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1、现代分子生物技术在苜蓿育种中的应用前景张晓霞（2007级草业科学专业）摘要：苜蓿适应性广、产量高、营养丰富，粗蛋白含量可达18-26，矿物质、维生素含量高，素有“牧草之王” 的美称。近年来，随着全球生态环境保护的加强和中国西部大开发战略的实施，以及蛋白质饲料短缺和种植结构的调整等原因，苜蓿的重要性日益突出。面对巨大的苜蓿种植面积，种子紧缺成为当务之急，苜蓿产业化的逐渐形成，使苜蓿育种的研究更为重要。本文就现代分子生物技术在苜蓿育种中的应用前景作以浅谈。关键词：苜蓿；育种技术；分子生物技术苜蓿属植物大多分布在温带和寒温带，主要以多年生、异花授粉的种为主,其中又以紫花苜蓿(Medicago sat
2、ivaL.)最为重要。在牧草和畜牧业生产领域,“牧草之王”实际上主要是指紫花苜蓿及以紫花苜蓿为亲本之一的杂种苜蓿。由于其优良的生产特性及其良好的品质,世界各国都非常重视苜蓿育种工作。目前,我国的苜蓿育种主要采用常规育种方法,这些方法简单易行,应用广泛,便于充分利用不同生态区优良的种质资源培育出适合当地种植的优良新品种,但培育新品种所需时间一般较长。基因工程等现代生物技术在作物育种中已日益显露出巨大潜力,在未来苜蓿育种中必将占据越来越重要的地位。因此,了解苜蓿的遗传特性,追溯育成品种所采用的技术方法,将有助于苜蓿育种工作的进一步开展。1传统育种方法1.1根据基因突变的原理育种常用的方法有： X光
3、或者紫外线照射及综合处理；将植物体通过基因突变产生变异芽体，将变异芽体发育成的枝条进行嫁接或扦插，也可以将变异芽的细胞进行组织培养，以上均能获得新品种。1.2根据基因重组的原理育种 常用的方法为杂交育种，是遗传性不同的个体之间进行杂交获得杂种，继而在杂种后代中进行选择以育成符合生产要求的新品种的方法，根据进行杂交的亲本亲缘关系远近，杂交又分为品种间杂交和远缘杂交两大类。杂交育种的手段有系谱法、混合法等，通过杂交获得杂交育种在作物和牧草育种中占据很重要的位置，据1999年统计，我国已通过审定登记的牧草品种攻击207个，其中杂交育成84个，占育成品种总数的40.6%。2000-2001年参加国家品
4、种区域试验的冬小麦品种80个，春小麦品种36个，其中69个冬小麦品种和34个春小麦品种都是用杂交方法选育而成的，站育成品种的88.8%。在农作物上杂交育种在20世纪50年代占育成品种的14.8%；60年代和70年代分别占35.5%和35.4%；80年代大79%。由此可见杂交育种方法在作物育种中的重要意义。1.3根据染色体变异的原理来进行育种1.3.1单倍体育种首先通过花药离体培养得到单倍体，然后将单倍体的幼苗用秋水仙素处理使染色体数目加倍，这样就得到纯合的品种。这种育种方法的优点：明显缩短了育种的年限。1.3.2多倍体育种可以分为自然条件下多倍体育种和人为条件下多倍体育种。自然条件下的多倍体：
5、如帕米尔高原地区气候条件比较恶劣，如温差骤变等，导致一个已经完成染色体复制的细胞中的纺锤体形成受阻。人为条件下的多倍体：可以使用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，抑制纺锤体的形成，最终得到染色体加倍的个体。1.3.3利用体细胞杂交进行育种利用白菜和甘蓝的体细胞进行融合得到白菜甘蓝杂种细胞，将这样的杂种细胞通过组织培养得到新品种。这种育种方法的优点：继承了双亲的遗传特性，克服了远缘杂交不亲和的障碍。1.4利用核质互作进行育种主要利用了恢复系和雄性不育系。利用雄性不育系，可以省去人工去雄，降低制种成本，提高种子质量。它的重要意义更在于对一些不能大量去雄的植物，如水稻、高粱等，开拓了利用杂种优势的新途径
6、。通常所见到的雄性不育大致可分为两大类，一类是由环境条件不适、生理差异等所引起，往往不能遗传;另一类是由细胞质及核内基因控制，是可遗传的类型。Sears(19431947)在总结前人的工作的基础上，把各种植物的雄性不育性概括为三种类型：质不育型、核不育型和核质互作不育型。Edwardson（1956）将雄性不育分为核不育和质不育两大类，质不育实质上就是核质互作不育。2细胞生物技术在苜蓿育种中的应用2.1组织培养在苜蓿育种中的应用细胞组织培养及其与诱变结合的技术是作物育种中创造种质资源变异、改良目标性状、培育新品种(系)的一个重要途径。细胞组织培养是指在人工控制条件下,将作物的任何一部分,如器官
7、、组织、细胞,进行离体培养使其发育形成完整的植物体。其具体应用于:原生质体培养和体细胞杂交,脱毒和快繁培养,花粉培养(单倍体育种),转基因受体培养,胚挽救培养(防止远缘杂种幼胚早夭),诱变体培养等。在组织培养过程中作物的细胞处于不断分裂的状态,极易受培养条件和外界条件的影响而发生变异,使突变频率大幅度提高,这为选择有利的变异性状创造了条件。若在此时加入物理和化学等诱变因子,便可培养出含目的性状的变异体。比如:在某作物的细胞培养基中加入一定数量的NaCl,就可以诱导和筛选出数量可观的抗盐、抗旱变异体。2.2单倍体培养与单倍体诱导技术单倍体培养与单倍体诱导是根据不同作物的自身特点通过培育单倍体的途
8、径快速获得纯合二倍体的一种高效育种方法。主要包括:花粉培养、子房培养和无融合生殖等技术。花粉培养更适合于水稻和小麦等作物,它们的成苗率较高,操作相对简单,容易取得成功。而玉米和高粱的花粉培养难度就比较大,尤其是玉米,90%以上的基因型不能分化出幼苗。采用药剂诱导玉米无融合生殖技术,选育纯合二倍体自交系,可以获得与水稻和小麦花粉培养选育纯系的同样效果。3转基因及DNA分子标记技术在牧草育种中的应用3.1转基因技术在牧草育种上的应用转目的基因育种技术是把已分离出来并构建好的一种或多种目的基因转入拟改良受体,培育出具有目的性状的新种质或新品种的技术。它可以按人们的需求导入某种特定的基因,具有目的性强
9、,快速而准确的优点。应用这种技术可以打破远缘物种间的生殖隔离,使各种物种间的基因能够进行交流。3.2 DNA导入与分子标记在牧草育种中的应用外源总DNA导入和选育技术是我国科学家独创的一种分子育种技术。它是在不具备分离目的基因的条件下,通过向拟改良的受体转移含目的性状的供体总DNA,筛选具有目的性状的后代,培育新种质和新品系的方法。它可以破除远缘物种间的生殖隔离而进行基因交流。它是一种适用面广、转化效率高、简便、经济、实用且易于操作的重要遗传转化方法。分子标记辅助育种技术是利用与目的性状基因紧密连锁的的分子标记,鉴定和筛选具有目的性状的种质资源和育种后代,或分析和评价种质资源、亲本之间的亲缘关
10、系的一种方法。与传统育种依表现型进行选择相比,本项技术具有选择效率高,结果准确等特点,特别是对隐性基因控制的性状选择更为有效。同时,分子标记也能为分离和提取与之连锁的目的基因创造技术条件。参考文献1何玮.生物技术在牧草及草坪中的研究进展及应用前景J.四川草原,2005,(12):510.2李琼,同汉林.现代生物技术在牧草生产中的应用研究J.草业科学,2005,(10):2128.3宋家永,任江萍,尹钧.用现代生物技术改造传统农业J.中国农业科技导报,2005,(3):3639.4冉景海.现代生物技术育种与现代农业发展J.植物医生,2005,(1):89.5袁鹰,刘德璞,张光第,等.玉米常规育种
11、中存在的问题的生物技术的解决方案J.分子植物育种,2005,(1):139143.6陈锦清,黄锐之.油料作物基因工程育种J.中国生物工程杂志,2004,(3):2429.7 陈立波,张力君,刘磊.苜蓿育种几个问题的探讨J.中国草地,2005,27(5):7576.8 于淑梅,耿慧,夏彤.生物技术在苜蓿育种工作中的研究进展及展望J.草原与饲料,2006,23(3):2325.9 张杰道,孟祥兵.植物分子育种方法研究进展J.生命科学研究,2001,5(3):166168.10 杨培志,陈小燕,赵锁柱,侯聪芬.中国苜蓿繁育概述J.四川草原,2004,(2):3537.11董延瑜,洪亚辉,等.外源DNA导入技术在植物分子生物育种上的应用研究J.湖南农学院学报,1994,20(6):513521.现代分子生物技术在苜蓿育种中的应用前景 姓 名：张晓霞 专 业：草业科学 学 号：07203032 研究方向：牧草栽培生理导 师：高永革
