第5章 植物生物技.doc

第 4 页 共 4 页第5章植物生物技术在农业上的应用教学目的要求o 了解植物生物技术在农业领域的广泛的应用o 了解生物技术在植物育种、快繁脱毒、人工种子生产及次生代谢物生产等方面的应用价值o 教学内容（3学时）o 植物组织培养在农业上的应用（1学时）o 植物人工种子的研制（1学时）o 植物细胞培养及次生代谢物的生产（0.5学时）o 植物转基因育种（0.5学时）第1节植物组织培养在农业上的应用o 1.1农作物的快繁与脱毒o 1.1.1作物的快速繁殖技术o 概念：o 特点：o 主要适用于（1）难繁/濒危植物。（2）有性方法难以保持品种特性的异花授粉植物，如油棕、猕猴桃、非洲菊等。（3）需要去除病毒的植物。（4）原种很少，生产上又急需推广的植物。快速繁殖过程 o 快速繁殖过程一般包括四个阶段，即无菌培养物的建立、芽的增殖、诱导生根和试管苗的移植。o 无菌培养物的建立 o 芽的诱导及扩大化繁殖（增殖）o 根的诱导o 移栽 1.1.2农作物脱毒技术o （1）病毒在植物上的危害o （2）意义o （3） 植物脱毒技术o 热处理脱毒o 茎尖培养脱毒:生长点（约0.1-1MM区域）几乎不含或含病毒很少。分生区域内无维管束，病毒只能通过胞间连丝传递，赶不上细胞不断分裂和活跃的生长速度。o 愈伤组织培养脱毒o 化学疗法脱毒 o第2节植物人工种子的研制o 人工种子 即人为制造的种子，它是一种含有植物胚状体或芽、营养成分、激素以及其他成分的人工胶囊。o 1人工种子的构成 o 人工种皮 o 人工胚乳 o 胚状体 2人工种子的特点 o 2.1人工种子的优点： o 可以不受环境因素制约，一年四季进行工厂化生产； o 由于胚状体是经人工无性繁育产生，因此有利于保存该种系的优良性状； o 与试管苗相比，人工种子成本更低，更适机械化播种。 o 可根据需要在人工胚乳中添加适量的营养物、激素、农药、抗生素、除草剂等，以利于胚状体的健康生长。 o 2.2人工种子的缺点： o 虽然人工种子的研制历经二十几年已经取得了长足的进展，但是仍有一些关键技术尚未攻克。 o 人工种皮的性能尚不尽人意；o 还未找到一种符合多数物种需要的人工胚乳；o 胚状体如何让它处于健康的休眠状态；o 人工种子怎样做到既延长其保存时间又不明显降低萌发率等。 o 不过有理由相信，不久的将来，人类终将摆脱大自然的羁绊，实现工厂化生产植物种子的目标。 3人工种子的制备 o 胚状体的制备及其同步生长o 诱导胚状体的同步化生长成了制备人工种子的核心问题。o 人工胚乳的制备 o 人工种子包被 o 繁殖体的预处理（脱水干燥和强制休眠）繁殖体的包埋(海藻酸钠作包埋介质) 贮存与萌发第3节植物细胞及次生代谢物的生产植物细胞次生代谢物质来源丰富o 李时珍(1593)编篆的巨著本草纲目中所开列1892种药物绝大多数是植物。 代谢物质 工业化植物细胞培养系统主要有两大类：悬浮细胞培养系统和固定化细胞培养系统。前者适于大量快速地增殖细胞，但往往不利于次生代谢物的积累；后者则相反，细胞生长缓慢而次生代谢物含量相对较高。 1 细胞悬浮培养 o 1.1 定义o 1.2 基本过程：o 外植体（幼胚、胚轴、子叶等）培养基愈伤组织（松散性好、增殖快、再生能力强） 或酶解物震荡培养大量植物细胞次生代谢产物o 1.3 悬浮培养优点：2植物悬浮培养系统：o 封闭式培养系统P312o 该系统由培养罐及四根导管连通辅助设备构成，经蒸汽灭菌后接人目的培养物，以无菌压缩空气进行搅拌。当营养耗尽，细胞数目不再增加且次生代谢物达一定浓度时，收获细胞，提取产物。他们用此系统成功地培养了银杏、冬青、黑麦草和蔷薇等细胞。 o 本系统的突出优点是结构简单，易于操作。但它的生产效率不够高，次生代谢物的累积量也较少。o 机械搅拌式培养系统（补充） 机械搅拌式生物反应器通常是在微生物发酵罐的基础上改进设计的，根据植物细胞的特性，其设备要求在微生物发酵罐的基础上作如下改进：搅拌装置要减少剪切，一般改叶轮式为螺旋式；因为植物细胞生长周期长，需要随时补充水分和营养，因此必须设计加液装置；由于植物细胞的生理活动需要新鲜空气，且细胞代谢也可能产生有害气体，所以必须设计通气装置； 为便于取样观察，一般还设计有取样口。3 固定化细胞培养 o 3.1定义：o 固定化细胞：指固定在载体上，在一定的空间范围内进行生命活动的细胞。细胞生长分裂旺盛时，次生代谢物产量低。采用固相培养，将细胞培养在惰性基质中，细胞生长缓慢，可提高次生代谢物质的产量3.2. 植物细胞固定化的方法o 吸附法o 包埋法o 包埋式固定化培养系统：支持物多采用琼脂、琼脂糖、藻酸盐、聚丙烯酰胺等；o 附着式固定化培养系统：支持物采用尼龙网、聚氨酯泡沫、中空纤维等材料。 4 固定化植物细胞培养系统o 4.1平床培养系统o 本系统由培养床、贮液罐及蠕动泵组成(图 11-4)。新鲜的细胞被固定在床底部由聚丙烯等材料编织成的无菌平垫上。无菌贮液罐被紧固在培养床的上方，通过管道向下滴注培养液。培养床上的营养液再通过蠕动泵循环送回贮液罐中。 o 4.2立体培养系统o 本方法将植物细胞与琼脂或褐藻酸钠混合，制成 1-2cm3 的细胞团块，并将它们集中于无菌立柱中(图 11-5)