园林植物育种学——生物技术在园林植物遗传改良中的应用

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1、第九章生物技术在园林植物遗传改良中的应用本章教学目的和要求1．了解园林植物生物技术研究的主要内容。2．掌握植物组织培养、基因工程等技术在园林植物遗传育种中的应用。本章教学重点和难点重点：组织培养与基因工程在园林植物遗传育种中的作用。难点：园林植物生物技术的原理与操作方法。教学内容：生物技术（biotechnology）是指按照人们的意愿采取一定的技术手段，直接或间接地利用生物有机体（从微生物直至高等动植物）或其组成部分（器官、组织、细胞等），发展新的生产工艺，创造新的生物品种或生物制品的一种科学技术体系。包括组织培养、细胞工

2、程、基因工程、发酵工程、蛋白质工程等。  第一节植物组织培养一、植物组织培养的相关概念植物组织培养（planttissueculture）：在无菌条件下，将离体的植物材料培养于人工培养基上，并给以适宜的培养条件，使之形成完整植株或生产出具有一定经济价值的生物产品的技术。包括分生组织、输导组织、薄壁组织等离体组织，根、茎、叶、花、果实等各种器官，细胞、胚、胚珠、子房、胚乳等的离体培养。外植体（explant）：用于培养的离体材料。继代培养（subculture）：由最初培养新增殖的组织，继续转入新的培养基上培养的过程。无性繁殖

3、系：由同一外植体反复进行继代培养后，所得到的一系列无性繁殖后代。单细胞无性系：在细胞培养中，由单细胞形成的无性系。愈伤组织（callus）：在培养过程中，从植物各种器官、组织的外植体增殖而形成的一种无特定结构和功能的细胞团。9胚状体（embryoid）：由外植体或愈伤组织产生的，与正常受精卵发育方式类似的胚胎结构体。二、植物组织培养的基本程序1．培养用具的准备2．培养基的制备基本成分（大量元素、微量元素、有机成分、铁盐）、碳源（蔗糖、葡萄糖等）、凝固剂（琼脂、卡拉胶等）、植物生长调节剂（生长素、细胞分裂素等）、其他附加成分（

4、活性炭、LH、CH、椰乳等）、pH值3．外植体的选择4．接种（无菌操作）5．离体培养初代培养、继代培养愈伤组织诱导、不定芽分化（体胚再生）、增殖培养、生根培养等培养条件、培养方式6．炼苗移栽三、植物组织培养的内容1．植株培养2．茎尖与分生组织培养3．胚培养（embryoculture）4．离体器官培养（organculture）5．花药与花粉培养（anther&pollen）6．胚珠和子房培养（ovule&ovary）7．胚乳培养（endospermculture）8．细胞培养（cellculture）9．离体授粉受精（in

5、vitrofertilization）四、植物组织培养在园林植物育种中的应用• 快速繁殖植物品种、珍稀植物• 脱除病毒，培养无病毒苗木• 进行种质资源的长期保存和远距离运输• 离体诱发和筛选突变体9离体辐射或化学诱变；体细胞无性系变异的选择• 获得倍性不同的植株花药（粉）培养获得单倍体；胚乳培养获得三倍体• 克服种子发育和萌发中的障碍兰花种子萌发；胚抢救等• 克服远缘杂交困难离体授粉受精• 提供育种中间材料 第二节植物原生质体培养与细胞融合一、概念原生质体：被去掉细胞壁的具有生活力的裸露细胞。原生质体培养：将去掉了细胞壁的裸

6、露细胞培养成植株的技术。原生质体融合（细胞融合、体细胞杂交）：将不同种、甚至属间细胞人工融合为杂种细胞，并使其再生成植株的技术。二、原生质体培养与细胞融合的方法步骤1．原生质体的制备获得大量有活力的原生质体。• 原生质体的分离机械分离法酶解分离法：分离材料的准备（离体叶片、悬浮细胞等）酶解（果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等） 2）原生质体的收集与纯化过滤－离心法（沉淀法）漂浮法界面法3）原生质体的活力测定：形态、活性染色、荧光染料活性染色等方法9影响原生质体活力的因素：• 分离材料的生理状态• 酶解条件：酶质量、浓度、酶解温度

7、、酶解时间、酶溶液的渗透压 • 分离条件：离心次数、离心速度、纯化方法、分离持续时间 • 环境条件：操作环境的温度、分离用具的影响2．原生质体的培养培养原生质体的基本营养同一般组培；对某些组分，如钙和碳源的水平要求更为严格。在培养基中保持一定的渗透压极为重要。常用的培养基有：MS培养基、N-T培养基、B5培养基等。注意原生质的湿度及培养时的温度和光照。培养方法：固体培养法；浅层液体培养法；双层培养法3．细胞融合1）原生质体融合PEG法、电融合法、高pH－高浓度钙离子法、NaNO3法等；2）杂种细胞的筛选突变细胞遗传互补选择法

8、营养互补选择法根据原生质体特性差异的机械选择法3）体细胞杂种植株的鉴定形态学方法、细胞学方法，同工酶法，分子标记法等。融合体的类型：对称融合非对称融合三、原生质体操作在育种中的应用• 培育新品种• 创造新种质• 克服远缘杂交不亲和、杂交不育等障碍• 作为基因工程的良好受体• 进行突变体筛选