第1讲 植物生物技术基础绪论

植物生物技术基础,周伟丁明全浙江农林学院农学专业201004,本课程考试方式,期末考查：平时成绩：出勤和课堂表现,本课程教学内容,第1讲绪论第2讲植物组织培养与实验室基本设备第3讲植物组织培养操作技术第4讲胚胎培养和愈伤组织诱导及分化第5讲植物基因工程第6讲基因克隆的策略第7讲植物遗传转化第8讲转基因育种和安全评价,第一讲绪论,动物生物技术克隆技术细胞融合技术植物生物技术三植物生物技术的应用四植物生物技术的产生和发展五植物生物技术与农业革命,何为生物技术？,一动物生物技术,克隆羊：从一个细胞到一头羊,克隆羊-多利,多利和它的孩子以及“父亲”,多利羊风暴,英国爱丁堡罗斯林研究所伊恩威尔穆特小组：1996.7出生1996.11收到文章1997.2文章发表Nature（385：810813）文章发表，在全世界引起巨大轰动。1997.3.2美国华盛顿邮报奥勒冈州沃尔小组：成功克隆两只恒河猴(1996.8出生)1997.3.5台湾地区吴明杰小组：5只克隆猪。,沃尔小组恒河猴,克隆牛日本199875,吴明杰小组克隆猪,世界第一匹克隆马诞生2003.8意大利皮肤细胞,1997.3.4（美）克林顿总统宣布：禁止联邦政府资助人体克隆实验。1997.3.5（意）卫生部长在众议院宣布：禁止人体和动物克隆。1997.3.11世界卫生组织（WHO）宣布：禁止人体克隆试验。1997.3.11欧盟委员会宣布：反对人体克隆试验。中国卫生部宣布：禁止人体克隆试验。,动物细胞融合技术,动物细胞的融合还常常用到灭活的病毒作为诱导剂，很多不同种类的动物细胞之间或动物与人的细胞之间都能进行融合，形成杂种细胞，例如人鼠、人兔、人鸡，人蛙，鼠鸡、鼠兔、鼠猴等的细胞都能进行融合。,二植物生物技术,从一个细胞到一个植株,单细胞培养：可以从植物中取一枚细胞，进行培养，产生细胞群体，分化成个体。,从一个配子到一个植株（单倍体）,花粉离体培养,花药培养发育到一定阶段的花药，通过无菌操作技术，接种在人工培养基上，以改变花药内花粉粒的发育程序，诱导其分化，并连续进行有丝分裂，形成细胞团，进而形成一团无分化的薄壁组织愈伤组织，或分化成胚状体，随后使愈伤组织分化成完整的植株。在花药培养中，花粉母细胞分裂，经历与胚形成的同样过程，能发育成单倍体植物。因此花药培养是以获得单倍体植物一种常见的方法。,从一个器官或组织到一个植株,B,C,D,E,F,A,烟草组织培养,原生质体培养,原生质体：植物细胞通过质壁分离后,可以和细胞壁分开的那部分细胞物质.或是去掉植物细胞壁的细胞。原生质体培养：原生质体分离纯化后,须在适当的培养基上应用适当的培养方法,才能再生细胞壁,并启动细胞持续分裂,直至形成细胞团、长成愈伤组织或胚状体、分化和发育成苗,最终再生完整植株。,三植物生物技术的应用,21世纪是信息时代,是知识经济时代。以六大高新技术为标志：电子信息、生物技术、新材料、新能源、海洋技术、航空航天技术。生物技术-现代生命科学的革命-未来经济发展的新动力第一次技术革命工业革命解放人的双手第二次技术革命信息技术扩展人的大脑第三次技术革命生物技术改造生命本身,生物技术的应用-基因工程技术,1982年，美国食品与药物管理局批准了首例基因工程产品-人胰岛素投放市场-它标志了基因工程产品正式进入到商业化阶段。转基因动物首先在小鼠获得成功。现在转基因动物技术已广泛用于牛、羊，使得从牛/羊奶中可以生产稀少珍贵的蛋白质药物，如：人生长激素、抗血友病因子、a-干扰素、胰岛素、红细胞生成素等。,例：从转基因羊的羊奶中提取出治疗心脏病的药物tPA(右）。荷兰生产EPO(促红细胞生成素)的转基因牛奶年产值40亿美元。英国生产a-胰蛋白酶制剂的转基因羊奶。1998年，中国科学家成功获得了5只转基因山羊。其中一只奶山羊的乳汁中，含有堪称血友病人救星的药物蛋白-有活性的人凝血因子。,干扰素是病毒侵入细胞后产生的一种糖蛋白。干扰素几乎能抵抗所有病毒引起的感染，是一种抗病毒的特效药。此外干扰素对治疗某些癌症和白血病也有一定疗效。传统的干扰素生产方法是从人血液中的白细胞内提取，每300L血液只能提取出1mg干扰素。1980-1982年，科学家用基因工程方法在大肠杆菌及酵母菌细胞内获得了干扰素，是传统的生产量的12万倍。1987年上述干扰素大量投放市场。,基因工程药品干扰素,治疗侏儒症的唯一方法，是向人体注射生长激素。而生长激素的获得很困难。以前，要获得生长激素，需解剖尸体，从大脑的底部摘取垂体，并从中提取生长激素。现可利用基因工程方法，将人的生长激素基因导入大肠杆菌中，使其生产生长激素。人们从450L大肠杆菌培养液中提取的生长激素，相当于6万具尸体的全部产量。,基因工程药品生长激素,生物技术的应用-快速繁殖从天价兰花到“白菜价”兰花（快繁）,稀有、进口花卉的快繁,蝴蝶兰,生物技术的应用-转基因技术,抗虫棉（转Bt基因）,非抗虫棉,黄金稻（转胡萝卜素）,耐储番茄（抑制乙烯释放）,通过转基因技术实现不同生物体间基因的流动,转入鱼抗冻蛋白基因的番茄,转入萤火虫荧光素酶基因的烟草,N年后，可能,四植物生物技术的产生和发展,1.生物技术的定义2.生物技术的产生3.生物技术的发展,1.生物技术的定义,生物技术(biotechnology)，也称生物工程,是指以现代生命科学为基础,结合先进的工程技术手段和其他基础科学的科学原理,按照预先的设计改造生物体或加工生物原料,为人类生产出所需要的产品或达到某种目的的一系列技术。先进的工程技术：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等新技术改造生物体：获得优良的动植物品种为人类生产所需的产品：食品、医药、能源、原料等,2.生物技术的产生,-以DNA重组技术的建立为标志1944年：avery等：DNA是遗传物质的携带者1952年：watson和crick：DNA双螺旋结构模型1953-1955：watson和crick：中心法则1961-1966：遗传密码的破译1972年：berg：DNA体外重组（基因工程开始）,AveryO.T.，1944,DNA是遗传物质被证实（肺炎双球菌转化实验）,Griffith，1928,分子遗传学的诞生,DNA双螺旋模型和半保留半不连续复制机制,Watson&Crick，1953,Crick&Watson,1953-55,“中心法则”的提出和遗传密码的破译,Nireberg等，1961-69全部破译,3.生物技术的发展,3.1发展的进程和规模1983年：转基因植物（烟草和马铃薯）问世1986年：转基因植物（抗虫和除草剂）大田试验1993年：转基因番茄进入市场1996年：转基因植物迅速扩大到2020年中国将投入260亿用于转基因研究(水稻、小麦、棉花、大豆和玉米)的研究和应用推广。,水稻转基因,A,E,D,C,B,F,转基因水稻繁殖-海南省,3.2世界转基因作物发展的趋势,3.3植物生物技术发展趋势：,抗虫、抗病和抗除草剂植物新品种。改良品质，增加营养。非生物抗性(抗旱，抗冻、抗涝、抗盐碱等)。,五植物生物技术与农业革命,植物组织培养技术人工种子技术细胞工程技术基因工程技术,现代植物生物技术包括：,5.1植物组织培养,植物组织培养定义：在人工操作下把离体植物器官（根、茎、叶、花、果）、植物组织（表皮、胚、胚乳、形成层、愈伤组织）、植物的细胞（游离的体细胞、大小孢子）和植物的原生质体在无菌的条件下培养，使它们继续生长、发育成完整植株的所有培养技术的总称，也称之为离体培养（Invitroculture）或试管培养。,单倍体育种：快速纯化个体，缩短育种年限，提高育种效率等作用。远缘杂交：克服杂交不亲和性，用于植物的远缘杂交；体细胞杂交；胚珠培养。体细胞变异的应用：果树苗木等。单细胞突变体的筛选：抗性育种,植物组织培养在农业生产中的应用,育种上的应用：,快速繁育：兰花、香蕉、甘蔗、咖啡等。获得脱毒植株，提高种性：病毒可通过维管束传递，茎尖细胞分裂很旺，几乎没有病毒，如土豆。人工种子：不受气候影响，苜蓿、芹菜、胡萝卜等。,种子繁育与生产：,喜树的喜树碱（抗癌），人参皂苷，香料植物的香油精。,植物产品的工厂化生产：,种质资源的保存：,对于难于产生种子，种子不易保存，或珍稀的植物。番薯的块根保存很难，可以取其茎尖进行组织培养，进行保存。,DNA为遗传信息的携带者。DNA的双螺旋模型和半保留不不连续复制机制。中心法则和操纵子模型。,5.2植物基因工程,理论上的三大发现：,DNA体外切割与连接技术。基因工程载体的使用。DNA分析技术：电泳、测序、杂交技术。,技术上的三大发明：,用人工的方法，从不同生物中提取外源基因及载体DNA，经过体外切割、拼接和重组，然后采取某种方法，把重组后的带有外源基因的载体DNA引入植物细胞，并使其在植物细胞内进行复制和表达，以达到预期改变受体植物细胞遗传特性的目的。它的核心是重组DNA技术。也称：遗传工程，基因操作，基因克隆，分子克隆,基因工程的定义：,克服远缘杂交（有性杂交）的困难。1、使基因在动物、植物，微生物不同生物系统中传递。2、快速、定向的获取人类所需要的生物新类型。大豆的高蛋白（40%）基因禾本科作物鱼类抗冻蛋白基因水稻,基因工程的生产应用：,细胞工程的定义：利用细胞培养、细胞融合等细胞生物学方法对细