第十三章-生物技术在园艺植物课件

第十三章生物技术在园艺植物

育种中的应用

第一节细胞和组织培养在植物

育种中的应用

第二节植物原生质体培养与体细胞杂交的意义

第三节基因工程在植物育种

中的应用

第四节

分子标记的特点

*生物技术（biotechnology）又称生物工程（bioengineering），是以生命科学为基础，利用生物体的特性和功能，设计、构建具有预期性状的新物种、新品种、新品系，以及与工程原理相结合，进行加工生产，为社会提供商品和服务的综合技术体系。

通常所说的细胞工程、基因工程、酶工程、发酵工程、生化工程和蛋白质工程等均属此范畴。本章主要介绍细胞和组织培养在园艺植物育种中的应用。 并简介原生质体培养与体细胞杂交、基因工程和分子标记在育种中的意义。第一节细胞和组织培养在植物

育种中的应用

广义的植物组织细胞培养（planttissueorcellculture）是指将植物体的各种结构（如细胞、原生质体、组织、器官以及幼小植株）放在离体的、无菌的人工环境中让其生长发育的方法。因此组织培养也叫离体培养（cultureinvitro）。一、离体培养技术的应用

1．花粉、花药、胚珠和子房培养花粉、花药胚珠和子房在离体条件下无菌培养，让其进一步发育以至形成幼苗的过程。根据胚珠和子房受精与否分为两类：1、受精子房和胚珠的培养主要是打破种子的休眠和挽救胚的发育，如核果类的桃杏育种中通过胚抢救进行早熟品种的选育；2、未受精子房、胚珠及花粉、花药的培养主要为了获得单倍体。2．离体受精

离体受精（invitrofertilization），也称为植物体外受精，是在人工条件下使卵细胞受精形成合子，再将形成的合子离体培养使之发育成植株的过程。离体受精主要解决远缘杂交不亲和、不孕和不结实。

这项技术分为：

（1）花粉和子房（或胚珠）的收集

子房的收集，通常是把开花前一天的花蕾取下，经表面消毒，剥去花被和雄蕊，保留子房及花萼，花萼的存在有助于提高种子的结实率。也可以剥出胚珠培养。（2）离体授粉和受精

有两种方法用于花粉与卵细胞的体外受精。A、共培养法，先将花粉撒于一个适宜于花粉萌发的培养基上，再将胚珠置于撒播的花粉中间。B、二是人工受精法，将花粉撒在离体的子房或胚珠上，让其受精。受精后的子房或胚珠继续培养可发育成成熟的种子。3、离体胚的培养

植物的胚培养主要有两种培养方式：一种是以幼胚为外植体诱导愈伤组织細胞，通过器官发生或胚胎发生产生再生植株；另一种是使发育完全的胚直接萌发，获得完整的植株。离体胚培养在植物育种中的应用主要包括以下三个方面：（1）克服远缘杂交不育（2）促进核果类植物胚的形成

核果类早熟品种与晚熟品种的区别是胚发育不健全、生活力不强，而以早熟品种为母本与晚熟品种杂交，很难得到杂交后代。如果用幼胚离体培养就能得到杂交后代。（3）．打破种子的休眠期

许多植物的种子存在明显的休眠期，有些植物的休眠期很长。由于种子结构而存在的休眠可以用常规方法消除，而由于胚乳抑制物质所引起的休眠只能通过胚的离体培养才能获得理想的效果。4、组织和器官培养（1）外植体：根尖、茎尖、叶原基、花原基、微管形成层、储藏薄壁组织、胚乳等。（2）意义：1）优良单系的快速繁殖。2）自交不亲和系、雄性不育系的无性繁殖。3）无性繁殖园艺植物的脱毒与快繁。4）突变体的诱导与分离。（3）组织和器官培养的生物学基础细胞的全能性和植物的再生能力。（4）组织和器官培养的基本过程外植体-------脱分化----------再分化。二、培养条件（一）培养基成分1、无机成分（1）大量元素：N、P、K、C、H、O、Ca、S、Mg。（2）微量元素：Cu、B、Mn、Zn、Mo、Fe。2、有机成分：（1）糖类：蔗糖、葡萄糖。（2）维生素：VB1、VB6、肌醇。（3）氨基酸（4）碱基（5）生长调节剂（6）植物提取物（7）琼脂（二）环境条件1、光（1）光强：1000----10000Lx（2）光照时数：9---16小时。（3）光质：日光灯。2、温度：一般25°C三、设施1、准备室2、培养基配制及消毒室。3、接种室4、培养室5、温室

准备室

培养基配制及消毒室

培养室

四、基本设备1、衡器与量具2、玻璃器皿3、显微镜、解剖镜4、灭菌锅5、超净工作台6、培养架7、空调8、日光灯第二节植物原生质体培养

与体细胞杂交的意义

植物原生质体培养是指将植物细胞去壁后，放在无菌条件下，使其进一步生长发育的技术。体细胞杂交（somatichybridization）是在离体条件下将同一物种或不同物种的原生质体融合（protoplastfusion），培养并获得杂种细胞的再生植株。

Takebe（1971）首次利用烟草叶片分离原生质体，并培养获得再生植株，至今已有280余种植物原生质体再生植株问世。1972年Carlson获得第一株烟草体细胞杂种植株以来，原生质体融合技术在不断完善和发展。原生质体融合克服了植物种属间生殖障碍，为新种质的创造提供了一条有效途径。

第三节基因工程在植物育种中的应用

基因工程（geneengineering） 是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子，构成遗传物质的新组合，并使之参入到原先没有这类分子的寄主细胞内，并能持续稳定的繁殖。基因工程概括起来包括以下内容：①从复杂的生物体基因组中，分离出带有目的基因的DNA片段；②在体外把带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制的并具有选择标记的载体分子上，形成重组DNA分子；③将重组DNA分子转移到适当的受体细胞（又称寄主细胞），并与之一起增殖；④从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得了重组DNA分子的受体细胞克隆；⑤从这些筛选出来的受体细胞克隆，提取出已经得到扩增的目的基因，供进一步分析研究使用；⑥将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。在植物育种中基因工程的应用主要是通过对有重要经济意义的目的基因的分离、改造、利用，培育出具有改良的重要经济性状的工程植株，以及具有生物反应器功能的工程植株。

第四节

分子标记的特点

*遗传标记（geneticmarker）是指基因型易于识别的表现形式。目前把遗传标记区分为四种类型：形态标记、细胞标记、生化标记和分子标记。*分子标记是在DNA水平上对基因型的标记。与其它标记相比具有以下优点：①直接以DNA形式表现，在植物的各个组织、各发育时期均可检测到不受季节、环境限制、不存在表达与否的问题。②数量多，遍及整个基因组；③多态性高；④不影响目标性状的表达,与不良性状无必然的连锁；⑤许多分子标记表现为显性或其显性能够鉴别出纯合和杂合的基因型。由于这些特点，分子标记在育种中有着广泛的应用。

思考题1、名词：生物技术、离体培养、体细胞杂交、基因工程2、离体胚的培养的意义3、组织和器官培养的意义4、离体培养的培养条件（论述）5、基因工程的意义结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正