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1、生物技术在植物育种生物技术在植物育种中的应用中的应用主要内容主要内容 生物技术的概念和范围生物技术的概念和范围 细胞工程与育种细胞工程与育种 基因工程与育种基因工程与育种 分子标记辅助育种分子标记辅助育种生物技术生物技术 生物技术也称生物工程生物技术也称生物工程，是指以现代生命科学为基础，结合，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，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到某种目的的一门新兴、综合性学科新兴、综合
2、性学科。生物技术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：应用范围广泛：医药卫生、农林牧渔、轻工、食品、化医药卫生、农林牧渔、轻工、食品、化工和能源等领域。工和能源等领域。植物方面：植物方面：产量、品质、抗病虫、抗逆性等，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。物技术在植物育种中已得到广泛应用。主要涉及：主要涉及：组织与细
3、胞培养、体细胞突变体筛选、原生质体培养与体组织与细胞培养、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器、基因分离和转移和分子标记辅助选择育种等技术生物技术应用于育种的必要性生物技术应用于育种的必要性 1 1、人类、人类2121世纪面临的三大问题世纪面临的三大问题（人口、资源、环境）（人口、资源、环境） 2 2、传统育种方法的局限、传统育种方法的局限 3 3、生物技术的创造性、生物技术的创造性 （1 1）打破自然生殖隔离，生物可共享一个基因库）打破自然生殖隔离
4、，生物可共享一个基因库 （2 2）有目的地进行基因重组，克服不良连锁）有目的地进行基因重组，克服不良连锁 （3 3）有效克服环境影响，选择更可靠）有效克服环境影响，选择更可靠生物技术在植物育种中应用的重要意义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
5、有十分重要意义。源问题，具有十分重要意义。 组织与器官培养的类别 组织与器官培养的应用第一节第一节 细胞工程与育种细胞工程与育种第一节第一节 细胞工程与育种细胞工程与育种一、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 离体叶的培养相关的专业术语相关的专业术语 细胞全能性：细胞全能性： 外植体：外植体： 愈伤组织愈伤组织 胚状体胚状体 继代培养继代培养组织与器官培养过程可分四个阶段组织与器官培养过程可分四个阶段无菌培养物的建立无菌培养物的建立营养繁殖体的增殖营养繁殖体的增殖生根培养生根培养植株移栽植株移栽各阶段在培养基各阶段在培养基、生长调节剂的、生长调节剂的配比和浓度
6、、培配比和浓度、培养方式和环境上养方式和环境上都有不同的要求都有不同的要求组织和器官培养在育种中的作用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加快植物新品种和育种繁殖速度 培养无病毒苗木培养无病毒苗木 诱发和离体筛选突变体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获得倍性不同的植株 克服种子和萌发中的障碍克服种子和萌发中的障碍 克服远缘杂交困难克服远缘杂交困难 提供育种中间材料提供育种中间材料1. 加快植物新品种和育种繁殖速度加快植物新品种和育种繁殖速度2. 培养无病毒苗木培养无病毒苗木3. 3. 诱发和离体筛选
7、突变体诱发和离体筛选突变体4. 4. 获得倍性不同的植株获得倍性不同的植株二倍体（左）多倍体（右）水稻5. 5. 克服种子和萌发中的障碍克服种子和萌发中的障碍种子萌发全过程种子萌发全过程6. 克服远缘杂交困难克服远缘杂交困难7. 7. 提供育种中间材料提供育种中间材料二、花药和花粉培养二、花药和花粉培养花药培养花药培养：其外植体为植物：其外植体为植物 雄性器官的一部分，就培养雄性器官的一部分，就培养 方法和技术来讲于方法和技术来讲于器官培养器官培养 的范畴的范畴花粉培养：花粉培养：将处于一定发育将处于一定发育 阶段的花粉从花药中分离，阶段的花粉从花药中分离， 再加以离体培养，有时花粉再加以离体
8、培养，有时花粉 培养也称为小孢子培养，从培养也称为小孢子培养，从 培养方法和技术方面讲，属培养方法和技术方面讲，属 于于细胞培养细胞培养的范围的范围花药培养的基本程序花药培养的基本程序花粉发育时期花粉发育时期四分体小孢子单核花粉双核花粉最适期花粉及小孢子培养花粉及小孢子培养 1 1、取材时期的确定、取材时期的确定 花药培养与小孢子培养的花药培养与小孢子培养的目的目的一样，为获得单倍体。一样，为获得单倍体。 单倍体单倍体（haploid):haploid):指具有配子体染色体数的孢子体（植物指具有配子体染色体数的孢子体（植物个体）个体）单倍体在育种中的作用：单倍体在育种中的作用： 加倍后可迅速获
9、得纯合型材料，缩短育种年限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，无籽三倍体的获得义，无籽三倍体的获得 作为遗传工程受体更为有效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用于基础遗传学研究的各个领域 获得超雄植株（获得超雄植株（YYYY） 可获得异源体附加系，代换系和易位系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克服远缘杂交不育性与分离的困难 提高
10、选择的正确性和效率提高选择的正确性和效率芦笋性染色体（芦笋性染色体（XYXY）超雄植株：有性染色超雄植株：有性染色体的纯合体体的纯合体三、原生质体培养三、原生质体培养 原生质体培养：原生质体培养：protoplast cultureprotoplast culture 体细胞杂交体细胞杂交Somatic hybridizationSomatic hybridization 原生质体融合原生质体融合Protoplast fusionProtoplast fusion相关概念相关概念 原生质体：原生质体：指除去细胞壁的细胞或是一个被质膜所包围的指除去细胞壁的细胞或是一个被质膜所包围的裸露细胞。裸露
11、细胞。 亚原生质体：亚原生质体：在原生质体分离过程中，有时会引起细胞内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没有细胞核 核质体：核质体：由原生质膜和薄层细胞质包围细胞核形成的小原由原生质膜和薄层细胞质包围细胞核形成的小原生质体，即微小原生技击体生质体，即微小原生技击体 胞质体：胞质体：不含细胞核而仅含有部分细胞质的原生质体不含细胞核而仅含有部分细胞质的原生质体原生质体的分离和培养原生质体的分离和培养 无菌试管苗叶片无菌试管苗叶片 上胚轴和子叶上胚轴和子叶 愈伤组织愈伤组织 培养细胞
12、培养细胞酶解酶解纤维素酶和果胶酶纤维素酶和果胶酶 原生质体原生质体原生质体原生质体培养培养培培 养养 基基液体浅层培养液体浅层培养固体平板培养固体平板培养固液双层培养固液双层培养琼脂糖珠培养琼脂糖珠培养培养方法培养方法四、体细胞杂交四、体细胞杂交 定义：定义：将两个不同亲本的原生质体，经人工诱导融合并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（培养成植株的过程，统称为体细胞杂交（A+BA+B） 几种不同的表述：几种不同的表述： 体细胞杂交：体细胞杂交：somatic hybridizationsomatic hybridization 细胞融合细胞融合:Ce
13、ll fusion:Cell fusion 无性杂交无性杂交: asexual hybridization: asexual hybridization 原生质体融合：原生质体融合：Protoplast fusionProtoplast fusion 超性杂交超性杂交: : ParasexualParasexual hybridization hybridization 超性融合超性融合: : ParasexualParasexual hybridization hybridization 细胞工程细胞工程: Cell engineering: Cell engineering 1960196
14、0年，年，KockingKocking用酶法制备高等植物原生质体首次获得成功用酶法制备高等植物原生质体首次获得成功 19711971年，年，TakebeTakebe首次从离体烟草原生质体培养中获得再生完整植株首次从离体烟草原生质体培养中获得再生完整植株 19721972年，年，CarlsonCarlson首次获得粉蓝烟草和郎氏烟草的细胞杂种，是第一首次获得粉蓝烟草和郎氏烟草的细胞杂种，是第一个植物细胞杂种个植物细胞杂种 19741974年，年，KaoKao将聚已二醇诱导融合法应用于植物细胞融合并取得了相将聚已二醇诱导融合法应用于植物细胞融合并取得了相应的融合技术应的融合技术 19781978年
15、，年，MelchersMelchers获得第一个属间细胞杂交（马铃薯获得第一个属间细胞杂交（马铃薯+ +蕃茄）蕃茄） 19811981年，年，ZimmermanZimmerman发明电融合仪，并首次年出电融合概念发明电融合仪，并首次年出电融合概念 19871987年，年，SchweigerSchweiger建立单对原生质体电融合技术程序建立单对原生质体电融合技术程序体细胞和有性杂交的比较体细胞和有性杂交的比较比比较较较较内容内容 体体细细细细胞胞杂杂杂杂交交有性有性杂杂杂杂交交时时时时 间间间间无季无季节节节节限制限制花期限制，特花期限制，特别别别别是母本是母本的花期的花期亲缘亲缘亲缘亲缘 关关系系一定程度上可以克服有一定程度上可以克服有性性/ /嫁接不嫁接不亲亲亲亲和性和性受受亲亲亲亲和性影响和性影响结结结结 果果细细细细胞核、胞核、细细细细胞胞质质质质均可以均可以重重组组组组、倍性增加、倍性增加双受精，一般无双受精，一般无细细细细胞胞质质质质重重组组组组，倍性不改，倍性不改变变变变 理论上，任何细胞都有可能通过体细胞杂交而成理论上，任何细胞都有可能通过体细胞杂交而成为新的生物资源，这对种质资源的开发和利用具有为新的生物资源，这对种质资源的开发和利用具有深远意义深远意义 融
