利用生物技术进行种质改良的基本原理及主要应用技术.pdf

作物种质资源 1 2 7 D ECDF 099 作者简介 马和平 7550 男 硕士研究生 U0 D I29年代崛起以来发展异常迅猛 现已成为 新技术革命的重要组成部分 随着基因重组 细胞 包括原生质 体 和组织培养以及分子标记等技术的发展 生物技术在作物改 良中的应用研究也得到了极大的促进 其中基因工程和细胞工 程与作物改良有密切关系 采用生物技术育种可大幅度提高作 物的生长性能和抗病 抗虫 抗寒 抗旱 抗盐等性能 2 2 818应用原理及其优势 植物生物技术是一门新兴科学 其内涵较为广阔 89世纪 9年代后 基因重组技术的 发展 又使遗传操作达到了更高的水平 为育种学提供了更广阔 的天地 2 2F 生物技术育种较常规育种方法有一定的优越性 主要表现 在 常规育种从整体水平 主要通过杂交来改良品种 而生物 技术育种则深入到细胞水平 亚细胞水平 特别是基因水平来改 造生物 常规育种方向性不确定 而生物技术育种能定向地改 造生物 生物技术育种扩大了育种的范围 打破了种间杂交的 障碍 为种质资源的创新提供了更有利的措施 生物技术在作物种质资源改良中的应用 农业是生物技术最重要的应用领域之一 生物技术用于作 物的遗传改良可以大大缩短培育新品种的年限 定向改造或创 造作物新品种 新类型 它与常规技术相结合 可在细胞水平 分 子水平对植物进行操作 有可能在以天计的短时间内创造出可 能大自然需要数以千年计的时间才能完成的物种进化过程 生 物技术在作物改良中的应用开创了作物品种改良的新时代 并 取得了重大突破 2GH82 应用于作物种质改良的生物技术主要有植物细胞工程和基 因工程 88 12植物细胞工程 植物的细胞具有在发育上的全能性 I ICJ IB6 K 即在适宜 的条件下 一个植物细胞可形成一个完整的植株 植物细胞工程 就是在植物细胞全能性的基础上 利用植物组织和细胞培养及 其他遗传操作 对植物进行改良 选育有优良性状的新品种 保 存具有重要价值或濒于灭绝的植物种类 使资源的创新达到一 个新的水平 图2 1212花药培养与单倍体育种89世纪39年代以来 人工诱导 单倍体的方法已有许多 其中应用较多 贡献最大的是花药培养 诱导单倍体 它是诱导未成熟花粉改变正常的配子体发育途径 转向雄核发育 再经胚胎发生而形成单倍体植物的方法 8 在农 业上 有时对农作物育种要通过多代自交 使之形成纯系 经选 择后进行重组以获得对人类有用的基因型 由于花粉是单倍体细胞 因而利用杂种L2和L8的花药培养 能产生较大量的单倍体或自然加倍成组合二倍体植株 花药培 养技术在农作物育种中不仅可以大大缩短育种周期 而且有利 于提高选择效率 因为单倍体只有2套染色体 不存在显性基因 掩盖隐性基因的干扰 隐性基因可以得到充分表达 故花药培养 与常规育种相结合就可大大提高选择效率 我国学者在单倍体培养方面做了大量工作 通过花药培养 技术 在水稻 小麦 烟草等主要农作物上获得了一大批优良品 种 并在生产中推广应用 8 H8F 现在 花药培养已成为一项重要的 常规育种技术 但这一技术在育种中的潜力尚未充分发挥 主要 是由于许多有意义的杂交亲本或组合还不能培养成功 或者诱 导频率较低 9年代系统研究了 甘蔗的无性系变异后 育种学家们很关注这方面的进展 遗传变 异既可由自然界的重组和突变产生 又可由许多理化因子所促 进 在组织培养过程中 由于一系列的理化因子作用 使得外植 体材料经过非自然的脱分化和再分化过程而有再生植株 在这 一过程中 离体培养组织或细胞常常会发生 远远高于自然界的 突变率 可达 9M以上 这种由组织培养所引起的遗传变异 称 为体细胞无性系变异或配子无性系变异 这种变异可以在大部 分作物材料中出现 是获得有价值的遗传变异的可行途径之一 可用于修饰栽培品系的综合遗传性状或创造新的种质 体细胞无性系具有变异广泛 后代稳定快 并能基本保持原 品种的优良特性的优点 在作物品种改良中得到了广泛应用 89 世纪F9年代以来日益增加的资料表明 在体细胞变异中 表现 型的变异绝大多数是由于染色体变异所致 在作物育种 尤其是 抗性育种中 可以利用体细胞突变拓宽变异范围 从中选择新类 型 在进行组培时 可根据育种目标 在培养基中加入各种诱导 变剂 使之产生特定的体细胞变异 为品种改良提供丰富的材 料 利用这种做法 在小麦 番茄 水稻的抗病性和玉米的抗旱改 良等方面均有成功的报道 分离抗性突变体一般采用直接筛选法 即将大量细胞置于 选择剂的影响下 野生型细胞将会受到抑制或杀死 而分离出抗 性细胞 常用的选择剂有抗生素 病原 金属离子等 可以看出 用细胞代替植株进行筛选 可利用空间和时间的优势 提供有效 的选择技术和大量筛选方法 对细胞水平表达的各种突变体 结 合单细胞培养等技术 可得到常规育种中不易得到的遗传变异 创建新种质资源 农作物由于其育种目标的多元性 使体细胞变 异的应用前景更为广阔 121 原生质体融合与体细胞杂交在植物生物技术中 原生 质体培养具有特殊意义 原生质体培养作为体细胞杂交和遗传 品种 系 品种间杂交远缘杂交体细胞杂交 组织培养花药培养染色体工程原生质体培养 无性系变异 突变体纯合二倍体附加系体细胞杂种 易位系 新品质 新品系 新品种 图2细胞工程育种的几条途径 229 转化的主要基础技术 已日益受到重视 植物原生质体是脱却细 胞壁的一个由质膜包裹的裸露的植物细胞 同种植物组织可获 得大量的在遗传上一致的原生质体群 而不同种植物的原生质 体在诱导条件下可彼此融合 并接受外来信息 如细胞核 细胞 器 麦类作物 1 2 11 1 AA BC D7 E ACB FB G7 H I AJFBK 87 EF F K L B CMAK NA K BFO OK F K N PCFBQ R ACFP PSF K 8 3 EF RF7 47 9 马和平等 利用生物技术进行种质改良的基本原理及主要应用技术 生物技术通讯 李勇 杨贵贞1人类红细胞血型学实用理论与实验技术 1北京 中 国科学技术出版社 8 ABCBD EF 7 EF 7 G6 CF 7 ABEHGIE 5650JKFK L MI0 NMI0BHIO BKF6P Q 0JDIE5KI RG5F6 EI5RHF 6 NS O TFHG M PI6IU KQIRFLFR QEFDIEK 4 1 E56KLBKF 67 2 EBPPID566 7 WF6HIE 1 GI FDDB6 PI6FRFHJ L RGFDIEFR 56HFX YZ FIK 4 1 4 Q IY7 2 E5TL EY M 5E0 T 47 5EEFK 6 4A7 SE YBRHF 6 L GBD56 D 6 R0 650 56HFX YJ H GIKBK M 56HFPI6 4 1 56RIH7 2M DF6F BI 7 AE56R FKI 7 SGF0FQQI 7 BD56 D 6 R0 650 56HFX YFIK 5P5F6KH X0 Y PE BQ 56HFPI6K 4 14 7292 2 TI M1 GBD56UGBD56 D 6 R0 650 56HFUM XJ YFEIRH LBKF 6 TFHG 5 0JDQG X05KH FY 0F6I 4 1 56P7 2 5D5BE5 1QE YBRHF 6 L D 6 R0 650 56HFX YFIK 5P5F6KH QE KH5HFR 5RFY QG KQG5H5KI XJ N O 8 Ka5YF S7 A0IHRGIE 7 5FK 6 1 QEIKKF 6 56Y LB6RHF 650 5650JZ KFK L EIR DXF656H KRAa 56Y YF5X YJ LE5PDI6HK TFHG KQIRFLFRFHJ L E GBD56 GM 4 1 4 0 IR P6FH7 899872 N O V82 29 ABEBH5 7 bRGFC5T5 7 bIY5 7 6KHEBRHF 6 L D 6 U 56Y XFa50I6H GBD56 KF6P0IURG5F6 Aa LE5PDI6HK 5P5F6KH HGI M 56HFPI6 F6 HGI G X0 Y PE BQ DB0HFDIEF 5HF 6 ILLIRH 6 RI00 5PP0BHF65HF 6 56Y 5QQ0FR5HF 6 H X0 Y HJQF6P 4 1 SE HIF6 6P7 2 c0IF6 S7 I0F5EY 7 05RIH 7 BD56 EIR DXF656H 56HFU G NMO D 6 R0 650 56HFX YFIK FDQE aIDI6H L XF 0 PFR50 QE QIEHFIK XJ 7杨天楹7杨成民7田兆嵩1临床输血学 1北京 北京医科大学和 中国协和医科大学联合出版社 2 SE B0 7 JIE 7 HU D BE cBDQI0 7 WFI6IE 7 bEX56F5C 47 BD56 D 6 R0 650 56HFUM 56HFX YFIK 8 中国农学会遗传资源学会编1中国作物遗传资源 1北京 中国农 业出版社7 2 戴宝合主编1野生植物资源学 1北京 中国农业出版社7 2 张德慈1植物遗传资源 1北京 中国农业科技出版社7 2许运天1作物种质资源的研究与利用 1作物育种研究与进展 第 一集 1北京 农业出版社7 2 V 葛颂1酶电泳资料与进化植物学研究综述 4 1武汉植物学研究 2 MTIFC5H 0139和0155为一类 F2代有6种表现型 分别 为 Lox2 Lox3 Lox2Lox3 N 正常 H Lox2杂合 和H Lox3 Lox2杂合且Lox3缺失 0134单独为一类 F2代仅3种表现型 分别为 Lox2 N和H Lx3 Lx1和Lx3 Lx1为显隐性等位基因 Lx2 Lx2为共显性等位基因 结论 杂合基因型在蛋白水平上的特异表达为筛选优异的种质资源提供了一种辅助手段 8 期刊论文 邱丽娟 王昌陵 周国安 陈受宜 常汝镇 QIU Li juan WANG Chang ling ZHOU Guo an CHEN Shou yi CHANG Ru zhen 大豆分 子育种研究进展 中国农业科学2007 40 11 大豆分子育种代表了大豆育种的发展方向 主要包括分子标记育种 转基因育种和品种分子设计育种三个方面 通过综合利用基因组学 生物信息学 计算机模拟与遗传育种学等 多个学科的理论和方法 大豆分子育种可对大豆从表型到分子等多个层次进行遗传操作 有助于大幅度提高育种效率 最终实现大豆品种的定向遗传改良 本文介绍了中国大豆分子标记 育种 转基因育种和品种分子设计育种三个方面的开创者 将国内的主要研究进展与国外相关的最新研究成果进行了综述和比较 由于知识所限对未提及的做出重要贡献的科学家在此 致歉 通过比较发现 中国大豆分子育种与国外相关研究的差距普遍存在 然而 有些分子育种相关研究如基因克隆及功能研究等方面则与国外的差距正在逐渐缩小 笔者认为 大豆分子 育种正朝着遗传图谱信息多元化 基因发掘规模化 分子育种技术高效化 分子育种理论系统化的方向发展 9 会议论文 王新超 杨亚军 陈亮 姚明哲 构建茶树种质资源的核心种质 2003 本文介绍了当前作物种质资源研究领域的一个新热点 核心种质的概念 原理和研究内容 指出在当前人力物力不足的情况下 构建茶树遗传资源的核心种质库是解决长期性 的基础研究与生产实际的迫切需要之间矛盾的一种有效途径 并提出了构建茶树核心种质的三步程序和工作设想 10 期刊论文 邱丽娟 常汝镇 袁翠平 关荣霞 刘章雄 李英惠 QIU Li juan CHANG Ru zhen YUAN Cui ping GUAN Rong xia LIU Zhang xiong LI Ying hui 国外大豆种质资源的基因挖掘利用现状与展望 植物遗传资源学报2006 7 1 中国已从美国和日本等22个国家引进大豆近等基因系 特殊遗传材料 大豆育成品种等2156份 经过评价已编入中国大豆品种资源目录 本文对国外引进大豆种质资源的特点及在 中国研究与利用中所取得的成绩进行了总结 提出利用引进国外种质拓宽中国大豆品种遗传基础的表型和分子证据 回顾了国外种质在建立大豆抗胞囊线虫 抗疫霉根腐病 脂氧酶缺 失 胰蛋白酶抑制剂缺失和抗草甘膦EPSP酶等特性的鉴定体系 标记和定位重要