《海藻的遗传育种》PPT课件.ppt

1、大型海藻的遗传育种和应用，发表人：张媛，海藻的生物学特征海藻育种的概念海藻育种途径海藻的育种方法，1.1海藻的生物学特征，海藻是生长在海里的海藻，是植物界的隐花植物，主要特征是没有维管束组织，没有真根茎叶的分化现象，没有开花，没有果实和种子的生殖器官没有特殊的保护组织因为藻类的构造简单，所以也有和菌类一起属于低等植物的“叶状体植物群”的植物学者。凉拌石花菜、凉拌鹿角菜、凉拌裙带菜、凉拌海带、1.2大型海藻育种概念，大型海藻育种(Seaweeds Breeding )是专门研究植物育种的一个分支大型海藻优良品种的选育和繁殖的理论和方法，在研究掌握大型海藻性状的遗传变异规律的基础上，根据不同的育种

2、目标是利用各种海藻种质资源和原有品种，采用适当的育种途径和方法，在目的地改造群体遗传属性和结构，获得希望性状，适应当地生态条件，培育适合生产发展需求的优良品种的过程。 1.2大型海藻育种基本路线可以总结在图中，确定育种目标不仅要考虑生产需求，还要实行具体的可检测的数量性指标。 大型海藻品种性状多种多样，具有产量、品质、成熟度和抗逆性等。 条斑海苔除了综合性状良好外，幼苗期耐高温、单孢子释放量少、成体叶型细长、高光效果适合机械收获等也是必要的。 育种学家的方向性选择往往是最早改变群体遗传结构的因素，在实际工作中，育种者利用官能，通过测定、称量、色调等比较表型淘汰海藻群体中的不良个体，留下性状良好

3、的个体，继续从其后代中选择、重复特征性的材料在杂种和野生群体中进行选育可以取得很好的效果。 1.2.1确定育种目标。 生长在海边的岩石上，充分汲取了海水中的精华，因此蛋白质、矿物质和维生素含量极为丰富，被称为“维生素的宝库”。 根据选择对象的范围，选择分为个体选择和混合选择。 个体选择以各个藻体为单位进行选择。 其步骤是从育种材料的变异群体中选择符合育种目标要求的优良个体，各取孢子，进行单独培养。 所选藻体分别隔离培养、标记，严防拥挤。 为便于比较、鉴定和选择，必须分别种植每个个体的后代，在不同的生育阶段指向选择，淘汰不符合育种目标的个体。 为了得到基因型单纯的个体，需要调查是否发生了自交性状

4、分离，进行第2次或第3次的个体选择。 应育种目标要求，从变异群体中挑选具有一致特征的优良个体采集孢子，在同一小区内栽培种苗。 混合选择的次数取决于一个混合选择小区内的所有藻株是否与总目标所要求的特点一致。 如果混合选择小区内所有藻株表现优良，满足育种目标要求，且性状比较一致，就可以停止混合选择，因此小区产生的群体为混合品系. 选择1.2.2方法，目前大型海藻种类的保存技术根据保存温度可以分为传统的低温弱光保存(一般为812 )和低温(4)、冷冻(40 )、低温真空冷冻干燥和极低温(196 )为主的冷冻保存2种。 4的低温能在一定程度上抑制生物细胞的生化活动，维持生物细胞的活力，是常见的海藻种类

5、保存方法。 40低温可抑制生物细胞的生化活动，排除遗传性状的变异，用于保存除对寒冷敏感的海藻细胞外的许多海藻种类。低温真空干燥技术的基本方法是将生物材料低温冻结后，用真空技术抽出材料中的水分使其干燥。 所谓超低温保存，是指在低共熔点约(135139 )以下的温度下保存材料，通常以液态氮作为制冷剂使用。 超低温保存可长期保持生物遗传稳定性，是目前保存生物材料的最有效方法。 1.2.3种质量保存，1.3海藻育种的主要方法1.3.1引种驯化，将一个地方的品种和品种转移到另一个地方栽培是引种，是育种最便利的方法之一。 比如海带不是我国原来的栽培品种。 海带作为野生外来物种于20世纪20年代从日本导入中

6、国大连，之后在中国大连、烟台试养成功，驯化为栽培品种。 新中国成立后，中国科技人员从烟台迁到青岛的20世纪50年代中期，海带南迁到浙江、福建，通过当地自然和人工选择，成为华东沿海栽培的适宜地方品种。 引进物种需要驯化，引进物种能够适应新的栖息地，保持良好的生活状态。 但是，由于将新物种引入生态系统可能会带来引入地的种群结构变化，影响该地区的生物多样性，因此人们对引入外来物种的努力越来越谨慎。 1.3.2家系育种和自交，家系育种是以家系为单位进行的选择育种，强调以家系为单位的选择单位，其实质是自交。 由于海带、裙带菜、海苔等多种藻体能同时产生雌雄生殖细胞(配子)，自交对大型海藻的自然繁殖非常普遍

7、。 家系育种为大型海藻育种提供了应用基础。 由于早期栽培的海带是遗传改良的基因型高度复杂的群体，根据自交基因分离原理，可以定向选择后代的分离性状。 “海青一号”(广叶)、“海青二号”(长叶)、“海青三号”(厚叶)、“海青四号”(薄叶)等几个自交系以海带自然个体群为原始材料，通过连续数年的自交和单株的方向性选择培育出的海带高碘高产新品种“860”也是通过家系选择培育出来的。 传统育种方法需要多代自交筛选得到纯自交系，或通过杂交培育新品种。 其缺点是： 1 )选育周期长。 海带杂交性程度高，需要通过自交分离其性状，选择目标性状，进行连续几代的自交和选择，使品系纯合子化，使目标性状比较稳定遗传。 对

8、一年级的海带来说，要得到遗传性地稳定的自交系一般需要56年2 )品种连续退化。 这取决于现行的种苗生产技术本身，海带的种苗生产需要大量收集蔬菜(4亿苗的生产量在一个育苗所，需要1万株以上的种子)，集中放出游孢子，附着苗帘在低温下培育。 由于游孢子是减数分裂的产物，广泛杂交的结果，子孙孢子体的性状变异必然很大。 因此，优良品种在推广过程中连续出现性状分离，丧失优良性状，最终丧失优良品种的价值。 1.3.3利用突变体培育品种，突变包括藻体基因的改变引起的自然突变和突变。 在多细胞海藻中，自然变异型很少。 诱发突变是利用化学、物理等作用诱导藻类群体基因改变，其突变率远高于自然突变，诱发突变可以得到自

9、然界罕见的新性状，是人工获得新品种的重要手段。 常用诱变剂有n -甲基- n -硝基- n -硝基胍(NG )等强诱变剂和激光、超声波、辐射、空间作用等。 化学和物理诱变得到的多种紫菜色素突变体在紫菜遗传和育种研究中发挥了重要作用。 2005年8月，坛紫菜搭载从中国发射的第21回返式科技试验卫星进入宇宙，开始藻类的宇宙育种。 海带新品种“1170”是经x射线处理后，经过选择和自交培育而成。同时，突变育种也广泛应用于绿藻、褐藻等大型藻类。 1.3.4通过杂交育种和利用杂种优势、杂交重组亲本基因，筛选重组型个体，可以得到具有父母优良性状的新材料，是育种学者最常用的方法。 杂交是通过亲本杂交，将父母

10、双方的基因重组，进行自交和选择，得到性状符合育种要求的重组型。 不同种类的属或亲缘关系更远的杂交，称为远缘杂交。 同时，还发现两亲本杂交的子代杂合体具有明显优于父母性状的杂种优势。 配子体克隆技术的应用为海带育苗育种研究注入了新的活力。 利用分离保存的海带雌、雄配子体克隆，可以很容易实现两个品种(系)之间的杂交，目的是将亲本优良性状结合到杂交后代，选育兼有两亲本优良性状的新品种。 由于海带配子体克隆遗传基础纯，杂种世代遗传重组完全一致，大大缩短了选育周期，提高了育种效率。 1.3.5利用无性繁殖进行遗传育种，无性繁殖系又称无性系或克隆系，是指一个祖先由有丝分裂产生的子孙集团。 由于不经有性生殖

11、，也不存在遗传重组，所以这些单个体衍生的子孙群体都具有相同的遗传特性，在海藻育种中具有独特的应用价值。 海带配子体克隆又称无性繁殖系，其生物学特征是：来自亲本，以无性繁殖方式繁殖，个体间遗传性一致。 利用这些生物学特性可以克服传统育种和育苗技术的缺点和不足，这是利用海带配子体克隆将育种与育苗结合的新方法。 该方法的技术路线大致如下：1)确立优良品系海带的配子体克隆无性系；2 )进行多组合杂交，筛选具有优良性状的F1代孢子体；3 )丰富培养具有优良性状的孢子体亲代的雌雄配子体克隆；4 )利用大量雌雄配子体克隆进行种苗生产(1)海藻单倍体育种及二倍体纯系单倍体的培育可以表现携带基因型的所有性状，性

12、状检测具有二倍体和二倍体所没有的优点。 海藻单倍体加倍则成为纯系，达到快速稳定种质的目的，但普通作物的自交选育的纯合子需要46代，对藻类育种具有重要意义。 海带和裙带菜的单倍体育种采用雌配子体的无性繁殖系，经孤雌生殖，染色体自然倍增，由此形成全雌的纯系二倍体。 在紫菜育种中，使用单倍的单孢子或酶法分离的单叶状体细胞，进行无性繁殖培育叶状体，或在此基础上诱导形成丝状体的无性系，或通过自受精使染色体倍增，得到二倍体孢子体的纯系或纯种，如果这些材料显示优异的经济性状(2)利用细胞或组织培养进行育种，大型海藻细胞万能性强，利用细胞和组织培养或营养枝繁殖等方式进行个体扩增，培育种苗，大大简化育种过程，节

13、约成本。 例如海带可以利用优势雌雄配子体细胞系培养及杂交育种，也可以通过组织块形成愈伤组织、诱导分化形成叶状体来培养种苗。 细基江垣繁枝变种、龙须菜和羊栖菜等均可通过切段培养提供苗源。1.3.6通过原生质体融合，利用体细胞杂交育种，海藻细胞被含有各种多糖类的细胞壁所复盖，将该细胞壁用酶溶解，或者将多核构成的大型细胞用刀切得到的细胞质称为原生质体。 该原生质体具有分裂增殖能力和复原为原来个体的能力，即万能性。 每个细胞都有相同的基因。 而且，这些细胞在相互融合时，具有将大分子和粒子导入细胞的能力。 利用原生质体所具有的特性，可以人工诱导直接变异株，通过细胞融合培育体细胞杂交种.原生质体融合，就是

14、将两种不同生物的细胞融为一体，克服不能远亲杂交的障碍，实现遗传重组，创造自然界中没有的新品种。 这种融合的结果可以是二倍体(例如两种绿藻孢子体细胞的融合)、二倍体(例如两种不同海苔细胞的融合)或三倍体(例如一个绿藻孢子体细胞和一个配偶体细胞的融合)。 1.3.7通过目的基因的转移、整合和表达，用于品质创新和品种改良，通过载体将外来遗传物质或性状相关的调控序列转入生物体内进行表达，产生新的目的性状。 利用转基因技术进行新种分子设定修订也成为可能。 衣藻、盐藻等单细胞藻已成为基因工程的模式和常用生物。 海带、海苔、麒麟菜等大型海藻的转基因工作也取得了很大进展。 转基因海藻进行功能基因的验证后成为表

15、达系。 海藻基因重组方法基因枪法：基因枪法的一般流程是，金粒或钨粒的洗涤外来DNA-金粒或钨粒复合体的制备(通过氧化钙的沉淀及亚氨基二胺、聚乙二醇的附着作用，将外来DNA和金粒或钨粒混合靶受体材料准备用DNA微粒复合体冲击受体材料的进一步处理基因枪技术的特点是，根癌农杆菌仅对某些双子叶植物敏感，对多个单子叶植物不敏感，因此限制了根癌农杆菌Ti质粒介导法等的应用范围，基因枪法不限于宿主，宿主受体类型广泛。 该方法不仅以原生质体为受体材料，还以完整的细胞、组织等叶、茎和根的切口、幼胚、愈伤组织、花粉细胞等为受体材料进行碰撞转化。 控制性很高。 在基因枪碰撞过程中，可以根据需要向特定水平(位置)的细

16、胞发射，有助于提高转换效率。 操作简单、快捷，但费用高。 操作需要基因枪和组织培养条件。 基因枪法目前存在转化效率低、外源基因插入植物不准确、稳定性不高等缺点。 1.3.8分子标记辅助育种、分子生物学的发展给大型海藻育种带来了新的技术。 利用与生产性状有关的分子标记和连锁的分子标记，不用等到长的培养过程结束，就可以迅速检查育种中的材料性状状态。 是RAPD (基于PCR构建的能够多态分析未知序列整体基因组的分子技术)、RFLP (最早发展的DNA标记技术。 RFLP是基因型间限制性片段长度的差异，这种差异由限制性酶切点上碱基的插入、缺失、无重力序列或点突变引起)、AFLP (一种新的分子标记技术，基于PCR技术扩增基因组DNA的限制性片段，基因组DNA受到抑制之后将双链接头作为与DNA片段末端连接的引物的结合位点)、EST (用从随机选