12-生物技术在园艺植物育种中的应用.ppt

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,*,第十二章 生物技术在园艺植物育种中的应用,第一节 细胞和组织培养在植物育种中的应用,第二节 原生质体培养与体细胞杂交的意义,第三节 基因工程在植物育种中的应用,第四节 分子标记的特点,第十二章 生物技术在园艺植物育种中的应用,生物技术（,biotechnology）,又称生物工程,（,bioengineering）,，,是以生命科学为基础，利用生物体的特性和功能，设计、构建具有预期性状的新物种、新品种、新品系，以及与工程原理相结合，进行加工生产，为社会提供商品和服务的综合技术体系。,第十二章 生物技术在园艺植物育种中的应用,通常所说的,细胞工程、基因工程、酶工程、发酵工程、生化工程和蛋白质工程,等均属生物技术范畴。,本章主要介绍细胞和组织培养在园艺植物育种中的应用。并简介原生质体培养与体细胞杂交、基因工程和分子标记在育种中的意义。,根尖、茎尖、叶原基、花原基、微管形成层、储藏薄壁组织、胚乳等。,第一节 细胞和组织培养在植物育种中的应用,广义的植物组织细胞培养,（,plant tissue or cell culture）,是指将植物体的各种结构（,外植体,）放在离体的、无菌的人工环境中让其生长发育的方法。因此组织培养也叫离体培养,（,culture in vitro）,。,一、离体培养技术的应用,1.,花粉、花药、胚珠和子房培养,根据胚珠和子房受精与否分为两类：,1）受精子房和胚珠的培养主要是,打破种子的休眠和挽救胚的发育,，,如核果类的桃杏育种中通过胚抢救进行早熟品种的选育；,2）未受精子房、胚珠及花粉、花药的培养主要为了,获得单倍体,。,花粉、花药胚珠和子房在离体条件下无菌培养，让其进一步发育形成幼苗的过程。,一、离体培养技术的应用,2.,离体受精,也称为植物体外受精，是在人工条件下使卵细胞受精形成合子，再将合子离体培养使之发育成植株过程。,离体受精主要解决远缘杂交不亲和、不孕和不结实。这项技术分为：,1）花粉和子房（或胚珠）的收集,子房的收集通常是把开花前一天的花蕾取下，经表面消毒，剥去花被和雄蕊，保留子房及花萼，花萼的存在有助于提高种子的结实率。也可以剥出胚珠培养。,一、离体培养技术的应用,2）花粉与卵细胞的体外受精,A、,共培养法,先将花粉撒于一个适宜于花粉萌发的培养基上，再将胚珠置于撒播的花粉中间。,B、,人工受精法,将花粉撒在离体的子房或胚珠上，让其受精。受精后的子房或胚珠继续培养可发育成成熟的种子。,一、离体培养技术的应用,3.离体胚的培养,植物的胚培养主要有两种培养方式：,1）以幼胚为外植体诱导愈伤组织細胞，通过器官发生或胚胎发生产生再生植株；,2）使发育完全的胚直接萌发，获得完整的植株。,离体胚培养在植物育种中的应用主要包括以下三个方面：,二、培养条件,1）无机成分,大量元素：,N、P、K、C、H、O、Ca、S、Mg。,微量元素：,Cu、B、Mn、Zn、Mo、Fe。,2）有机成分：,糖类：,蔗糖、葡萄糖。,维生素：,VB1、VB6、,肌醇。,氨基酸,碱基,生长调节剂,植物提取物,琼脂,1.培养基成分,二、培养条件,2.环境条件,1）光,光强：,1000-10000,Lx,光照时数：,9-16小时。,光质：,日光灯。,2）温度：,一般25,C,三、设施,1.准备室,2.培养基配制及消毒室。,三、设施,5.温室,3.接种室,4.培养室,四、基本设备,1.衡器与量具,2.玻璃器皿,3.显微镜、解剖镜,4.灭菌锅,5.超净工作台,6.培养架,7.空调,8.日光灯,继 代 扩 繁,五、组织培养的一般程序,制培,养基,炼苗,移栽,母液,配制,稀释，加琼脂,调,pH,至5.6-5.8,包括大量元素、微量元素、肌醇、有机物、铁盐、维生素、生长素母液等，根据要求多种或单独使用,选取无病虫害、粗壮枝、芽（活体）膜封冷藏（2-3）,接种前切取茎尖或枝段，进行表面消毒，无菌条件水洗-消毒剂浸泡-水洗-吸干。,灭菌,在无菌条件下用接种针取材料插入培养基,接种,选材,继代是接种后再分割接到新培养基上；数量增多谓增殖；长出叶和根为再生。,继代增殖,再生培养,由试管到温室到大田，逐步适应后定植。,被去掉细胞壁的具有生活力的裸细胞。,第二节 原生质体培养与体细胞杂交的意义,植物原生质体,培养：,是指将植物细胞去壁后，放在无菌条件下，使其进一步生长发育的技术。,体细胞杂交,：,是在离体条件下将同一物种或不同物种的原生质体融合,，,培养并获得杂种细胞的再生植株。,第二节 原生质体培养与体细胞杂交的意义,Takebe（1971）,首次利用烟草叶片分离原生质体，并培养获得再生植株，至今已有280余种植物原生质体再生植株问世。1972年,Carlson,获得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。,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条有效途径。,一、原生质体培养和体细胞杂交的步骤,1.原生质体分离,轻度干旱（或离心）处理造成,质壁分离,；利用果胶酶（纤维素酶、半纤维素酶、蜗牛酶）等,酶解细胞壁,；再利用离心沉淀法（漂浮法、洗滴法）等分离,纯化原生质体,；应用形态鉴定（活性染色、荧光染料活性染色）等方法,测定活力,。,2.,原生质体培养,原生质体移植在培养基上1-3,d,再生新壁,（,体积增加，由圆形变为卵圆形,）,；新壁形成后，细胞分裂,形成愈伤组织或胚状体，,进一步培养和处理可,发育成为完整植株。,由于原生质体没有细胞壁，在培养基中,保持一定的渗透压,极为重要。常用的培养基有：,MS、N-T、B5,等。,培养基组分（如钙和碳源水平）要求严格。,一、原生质体培养和体细胞杂交的步骤,3.体细胞杂交,1）原生质体融合,主要方式有：,PEG,法、电融合法、高,pH-,高浓度钙离子法、,NaNO,3,法等；,2）杂种细胞筛选,目前主要采用突变细胞遗传互补选择法、营养互补选择法和原生质体特性差异选择法；,3）体细胞杂种植株鉴定,主要方法有形态学方法、细胞学（染色体）方法，同工酶法和分子标记法等。,二、原生质体培养和体细胞杂交的应用,原生质体培养和体细胞杂交在育种中的主要应用包括：,1.获得新品种 原生质体融合不仅包括核基因重组，也涉及核外遗传的线粒体和叶绿体重组；,2.创造新种质 原生质体融合可获得无性远缘杂种植株，创造新型物种；,3.转移有利性状和克服远缘杂交障碍 将亲缘关系较远的一些有利性状转移到栽培种中；,4.作为基因工程的良好受体及进行突变体筛选的优良原始材料。,葡萄与柴胡的科间体细胞杂交,第三节 基因工程在植物育种中的应用,基因工程,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，并能持续稳定的繁殖。,在植物育种中基因工程的应用主要是通过对有重要经济意义的目的基因的分离、改造、利用，培育出具有改良的重要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。,第三节 基因工程在植物育种中的应用,基因工程概括起来包括以下内容：,从复杂的生物体基因组中，分离出带有目的基因的,DNA,片段；,在体外把带有目的基因的外源,DNA,片段连接到能够自我复制的并具有选择标记的载体分子上，形成重组,DNA,分子；,将重组,DNA,分子转移到适当的受体细胞（又称寄主细胞），并与之一起增殖；,第三节 基因工程在植物育种中的应用,从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得了重组,DNA,分子的受体细胞克隆；,从这些筛选出来的受体细胞克隆，提取出已经得到扩增的目的基因，供进一步分析研究使用；,将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。,第四节 分子标记的特点,遗传标记,是指基因型易于识别的表现形式。,目前把遗传标记区分为四种类型：,形态标记、细胞标记、生化标记和分子标记。,分子标记,是在,DNA,水平上对基因型的标记。,分子标记在育种中有着广泛的应用。,因为其具有以下优点：,第四节 分子标记的特点,直接以,DNA,形式表现，在植物的各个组织、各发育时期均可检测到。不受季节、环境限制、不存在表达与否的问题。,数量多，遍及整个基因组；,多态性高；,不影响目标性状的表达,与不良性状无必然的连锁；,许多分子标记表现为显性或其显性能够鉴别出纯合和杂合的基因型。,思考题,1、名词：生物技术、离体培养、体,细胞杂交、基因工程,2、离体胚的培养的意义,3、组织和器官培养的意义,4、离体培养的培养条件（论述）,5、基因工程的意义,