海藻的遗传育种专家讲座

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,大型海藻遗传育种及应用,主讲人：张媛媛,海藻的遗传育种专家讲座,第1页,海藻生物学特征,海藻育种概念,海藻育种路线,海藻育种方法,海藻的遗传育种专家讲座,第2页,1.1 海藻生物学特征,海藻是生长在海中藻类，是植物界隐花植物，主要特征为：无维管束组织，没有真正根、茎、叶分化现象；不开花，无果实和种子；生殖器官无特化保护组织，常直接由单一细胞产生孢子或配子；以及无胚胎形成。因为藻类结构简单，所以有植物学家将它跟菌类同归于低等植物“叶状体植物群”。,海藻的遗传育种专家讲座,第3页,凉拌石花菜,凉拌鹿角菜,凉拌裙带菜,凉拌海带,海藻的遗传育种专家讲座,第4页,1.2,大型海藻育种概念,大型海藻育种(Seaweeds Breeding)是植物育种一个分支；是专门研究选育和繁殖大型海藻优良品种理论与方法；是在研究和掌握大型海藻性状遗传变异规律基础上，依据不一样育种目标，利用各种海藻种质资源和原有品种，采取适当育种路径和方法，有目标地改造群体遗传特质和结构以取得期望性状，从而培育出适应该地生态条件并符合生产发展需要优良品种过程。,海藻的遗传育种专家讲座,第5页,1.2,大型海藻育种基本路线能够归纳为图,海藻的遗传育种专家讲座,第6页,确定育种目标除要考虑生产需要，还要落实到详细可检测数量性指标,。大型海藻品种性状各种多样，有产量、质量、成熟度和抗逆性等。对,条斑紫菜,而言，除综合性状好，还需要幼苗期抗高温、单孢子放散量少，成体叶型细长、高光效并适宜机械收割等。育种学家定向选择往往是最快捷地改变群体遗传结构原因，实际工作中，育种者往往利用感官，经过测量、称重、色泽等比较表型，淘汰海藻群体中不良个体，保留性状优良个体，进行培育；再从其后代中继续选择特征显著材料，重复进行存优去劣，再次检验并确认良种。在杂种或野生群体中进行选育能够取得很好效果。,1.2.1确定育种目标,因为它生长在海边岩石上，充分汲取了海水中精华，蛋白质、矿物质和维生素含量极其丰富，被人们称为“维生素宝库”。,海藻的遗传育种专家讲座,第7页,依据选择对象范围，选择分为个体选择和混合选择。个体选择就是以单个藻体为单位进行选择。其步骤是：从育种材料变异群体中选择符合育种目标要求优良个体，单棵采孢子，进行单独培养。选藻体分别隔离培养，挂牌标识，严防混杂。为了便于进行比较、判定和选择，必须对每一个个体后代进行分别栽培，在不一样生长发育阶段定向选择，淘汰不符合育种目标个体。为了取得基因型纯合个体，还需自交，看其是否发生性状分离，再进行第二次或第三次个体选择。就是按照育种目标要求，从变异群体中选出含有一致特点一些优良个体混在一起采集孢子，将种苗栽培在同一小区内。混合选择次数，决定于一个混合选择小区内全部藻株在与总目标所要求特点上是否一致。假如混合选择小区内全部藻株表现优良，符合育种目标要求，且性状比较一致，就可停顿混合选择，这个小区所产生群体就是一个混合品系。,1.2.2,选择方法,海藻的遗传育种专家讲座,第8页,当前大型海藻种质保留技术按照保留温度可分两大类：传统低温弱光保留（普通为812）和以低温（4）、冷冻（40）、低温真空冷冻干燥和超低温（196）为主冷冻保留。4低温能够在一定程度上抑制生物细胞生化活动、保持生物细胞活力，是一个常见海藻种质保留方法。40低温能够抑制生物细胞生化活动、可排除遗传性状变异，可用于多数海藻种质保留，对于冷敏感海藻细胞除外。低温真空干燥技术基本方法是先将生物材料低温冻结，然后用真空技术将物料中水分抽干，使之干燥。,超低温保留是指在低共熔点约,为,（,135139)以下温度保留材料，通常采取液态氮作冷媒。超低温保留能够长久保持生物遗传稳定性，是当前保留活体生物材料最为有效方法,。,1.2.3 种质保留,海藻的遗传育种专家讲座,第9页,1.3,海藻育种主要方法,1.3.1引种驯化,将一个地方品种或物种迁移到另一个地方进行栽培即为引种，是育种最为便捷方法之一。比如，海带并不是我国原有栽培品种。海带作为野生外来物种在19代由日本引入我国大连，随即在我国大连、烟台试养成功，被驯化为栽培品种。新中国成立后，我国科技工作者将其由烟台移至青岛；1950年代中期，海带南移到了浙江、福建，经过当地自然和人工选择，成为适应华东沿海栽培地方品种,。,引种多需进行驯化，使引,入,物种能够适应新栖息地，并保持良好生活状态。不过，将一个新物种引入生态系统，可能带来引入地种群结构改变，从而对该地域生物多样性造成影响，因而，现在人们对待外来物种引进越来越慎重。,海藻的遗传育种专家讲座,第10页,1.3.2,家系育种与自交,家系育种是指以家系为单位进行选择育种，强调以家系为选择单位，其实质就是自交,。海带、裙带菜和,紫菜等很多藻体上都能同时产生雌雄生殖细胞(配子)，因而自交在大型海藻自然繁殖中非常普遍。家系育种在大型海藻育种中含有应用基础。早期栽培海带是一个未经遗传改良基因型高度杂合群体，所以可经过自交基因分离原理，对后代分离性状进行定向选择。“海青一号”(宽叶)、“海青二号”(长叶)、“海青三号”(厚叶)、“海青四号”(薄叶)和若,干,自交系都是以海带自然种群作为原始材料，经过连续几年自交和单株定向选择培育出高产、优质、抗高温海带品种。海带高碘高产新品种“860”也是经过家系选择培育出,。,海藻的遗传育种专家讲座,第11页,传统育种方法需要进行多代自交筛选得到纯自交系,或再经过杂交,培育新品种。其缺点是:,1)选育周期长。海带杂种性程度很高,需要采取自交而使其性状分离,定向选择目标性状,连续几代自交和选择,使品系趋于纯型合子化,目标性状能较稳定地遗传。对一年生海带而言,普通需要56年,才能得到遗传较稳定自交系;,2)品种连续退化。这是由现行种苗生产技术本身所决定,海带种苗生产包含大量搜集种菜(一个4亿幼苗生产量育苗厂,需要1万棵以上种莱),集中放散游孢子,苗帘附着后低温培育。因为游孢子是减数分裂产物,因而广泛杂交结果必定是后代孢子体性状变异很大。所以优良品种在推广过程中就会连续地出现性状分离,丧失优良性状,最终失去良种价值。,海藻的遗传育种专家讲座,第12页,1.3.3,利用突变体培育品种,突变是藻体遗传基因改变产生，包含自然突变和诱发突变。在多细胞海藻中，自然突变型极少。诱发突变是利用化学、物理等作用，诱导藻类群体基因发生改变，其突变率远高于自然突变，所以诱变能取得自然界难得一见新性状，是人工取得新种质主要伎俩。惯用诱变剂有N,-,甲基,-,N,-,硝基,-,N,-,亚硝基胍(NG)等强突变剂以及激光、超声波、辐射、空间作用等。经过化学和物理诱变取得各种紫菜色素突变体，在紫菜遗传和育种研究中发挥了主要作用。8月坛紫菜搭载我国发射第,21,颗返回式科学与技术试验卫星进人太空，开始了藻类太空育种。海带新品种“1170”是利用X射线处理后，经过选择和自交培育。另外诱变育种还普遍应用于绿藻、褐藻等大型藻类,。,海藻的遗传育种专家讲座,第13页,1.3.4,杂交育种与杂种优势利用,经过杂交使亲本基因重组，对重组型个体进行筛选能够取得含有双亲优良性状新材料，是育种学家最常使用手法。杂交是指经过亲本杂交，是父母双方基因重新组合，再进行自交和选择，取得性状符合育种要求重组型。假如是不一样种属或亲缘关系更远杂交，则称为远缘杂交。同时也发觉两个亲本杂交子一代杂合体常含有显著优于双亲性状杂种优势。配子体克隆技术应用，给海带育苗育种研究注入了新活力。利用分离保留海带雌、雄配子体克隆，能够轻易地实现两个品种(系)间杂交，有目标地把亲本优良性状结合在杂交后代里，选育出兼有两个亲本优良性状新品种。因为海带配子体克隆遗传基础纯一，杂种子一代遗传重组完全一致，所以大大缩短选育周期，提升育种效率。,海藻的遗传育种专家讲座,第14页,1.3.5,利用无性繁殖进行遗传育种,无性繁殖系又称为无性系或克隆系，是指从一个祖先经过有丝分裂产生后代群体。因为不经过有性生殖且不存在遗传重组，所以这种由单一个体产生后代群体都含有相同遗传特征，在海藻育种中含有独特应用价值。海带配子体克隆,也叫无性繁殖系,其生物学特点是:来自一个亲本,经过无性繁殖方式进行繁殖,个体之间遗传性一致。利用这些生物学特征能够克服传统育种和育苗技术缺点和不足,这是一个利用海带配子体克隆将育种和育苗结合起来新方法。这种方法技术路线大致以下,：,1)建立优良品系海带配子体克隆无性系;,2)进行多组合杂交,筛选含有优良性状F1代孢子体;,3)丰富培养含有优良性状孢子体亲代雌雄配子体克隆;,4)利用大量雌雄配子体克隆进行种苗生产。,海藻的遗传育种专家讲座,第15页,（1）海藻单倍体育种及培育二倍体纯系,单倍体能够表现出所携带基因型全部性状，在性状检出方面含有二倍体和多倍体没有优势。海藻单倍体加倍即成为纯系，到达快速稳定种质目标，而普通作物自交选育纯合体需要4-6代，这对于藻类育种意义是重大。海带和裙带菜单倍体育种是采取雌配子体无性繁殖系，经孤雌生殖，染色体自然加倍，由此形成全雌纯系二倍体。紫菜育种中，利用单倍单孢子或酶法分离单个叶状体体细胞，进行无性繁殖培育叶状体；或在此基础上诱导形成丝状体无性系；或经过自体受精使染色体加倍取得二倍体孢子体纯系或纯种，假如这些材料表现出优良经济性状，马上可作为一个新品种加以利用。,海藻的遗传育种专家讲座,第16页,（2）利用细胞或组织培养进行育种,大型海藻细胞全能性较强，利用细胞和组织培养或营养枝繁殖等方式进行个体扩增，培育种质种苗，大大简化制种过程并节约成本。比如：海带能够利用含有优势雌雄配子体细胞系培养及杂交育种，也能够经过组织块形成愈伤组织，再诱导分化形成叶状体来培育苗种。细基江篱繁枝变种、龙须菜和羊栖菜等都能够经过切段培养提供苗源,。,海藻的遗传育种专家讲座,第17页,1.3.6,经过原生质体融合，利用体细胞杂交育种,海藻细胞由含各种多糖类细胞壁包被,用酶溶解其细胞壁,或用刀切开由多核组成大型细胞而得到细胞质叫原生质体。这种原生质体含有分裂增殖能力和保持复原为原个体能力,即全能性。另外,每个细胞都含有相同遗传因子。而且这些细胞在相互融合时,含有把大分子或粒子导入细胞中能力。利用原生质体所含有特征,能够人为地直接诱导变异株,经过细胞融合培育出体细胞杂交种。,原生质体融合是将不一样两种生物细胞合二为一，以克服远缘不可杂交障碍，实现遗传重组，创造自然界所没有新物种。这种融合结果能够是双二倍体(如：两种绿藻孢子体细胞融合)、双单倍体(如：两种不一样紫菜细胞融合)或三倍体(如：一个绿藻孢子体细胞与一个配子体细胞融合)。,海藻的遗传育种专家讲座,第18页,1.3.7,经过目标基因转移、整合与表示，用于种质创新和品种改良,经过载体把外源遗传物质或者与性状相关调控序列转入生物体内，表示并造成产生新目标性状。利用转基因技术进行新物种分子设计亦成为可能。衣藻、盐藻等单细胞藻早已成为基因工程模式或惯用生物。海带、紫菜和麒麟菜等大型海藻转基因工作也取得了长足进展。转基因海藻能够进行功效基因验证并成为表示体系。,海藻转基因方法基因枪法：,基因枪法普通流程以下：金粒或钨粒洗涤 外源DNA-金粒或钨粒复合体制备（在氧化钙沉淀及在亚精胺、聚乙二醇粘附作用下，将外源DNA与金粒或钨粒混合，吹干）靶受体材料准备 用DNA微粒复合体进行轰击 被轰击受体材料深入处理、培养。,海藻的遗传育种专家讲座,第19页,基因枪技术特点是：因为根癌农杆菌仅对一些双子叶植物敏感，而对多数单子叶植物不敏感，从而限制了根癌农杆菌Ti质粒介导法等应用范围，而基因枪法不受宿主限制、宿主能够是双子叶植物，也习以是单子叶植物。受体类型广泛。该法不但能够原生质体作为受体材料，而且同以完整细胞、组织等如叶片、茎或根切段、幼胚、愈伤组织、花粉细胞等作为受体材料进行轰击转化。可控度高。基因枪轰击过程中，可依据需要将射弹射入特定层次（位置）细胞，有利于提升转化效率。操作简单、快速，但费用较高。操作需