第十三章--生物技术在园艺植物课件

第十三章第十三章生物技术在园艺植物生物技术在园艺植物育种中的应用育种中的应用第一节第一节细胞和组织培养在植物细胞和组织培养在植物育种中的应用育种中的应用第二节第二节植物原生质体培养与体细胞植物原生质体培养与体细胞杂交的意义杂交的意义第三节第三节基因工程在植物育种基因工程在植物育种中的应用中的应用第四节第四节分子标记的特点分子标记的特点*生生物物技技术术（biotechnology）又又称称生生物物工工程程（bioengineering），是是以以生生命命科科学学为为基基础础，利利用用生生物物体体的的特特性性和和功功能能，设设计计、构构建建具具有有预预期期性性状状的的新新物物种种、新新品品种种、新新品品系系，以以及及与与工工程程原原理理相相结结合合，进进行行加加工工生生产产，为为社社会会提提供供商商品品和服务的综合技术体系。和服务的综合技术体系。通通常常所所说说的的细细胞胞工工程程、基基因因工工程程、酶酶工工程程、发发酵酵工工程程、生生化化工工程程和和蛋蛋白白质质工工程程等等均均属属此范畴。此范畴。本本章章主主要要介介绍绍细细胞胞和和组组织织培培养养在园艺植物育种中的应用。在园艺植物育种中的应用。并并简简介介原原生生质质体体培培养养与与体体细细胞胞杂杂交交、基基因因工工程程和和分分子子标标记记在在育育种中的意义。种中的意义。第一节第一节细胞和组织培养在植物细胞和组织培养在植物育种中的应用育种中的应用广广 义义 的的 植植 物物 组组 织织 细细 胞胞 培培 养养（planttissueorcellculture）是是指指将将植植物物体体的的各各种种结结构构（如如细细胞胞、原原生生质质体体、组组织织、器器官官以以及及幼幼小小植植株株）放放在在离离体体的的、无无菌菌的的人人工工环环境境中中让让其其生生长长发发育育的的方方法法。因因此此组组织织培培养养也叫也叫离体培养（离体培养（cultureinvitro）。）。一、离体培养技术的应用一、离体培养技术的应用1花花粉粉、花花药药、胚胚珠珠和子房培养和子房培养花花粉粉、花花药药胚胚珠珠和和子子房房在在离离体体条条件件下下无无菌菌培培养养，让让其其进进一一步步发发育育以以至至形形成成幼幼苗苗的的过过程。程。根根据据胚胚珠珠和和子子房房受受精精与与否分为两类：否分为两类：1、受受精精子子房房和和胚胚珠珠的的培培养养主主要要是是打打破破种种子子的的休休眠眠和和挽挽救救胚胚的的发发育育，如如核核果果类类的的桃桃杏杏育育种种中中通通过过胚胚抢抢救救进进行行早早熟熟品品种的选育；种的选育；2、未未受受精精子子房房、胚胚珠珠及及花花粉粉、花花药药的的培培养养主主要要为了获得单倍体为了获得单倍体。2离体受精离体受精离体受精离体受精（invitrofertilization），也称为植物体外也称为植物体外受精，是在人工条件下使卵细胞受精，是在人工条件下使卵细胞受精形成合子，再将形成的合子受精形成合子，再将形成的合子离体培养使之发育成植株的过程离体培养使之发育成植株的过程。离体受精主要解决远缘杂交不亲离体受精主要解决远缘杂交不亲和、不孕和不结实。和、不孕和不结实。这项技术分为这项技术分为：（1）花粉和子房（或胚珠）花粉和子房（或胚珠）的收集的收集子子房房的的收收集集，通通常常是是把把开开花花前前一一天天的的花花蕾蕾取取下下，经经表表面面消消毒毒，剥剥去去花花被被和和雄雄蕊蕊，保保留留子子房房及及花花萼萼，花花萼萼的的存存在在有有助助于于提提高高种种子子的的结结实实率率。也可以剥出胚珠培养。也可以剥出胚珠培养。（2）离离体体授授粉粉和和受受精精有有两两种种方方法法用用于花粉与卵细胞的体外受精。于花粉与卵细胞的体外受精。A、共共培培养养法法，先先将将花花粉粉撒撒于于一一个个适适宜宜于于花花粉粉萌萌发发的的培培养养基基上上，再再将将胚胚珠置于撒播的花粉中间。珠置于撒播的花粉中间。B、二二是是人人工工受受精精法法，将将花花粉粉撒撒在在离离体体的的子子房房或或胚胚珠珠上上，让让其其受受精精。受受精精后后的的子子房房或或胚胚珠珠继继续续培培养养可可发发育育成成熟的种子。成成熟的种子。3、离体胚的培养、离体胚的培养植植物物的的胚胚培培养养主主要要有有两两种种培培养养方方式式：一一种种是是以以幼幼胚胚为为外外植植体体诱诱导导愈愈伤伤组组织织細細胞胞，通通过过器器官官发发生生或胚胎发生产生再生植株；或胚胎发生产生再生植株；另另一一种种是是使使发发育育完完全全的的胚胚直直接接萌萌发发，获获得得完完整整的的植植株株。离离体体胚胚培培养养在在植植物物育育种种中中的的应应用用主主要要包包括括以下三个方面：以下三个方面：（1）克服远缘杂交不育）克服远缘杂交不育（2）促进核果类植物胚的形成）促进核果类植物胚的形成核果类早熟品种与晚熟品种的核果类早熟品种与晚熟品种的区别是胚发育不健全、生活力不区别是胚发育不健全、生活力不强，而以早熟品种为母本与晚熟强，而以早熟品种为母本与晚熟品种杂交，很难得到杂交后代。品种杂交，很难得到杂交后代。如果用幼胚离体培养就能得到杂如果用幼胚离体培养就能得到杂交后代。交后代。（3）打破种子的休眠期）打破种子的休眠期许多植物的种子存在明显的休许多植物的种子存在明显的休眠期，有些植物的休眠期很长。眠期，有些植物的休眠期很长。由于种子结构而存在的休眠可以由于种子结构而存在的休眠可以用常规方法消除，而由于胚乳抑用常规方法消除，而由于胚乳抑制物质所引起的休眠只能通过胚制物质所引起的休眠只能通过胚的离体培养才能获得理想的效果。的离体培养才能获得理想的效果。4、组织和器官培养、组织和器官培养（1）外植体：外植体：根尖、茎尖、叶原基、花原基、根尖、茎尖、叶原基、花原基、微管形成层、储藏薄壁组织、胚乳等。微管形成层、储藏薄壁组织、胚乳等。（2）意义意义：1）优良单系的快速繁殖。）优良单系的快速繁殖。2）自交不亲和系、雄性不育系的无性繁殖。）自交不亲和系、雄性不育系的无性繁殖。3）无性繁殖园艺植物的脱毒与快繁。）无性繁殖园艺植物的脱毒与快繁。4）突变体的诱导与分离。）突变体的诱导与分离。（3）组织和器官培养的生物组织和器官培养的生物学基础学基础细胞的全能性细胞的全能性和和植物的再生能植物的再生能力。力。（4）组织和器官培养的基本）组织和器官培养的基本过程过程外植体外植体-脱分化脱分化-再再分化。分化。二、培养条件二、培养条件（一）培养基成分（一）培养基成分1、无机成分、无机成分（1）大量元素）大量元素：N、P、K、C、H、O、Ca、S、Mg。（2）微量元素：）微量元素：Cu、B、Mn、Zn、Mo、Fe。2、有机成分：、有机成分：（1）糖类：蔗糖、葡萄糖。）糖类：蔗糖、葡萄糖。（2）维生素：）维生素：VB1、VB6、肌醇。、肌醇。（3）氨基酸）氨基酸（4）碱基）碱基（5）生长调节剂）生长调节剂（6）植物提取物）植物提取物（7）琼脂）琼脂（二）环境条件（二）环境条件1、光、光（1）光强：）光强：1000-10000Lx（2）光照时数：）光照时数：9-16小时。小时。（3）光质：日光灯。）光质：日光灯。2、温度、温度：一般：一般25C三、设施三、设施1、准备室、准备室2、培养基配制及消毒室。、培养基配制及消毒室。3、接种室、接种室4、培养室、培养室5、温室、温室准备室准备室培养基配制及消毒室培养基配制及消毒室培养室培养室四、基本设备四、基本设备1、衡器与量具、衡器与量具2、玻璃器皿、玻璃器皿3、显微镜、解剖镜、显微镜、解剖镜4、灭菌锅、灭菌锅5、超净工作台、超净工作台6、培养架、培养架7、空调、空调8、日光灯、日光灯第二节第二节植物原生质体培养植物原生质体培养与体细胞杂交的意义与体细胞杂交的意义植物原生质体培养植物原生质体培养是指将植物细胞是指将植物细胞去壁后，放在无菌条件下，使其进一去壁后，放在无菌条件下，使其进一步生长发育的技术。步生长发育的技术。体细胞杂交体细胞杂交（somatichybridization）是在离体条件下将同一物种或不同物是在离体条件下将同一物种或不同物种的原生质体融合（种的原生质体融合（protoplastfusion），培养并获得杂种细胞的再），培养并获得杂种细胞的再生植株。生植株。Takebe（1971）首次利用烟草叶）首次利用烟草叶片分离原生质体，并培养获得再生植片分离原生质体，并培养获得再生植株，至今已有株，至今已有280余种植物原生质体余种植物原生质体再生植株问世。再生植株问世。1972年年Carlson获得获得第一株烟草体细胞杂种植株以来，原第一株烟草体细胞杂种植株以来，原生质体融合技术在不断完善和发展。生质体融合技术在不断完善和发展。原生质体融合克服了植物种属间原生质体融合克服了植物种属间生殖障碍，为新种质的创造提供了一生殖障碍，为新种质的创造提供了一条有效途径。条有效途径。第三节第三节基因工程在植物育种基因工程在植物育种中的应用中的应用基因工程（基因工程（geneengineering）是指在体外将核酸分子插入病是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子，构成遗毒、质粒或其它载体分子，构成遗传物质的新组合，并使之参入到原传物质的新组合，并使之参入到原先没有这类分子的寄主细胞内，并先没有这类分子的寄主细胞内，并能持续稳定的繁殖。能持续稳定的繁殖。基因工程概括起来包括基因工程概括起来包括以下内容：以下内容：从复杂从复杂的生物体基因组中，分的生物体基因组中，分离出带有目的基因的离出带有目的基因的DNA片段；片段；在体外把在体外把带有目的基因的外源带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自片段连接到能够自我复制的并具有选择标我复制的并具有选择标记的载体分子上，形成记的载体分子上，形成重组重组DNA分子；分子；将将重重组组DNA分分子子转转移移到到适适当当的的受受体体细细胞胞（又又称称寄寄主主细细胞胞），并并与与之之一一起增殖；起增殖；从从大大量量的的细细胞胞繁繁殖殖群群体体中中，筛筛选选出出获获得得了了重重组组DNA分分子子的的受受体体细细胞胞克克隆；隆；从从这这些些筛筛选选出出来来的的受受体体细细胞胞克克隆隆，提提取取出出已已经经得得到到扩扩增增的的目目的的基基因因，供供进一步分析研究使用；进一步分析研究使用；将将目目的的基基因因克克隆隆到到表表达达载载体体上上，导导入入寄寄主主细细胞胞，使使之之在在新新的的遗遗传传背背景景下下实实现现功功能能表表达达，产产生生出出人人类类所所需需要要的的物质。物质。在植物育种中基因工程的在植物育种中基因工程的应用主要是应用主要是通过对有重要经济通过对有重要经济意义的目的基因的分离、改造、意义的目的基因的分离、改造、利用，培育出具有改良的重要利用，培育出具有改良的重要经济性状的工程植株，以及具经济性状的工程植株，以及具有生物反应器功能的工程植株。有生物反应器功能的工程植株。第四节第四节分子标记的特点分子标记的特点*遗遗传传标标记记（geneticmarker）是是指指基基因因型易于识别的表现形式。型易于识别的表现形式。目前把遗传标记区分为四种类型：目前把遗传标记区分为四种类型：形形态态标标记记、细细胞胞标标记记、生生化化标标记记和分子标记。和分子标记。*分分子子标标记记是是在在DNA水水平平上上对对基基因因型型的的标记。标记。与其它标记相比具有以下优点：与其它标记相比具有以下优点：直直接接以以DNA形形式式表表现现，在在植植物物的的各各个个组组织织、各各发发育育时时期期均均可可检检测测到到不不受受季季节节、环境限制、不存在表达与否的问题。环境限制、不存在表达与否的问题。数量多数量多，遍及整个基因组；，遍及整个基因组；多态性高多态性高；不不影影响响目目标标性性状状的的表表达达,与与不不良良性性状状无无必然的连锁；必然的连锁；许许多多分分子子标标记记表表现现为为显显性性或或其其显显性性能能够够鉴鉴别别出出纯纯合合和和杂杂合合的的基基因因型型。由由于于这这些些特特点，分子标记在育种中有着广泛的应用。点，分子标记在育种中有着广泛的应用。思考题思考题1、名词：生物技术、离体培养、体、名词：生物技术、离体培养、体细胞杂交、基因工程细胞杂交、基因工程2、离体胚的培养、离体胚的培养的意义的意义3、组织和器官培养的意义、组织和器官培养的意义4、离体培养的培养条件（论述）、离体培养的培养条件（论述）5、基因工程的意义、基因工程的意义 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日