生物技術(shù)育種

關(guān)于生物技術(shù)育種第1頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月本章要點(diǎn)花藥培養(yǎng)和花粉培養(yǎng)的原理和方法離體條件下花粉的發(fā)育途徑原生質(zhì)體培養(yǎng)的原理和方法體細(xì)胞雜交的原理和方法人工種子的制作體細(xì)胞無性系變異的誘導(dǎo)和篩選基因工程的原理和方法分子標(biāo)記輔助育種的原理和方法第2頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)園林植物細(xì)胞工程育種植物細(xì)胞工程（plantcellengineering）是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性（celltotipotency）。第3頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月一、花藥和花粉培養(yǎng)1.花藥和花粉培養(yǎng)的概念概念：指在培養(yǎng)基上接種植物的花藥/花粉，使小孢子改變發(fā)育途徑，不形成配子，而是像體細(xì)胞一樣進(jìn)行分裂、分化，最終發(fā)育成完整植株的培養(yǎng)方法。離體條件下花粉分裂增殖方式的類型：營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞發(fā)育途徑。生殖細(xì)胞發(fā)育途徑營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和生殖細(xì)胞并進(jìn)發(fā)育途徑花粉均等分裂途徑第4頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月2.花粉和花藥培養(yǎng)的方法材料的選擇培養(yǎng)基預(yù)處理接種花藥/花粉培養(yǎng)的方法液體淺層培養(yǎng)平板培養(yǎng)看護(hù)培養(yǎng)微室懸滴培養(yǎng)⑥試管苗移栽⑦染色體加倍第5頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月3.花粉植株的鑒定①植株形態(tài)學(xué)鑒定法。單倍體植株瘦弱、短小、葉片窄小、花小柱頭長(zhǎng)、花粉粒小、不結(jié)實(shí)。②細(xì)胞形態(tài)學(xué)鑒定法。單倍體植株的細(xì)胞及細(xì)胞核、葉片和氣孔、葉綠體、葉片保衛(wèi)細(xì)胞都小于二倍體的細(xì)胞，單位面積上的氣孔數(shù)及保衛(wèi)細(xì)胞中葉綠體的數(shù)目也較少。③掃描細(xì)胞光度儀鑒定（流式細(xì)胞儀）。測(cè)定葉片單個(gè)細(xì)胞中DNA的含量確定細(xì)胞的倍性。④染色體直接計(jì)數(shù)法。采用染色體壓片法，在顯微鏡下檢查根尖、莖尖分生組織的染色體數(shù)目。⑤分子標(biāo)記鑒定。采用生化標(biāo)記（如同工酶標(biāo)記）和分子標(biāo)記（如RFLP、RAPD、AFLP等）進(jìn)行檢測(cè)。第6頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月4.影響花藥/花粉培養(yǎng)的因素植物材料花粉發(fā)育時(shí)期培養(yǎng)基培養(yǎng)條件第7頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月5.花藥/花粉培養(yǎng)與育種母本H1混收得H2花粉植株染色體加倍得H1父本×F1H3株系比較H4品比、區(qū)試、生產(chǎn)試驗(yàn)繁殖推廣第8頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、原生質(zhì)體培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交1.原生質(zhì)體培養(yǎng)（1）材料選擇（2）原生質(zhì)體的分離以適當(dāng)?shù)拿芏戎貞遥糜谂囵B(yǎng)取少量計(jì)數(shù)重懸于培養(yǎng)基細(xì)胞碎片原生質(zhì)體重懸、離心離心清洗液清洗吸掉酶液滅菌葉片保溫第9頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）原生質(zhì)體的純化離心沉淀法。漂浮法。界面法。（4）原生質(zhì)體的活力鑒定形態(tài)學(xué)鑒別染色法鑒別（5）原生質(zhì)體的培養(yǎng)液體淺層培養(yǎng)固體薄層培養(yǎng)雙層培養(yǎng)法（6）原生質(zhì)體的發(fā)育和植株再生第10頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月2、體細(xì)胞雜交（1）原生質(zhì)體融合的方法化學(xué)融合法是采用化學(xué)試劑誘導(dǎo)兩種植物的原生質(zhì)體發(fā)生融合形成雜種細(xì)胞的方法，常用的方法有高鈣高pH法、聚乙二醇（PEG）法等。物理融合法主要是采用離心、振動(dòng)、電刺激等措施促進(jìn)原生質(zhì)體融合。電融合是最常用的一種物理誘導(dǎo)方法。（2）原生質(zhì)體融合的方式對(duì)稱融合非對(duì)稱融合第11頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）雜種細(xì)胞的鑒定1）互補(bǔ)選擇法白化互補(bǔ)選擇法營(yíng)養(yǎng)代謝互補(bǔ)選擇法?？剐曰パa(bǔ)選擇法。2）機(jī)械法3）雙熒光標(biāo)記選擇法第12頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）雜種植株的鑒定1）形態(tài)學(xué)鑒定2）細(xì)胞學(xué)觀察3）生化鑒定4）分子標(biāo)記鑒定第13頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月四、體細(xì)胞無性系變異1.概念：植物的體細(xì)胞在離體培養(yǎng)條件下所產(chǎn)生的細(xì)胞系或植株，統(tǒng)稱為體細(xì)胞無性系。2.遺傳基礎(chǔ)：（1）染色體數(shù)目變異（2）染色體結(jié)構(gòu)變異（3）基因突變3體細(xì)胞無性系突變體的篩選：一步篩選法是將培養(yǎng)物接種在含有致死劑量的培養(yǎng)基上，表現(xiàn)出生長(zhǎng)的培養(yǎng)物再轉(zhuǎn)移到含有抑制劑的新鮮培養(yǎng)基上。多步篩選法是首先使用半致死劑量對(duì)細(xì)胞進(jìn)行篩選，每次繼代將上代能生長(zhǎng)的細(xì)胞系繼代到篩選劑濃度提高的新鮮培養(yǎng)基上。第14頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月4.體細(xì)胞無性系變異育種價(jià)值：①可以在保持品種原有優(yōu)良種性不變的情況下改進(jìn)個(gè)別觀賞性狀；②在短期內(nèi)篩選出所需的性狀，避免基因重組帶來的麻煩；③結(jié)合物理或化學(xué)誘變，可以大大提高育種效率；④異后代遺傳穩(wěn)定快，育種年限短；⑤存在細(xì)胞質(zhì)突變，有可能選擇到新的細(xì)胞質(zhì)雄性不育系。第15頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)園林植物基因工程育種基因工程育種：是運(yùn)用分子生物學(xué)技術(shù)，將目的基因或DNA片段通過載體或直接導(dǎo)入受體細(xì)胞，使遺傳物質(zhì)重新組合，經(jīng)細(xì)胞復(fù)制增殖，新的基因在受體細(xì)胞中表達(dá)，最后從轉(zhuǎn)化細(xì)胞中篩選有價(jià)值的新類型，從而創(chuàng)造新品種的一種定向育種新技術(shù)。第16頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月一、目的基因改變花色改良花型和株型調(diào)節(jié)花期提高抗病蟲、抗病毒能力提高抗逆性延長(zhǎng)切花壽命，提高耐貯性第17頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、目的基因的分離1.化學(xué)合成2.序列克隆3.功能克隆4.圖位克隆5.表型差異克隆第18頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月三、表達(dá)載體構(gòu)建基因工程的工具酶（1）限制性內(nèi)切酶（restrictionendonuclease）（2）DNA連接酶（3）DNA聚合酶（4）末端轉(zhuǎn)移酶（5）反轉(zhuǎn)錄酶限制酶EcoRⅠ第19頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月2.基因工程的載體系統(tǒng)（1）質(zhì)粒載體（2）噬菌體載體第20頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）Ti質(zhì)粒第21頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月3.選擇標(biāo)記基因（1）抗生素類標(biāo)記基因：此類基因可以使抗生素失活，從而解除抗生素對(duì)轉(zhuǎn)化細(xì)胞在轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中的抑制作用。例如：新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶（NPTII）基因、鏈霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶（SPT）基因和潮霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶（HPT）基因等。（2）抗除草劑類標(biāo)記基因：其產(chǎn)物能抵抗除草劑的殺滅作用，使轉(zhuǎn)化子從野生背景中富集出來。例如：草丁膦乙酰轉(zhuǎn)移酶，PAT）基因、2,4-D單氧化酶（tfdA）基因和5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶（EPSPS）基因等。第22頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月4.報(bào)告基因（1）β-葡萄糖醛酸糖苷酶基因（2）螢光素酶基因（3）氯霉素乙酰轉(zhuǎn)移酶基因第23頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月5.DNA重組技術(shù)（1）限制性內(nèi)切酶切割（2）目的基因與載體的連接（3）重組DNA分子轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞（4）重組子的篩選與鑒定第24頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月四、外源DNA導(dǎo)入植物細(xì)胞的方法1.農(nóng)桿菌介導(dǎo)法2.基因槍介導(dǎo)法3.PEG誘導(dǎo)法4.脂質(zhì)體介導(dǎo)法5.電擊法6.超聲波介導(dǎo)法7.顯微注射8.激光微束法9.種質(zhì)系統(tǒng)介導(dǎo)法第25頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月五、轉(zhuǎn)基因的受體系統(tǒng)愈傷組織再生系統(tǒng)直接分化再生系統(tǒng)原生質(zhì)體再生系統(tǒng)胚狀體再生系統(tǒng)生殖細(xì)胞再生系統(tǒng)轉(zhuǎn)基因植物的鑒定轉(zhuǎn)基因植物的安全性第26頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)分子標(biāo)記輔助育種一、常用的DNA分子標(biāo)記第一類是以分子雜交為基礎(chǔ)的DNA標(biāo)記技術(shù)，如RFLP；第二類是以聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerasechainreaction，PCR）為基礎(chǔ)的各種DNA指紋技術(shù)，如RAPD、簡(jiǎn)單重復(fù)序列中間區(qū)域標(biāo)記（inter-simplesequencerepeatspolymorphisms，ISSR）、AFLP、SSR和序列標(biāo)簽位點(diǎn)（sequence-taggedsites，STS）等。第三類是以測(cè)序?yàn)榛A(chǔ)的新型分子標(biāo)記，如單核苷酸多態(tài)性（singlenucleotidepolymorphism，SNP）、表達(dá)序列標(biāo)簽（expressedsequencestags，EST）。第27頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、質(zhì)量性狀的分子標(biāo)記輔助選擇前景選擇（foregroundselection），即對(duì)目標(biāo)基因的選擇，這是標(biāo)記輔助選擇的主要方面；背景選擇（backgroundselection），即對(duì)基因組中除了目標(biāo)基因之外的其它部分（即遺傳背景）的選擇；基因聚合（genepyramiding），即將分散在不同品種中的有用基因聚合到同一個(gè)基因組中；