽生产性能
通过基因编辑技术，精准改良 影响畜禽生长、繁殖等性状的 关键基因，提高生产性能。
利用分子标记辅助选择，快速 筛选具有优良生产性能的畜禽 品种。
《分子育种》PPT课 件
目录
• 引言 • 分子育种的基本原理 • 分子育种的技术方法 • 分子育种在作物改良中的应用 • 分子育种在畜牧业中的应用 • 分子育种面临的挑战与展望
01
引言
分子育种的背景与意义
背景
随着生物技术的飞速发展，分子 育种应运而生，为作物遗传改良 提供了新途径。
意义
分子育种可实现基因水平的精准 改良，提高作物产量、品质和抗 逆性，对保障粮食安全具有重要 意义。
基因编辑技术可能带来生物安全风险和伦理问题，需要进行严格的安全
评估和伦理审查。
03
分子育种的技术方法
分子标记技术
基于DNA的分子标记
利用DNA序列多态性进行标记，如RFLP、SSR等。
基于RNA的分子标记
利用RNA表达水平多态性进行标记，如SNP、EST等。
《作物分子设计育种》课件
作物适应性提升
利用分子设计育种技术提高作物对环境适应的能 力，增强其抗逆性。
作物遗传多样性保护
利用分子设计育种技术保护作物自然遗传多样性。
未来展望
分子设计育种有望在粮食安全、生态环境保护和 可持续农业发展方面发挥重要作用。
实践案例分享
水稻分子设计育种
利用分子设计育种技术改良水稻 的产量和抗逆性，为粮食安全做 出贡献。
玉米分子设计育种
通过分子设计育种技术提高玉米 的品质和耐旱性，满足不同地区 的种植需求。
小麦分子设计育种
利用分子设计育种技术改良小麦 的抗病性和适应性，提高产量和 品质。
总结
• 分子设计育种的优势是可以针对性地改良作物的特性，提高产量和适应性。 • 分子设计育种的挑战是技术的复杂性、道德伦理的问题以及公众对基因编辑的质疑。 • 分子设计育种有着广阔的应用前景，可以为粮食安全和农业发展做出重要贡献。
《作物分子设计育种》PPT课 件
探索作物分子设计育种的原理、方法和应用，以及未来的发展前景。
简介
作物分子设计育种是一种利用基因编辑技术、基因质量控制技术、基因组学 与表观遗传学技术和分子标记辅助选择技术等手段来改良作物的育种方法。
原理与方法
1
基因编辑技术
利用CRISPR/Cas9等工具精确编辑作物
基因质量控制技术
2
基因，实现目标性状的改良。
通过筛选、鉴定和优化基因变异体，提
高作物的遗传质量。
3
基因组学与表观遗传学技术
研究作物基因组和表观遗传调控机制，
分子标记辅助选择技术
4
为作物育种提供理论基础。
利用分子标记鉴定和选择具有优良特性 的作物品种。
应用与前景
利用分子设计育种技术提高作物对环境适应的能 力，增强其抗逆性。
作物遗传多样性保护
利用分子设计育种技术保护作物自然遗传多样性。
未来展望
分子设计育种有望在粮食安全、生态环境保护和 可持续农业发展方面发挥重要作用。
实践案例分享
水稻分子设计育种
利用分子设计育种技术改良水稻 的产量和抗逆性，为粮食安全做 出贡献。
玉米分子设计育种
通过分子设计育种技术提高玉米 的品质和耐旱性，满足不同地区 的种植需求。
小麦分子设计育种
利用分子设计育种技术改良小麦 的抗病性和适应性，提高产量和 品质。
总结
• 分子设计育种的优势是可以针对性地改良作物的特性，提高产量和适应性。 • 分子设计育种的挑战是技术的复杂性、道德伦理的问题以及公众对基因编辑的质疑。 • 分子设计育种有着广阔的应用前景，可以为粮食安全和农业发展做出重要贡献。
《作物分子设计育种》PPT课 件
探索作物分子设计育种的原理、方法和应用，以及未来的发展前景。
简介
作物分子设计育种是一种利用基因编辑技术、基因质量控制技术、基因组学 与表观遗传学技术和分子标记辅助选择技术等手段来改良作物的育种方法。
原理与方法
1
基因编辑技术
利用CRISPR/Cas9等工具精确编辑作物
基因质量控制技术
2
基因，实现目标性状的改良。
通过筛选、鉴定和优化基因变异体，提
高作物的遗传质量。
3
基因组学与表观遗传学技术
研究作物基因组和表观遗传调控机制，
分子标记辅助选择技术
4
为作物育种提供理论基础。
利用分子标记鉴定和选择具有优良特性 的作物品种。
应用与前景
植物分子育种学PPT共46页
植物分子育种学
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
谢谢你的阅读❖ 知识就是财富 Nhomakorabea❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
植物育种学PPT课件
② Cytoplasmic male sterility : controlled by mitochondria or chloroplast 细胞质雄性不育:由线粒体或叶绿体控制
25
Exercise 思考题
► How many types there are about genes interaction? 基因互作有哪些类型？
② Asexual, or vegetative reproduction: 无性或营养生殖是有 性生殖的替代方式
3
4
2 Genetic Materials 遗传物质
① Genetic materials of plant consist of DNA, RNA and protein 植物的遗传物质包括三个基本成分：DNA、RNA和蛋白质
20
6. Polyploidy 多倍性
① Concepts 概念 A. Genome: An entire set of chromosomes (n) 基因组：一套完整的染色体（n） B. Autoploids: have three or more copies of the same genome 同源多倍体：具有两个或多个相同的基因组 C. Alloploids: have three or more different genomes 异源多倍体：具有两个或多个不同的基因组
24
8. Cytoplasmic (Non-mendelian) Inheritance 细胞质（非孟德尔）遗传
① Cytoplasmic inheritance: controlled by cytoplasmic factors, nonchromosomal, non-Mendelian, or maternal inheritance 细胞质遗传：由细胞质因子控制，非染色体、非 孟德尔、母系遗传
25
Exercise 思考题
► How many types there are about genes interaction? 基因互作有哪些类型？
② Asexual, or vegetative reproduction: 无性或营养生殖是有 性生殖的替代方式
3
4
2 Genetic Materials 遗传物质
① Genetic materials of plant consist of DNA, RNA and protein 植物的遗传物质包括三个基本成分：DNA、RNA和蛋白质
20
6. Polyploidy 多倍性
① Concepts 概念 A. Genome: An entire set of chromosomes (n) 基因组：一套完整的染色体（n） B. Autoploids: have three or more copies of the same genome 同源多倍体：具有两个或多个相同的基因组 C. Alloploids: have three or more different genomes 异源多倍体：具有两个或多个不同的基因组
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8. Cytoplasmic (Non-mendelian) Inheritance 细胞质（非孟德尔）遗传
① Cytoplasmic inheritance: controlled by cytoplasmic factors, nonchromosomal, non-Mendelian, or maternal inheritance 细胞质遗传：由细胞质因子控制，非染色体、非 孟德尔、母系遗传
【精品】绪论---植物育种学PPT课件
• 采用适当的育种途径和方法，选育适于该地区生态、生产 条件，符合生产发展需要的优良品种；（育种工作）
• 在繁殖、推广过程中，保持并提高种性，提供质优量足成 本低的生产用种。（良种繁育工作）
（二） 植物育种学的主要内容
1.育种目标的制订及实现目标的相应策略； 2.种质资源搜集、保存、研究、利用和创新； 3.植物的繁殖方式及其与育种的关系； 4.选择的理论与方法； 5.人工创造变异的途径、方法和技术； 6.杂种优势利用的途径与方法； 7.目标性状的遗传、鉴定及选育方法； 8.育种各阶段的田间试验技术； 9.新品种的审定推广和种子生产。
Ⅲ 主要目标育种
第十三章 抗逆性育种 (4学时) 第十四章 品质育种 (2学时)
Ⅳ 品种审定和良种繁育
第十五章 品种审定与良种繁育 (2学时)
既是科学，又是艺术，还是机会！
绪论(1学时)
• 基本要求：了解植物育种学的基本任务和 主要研究内容。
• 重 点：植物品种的概念。
一、植物进化与遗传改良 二、植物育种学的任务和内容 三、植物育种学的发展 四、品种的概念和作用 五、植物育种的成就与展望
四、教学内容、学时分配及基本要求
第十四章 品质育种（2学时） • 基本要求：了解掌握品质的概念、大田作物
和园艺作物品质性状及遗传特点、品质育种 方法。 • 重点：品质性状的遗传及品质育种方法。 • 难点：品质性状的遗传及品质育种方法。
四、教学内容、学时分配及基本要求
第十五章 品种审定与良种繁育（2学时） • 基本要求：掌握品种审定的任务、组织体制
资源的保存。 • 难点：植物起源中心学说。
四、教学内容、学时分配及基本要求
第三章 植物的繁殖方式与育种（2学时）
• 基本要求：掌握主要植物的繁殖方式；对植物品种 的基本要求；植物品种类型和特点。
• 在繁殖、推广过程中，保持并提高种性，提供质优量足成 本低的生产用种。（良种繁育工作）
（二） 植物育种学的主要内容
1.育种目标的制订及实现目标的相应策略； 2.种质资源搜集、保存、研究、利用和创新； 3.植物的繁殖方式及其与育种的关系； 4.选择的理论与方法； 5.人工创造变异的途径、方法和技术； 6.杂种优势利用的途径与方法； 7.目标性状的遗传、鉴定及选育方法； 8.育种各阶段的田间试验技术； 9.新品种的审定推广和种子生产。
Ⅲ 主要目标育种
第十三章 抗逆性育种 (4学时) 第十四章 品质育种 (2学时)
Ⅳ 品种审定和良种繁育
第十五章 品种审定与良种繁育 (2学时)
既是科学，又是艺术，还是机会！
绪论(1学时)
• 基本要求：了解植物育种学的基本任务和 主要研究内容。
• 重 点：植物品种的概念。
一、植物进化与遗传改良 二、植物育种学的任务和内容 三、植物育种学的发展 四、品种的概念和作用 五、植物育种的成就与展望
四、教学内容、学时分配及基本要求
第十四章 品质育种（2学时） • 基本要求：了解掌握品质的概念、大田作物
和园艺作物品质性状及遗传特点、品质育种 方法。 • 重点：品质性状的遗传及品质育种方法。 • 难点：品质性状的遗传及品质育种方法。
四、教学内容、学时分配及基本要求
第十五章 品种审定与良种繁育（2学时） • 基本要求：掌握品种审定的任务、组织体制
资源的保存。 • 难点：植物起源中心学说。
四、教学内容、学时分配及基本要求
第三章 植物的繁殖方式与育种（2学时）
• 基本要求：掌握主要植物的繁殖方式；对植物品种 的基本要求；植物品种类型和特点。
分子植物育种的原理与方法育种学课件
优势 精准选择 快速育种 多基因改良
局限性 技术成本高 公众关注和接受度 遗传多样性保护
分子植物育种在农作物种质资源创新中 的应用与前景
种质资源创新
介绍分子植物育种在农作物种 质资源创新方面的应用案例和 前景。
农作物产量提高
探讨分子植物育种对于提高农 作物产量和营养价值的潜力。
逆境抗性
讨论分子植物育种在培育抗旱、 抗病虫害的农作物方面的应用 前景。
解释不同类型的分子标记技术 （如SSR、SNP和AFLP）， 并说明其在育种中的应用优势。
介绍分子标记技术在构建遗传 图谱方面的应用，以支持基因 定位和分析。
辅助选择
探讨分子标记技术在育种中的 辅助选择方法，加速品种改良 和遗传进化。
基因编辑技术及其在植物育种中的应 用
CRISPR-Cas9系统
详细介绍CRISPR-Cas9系统的原理和操作步骤，以及其在植物育种中的应用前景。
分子植物育种的原理与方 法育种学课件
本课件介绍了分子植物育种的原理与方法，概述了基因组学的基础知识，并 探讨了分子标记技术、基因编辑技术、转基因技术在育种中的应用。也涵盖 了分子育种的优势、局限性以及其在农作物种质资源创新中的应用与前景。
分子植物育种的概述
简要介绍分子植物育种的起源和发展，重点强调其在农业领域中的重要作用，提出分子育种对于提高作 物品质、抗病虫害和适应环境的意义。
基因组编辑
说明如何利用基因编辑技术对植物基因组进行精确编辑，以创造或改良有益性状。
转基因技术在植物育种中的应用
1
转基因概念
概述转基因技术的原理和定义，并探讨其在植物育种中的应用潜力。
2
转基因作物
列举转基因作物示例，讨论其重要性和争议，并呈现相关研究的成果。
分子植物育种的原理与方法 育种学课件
分子植物育种的原理与方法
表型选择技术
根据肉眼或简单物理设备在选择群 体中进行表型分析，间接推测目标 性状的基因型，以获得目标性状基 因型纯合的个体或家系。
分子育种
育种家基于DNA鉴定技术在物种变异群体中进行新品种的 选育。狭义的分子育种是转基因育种与分子标记辅助育种的 统称。
选择群体
确定基因或 标记
❖基因分离不易，受知识产权限制
❖遗传转化效率因物种而异
✓分子标记筛选不易
转基因技术与分子标记辅助选择技术比较 分子标记辅助选择技术 转基因技术
利用有机体自身基因组的变化 导入来自于其他有机体的外源基因
有较高的安全性
受严格管制
针对所有作物
针对5种主要作物
4-5年的开发周期
8 年的开发周期
首个产品$55万美元，其后每个产品 开发成本$10万美元
转基因技术
广泛
常规育种和分子育种比较
常规育种
分子育种
பைடு நூலகம்
❖表现型选择，受时空因素影响 ✓基因型选择，不受时空因素影响 ❖基因来源有限、育种亲本贫乏 ✓基因来源广、基因资源丰富 ❖基因交流限于种内、少数亚种间，✓基因交流不受物种限制 ❖目标性状功能有一定的不明确性 ✓目标基因功能已知、目标性强 ❖选择时间长，根据细胞学鉴定基 ✓选择时间短，可准确快速在后代群 因型，需2-3年，通过测交需2-3年 体中跟踪目标性状的传递
分子标记辅助育种的经典例子
美国科学家将分子选择应用在玉米杂种优势遗传改良上，经过改良的B73 改良的Mo17的组合比原始的B73 Mo17组合和一个高产推广组合 Pioneer hybrid 3165皆增产10%以上（Stuber and Sisco 1991; Stuber et al. 1995）。
表型选择技术
根据肉眼或简单物理设备在选择群 体中进行表型分析，间接推测目标 性状的基因型，以获得目标性状基 因型纯合的个体或家系。
分子育种
育种家基于DNA鉴定技术在物种变异群体中进行新品种的 选育。狭义的分子育种是转基因育种与分子标记辅助育种的 统称。
选择群体
确定基因或 标记
❖基因分离不易，受知识产权限制
❖遗传转化效率因物种而异
✓分子标记筛选不易
转基因技术与分子标记辅助选择技术比较 分子标记辅助选择技术 转基因技术
利用有机体自身基因组的变化 导入来自于其他有机体的外源基因
有较高的安全性
受严格管制
针对所有作物
针对5种主要作物
4-5年的开发周期
8 年的开发周期
首个产品$55万美元，其后每个产品 开发成本$10万美元
转基因技术
广泛
常规育种和分子育种比较
常规育种
分子育种
பைடு நூலகம்
❖表现型选择，受时空因素影响 ✓基因型选择，不受时空因素影响 ❖基因来源有限、育种亲本贫乏 ✓基因来源广、基因资源丰富 ❖基因交流限于种内、少数亚种间，✓基因交流不受物种限制 ❖目标性状功能有一定的不明确性 ✓目标基因功能已知、目标性强 ❖选择时间长，根据细胞学鉴定基 ✓选择时间短，可准确快速在后代群 因型，需2-3年，通过测交需2-3年 体中跟踪目标性状的传递
分子标记辅助育种的经典例子
美国科学家将分子选择应用在玉米杂种优势遗传改良上，经过改良的B73 改良的Mo17的组合比原始的B73 Mo17组合和一个高产推广组合 Pioneer hybrid 3165皆增产10%以上（Stuber and Sisco 1991; Stuber et al. 1995）。
完整版分子育种PPT课件
39
因此，利用dut – ung -菌株制备的M13载体中， 大约1%的T被U取代。
以这样制备的M13(+)链为模板进行寡核苷酸介 导的定点突变，然后将得到的双链DNA转化到 dut+ung+菌株中，最初的含UU的模板会被降解， 而突变链则因不含U被复制。
利用不完全配对的低聚核苷酸介导法可以克服 上述局限性。
33
这种方法的具体操作是：在进行DNA处理前，先测定 DNA的序列，根据诱变点附近的碱基排列顺序合成一段 13个碱基左右的低聚核苷酸片段，低聚核苷酸与待诱变 位点不配对但与诱变点两侧完全配对。
将DNA分子克隆在噬菌体M13载体上变为单链后，与低 聚核苷酸片段相混合，使该片段与DNA的相应部分发生 “退火粘合”。
“Kazlauskas’ Rules”
H OH ML
H O H
ML
H O 2CH LM
M e
C 6H 13 C O O R C 6H 5
O H
M e
R = C20H42, C12H26 45 % Conversion,
42 % Conversion,
97 % ee
97 % ee
Industrial Applications L-menthol
28
(1)开创DNA单链区
点诱变要在DNA单链上进行。 首先在双链的目的DNA分子上某个限制酶切点附近开创
出一小段单链区域。 常用的方法有两种：
一是先用溴化乙锭与DNA结合，再用限制酶切开一个裂口 （gap），双链DNA中一条链仍保持完整。而后可用核酸酶Exo III来开创出一个单链区域。
13
定向进化技术包括：
定点突变（定点的） 易错PCR（随机的） DNA重排（重组的） ……
因此，利用dut – ung -菌株制备的M13载体中， 大约1%的T被U取代。
以这样制备的M13(+)链为模板进行寡核苷酸介 导的定点突变，然后将得到的双链DNA转化到 dut+ung+菌株中，最初的含UU的模板会被降解， 而突变链则因不含U被复制。
利用不完全配对的低聚核苷酸介导法可以克服 上述局限性。
33
这种方法的具体操作是：在进行DNA处理前，先测定 DNA的序列，根据诱变点附近的碱基排列顺序合成一段 13个碱基左右的低聚核苷酸片段，低聚核苷酸与待诱变 位点不配对但与诱变点两侧完全配对。
将DNA分子克隆在噬菌体M13载体上变为单链后，与低 聚核苷酸片段相混合，使该片段与DNA的相应部分发生 “退火粘合”。
“Kazlauskas’ Rules”
H OH ML
H O H
ML
H O 2CH LM
M e
C 6H 13 C O O R C 6H 5
O H
M e
R = C20H42, C12H26 45 % Conversion,
42 % Conversion,
97 % ee
97 % ee
Industrial Applications L-menthol
28
(1)开创DNA单链区
点诱变要在DNA单链上进行。 首先在双链的目的DNA分子上某个限制酶切点附近开创
出一小段单链区域。 常用的方法有两种：
一是先用溴化乙锭与DNA结合，再用限制酶切开一个裂口 （gap），双链DNA中一条链仍保持完整。而后可用核酸酶Exo III来开创出一个单链区域。
13
定向进化技术包括：
定点突变（定点的） 易错PCR（随机的） DNA重排（重组的） ……
《分子育种》PPT课件_OK
2021/7/23
2
在形态育种中的应用
1
包括花器官结构、花枝着生状态、花 序类型、植株形态等的改良
2 转rolC 基因菊花品种表现为丛生、矮
化，叶多分裂
3 将DOH1 基因以反义形式导入石斛，
获得分枝性强且矮化的转基因石斛
2021/7/23
3
在抗性育种中的应用
1
包括抗虫和抗病性
2
应用最广泛的是Bt 基因
3
蛋白酶抑制剂基因
4
几丁质酶基因
2021/7/23
4
在花卉保鲜育种中的应用
1 乙烯合成对于延长保鲜期、 提高切花品质至关重要
2 ACC 合成酶和ACC 氧化酶
3 ACC 合成酶基因早于ACC 氧 化酶基因
4 导入反义ACC 合成酶基因及 反义ACC 氧化酶基因
2021/7/23
5
分子育种应注意的问题
10
试验路线
克隆
目的基因
2021/7/23
转化
鉴定
宿主植物
表型筛选
11
研究思路与设想
克隆出目的基因的ORF 构建重组质粒载体 转化组织 组织栽培与筛选
载培育种
2021/7/23
12
试验路线
已知基因 的获得
未知基因 的获得
2021/7/23
①化)
……
19
试验路线
原理：β－Ｄ－葡萄糖酸苷酶基因（Gus）， 催化β－葡萄糖苷酯类物质水解。其中很多 水解产物具有发色团或形成荧光物质。
例：组织化学法测定Gus活性 作用底物为X-gluc,产物是一种不可溶的5,5-
二溴，4,4-二氯靛蓝；
Gus检测 2021/7/23
分子植物育种的原理与基本方法育种学课件
全球育种趋势
国际合作加强，跨国育种公司成为 主导力量，基因组学和生物信息学 在育种中发挥越来越重要的作用。
分子植物育种的意义
提高育种效率
利用分子标记辅助选择，快速准确地鉴定优良基 因型，缩短育种周期。
创造新性状
通过基因转移和基因编辑技术，创造具有抗病、 抗虫、抗逆等新性状的植物品种。
保护生物多样性
通过基因工程手段保护濒危植物和珍稀品种，维 护生物多样性。
02
CHAPTER
分子植物育种的基本原理
基因工程原理
1 2
基因克隆与鉴定
通过基因克隆技术，将植物的特定基因进行分离 和鉴定，为后续的基因操作提供基础。
基因转移
利用基因转移技术，将外源基因导入植物细胞或 染色体中，实现基因的重组和表达。
3
基因表达调控
抗虫抗病育种有助于减少化学农药的使用，降低环境污染，提
03
高农作物的产量和品质。
抗逆性育种
抗逆性育种是指利用分子植物育种技术，培育具有较强抗逆能力的植物品 种。
通过基因工程技术，将与抗逆性相关的基因导入植物细胞，提高植物对干 旱、盐碱、高温、低温等不利环境的适应能力。
抗逆性育种有助于扩大植物的种植范围，提高农作物的产量和品质，减少 农业生产的损失。
分子植物育种的挑战与机遇
挑战
尽管分子植物育种取得显著进展 ，但仍面临一些挑战，如基因资 源匮乏、基因型与环境互作复杂 、技术应用成本高昂等。
机遇
随着全球人口的增长和气候变化 的影响，对高效、环保的农业技 术需求日益增加，为分子植物育 种提供了广阔的应用前景。
未来研究方向
跨物种基因转移
探索不同物种间基因的转移和功能研究，以 发现新的育种资源和改良现有作物。
国际合作加强，跨国育种公司成为 主导力量，基因组学和生物信息学 在育种中发挥越来越重要的作用。
分子植物育种的意义
提高育种效率
利用分子标记辅助选择，快速准确地鉴定优良基 因型，缩短育种周期。
创造新性状
通过基因转移和基因编辑技术，创造具有抗病、 抗虫、抗逆等新性状的植物品种。
保护生物多样性
通过基因工程手段保护濒危植物和珍稀品种，维 护生物多样性。
02
CHAPTER
分子植物育种的基本原理
基因工程原理
1 2
基因克隆与鉴定
通过基因克隆技术，将植物的特定基因进行分离 和鉴定，为后续的基因操作提供基础。
基因转移
利用基因转移技术，将外源基因导入植物细胞或 染色体中，实现基因的重组和表达。
3
基因表达调控
抗虫抗病育种有助于减少化学农药的使用，降低环境污染，提
03
高农作物的产量和品质。
抗逆性育种
抗逆性育种是指利用分子植物育种技术，培育具有较强抗逆能力的植物品 种。
通过基因工程技术，将与抗逆性相关的基因导入植物细胞，提高植物对干 旱、盐碱、高温、低温等不利环境的适应能力。
抗逆性育种有助于扩大植物的种植范围，提高农作物的产量和品质，减少 农业生产的损失。
分子植物育种的挑战与机遇
挑战
尽管分子植物育种取得显著进展 ，但仍面临一些挑战，如基因资 源匮乏、基因型与环境互作复杂 、技术应用成本高昂等。
机遇
随着全球人口的增长和气候变化 的影响，对高效、环保的农业技 术需求日益增加，为分子植物育 种提供了广阔的应用前景。
未来研究方向
跨物种基因转移
探索不同物种间基因的转移和功能研究，以 发现新的育种资源和改良现有作物。
分子植物育种的原理与基本方法育种学课件
分子育种在农业上的应用前景
1 增加产量和耐性
讨论分子育种在改良作物产量和抗逆性方面的潜力。
2 提高品质和营养
探讨如何通过分子育种来提高作物的品质和营养价值。
3 减少环境影响
介绍分子育种在减少农药和化肥使用方面的潜力，以降低对环境的负面影响。
总结和展望
总结分子植物育种的原理和基本方法，展望其在未来对全球农业可持续发展 的重要作用。
分子植物育种的原理与基 本方法育种学课件
分子植物育种是通过应用基因组学、DNA标记和分子标记等技术手段，加速 育种进程的一种新兴方法。本课件将介绍分子植物育种的基本概念和定义。
分子标记与基因组学
பைடு நூலகம்
1
分子标记技术
介绍基于DNA序列变异的分子标记技术，如SSR和SNP等。
2
基因组学研究
探讨如何利用基因组学研究来揭示作物的基因组结构和功能。
3
遗传图谱构建
介绍如何利用分子标记技术构建遗传图谱，帮助进行作物后代的遗传分析和选择。
DNA标记在分子育种中的应用
标记辅助选择
详述如何利用DNA标记辅助 选择优良基因型，提高作物 育种效率。
遗传多样性评估
探讨如何利用DNA标记分析 评估作物种质资源的遗传多 样性。
杂交亲缘关系判定
介绍如何利用DNA标记分析 判定作物的亲缘关系，辅助 杂交育种。
基于表型和基因型的选择方法
表型选择
解释如何通过观察作物的表型特 征，选择具有优良性状的个体进 行繁殖。
基因型选择
标记辅助选择
介绍如何利用DNA测序等技术， 直接选择具有目标基因型的个体。
探讨如何结合表型和基因型信息， 利用分子标记辅助选择优良基因 型。
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植物育种学的相关概念
• 先来回顾一下作物育种学的相关知识。 • 植物育种学 • 种:分类上的基本单位,一群在形态和生理方面
彼此十分相似，或性状间差别很微小，并有 一定自然分布区的动物个体；凡种内的有性 个体间能够互配，并且产生能够发育的个体 后代；不同种的有性个体间不能够互配和产 生后代
• 变种:通常有一定的形态特征和地理分布，并 在特征上与原种有一定的区别，与其他变种 有共同的分布区
DNA片段杂交假说的分子验证
1、同工酶分析 在高粱稻（银坊×亨加利）及其亲本酯酶
同工酶分析研究中发现一条与高粱相同而银坊 （母本）没有的酶带，说明高粱稻中的这条酶 带来自父本高粱；
2、DNA分子杂交
在对高粱稻基因组的分析研究中，取父本高 粱DNA与母本水稻DNA进行分子杂交，除去两者 的同源序列，以其余的高粱DNA序列制备探针， 与高粱稻DNA进行分子杂交，发现高粱稻DNA中 存在高粱的同源序列，从而证实高粱稻基因组中确 实存在高粱DNA片段，此即说明高粱DNA片段已 整合于高粱稻的基因组中。
• 品系 • 良种
植物育种学的内容
• 1.种质资源的搜集、研究和利用。 • 2.育种目标 • 3.育种方法 • 4.育种程序
第一章 绪 论
生物工程日益受到世界各国高度重 视许多有重要意义的研究工作正在蓬勃 展开，它的应用是新技术革命的鲜明标 志。随着生物工程研究的深入和生物技 术不断的开发，其应用面日渐拓宽，成 果累累。生物技术在农业上的应用，为 提高粮食和其它农副产品的产量与品质 开辟了崭新的途径，有力地推动着农业 的现代化。
• 亚种：种内个体在地理上和生殖上充分隔离 后，形成的一类种群；它是一个种内的地理 种群，或生理、生态种群，并具有地理分布 上或生态上的不同。
• 品种：在任一方面具有独特性的栽培植物群 体,它可通过有性的、无性的或其他的方式繁 殖或重组,保持或重现其独特性",并把品种分为 纯系品种、群体品种、杂交品种、综合品种、 多系品种、无性系品种、人造多倍体品种和 中间品种等8类
近年来迅速发展的生物技，改善品质，增强抗病虫和抗逆能力 等方面展示了诱人的灿烂前景。
第一节 植物分子育种的概念和特点
一、植物分子育种的概念： 分子育种是指分子水平生物技术在植物育
种上的应用，是近20年来开创的育种新途径。 从上世纪70年代中期到90年代末，分子育种 经历了20余年的艰苦探索，在这期间，全国 一共召开了3次植物分子育种学术讨论会，分 子生物学，分子遗传学和作物育种学的专家 们汇聚一堂，总结交流经验、切磋技艺，共 商发展，使分子育种事业事业进入了新阶段。
•2、利用植株的特定细胞进行外源DNA或基因的转移， 如卵细胞、受精卵或早期胚胎细胞；或者幼胚、幼苗、 芽丛分裂旺盛的细胞，它们随着整体生长发育的进程 而完成外源DNA或基因的导入、整合与转化过程。 无需经过细胞原生质体离体培养、转化诱导，形成再 生株等一系列繁琐复杂的培养流程。
3、适应面广，单子叶、双子叶植物均可运用这项 技术达到品种创新与改良的育种效果。
4、与常规育种相比，育种时间明显缩短，一般只 需3～4代各选系便可稳定。
5、方法简便，室内外（大田、盆栽场、温室等） 均可进行，常规育种工作者易于掌握。
第二节 植物分子育种的产生与发展
一 、问题的提出 20世纪50年代我国兴起粮食作物远缘杂交试验，
得到了玉米稻、高粱稻等，围绕玉米稻、高粱稻是 否为远缘杂交种，在遗传育种界引起争论。
周光宇认为植物分子育种可概括为两个层次上 的工程技术：
• 1．将带有目的性状基因的供体总DNA片段导 入欲改良的植物受体细胞，使其后代发生变异， 从中筛选出获得目的性状的后代或符合需要的 有价值的新类型，培育出高产、优质、高抗的 新品种；
• 2．分离目的基因，构建重组分子，导入需要 改良的植物受体细胞，经过筛选，培育出获得 目的性状，且综合性状优良的后代，育出新品 种。
随着国民经济的腾飞，人民生活水平的提 高，农业上迫切需要高产、优质、抗病虫害和 抗逆性强的作物新品种。常规育种虽然在农作 物产量提高和品质改良方面取得了很大成绩， 但它存在着局限性：
• 一是遗传物质的转移难以突破生物学隔离的 障碍，使优良种质资源的利用受到限制；
• 二是由于基因连锁的困扰，又不易收到理想 的育种效果。
二、花粉管通道技术的分子验证
• 1.缺口翻译技术验证：以3H标记海岛棉“416” DNA分子，于自花授粉后24h，用50µl微量注 射器向受体（岱字棉滤选204 ）子房注射10 µL 3H标记的 DNA，经30min、1、2、4、6、 8h摘下子房，干冰冷冻子房。同时设对照。3 个月观察发现授粉30min后部分胚囊中有外源 DNA进入。进而发现除从珠孔到胚囊的花粉 管通道外，珠心的任何其它部位都均没自显 影斑点。在花粉管中亦未见3H DNA的痕迹。
二、 DNA片段杂交假说及其分子验证
周光宇提出的“DNA片段杂交”假说：
就整体分子而言，远缘亲本间的染色体结构 是不亲和的，容易相互排斥。但局部DNA分子部 分基因间的结构有可能保持一定的亲和性，因而 远源DNA片段有可能进入受体细胞。在母体DNA 复制过程中，这种DNA片段便与受体基因组相应 区段整合，成为子代所表现的各种典型或非典型 遗传变异现象的内在遗传依据。
总之，分子育种的实施充分体现了
运用分子生物学技术的科学性与先进性， 即可以将不同物种的遗传物质（DNA或 基因）导入受体细胞，再进行培育与选 择，从而育出符合育种目标要求的新品 种。
二、植物分子育种的特点
•1、打破物种分类的界限，充分利用自然界丰富的遗 传资源，使遗传物质能在不同的植物间，甚至在植物、 动物和微生物之间进行交流；
3、DNA复性动力学分析：
在对高粱稻及其两亲本的重复序列 DNA复性动力学分析研究中，发现高粱稻 基因组的中度重复序列部分与母本水稻有 差异，从而进一步说明这是由于父本高粱 稻DNA整合于母本水稻基因组而造成的结 果。
第三节 外源DNA导入育种技术的探索
一、花粉管通道技术:
外源DNA利用植物开花授粉后天然的花粉管通 道进入胚囊，与受精卵或其前后的细胞相接触，这 类细胞在此时尚不具备细胞壁，有如原生质体，能 够吸收DNA，受精后各种生命活动十分活跃，细胞 DNA与RNA的合成很活跃，含量增加。此时一旦外 源DNA片段的结构、功能与受体基因组及其代谢有 一定相容性时，就有可能被整合进入受体基因组， 并且可能表达和遗传。
• 先来回顾一下作物育种学的相关知识。 • 植物育种学 • 种:分类上的基本单位,一群在形态和生理方面
彼此十分相似，或性状间差别很微小，并有 一定自然分布区的动物个体；凡种内的有性 个体间能够互配，并且产生能够发育的个体 后代；不同种的有性个体间不能够互配和产 生后代
• 变种:通常有一定的形态特征和地理分布，并 在特征上与原种有一定的区别，与其他变种 有共同的分布区
DNA片段杂交假说的分子验证
1、同工酶分析 在高粱稻（银坊×亨加利）及其亲本酯酶
同工酶分析研究中发现一条与高粱相同而银坊 （母本）没有的酶带，说明高粱稻中的这条酶 带来自父本高粱；
2、DNA分子杂交
在对高粱稻基因组的分析研究中，取父本高 粱DNA与母本水稻DNA进行分子杂交，除去两者 的同源序列，以其余的高粱DNA序列制备探针， 与高粱稻DNA进行分子杂交，发现高粱稻DNA中 存在高粱的同源序列，从而证实高粱稻基因组中确 实存在高粱DNA片段，此即说明高粱DNA片段已 整合于高粱稻的基因组中。
• 品系 • 良种
植物育种学的内容
• 1.种质资源的搜集、研究和利用。 • 2.育种目标 • 3.育种方法 • 4.育种程序
第一章 绪 论
生物工程日益受到世界各国高度重 视许多有重要意义的研究工作正在蓬勃 展开，它的应用是新技术革命的鲜明标 志。随着生物工程研究的深入和生物技 术不断的开发，其应用面日渐拓宽，成 果累累。生物技术在农业上的应用，为 提高粮食和其它农副产品的产量与品质 开辟了崭新的途径，有力地推动着农业 的现代化。
• 亚种：种内个体在地理上和生殖上充分隔离 后，形成的一类种群；它是一个种内的地理 种群，或生理、生态种群，并具有地理分布 上或生态上的不同。
• 品种：在任一方面具有独特性的栽培植物群 体,它可通过有性的、无性的或其他的方式繁 殖或重组,保持或重现其独特性",并把品种分为 纯系品种、群体品种、杂交品种、综合品种、 多系品种、无性系品种、人造多倍体品种和 中间品种等8类
近年来迅速发展的生物技，改善品质，增强抗病虫和抗逆能力 等方面展示了诱人的灿烂前景。
第一节 植物分子育种的概念和特点
一、植物分子育种的概念： 分子育种是指分子水平生物技术在植物育
种上的应用，是近20年来开创的育种新途径。 从上世纪70年代中期到90年代末，分子育种 经历了20余年的艰苦探索，在这期间，全国 一共召开了3次植物分子育种学术讨论会，分 子生物学，分子遗传学和作物育种学的专家 们汇聚一堂，总结交流经验、切磋技艺，共 商发展，使分子育种事业事业进入了新阶段。
•2、利用植株的特定细胞进行外源DNA或基因的转移， 如卵细胞、受精卵或早期胚胎细胞；或者幼胚、幼苗、 芽丛分裂旺盛的细胞，它们随着整体生长发育的进程 而完成外源DNA或基因的导入、整合与转化过程。 无需经过细胞原生质体离体培养、转化诱导，形成再 生株等一系列繁琐复杂的培养流程。
3、适应面广，单子叶、双子叶植物均可运用这项 技术达到品种创新与改良的育种效果。
4、与常规育种相比，育种时间明显缩短，一般只 需3～4代各选系便可稳定。
5、方法简便，室内外（大田、盆栽场、温室等） 均可进行，常规育种工作者易于掌握。
第二节 植物分子育种的产生与发展
一 、问题的提出 20世纪50年代我国兴起粮食作物远缘杂交试验，
得到了玉米稻、高粱稻等，围绕玉米稻、高粱稻是 否为远缘杂交种，在遗传育种界引起争论。
周光宇认为植物分子育种可概括为两个层次上 的工程技术：
• 1．将带有目的性状基因的供体总DNA片段导 入欲改良的植物受体细胞，使其后代发生变异， 从中筛选出获得目的性状的后代或符合需要的 有价值的新类型，培育出高产、优质、高抗的 新品种；
• 2．分离目的基因，构建重组分子，导入需要 改良的植物受体细胞，经过筛选，培育出获得 目的性状，且综合性状优良的后代，育出新品 种。
随着国民经济的腾飞，人民生活水平的提 高，农业上迫切需要高产、优质、抗病虫害和 抗逆性强的作物新品种。常规育种虽然在农作 物产量提高和品质改良方面取得了很大成绩， 但它存在着局限性：
• 一是遗传物质的转移难以突破生物学隔离的 障碍，使优良种质资源的利用受到限制；
• 二是由于基因连锁的困扰，又不易收到理想 的育种效果。
二、花粉管通道技术的分子验证
• 1.缺口翻译技术验证：以3H标记海岛棉“416” DNA分子，于自花授粉后24h，用50µl微量注 射器向受体（岱字棉滤选204 ）子房注射10 µL 3H标记的 DNA，经30min、1、2、4、6、 8h摘下子房，干冰冷冻子房。同时设对照。3 个月观察发现授粉30min后部分胚囊中有外源 DNA进入。进而发现除从珠孔到胚囊的花粉 管通道外，珠心的任何其它部位都均没自显 影斑点。在花粉管中亦未见3H DNA的痕迹。
二、 DNA片段杂交假说及其分子验证
周光宇提出的“DNA片段杂交”假说：
就整体分子而言，远缘亲本间的染色体结构 是不亲和的，容易相互排斥。但局部DNA分子部 分基因间的结构有可能保持一定的亲和性，因而 远源DNA片段有可能进入受体细胞。在母体DNA 复制过程中，这种DNA片段便与受体基因组相应 区段整合，成为子代所表现的各种典型或非典型 遗传变异现象的内在遗传依据。
总之，分子育种的实施充分体现了
运用分子生物学技术的科学性与先进性， 即可以将不同物种的遗传物质（DNA或 基因）导入受体细胞，再进行培育与选 择，从而育出符合育种目标要求的新品 种。
二、植物分子育种的特点
•1、打破物种分类的界限，充分利用自然界丰富的遗 传资源，使遗传物质能在不同的植物间，甚至在植物、 动物和微生物之间进行交流；
3、DNA复性动力学分析：
在对高粱稻及其两亲本的重复序列 DNA复性动力学分析研究中，发现高粱稻 基因组的中度重复序列部分与母本水稻有 差异，从而进一步说明这是由于父本高粱 稻DNA整合于母本水稻基因组而造成的结 果。
第三节 外源DNA导入育种技术的探索
一、花粉管通道技术:
外源DNA利用植物开花授粉后天然的花粉管通 道进入胚囊，与受精卵或其前后的细胞相接触，这 类细胞在此时尚不具备细胞壁，有如原生质体，能 够吸收DNA，受精后各种生命活动十分活跃，细胞 DNA与RNA的合成很活跃，含量增加。此时一旦外 源DNA片段的结构、功能与受体基因组及其代谢有 一定相容性时，就有可能被整合进入受体基因组， 并且可能表达和遗传。