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1、园艺植物生物技术,1.了解基本原理和方法 2.掌握基本技术和应用、组织培养的过程,何为生物技术？,生物技术：,生物技术：biotechnology （生物工程）是以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和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，为人类生产出所需要的产品或达到某种目的的一系列技术。,工程技术手段,发酵工程,酶工程,基因工程,蛋白质工程,细胞工程,一 动物生物技术,克隆羊：从一个细胞到一头羊,多利和它的孩子以及“父亲”莫特,沃尔小组 恒河猴,克隆牛 日本 1998 7 5,吴明杰小组 克隆猪,世界第一匹克隆马诞生 2003. 8 意大利 皮肤细胞,克隆羊
2、-多利,1997.3.4 （美）克林顿总统宣布：禁止联邦政府资助人体克隆实验。 1997.3.5 （意）卫生部长在众议院宣布：禁止人体和动物克隆。 1997.3.11 世界卫生组织（WHO）宣布：禁止人体克隆试验。 1997.3.11 欧盟委员会宣布：反对人体克隆试验。 中国卫生部宣布：禁止人体克隆试验。,动物细胞融合技术,动物细胞的融合还常常用到灭活的病毒作为诱导剂，很多不同种类的动物细胞之间或动物与人的细胞之间都能进行融合，形成杂种细胞，例如人鼠、人兔、人鸡，人蛙，鼠鸡、鼠兔、鼠猴等的细胞都能进行融合。,二 植物生物技术,植物生物技术：,是指对植物品质和性状进行改造的生物技术，包括植物组织
3、培养技术、人工种子、细胞工程、基因工程等多种生物技术，主要是指植物基因工程技术和与之相关的植物组织培养技术、分子标记育种技术等。,从一个细胞到一个植株,从一个配子到一个植株（单倍体）,烟草花粉离体培养,A,B,C,从一个器官或组织到一个植株,B,C,D,E,F,A,烟草组织培养,原生质体培养,原生质体：植物细胞通过质壁分离后,可以和细胞壁分开的那部分细胞物质.或是去掉植物细胞壁的细胞。 原生质体培养：原生质体分离纯化后,须在适当的培养基上应用适当的培养方法,才能再生细胞壁,并启动细胞持续分裂,直至形成细胞团、长成愈伤组织或胚状体、分化和发育成苗,最终再生完整植株。,三 植物生物技术的应用,21
4、世纪是信息时代,是知识经济时代。以六大高新技术为标志：电子信息、生物技术、新材料、新能源、海洋技术、航空航天技术。 生物技术-现代生命科学的革命-未来经济发展的新动力 第一次技术革命 工业革命 解放人的双手 第二次技术革命 信息技术 扩展人的大脑 第三次技术革命 生物技术 改造生命本身,农业革命-绿色革命,第一次绿色革命： 20世纪50-60年代以高杆改变矮杆为标志，另外辅助于农药和农业机械，使“墨西哥小麦”的矮杆化和矮杆水稻良种的全面推广，从而解决了19个发展中国家粮食自给问题。,主要的内容：大规模地推广矮秆、半矮秆、抗倒伏、产量高、适应性广的优良小麦及水稻品种，并同时改进灌溉、施肥等相关技
5、术。,绿色革命带来的影响,墨西哥：1940年仍需进口一半以上自用粮食的国家，在1964年已有余裕输出五十万吨的小麦。 印度：1966年引进由墨西哥来的小麦种子。次年，印度国内收成了一千七百万吨的小麦。由于过去最好也只有年产一千两百万吨。 菲律宾：1963年成立了国际稻米研究机构，该机构发展出的稻米品种被喻为是神迹米（Miracle Rice）。十年间平均提高了东南亚国家每公顷稻米的平均产量至少2.5倍以上，栽种神迹米的面积也增加了2000倍。,存在的问题：作物单一化 世界粮食组织的一份报告很能说明问题： 1992年，在绿色革命4O年到来时，新品种作物已经覆盖了全世界12的麦地和稻田。当今，美国
6、13的大草原只种植一种小麦。农业专家说，在曾经种植过3万种作物的地区，不久将有34的面积只种植10种稻谷。,玛雅文明衰亡的原因之一：就是单一品种玉米的栽培而导致的玉米叶蜱和玉米花叶病毒爆发的结果。,存在的问题：大规模灌溉和施肥对水质的影响,农药越用越多，但单位产量却越来越少,存在的问题：大量施用化学肥料、农药,主要农作物待改善的问题： 玉米：玉米螟 小麦：小麦锈病 水稻：维生素A含量低 葡萄柚：在寒冷气候不适合生长,植物杂交 诱变育种 植物基因工程,解决途径：,植物杂交,高蛋白花生“桂花红95”,桂花红166、桂花红35、桂花红95:高钙、高蛋白保健食用花生,营养堪比牛奶。 特点：含钙量高，每
7、公斤含钙达700毫克，是传统花生含钙量的2倍以上，蛋白质含量高达32%，营养堪称“植物牛奶”。,由于是远缘杂交，杂交胚的胚乳发育不正常或是胚与胚乳之间生理上的不协调而使杂种胚早期败育。通过胚拯救(embryo rescue)技术可在胚败育之前将其取出培养，避免远缘杂种胚早衰，使大量远缘杂交胚继续发育成正常种子，尽快进入选育程序。,胚拯救(embryo rescue)技术,生命的基础和核心,非生命的基础和核心,辐射育种,诱变育种,浙江农科院的60Co射线种植房,四川农科院的钴圃全貌,常见园林植物辐射诱变适宜剂量表,利用卫星搭载植物种子在太空中宇宙射线的辐射下，生物遗传物质有人类意想不到的各种变异
8、。如辣椒果实变得特大的太空辣椒。通过卫星搭载进行植物种质创新还在菠菜、黄瓜等植物上开展了试验。,宇航（太空）育种,我国从1987年发射的返回式卫星首次搭载了青椒、小麦、水稻等一批种子，开始了我国太空育种的尝试。 至今，我国利用返回式卫星已先后8次进行了70多种植物400多个品种的太空育种试验，育成了一系列高产、优质、多抗的水稻、小麦、番茄、青椒、芝麻等作物新品种、新品系，其中不少属于具有突破性影响的优良突变。,太空育种,神奇的太空南瓜,太空育种成果,太空水果樱桃番茄,太空水果番茄系列,棉铃虫侵害的棉花,植物基因工程,BT基因：即是苏云金芽胞杆菌基因(Bacillus thuringiensis
9、，简称Bt) 。苏云金芽胞杆菌可以分泌一种毒蛋白(伴孢晶体蛋白)，对鳞翅目（比如小菜蛾）和鞘翅目昆虫有很强的杀伤作用。,转抗虫基因的抗虫棉,实验组,对照组,转BT基因的水稻,抗癌抗衰老的紫色西红柿,“满地尽是黄金米”,维生素A的前体-胡萝卜素只在南瓜、胡萝卜等黄色和橙色蔬菜中存在。,抗冻的草莓会有鱼腥味么？,利用在海鲽等北冰洋冷水性鱼类体内发现的“抗冻结基因”来培植具有抗冻特性的草莓。将这种抗冻基因注入草莓、西红柿、土豆等果蔬中，就能让它们经得住严寒恶劣天气的折磨。,抗乙肝番茄 通过“基因手术”使蔬菜水果成为“天然药物”,耐贮藏河套蜜瓜新品系,人工染色后的产物,抑制负责产生红色素的酶,应用基因
10、重组技术,自然界中的蓝色花朵具有将翠雀花素与糖等结合起来的色素，它与名为“黄酮”的化合物一起可以形成结晶构造，从而呈现出深蓝色。,通过揭露如何抑制植物基因，澳大利亚两名科研人员彼得沃特豪斯博士和王明波博士使蓝玫瑰的培植成为可能，他们因此荣膺“澳大利亚总理科学奖”。,水稻转基因,A,E,D,C,B,F,转基因水稻繁殖-海南省,世界转基因作物发展的趋势,植物生物技术发展趋势：,抗虫、抗病和抗除草剂植物新品种。 改良品质，增加营养。 非生物抗性(抗旱，抗冻、抗涝、抗盐碱等)。,植物生物技术与农业革命,植物组织培养技术 人工种子技术 细胞工程技术 基因工程技术,现代植物生物技术包括：,植物组织培养定义
11、： 在人工操作下把离体植物器官（根、茎、叶、花、果）、植物组织（表皮、胚、胚乳、形成层、愈伤组织）、植物的细胞（游离的体细胞、大小孢子）和植物的原生质体在无菌的条件下培养，使它们继续生长、发育成完整植株的所有培养技术的总称，也称之为离体培养（In vitro culture）或试管培养。,单倍体育种：快速纯化个体，缩短育种年限， 提高育种效率等作用。 远缘杂交：克服杂交不亲和性，用于植物的远缘杂交；体细胞杂交；胚珠培养。 体细胞变异的应用：果树苗木等。 单细胞突变体的筛选：抗性育种,植物组织培养在农业生产中的应用,育种上的应用：,快速繁育：兰花、香蕉、甘蔗、咖啡等。 获得脱毒植株，提高种性：病
12、毒可通过维管束传递，茎尖细胞分裂很旺，几乎没有病毒， 如土豆。 人工种子：不受气候影响，苜蓿、芹菜、胡萝卜等。,种子繁育与生产：,喜树的喜树碱（抗癌），人参皂苷，香料植物的香油精。,植物产品的工厂化生产：,种质资源的保存：,对于难于产生种子，种子不易保存，或珍稀的植物。 番薯的块根保存很难，可以取其茎尖进行组织培养，进行保存。,DNA为遗传信息的携带者。 DNA的双螺旋模型和半保留不不连续复制机制。 中心法则和操纵子模型。,5.2 植物基因工程,理论上的三大发现：,DNA体外切割与连接技术。 基因工程载体的使用。 DNA分析技术：电泳、测序、杂交技术。,技术上的三大发明：,用人工的方法，从不同
13、生物中提取外源基因及载体DNA，经过体外切割、拼接和重组，然后采取某种方法，把重组后的带有外源基因的载体DNA引入植物细胞，并使其在植物细胞内进行复制和表达，以达到预期改变受体植物细胞遗传特性的目的。 它的核心是重组DNA技术。也称：遗传工程，基因操作，基因克隆，分子克隆,基因工程的定义：,克服远缘杂交（有性杂交）的困难。 1、使基因在动物、植物，微生物不同生物系统中传递。 2、快速、定向的获取人类所需要的生物新类型。 大豆的高蛋白（40%）基因 禾本科作物 鱼类抗冻蛋白基因 水稻,基因工程的生产应用：,细胞工程的定义：利用细胞培养、细胞融合等细胞生物学方法对细胞进行改造，使细胞按人类需要生产有用的产品，或者遗传物质，从而培育新的生物类型。包括：细胞杂交技术、单克隆抗体、细胞大规模培养技术。,5.3 细胞工程,细胞工程的应用-原生质体融合,马铃茄,张献龙 植物生物技术 2004 科学出版社,教 材,
