《生物技术在药用植物育种上的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物技术在药用植物育种上的应用（172页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章 生物技术在药用植物育种中的应用,第一节 细胞工程育种 第二节 基因工程育种 第三节 分子标记辅助育种,生物技术是二十一世纪的战略技术，有人分析预测，到2100年生物技术将成为推动世界经济增长的主要技术动力，并在技术、经济、社会活动中扮演重要角色，同时也将在医药业、农业、食品制造、化工、环保、新能源以及传统产业改造升级等方面大放异彩，届时，生物技术将同信息技术一样，遍布人们生活的方方面面，并且将使世界的经济及社会产生根本性的变化。因此，世界各国都将生物技术作为战略性技术重点大力推动发展。目前世界上正在形成一条“以资源为基础，以基因为核心，以品种为载体”的生物技术产业。,面对许多野生的药用
2、植物濒于灭绝，一些特殊环境下的药用植物引种困难等问题，生物技术在药用植物育种上的应用研究已成为当今中药研究的热点，如育出了茎尖地黄新品系，已在产区应用，并将使传统中药进入一个崭新的时代。,什么是生物技术？,生物技术（Biotechnology ）：,Bio Biology Technology Application,The application of Biology for the benefit of humans,What is Biotechnology ?,Traditional/old biotechnology The conventional techniques that
3、have been used to produce beer, wine, cheese, many other food.,Beer, Bread, and Wine Making are Centuries Old.,Ancient Egyptian drawing of a cylinder seal impression on a jar stopper bearing the name of Khasekhemwy, a Dynasty 2 pharoah. It shows a grapevine trained to run along a trellis or arbor. (
4、around 2700 b.c.),远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成了醇香可口的饮料-人类最早发明的酒,微生物发酵,New/modern biotechnology All methods of genetic modification by recombinant DNA and cell fusion techniques, together with the modern development of traditional biotechnological process.,组织培养,Micropropagation,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,体细胞杂交,基因工程重组乙肝疫苗,基因工程做
5、成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。,通常一种细菌只能分解石油中的一种烃类，用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。有的还能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质。,通过基因工程的方式创造了能合成人干扰素的大肠杆菌，每1Kg的培养液可提取420mg干扰素，若从人血中提取干扰素，300L血才提取1mg！,人造血液及其生产,Science Vol. 222, Nov. 1983,Time Magazine, March 1997,1983 SCIENCE Cover Transgenic Mice 1997 TIME Cover - Dolly,“黄金”大
6、米,通过转基因技术，转化胡萝卜素合成酶基因，使大米富含胡萝卜素，从而解决人们缺乏维生素A的问题，而大米也成了金黄色的“黄金大米”。,转基因技术,转黄瓜抗青枯病基因的甜椒,S sensitive plants R resistant plants,PCR-RFLP marker linked to nematode resistance gene Mi,分子标记辅助育种,Biotechnology: A collection of technologies,The Applications of Biotechnology,Medical Biotechnology Diagnostics Th
7、erapeutics Vaccines Agricultural Biotechnology Plant agriculture Animal agriculture Food processing Environmental Biotechnology Cleaning through bioremediation Preventing environmental problems Monitoring the environment,第一节 细胞工程育种,植物细胞工程 指以植物细胞为操纵对象，在体外进行培养、繁殖，或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创造
8、新品种，加速繁育植物个体或获得某种有用物质的过程。 一、植物离体培养技术 二、体细胞变异及突变体筛选 三、原生质体培养和体细胞杂交 四、染色体工程,一、离体培养技术（in vitro culture）,植物细胞的全能性（Cell Totipotency） 一个植物细胞能产生一个完整植株的固有能力称之为细胞的全能性。 即广义的组织培养，是现代生物技术的一个重要组成部分，它是指运用无菌操作技术，将从植物体分离的符合需要的组织、器官或细胞（包括去壁后的原生质体）等，接种在人工培养基上，置于人工控制的环境条件下进行培养，以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的其它生物产品的技术。,切取,接种,愈伤组织
9、的形成,分化形成小芽或根,试管苗的形成,移栽,植物离体培养主要包括： 1、胚珠和子房培养 2、离体胚的培养 3、组织或愈伤组织培养 4、细胞培养 5、原生质体培养,离体培养技术在药用植物育种上的应用,1、种质创新,克服远缘杂交障碍获得远缘杂种 远缘杂交的障碍： 杂交不亲和性（cross-imcompatibility） 试管授粉受精 杂种不育性（hybrid invability） 幼胚培养和胚胎拯救、体细胞融合 杂种不稔性（hybrid infertility）,获得体细胞杂种（ somatic hybrid ） 体细胞杂交可以获得通过有性杂交不能获得的属间或种间杂种，转移胞质遗传性状（如雄
10、性不育性）以及非豆科作物转移固氮基因，或高光合效率的基因转移。,A somatic hybrid (center) between cultivated potato (left) and wild species (right).,突变诱发与体细胞无性系筛选 体细胞无性系变异（somaclonal variation）是选择变异的一个重要来源。为了筛选出特殊的突变类型，可以把某种选择因素结合到培养基或环境逐个进行筛选。通过这一途径，已分离出广谱的变异细胞系，如抗药物、抗除草剂、抗病、抗不良环境条件细胞系，从而成功进行离体选择,Example of somaclonal variation;
11、a dwarf banana after micropropagation,Carrot family lines regenerated from tissue-culture. Both have been grown for 12 weeks in a glasshouse after 10 weeks vernalisation. Family 16 (LHS) are flowering abundantly, while Family 17 (RHS) have not flowered.,遗传转化受体系统,进行高效遗传转化的前提是建立良好的离体再生系统。以原生质体、叶片或愈伤组织
12、等外植体作为受体进行遗传转化，培养出转基因植株，在作物改良上具有巨大的潜力,倍性育种（胚乳培养、花药培养）,利用花药及花粉培养进行单倍体育种，将优良的单倍体进行染色体加倍，便可迅速地获得纯合的二倍体，从而加速亲本材料的纯化。三倍体植物也可通过胚乳培养再生植株的途径获得。,单倍体育种程序： 材料采集 接种培养 诱导愈伤组织 获得再生植株 染色体加倍 幼苗培育和品种选择,2、无病毒苗木繁育,对于无性繁殖植物感染病毒引起退化的品种可以通过分生组织培养或再结合如热处理等其它处理，有效地进行脱毒，从而获得了脱毒苗。 如马铃薯、大蒜、草莓、甘薯等,脱毒,3、种质资源保存,中国农业科学院国家种质资源库,利用
13、茎尖培养结合低温或超低温冷冻贮藏来保存种质资源，特别是对一些无性繁殖作物的种质资源保存更有价值。它不仅节约空间，又可减少病虫为害，也便于运输利种质资源的交换。,4、生产人工种子,种皮,胚芽,胚根,现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功。,胚乳或子叶,二、体细胞变异与突变体的筛选,1、体细胞变异及突变体类型 Larkint Scowcroft把由任何形式的细胞培养所产生的植株统称为体细胞无性系，而把这些植株所表现出来的变异称为体细胞无性系变异。 植物细胞在离体培养过程中，细胞、愈伤组织以及再生植株因各种外部因素的影响可能会发生一定频率的变异。发生了
14、可遗传变异的体细胞或再生植株等个体称为突变体。 突变体类型： 抗性突变体 不育性突变体 营养缺陷型突变体 形态特征和生物学特性突变体,体细胞突变体的诱发和筛选,材料选择 目标性状明确；细胞培养技术可行；细胞类型适当 突变诱发 采用物理或化学人工诱变 突变体筛选 直接筛选法，间接筛选法 突变体鉴定 筛选后先转移到非选择培养基上，再转到分化培养基上再生植株，最后利用各种手段检测突变体的表达及遗传稳定性。,三、药用植物原生质体培养和体细胞杂交,原生质体(protoplast)：指除去细胞壁的细胞或是说一个被质膜所包围的裸露细胞,胞质体（cytoplast）：不含细胞核而仅含有部分细胞质的原生质体。,
15、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。,目前，药用植物原生质体（protoplast)培养已获得成功的包括夹竹桃科、五加科、紫草科、菊科、葫芦科、龙胆科、豆科、毛茛科、茄科、玄参科、伞形科、天南星科和百合科的数十种植物。,1、原生质体培养的意义：,PROTOPLAST ISOLATION AND PURIFICATION,2、原生质体的分离 植物细胞具有细胞壁，获得大量有活力的原生质体，需要设法去掉细胞壁。材料的来源一般采用叶肉、茎尖或液体悬浮培养的细胞，在有合适的渗透稳定剂溶液中（如在高渗的蔗糖、甘露糖醇或山梨糖醇溶液），运用分离细胞和降解细胞壁的酶
16、（如果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等）混合处理，进行原生质体分离。,影响原生质体分离的因素： （1）材料来源： 叶肉细胞是常用的材料， 其次为愈伤组织或细胞悬浮培养物。此外 , 从根、茎、叶、花、果实、胚芽鞘、子叶、花粉、四分体等均能分离原生质体。 （2）渗透压： 原生质体分离之前必须确定一个适合的渗透压。 CPW溶液甘露醇或蔗糖调节，维持较高的渗透压。 （3）酶 植物细胞壁结构复杂 , 由纤维素和半纤维素组成 , 需要一定的酶组成才能降解它。 （4）分离培养基。 钙离子、镁离子和PO43- 等对原生质体的活力保持很重要， （5）培养条件酶处理时的温度和 pH 最重要。 PH 缓冲剂MES，PH范围4.8-7.2 （6）组织前处理 高渗前处理、激素处理、低温处理、激素与低温结合前处理等对不同植物原生质体分离可能有较好的效果。,3、原生质体培养,原生质体培养前必须调到一定密度，一般 103105/ml 的密度比较适合原生质体培养。原生质体的培养方法各种各样，依药用植物和材料来源而
