十五章生物技术与作物育种学课.ppt
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1、第十五章 生物技术与作物育种,第一节 细胞工程与作物育种植物细胞工程:是以植物组织和细胞培养技术为基础发展起来的一门科学。它以细胞为单位,在体外(in vitro)条件下进行培养、繁殖或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿生产某种物质过程。包括花药培养、体细胞变异筛选、幼胚培养、试管受精和原生质体融合等,理论基础:细胞的全能性(cell totipotency)。指细胞所具有的形成各种细胞类型的潜在能力。因为细胞核内有保持物种遗传性所需要的全套遗传物质所以高度分化的体细胞具有发育成一个生物体的能力。,一、植物细胞和组织培养技术(一)培养基及其组成1、培养基的种类和特点(1)MS培养基(2)B
2、5培养基(3)White培养基(4)N6培养基(5)KM-8p培养基(6)SH培养基,2、培养基的成分,3、培养基的配置(1)水和药品 水必须采用蒸馏水或无离子水,药品最好采用分析纯,至少是化学纯药品。(2)母液的配置 为方便培养基的制备,现将培养基的各种成份分类配成浓缩的母液,正式配制时按规定用量稀释混合。(3)制备培养基 混合各成分母液 熔化琼脂(4)培养基的消毒 主要有高温高压灭菌和过滤灭菌两种方法。,调pH值,分装,灭菌,放置备用,搅拌混匀,4、无菌操作方法(1)消毒剂,消毒剂 使用浓度(%)消除难易 消毒时间(min)消毒效果次氯酸钠 2 易 530 很好次氯酸钙 910 易 530
3、 很好过氧化氢 1012 最易 515 好溴水 12 易 210 很好硝酸银 1 较难 530 好氯化汞 0.11 较难 210 最好抗生素 450mg/L 中 3060 较好,(2)无菌操作(3)无菌培养二、细胞和组织培养与作物育种(一)体细胞克隆变异及其育种利用1、体细胞克隆变异的遗传基础(1)染色体数目变异(2)染色体结构变异(3)点突变2、突变体的筛选,3、在作物改良上应用(1)抗病(2)抗除草剂(3)抗氨基酸或氨基酸类似物(4)耐盐(5)耐旱,优良品种,细胞培养,R0,R0群体,改良体细胞克隆,确定遗传方式,遗传稳定性测试,田间试验,育种新品系,多点田间试验,区域试验,继续田间试验、
4、种子富集,审定,投入生产,利用体细胞克隆变异技术路线,(二)单倍体细胞培养及育种利用1、单倍体细胞培养在遗传和育种中的应用价值(1)后代的快速纯合(2)提高选择效率(3)排除杂种优势对后代选择干扰(4)遗传研究的良好实验材料体系(5)突变体的筛选,母本 X 父本,F1,F2,品系比较实验,区域试验,花药培养,花药培养,加倍,选择鉴定,杂交育种与单倍体育种周期比较,2、离体培养条件下的小孢子发育(1)营养细胞发育途径(2)生殖细胞发育途径(3)营养细胞和生殖细胞并进发育途径(4)花粉均等发育途径3、影响花药培养的因素(1)供体植株的生长条件(2)供体植株的年龄(3)花粉发育时期(4)花蕾和花药处
5、理(5)培养基(6)培养条件,4、单倍体细胞培养与植物育种,A品种,X,B品种,F1杂种,单倍体培养,重组纯合体,重组了A和B品种优点的纯系,遗传稳定性测试,新品系,品种,亲本,推广利用,杂种优势利用,田间测试,自交,田间测试,确定遗传基础,杂交和分离测试,选择,染色体加倍,小孢子培养或花药培养,三、植物原生质体培养和体细胞杂交,植物原生质体:指用特殊方法脱去细胞壁的、裸露的、有生活力的原生质团。,(一)原生质体的分离原则:保证原生质体不受伤害及不损害它的再生能力,先决条件要有一个合适渗透压。1、分离方法(1)机械法(2)酶法,2、影响原生质体分离因素(1)材料来源(2)渗透压(3)酶(4)分
6、离培养基(5)培养条件(6)组织前处理3、原生质体的收集、纯化和活力测定,(二)原生质体培养(三)细胞融合(体细胞杂交)1、融合方法(1)NaNO3处理诱发融合(2)高pH-高浓度钙离子处理(3)PEG处理(4)电融合2、融合方式,3、杂种细胞筛选(1)形态互补(2)遗传互补(3)代谢互补(4)生长互补4、杂种鉴定5、细胞融合与作物育种,第二节 转基因技术与作物育种,作物转基因育种:根据育种目标,从供体生物中分离目的基因,经DNA重组与遗传转化或直接运载进入受体作物,经过筛选获得稳定表达的遗传工程体,在经过田间试验与大田选择育成转基因新品种或种质资源。,常规育种技术相比,转基因育种具有很大优势
7、:1.可以利用的基因资源大大拓宽。2.为培育优良品种提供了崭新的育种途径。3.可以对植物的目标性状进行定向变异和定向选择。4.可以大大提高选择效率,加速育种进程。,(一)作物的转基因技术1、转基因技术的发展现状(1)国际转基因植物研究与现状,全球转基因作物种植面积比较(单位:万公顷),(2)我国转基因作物研究与利用概况,转Bt基因抗虫棉对棉铃虫的抗性表现,(二)转基因育种程序,目的基因或DNA的获取,含有目的基因或者DNA的重组质粒的构建,受体材料的选择和再生系统的建立,转基因方法的确定和外源基因的转化,转化体的筛选和鉴定,转基因植株的育种利用,1、目的基因的获得(1)根据基因表达的产物-蛋白
8、进行基因克隆分离和纯化控制目的性状的蛋白质或多态,进行氨基酸序列分析;根据所的氨基酸序列推导相应的核苷酸序列;采用化学合成的方法合成该基因;通过相应的功能鉴定来确定所推导的序列是否为目的基因。,(2)从基因组DNA或mRNA序列克隆基因 A、同源序列法和表达序列标签法同源序列法是根据基因家族成员所编码的蛋白质结构中具有保守氨基酸序列的特点发展的一条快捷克隆即因家族未知成员的新途径,即基于同源序列的候选基因法。表达序列标签是指能够特异性标记某个基因的部分序列,通常包含了该基因足够的信息区,因而可以和其他基因相区分。目前,表达序列标签主要是通过cDNA的途径获得。,B、根据连锁图谱克隆的基因,精确
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