生物技术在作物育种上的应用.doc

生物技术在作物育种上的应用摘要：现代生物技术的发展也带动了作物育种技术的快速进步。本文重点介绍了其中的细胞培养、转基因、分子标记等生物技术在作物育种方面的应用。关键词：细胞培养；转基因；分子标记；育种生物技术是以现代分子生物学、生物化学和细胞生物学等生命科学最新成就为基础的现代综合性技术。它主要包括基因工程、 细胞工程、 酶工程和发酵工程四个部分。生物技术作为世界新技术革命的主要内容之一，为培育高产、多抗、优良的农作物新品种提供了科学的手段，现代生物技术应用于农作物育种已成为现代作物育种技术发展的一种必然趋势。与农作物育种有关的主要是基因工程和细胞工程，这些技术归纳起来主要集中细胞和组织培养技术、转基因育种技术、在分子标记技术3个领域。1细胞和组培技术在育种中的应用1.1作物组织培养20世纪60年代，法国的Morel用茎尖培养的方法大量繁殖兰花获得成功，揭开了植物快速繁殖及无病毒种苗研究和应用的序幕。目前，通过离体培养获得小植株并且具有快速繁殖潜力的植物已有100多科共1000种以上，有的已经发展成为工业化生产的商品。1964年印度学者Guha和Maheshwari成功地将毛叶曼陀罗的成熟花药离体培养获得单倍体植株以来，植物花药单倍体育种技术得到了快速发展。应用这种方法，印度科学家培育的水稻品系的产量比对照提高15-49。韩国育成了5个优质、抗病、抗倒伏的水稻品种，法国育成了冬小麦新品种Florin。我国于1970年开始在相关方面进行研究。目前已有40种以上植物的花粉或花药发育成单倍体植株。其中小麦、黑麦、玉米、橡胶树、杨树、辣椒、甜菜、白菜、油菜、柑桔、甘蔗、大豆、葡萄和苹果等的单倍体植株均为我国首创。玉米获得了100多个纯合的自交系，橡胶获得了二倍体和三倍体植株。在果树方面，如荔枝、鳄梨、番荔枝、桃、油桃、甜橙和蟠桃等果树上都通过胚培养得到了植株。1.2原生质体培养与体细胞杂交原生质体培养是细胞工程的核心内容。在植物快速繁殖、远缘遗传重组、转移基因尤其是多基因控制性状，以及在创造新类型及品种改良上具有广阔的应用前景。我国对该技术研究时间虽短，但进展较快，已获得了多种原生质体培养再生植株。到目前为止，已在番茄、黄瓜、甜瓜、芜荽、甘蓝、菜心、大白菜、马铃薯、胡萝卜等蔬菜上获得了成功。体细胞杂交，在植物中亦即原生质体融合，为克服植物有性杂交不亲和性、打破物种之间的生殖隔离、扩大遗传变异等提供了一种有效手段。自1972年获得世界上第一个植物体细胞杂种烟草细胞杂种以来，迄今，体细胞杂交已应用于作物育种并取得了一些成果，如“马铃薯番茄”、“甘蓝白菜”、“胡萝卜香芹”等。我国自1984年首次进行香蕉原生质体分离研究以来，有关香蕉原生质体分离、培养和融合等方面的研究陆续开展，相继有超过10个品种成功获得再生植株，并且开始了体细胞杂交研究的探索。体细胞杂交育种也是培育花卉新品种的重要途径，它是通过体细胞融合的方法产生杂种细胞，进而把这些杂种细胞人工培养成杂种植株，并选育成新品种的方法。如Mottley采用黄刺玫的杂交种进行原生质体培养，获得再生植株。1.3人工种子人工种子可对一些自然条件下不结实或种子昂贵的作物进行繁殖，不仅可缩短育种年限，而且能人为控制作物的生长发育和抗性，防止种性退化。人工种子技术是20世纪80年代中期在快速繁殖的基础上发展起来的一项高新生物技术，它在推广良种、无性系品种、固定杂种优势、脱毒、简化育种程序等方面起到了推动作用。鉴于人工种子开发的广阔应用前景，不少国家，尤其是一些发达国家投入了大量的资金和人力研究这项技术。目前，美国已研制出胡萝、芹菜、莴苣、柑桔、咖啡、海枣、棉花、玉米、稻谷等作物的人工种子。欧洲也在加紧研究开发人工种子，一些欧洲国家已将其列入了国家发展计划。我同科学工作者在开发人工种子方面也取得了若干重大进展。复旦大学在世界上首次成功研制出旱芹、杂交水稻等多种作物的人-丁种子，并培育出了一批性状稳定的种苗。研究表明，人工种子既有利于生产、运输、播种，又便于种子发育、出苗。目前，一些蔬菜的人工种子已进入工厂化生产，在实际应用中取得了突破。2转基因技术在育种中应用2.1农杆菌介导的基因转移农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的根，并诱导产生冠癯瘤或壮根。根瘤农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有Ti质粒和Ri质粒，其上有一段T-DNA区，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将TDNA插入到植物基因组中。因此，农杆菌是一种天然植物遗传转化体系。人们将目的基因插入到经过改造的TDNA区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。2.2以原生质体或细胞作为受体的直接基因转移如激光微束、聚乙二醇(PEG)、磷酸钙-DNA共沉淀、电激仪、脂质体、微注射、离子束、超声波、基因枪等方法将基因导人细胞或原生质体，进一步培养成转基因植物。其中，基因枪介导转化法是利用火药爆炸或高压气体加速，将包裹了目的基因的DNA溶液直接送人完整的植物组织和细胞中，然后通过细胞的组织培养技术，再生出植株，选出其中转基因阳性植株即为转基因植株。与农杆菌转化相比，基因枪法转化的一个主要优点是不受受体植物范围限制，而且其载体质粒的构建也相对简单，因此也是目前转基因研究中应用较为广泛的一种方法。2.3种质系统的基因转移利用子房注射、花粉管通道法导入外源基因。花粉管通道法是在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液，利用植物在开花受精过程中形成的花粉管通道，将外源DNA导人受精卵细胞，并进一步的被整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。该方法的最大优点是不依赖组织培养人工再生植株，技术简单，且不需要装备精良的实验室，常规育种工作者易掌握。3分子标记技术在育种中的应用分子标记辅助育种的概念最早是由Lande和Thompson提出，它是将分子标记应用于作物改良的一种手段，其基本原理是利用与目标基因紧密连锁或表现共分离的分子标记对选择个体进行目标基因或全基因组筛选，从而减少连锁累赘，获得期望的个体，达到提高育种效率的目的。利用分子标记技术可以直接操纵植物的基因型，只要能找到与目标基因紧密连锁的分子标记，那么在杂交后代群体里就可以通过分子标记找到含有目标基因的个体，从而大大加速品种遗传改良的进程，极大提高育种效率，缩短育种年限。近年来，分子遗传学的迅猛发展为直接在DNA上进行标记和分析提供了强大的技术支持。人们不仅可以借助于分子标记技术分离和克隆基因，还可以用于目标基因的定位、跟踪并进行分子标记的辅助选择，聚合一些有利基因，培育高产、优质、多抗的新品种。另外，分子标记技术也可以用作种性的区别和鉴定，检测种子的真假和纯度。综合利用分子标记技术构建DNA的连锁图，对育种学家进行分子水平上的育种非常有意义。以水稻为以水稻为例，通过全世界科学家的共同努力，已经构建了详细的物理图谱和遗传图谱，把2000多个不同的分子标记定位到水稻的基因上，并利用这些标记定位r一些有重要经济价值的基因，尤其是控制农作物产量和品质的QTL基因群。参考文献：1. 赵艳华胚培养在果树育种中的应用J河北果树2002(6)：4-52. 尹富强罗绍春，周劲松，等原生质体培养及其在蔬菜育种上的应用J江西农业学报2006，18(3)：64-683. 李敬阳，张建斌，徐碧玉，等香蕉愈伤组织原生质体分离研究J分子植物育种20086(4)：819-8244. 卲莉李毅杨美珠，等查尔酮合酶基因对转基因植物花色和育性的影响J植物学报，199638(7)：517-524.5. 孙毅人工种子的开发与应用研究进展J科技情报开发与经济，2006，(16)：1496. 刘后利农作物品质育种M武汉：湖北科学技术出版社，20017. 夏兰芹，郭三堆，蒋尤泉分子标记技术及其在苜蓿遗传育种研究中的应用J中国草地，2000，(3)：23-268. Dudley J W. Molecular Markers in Plant Improvement：Manipulation of Genes Affecting Quantitative Traits J. Crop Sci. 993, (33)：660-6689. Lee M. DNA Marker Sin Plant Breeding Pro