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1、植物生物技术讲稿说明:面向植物科学技术专业的理论课授课为32学时,根据教学大纲取舍。绪论学时分配：1学时教学目的：介绍生物技术的产生与发展，植物生物技术与农业革命，植物生物技术在未来农业生产中所起的作用。以事实引起学生学习的兴趣。一、植物生产的几次重要革命绿色革命：20世纪50-60年代以咼秆改变为矮秆为标志的优质、咼产墨西哥小麦的矮秆化和矮秆水稻良种的全面推广、使全世界粮食产量跃上了一个新的台阶。为什么矮杆可以大幅度提咼产量？（耐肥，抗倒，增加密度等） 杂种优势利用：70年代初，我国杂交水稻的培育成功，并大面积应用于生产，使水稻单产增长20%-30%，创造了农业奇迹。（三系、两系、一系，资源
2、挖掘） 生物技术的应用（基因革命时代的到来）：20世纪80年代初转基因作物投入生产标志着生物技术在农业上的成功应用。二、生物技术的产生与发展 生物技术的概念：生物技术（biotechnology）,有时也称生物工程（bioengineering）,以现代生命科学技术成果为基础设计、改造生物体，生产人类需要的产品。基因工程Geneticengineering细胞工程Cellengineering生物技术酶工程Enzymeengineering发酵工程Fermentation蛋白质工程Protein 生物技术的产生：1953DNA双螺旋的发现；60年代遗传密码的全部破译；1972重组DNA技术的建
3、立（生物技术学科产生的关键技术）介绍重组DNA技术在现代遗传学、分子生物学、生物技术研究中的意义。三、转基因作物在全球的应用状况1全球转基因作物的面积分布2发达国家与发展中国家的比较3不同作物的应用概况四、植物生物技术与应用概念：植物生物技术（PlantBiotechnology）是指对植物品质和性状进行改造的生物技术。植物生物技术包括：植物组织培养（或细胞工程）PlantTissueCulture基因克隆与转基因植物生产GeneCloningandGeneticallyModifiedCrops（GMcrops）分子标记及辅助育种应用MolecularmarkersandMAS 植物生物技术
4、发展趋势：从投入特征的作物向产出特征的作物转变植物生物技术的农业应用：创造新材料；培育新品种；开发功能食品；快速繁殖稀有材料；材料的指纹分析、新基因挖掘、定位、辅助育种等。五、植物生物技术与传统农业技术的关系传统农业技术在农业生产中仍将发挥主导作用，不可用生物技术全面替代。如新品种选育。生物技术与传统技术结合可以加速研究进程生物技术可以大幅度提高农产品的附加值生物技术产品的出现使大批农业公司被生物技术公司替代，使农业经营领域发生变革思考题：生物技术的概念及其涵盖的内容；植物生物技术包括那几个方面；生物技术与农业生产的关系。参考书：植物细胞组织培养，刘庆昌主编，中国农业大学出版社，2003作物D
5、NA标记辅助育种，方宣钧主编，科学出版社，2001植物基因工程原理与技术，王关林主编，最新版？，科学出版社农业生物技术学报；科学通报；中国科学C；植物学报；遗传学报；植物生理与分子生物学学报；实验生物学报;生命科学研究；科学导报TrendsinBiotechnology；TrendsinPlantScience；TrensgenicResearch；PlantCell，TissueandOrganCulture；PlantScience；InvitroCellular&DevelopmentalBiology;TAG；PlantBreeding；Euphytica#第一章植物组织培养的原理与方
6、法学时分配：5学时教学目的：通过该章教学，让学生掌握植物组织培养所涉及的基本概念；培养基的组成、特点和用途；植物组织培养实验室建设；无菌操作的原理与技术等。学习后，应能独立设计组织培养实验室，能够进行无菌操作，能够独立配制培养基。第一节植物组织培养实验室建设一、植物组织培养实验室的设置标准的植物组织培养实验室必须具备下列必需的设施：（1）清洗和贮存玻璃器皿、塑料器皿和其它实验器皿；（2）培养基的配制、灭菌和贮存；（3）植物材料的无菌操作；（4）可控温度、光照、湿度的条件，以便对材料进行体外培养；（5）培养物生长发育过程的显微观察1、洗涤室：主要用于清洗各种器皿、培养瓶（皿）的烘干，需要与洗涤有
7、关的各种小工具、凉干架、烘箱等。灭菌设备可以安装在该室。2、培养基室：各种药品、母液的储存，培养基的配制与分装。需要试剂瓶、pH计、冰箱、天平、微波炉、水浴锅等。3、接种室：用于植物材料的无菌操作。接种室为密闭式，用紫外线灯进行空气消毒。接种室的主要仪器设备是超净工作台和操作台（用于放置培养基）。4、培养室：培养室是存放接种有植物材料的培养瓶的地方。培养室的温度必须是可控的，一般是用空调或热风机使温度保持在252C。植物组织培养要求一定的光照，采用日光灯源，一般光照强度为100040001ux。培养室的湿度应控制在相对湿度80%左右，当培养室的相对湿度降到50%以下时,应采取措施增加湿度，以免
8、培养基变干。在培养室内应设有若干培养架以放置培养物。培养架大小一般为1200mmX600mmX400mm。培养室的主要设备是培养架、控温控光系统、摇床等。二、植物组织培养实验室的主要仪器设备（一）洗涤设备一般应有一个洗涤室,专供洗涤及洗净培养瓶的储藏.（二）灭菌设备高温高压灭菌物理灭菌干热灭菌射线照射灭菌1. 灭菌种类过滤灭菌熏蒸灭菌化学灭菌消毒液灭菌2. 灭菌方法（1）高温高压灭菌原理：将待灭菌的物品放在一个密封的高压高温灭菌锅内，在1210C高压和每平方厘米1个大气压下，一般持续1520，就可杀死一切微生物的营养体及其孢子，适于器皿、工具、衣物和培养基灭菌。灭菌操作：灭菌需要的时间与物品有
9、关：含有20-50ml培养基的试管或三角瓶，1210C,20含有50-500ml培养基的三角瓶，1210C，25含有500-5000ml培养基的三角瓶，1210C，35空试管、瓶、滤纸等，1210C，30高温高压灭菌后可能会出现如下问题,需要引起注意:1.pH值下降0.3-0.5单位；2.太高温度灭菌时会使糖焦化，可能会产生毒性；3.灭菌时间太长会使盐沉淀,同时使琼脂解聚;4.挥发性物质不能高温灭菌,否则会被破坏.（2）过滤灭菌法原理：将带菌的液体或气体通过孔径小于0.45卩微孔滤器装置，使液、气体通过滤膜流入无孔瓶中。此法主要用于不能利用高温高压灭菌的培养基成分灭菌操作：不能高温高压灭菌的物
10、质：多糖Saccharose；Colchicine；Zeatin；GA（95%失活）；VB1、VB12、Vc、泛酸；Antibiotics；Plantextracts；Enzymes（3）化学灭菌法主要用于植物材料的消毒，所用浓度、消毒时间因不同材料而定，应灵活运用并不断总结经验。（三）化学实验设备主要用于培养基的配制、分装与灭菌，化学试剂的配制，蒸溜水的生产，接种材料的准备、生化分析等主要设备有：实验台、水槽、凉干架、冰箱、药品柜、电炉或微波炉、天平、搅拌器、离心机、蒸溜器、pH计、各种玻璃器皿（量筒、烧杯、试剂瓶、移液管、容量瓶、三角瓶、培养皿、parafilm、滴管等）（四）无菌操作设备
11、首先应具备一个无菌操作室，保持清洁，装有紫外灯。室内设备：放物台、超净工作台、各种接种工具（五）培养设备自动控温控光系统培养室培养架摇床材料培养处调温培养箱培养箱调温调湿培养箱光照培养箱（六）细胞学观察设备主要是显微镜系统，成像系统等。包括倒置显微镜、荧光显微镜、研究显微镜、体视显微镜、CCD、计算机等。第二节培养基的配制培养基：含有各种被培养生物材料生长所需要的营养成分的培养基质。一、培养基的成分培养基中包括植物生长必需的15种营养元素和某些生理活性物质，可概括为三大类：（1）无机营养物无机元素在植物生长发育中非常重要，镁（Mg）是叶绿素分子的一部分，钙（Ca）是细胞壁的组分之一，氮（N）是
12、各种氨基酸、维生素、蛋白质和核酸的重要组成部分。此外，铁（Fe）、锌（Zn）和钼（Mo）等是某些酶的组成部分。植物除了碳（C）、氢（H）和氧（O）夕卜，已知还有12种元素对于植物的生长是必需的，它们是氮（N）、磷（P）、硫（S）、钙（Ca）、钾（K）、镁（Mg）、铁（Fe）、锰（Mn）、铜（Cu）、锌、硼（B）和铝（A1）。其中前6种元素需要的数量较大，因此称之为大量元素或主要元素。后6种元素需要的数量较小，因此称为微量元素或次要元素。按照国际植物生理协会的建议，植物所需要的浓度大于0.5mmol/L的元素为大量元素，小于0.5mmol/L的元素为微量元素（2）有机营养成分主要包括碳源（糖类）
13、和维生素类。虽然大多数培养物都能合成所有必需的维生素，但合成能力有限，其数量显然不足。为了能使组织很好地生长，在培养基中常常必须补加几种维生素和氨基酸。其中硫胺素（维生素B1）一般认为是一种必需的成分。在其它各种维生素中，已知吡哆醇（维生素B6），烟酸（维生素B3），泛酸钙（维生素B5）和肌醇也都能显著地改善培养的植物组织生长状况。为了促进某些愈伤组织和器官的生长，有时还使用很多种化学成分不明的复杂的营养混合物，如水解酪蛋白，椰子汁，玉米胚乳，麦芽浸出物，番茄汁和酵母浸出物等。最常用的碳源是蔗糖，使用浓度为2%5%。碳源除了作为植物生长发育所需的营养物质以外，另一重要的功能是调节培养基中的渗透
14、压。（3）植物生长调节物质主要是细胞分裂素和生长素，有时也用GA3。生长素：生长素影响到植物茎和节间的伸长、向性、顶端优势、叶片脱落和生根等现象。在离体植物组织培养中，生长素被用于诱导细胞分裂和根的分化。在植物组织培养中常用的生长素有：IAA（吲哚乙酸）、IBA（吲哚丁酸）、NAA（萘乙酸）、NOA（萘氧乙酸）、PCPA（对氯苯氧乙酸）、2,4-D（二氯苯氧乙酸）和2,4,5-T（三氯苯氧乙酸）。其中IBA和NAA广泛用于生根，并能与细胞分裂素互作促进茎的增殖。2,4-D和2,4,5-T对于愈伤组织的诱导和生长非常有效。生长素一般溶于95%酒精或O.lmol/L的NaOH中，后者的溶解效果更好
15、。细胞分裂素：细胞分裂素影响植物细胞分裂、顶端优势的变化和茎的分化等。培养基中加入细胞分裂素，主要是为促进细胞分裂和由愈伤组织形成器官，分化不定芽。比较常用的细胞分裂素有：BAP（苄氨基嘌吟）、6BA（苄基腺膘吟）、2ip（异戊烯氨基嘌吟）、KT（激动素，咲喃氨基嘌吟）和ZT（玉米素）。细胞分裂素一般溶于0.5或1mol/L的HC1或NaOH中。二、培养基的种类和特点目前发展出的培养基有几十种，但常用的有MS、B5、white、N6、KM8P、SH等。MS的无机盐和离子浓度较高，养分平衡，是目前使用最多的培养基B5的主要特点是含有较低的铵，这个成分可能对很多培养物的生长有抑制作用white的特点是无机盐数量较低，适于生根培养KM8P主要用于原生质体培养，其特点是有机成分较复杂，它包括了所有的单糖和维生素，呼吸代谢中的主要有机酸。N6主要用于花药培养，其特点是成分简单，且KNO3和（NH4）2SO4含量高。三、培养基的配制1.母液的配制配制母液有两个好处:可减少每次配制称量药品的麻烦;减少极微量药品在每次称量时造成的误差,一般需准备四种母液:A)大量元素母液:可配成10倍母液,用时每配1000ml培养基取100ml母液。配制母液时应注意：分别
