植物生物技术绪论

人类利用动植物育种历程
动 植 物 的 驯 化
Diamond, 2002, Nature
栽培作物起源中心
Doebley et al, 2006, Cell
植物驯化以后特征的改变
驯化综合症 Domest一般会： 结实率高 熟期相对一致 果实器官增大 成熟后不脱粒 鞣酸、单宁类物质减少，口味变化
2005年：世界人口为64亿6470万 世界人口将在2070年达到高峰：90亿 地球上的食品资源可以养活多少人口？
如果均为严格的素食者约为150亿，而按照混合型饮食标准仅为50亿。
生产足够多的食品养活世界人口是人类面 临的巨大挑战之一！
保持农业生产可持续发展面临的问题：
大量施用化肥，导致土壤结构恶化 大量使用农药、除草剂等化学药品，导致环境恶化 全球变暖、环境污染等引起生态环境恶化，可耕地质
改造生物体，是指获得优良品质和高产的动物、植 物、微生物品系或者品种。
生物原料，是指生物体的某一部分或者生物生长过 程中所能利用的物质，如淀粉、糖、纤维素等有机 物，也包括一些无机化学品，聚(β-羟基丁酸酯) 。
生产出产品，包括粮食、医药、食品、化工原料、 能源等。
达到某种目的，包括疾病的预防、治疗和诊断、环 境污染的检测及治理等。
小麦＋冰草
马铃薯：2X+2X
体细胞融合产 生远缘杂种
3.2 分子标记
分子标记（molecular marker），是指可以 反映基因组某种变异特征的DNA片段，是 建立在DNA的多态性基础之上的可识别的 等位基因。 分子标记的类型： RFLP，RAPD，SSR，AFLP，CAPS，SNP， InDel等
2.4 生物技术与农业生产
植物是人类赖以生存的最主要的资源： 直接为人类提供90%的能量，80%的蛋白质供应。 目前供人类食用的植物约有3000种，但人类能量供
应主要来自大约20种作物，其中8种禾谷类作物占了 50%，矿物质和维生素主要由其他大约30种果蔬提供 。 作物生产在人类生存和发展中占有不可替代的地位
50年代氨基酸的发酵
60年代酶制剂工程
2.3 第三代生物技术
以重组DNA技术为标志的现代生物技术 1953年，Watson & Crick提出DNA双螺旋结构模
型 1973年，Boyer & Cohen将非洲爪蟾的DNA插入
到细菌质粒DNA中产生重组质粒，标志着DNA 重组技术的诞生。 1976年，世界上第一家生物技术公司Genetech 诞生，成为第3代生物技术的重要发展标志。
用于单倍体育种等的花药和小孢子培养技术； 用于体细胞杂交、遗传转化等的原生质体培养技术
快繁脱毒
组织培养诱导雄性不育系
中国水稻所利用巴斯马提水稻品种进行胚 根组织培养，然后将愈伤组织进行辐射， 从而选育出巴斯马提雄性不育系。
1984～1988年间凌定厚等以IR24、IR36、 IR54等9个品种，通过种子、幼穗离体培养 ，筛选到不育突变体48个。
单倍体育种
利用植物组织培养技术（如花药离体培养 等）诱导产生单倍体植株，再通过某种手 段使染色体组加倍（如用秋水仙素处理） ，从而使植物恢复正常染色体数。
单倍体植株经染色体加倍后，在一个世代 中即可出现纯合的二倍体，从中选出的优 良纯合系后代不分离，表现整齐一致,可缩 短育种年限。
花药培养
单倍体培养
Dubcovsky & Dvorak, 2007, Science
Doebley et al, 2006, Cell
作物生产上的几次革命性进步
绿色革命： 指20世纪50－60年代，以高杆改 矮杆为标志的新品种运用。高产矮 杆的墨西哥小麦和矮杆水稻良种的 全面推广，使全世界粮食产量大大 提 高 。 例 如 ， 墨 西 哥 从 1960 年 推 广 矮 杆 小 麦 仅 3 年 总 产 达 200 万 吨 ， 比1944年产量增加了5倍。
2、生物技术的发展历程
2.1 第一代生物技术
生物技术是一门既古老而现代的应用技术
追溯其发展历史，几乎与人类的文明史同时开 始，如酿酒、制醋、馒头发酵
非纯种微生物发酵工艺为标志的传统生物技术
2.2 第二代生物技术
以纯种微生物发酵工艺为标志的近代生 物技术
20世纪40年代抗生素的提取
花粉培养
创 制
三倍体培养
特
殊
倍
性
材 料
胚乳培养
原生质体融合创造新种质
萝卜与油菜的原生质体融合而产生的细胞 杂种——萝卜质油菜，在一般环境条件下 表现为“雄性不育”。
匈牙利国家自然科学院Menczel等（1982 ）以链霉素抗性基因作标记在烟草品种间 进行原生质体融合，实现了烟草细胞质雄 性不育基因的转移。
为什么矮杆可以大幅度提高产量？
皮泰克62－“神奇小麦” IR8－“奇迹稻”
4
小麦产量增长趋势
水稻产量与矮杆基因
传统常规育种
MAS辅助 轮回选择
育种
MAS辅助 聚合育种
3.3 植物基因工程
基因工程（genetic engineering）是首先 克隆或者人工合成目的基因，再将目的 基因和载体重组在一起，导入生物体内 ，让受体生物的遗传性状发生预期改变 ，或者让受体生物产生目的基因编码的 蛋白质等。
量严重下降，盐碱、沙化等
必须依靠现代生物技术手段来解决农业上的各种问 题；生物技术正在推动着一场新的农业革命
3、植物生物技术主要内容
3.1
植物组织培养
3.2 植物分子标记及辅助选择育种
3.3 植物基因工程
3.1 植物组织培养
应用于离体快繁、脱病毒种苗生产等的分生组织培 养技术；
用于体细胞无性变异、突变体筛选、遗传转化等的 愈伤组织培养技术；
第一章 植物生物技术概论
农学院 孙红正 187 3710 8934 sunhongzheng@
1、生物技术的概念
生物技术（biotechnology），有时也称生 物工程，是指人们以现代生命科学为基础， 结合其他基础科学的科学原理，按照预先 的设计改造生物体或加工生物原料，为人 类生产出所需产品或达到某种目的。生物 技术是人们利用微生物、动植物体对物质 原料进行加工，以提供产品来为社会服务 的技术。