第十五章生物技术在植物育种中应用

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1、第十五章生物技术在植物育种中的应用第一节细胞工程与作物育种植物细胞工程（plantcellengineering）是以植物组织和细胞培养技术为基础发展起来的一门学科。它以细胞为基本单位，在体外（invitro）条件下进行培养、繁殖或人为地使细胞某些生物学科特性按人们的意愿生产某种物质的过程。细胞工程与作物遗传改良有着密切关系，利用细胞工程技术已培育出一些大面积推广的品种，如：“华双3号”油菜、“京花3号”小麦、“中花8号”水稻等。植物细胞全能性（celltotipotency）是植物细胞工程的理论基础。1组织和细胞培养在作物育种中的应

2、用1.1幼胚培养与远缘杂交育种植物胚胎培养(embryoculture)是指使胚及具胚器官(如子房、胚珠)在离体无菌培养条件下发育成幼苗的技术。有如下重要用途：1)克服远缘杂种胚的早期败育现象在杂种胚败育前，将胚取出培养，让培养基为幼胚提供营养，可以获得杂种植株。当胚体很小时,难以取出幼胚，可以对胚珠进行培养，从而抢救杂种胚。2)提高远缘杂种的成苗率有时远缘杂交也能获得杂种苗，但频率极低，如陆地棉与亚洲棉杂交时，1000多朵杂交花才收到一个杂交铃，采用胚珠培养时，含胚珠的频率可达30%以上。3)使种子无生活力的植株获得后代许多落叶果树

3、的种子多是早熟的，种子往往不育。用胚胎培养可以将不能正常萌发的种子培养出第二代植物。4)使胚发育不全的植物获得后代如兰花、天麻的种子成熟时，胚只有6一7个细胞，多数胚不能成活。如在种子接近成熟时，把胚分离出来进行培养，就能生长发育成正常植株。5)克服种子休眠，提早结实，缩短育种周期如有的种子休眠达数月至几年，胚培养可在2～3个月得到实生苗。6)克服柑橘类合子胚不能生长现象柑桶类都存在大量的珠心胚，杂交后的杂种胚生活力低，而珠心胚生活力很强，从而影响合子胚的正常生长而得不到后代。幼胚培养有一定难度，因为幼胚还没有发育完整，胚越小越难培养

4、成功。很多因素左右着胚培养的效果。1.2种质的长期保存种质资源是植物育种的基础，保存种质，包括我们目前尚末认识到其价值的野生种、近缘种等，对于未来植物遗传育种十分重要。传统的种质保存方式是种子繁殖和保存。但种子保存有一定缺陷：储藏年限过长，种子生活力下降，并易受病虫害侵袭，人工繁殖时需要大量的人力、物力，而且容易造成异交、混杂等；对于无性系，无法采用种子保存。细胞培养和茎尖培养再生植株技术的实现为离体试管保存种质提供了条件，这种方法只需要较少的空间就能保存大量的无性系，而且保存过程中可避免病虫害的侵袭，在特定的条件下可以长期保存，需要

5、的时候只需将材料取出来迅速繁殖便可。保存的材料可以是多种类型，依植物材料的性质和需要定。材料可以是愈伤组织、茎尖、幼胚、花粉形成的单倍体愈伤组织等。保存的方法主要有缓慢生长保存法和超低温保存法。对于生长缓慢的材料，在常规培养条件下就能保存很长时间，但大多数植物离体培养时需要频繁继代，需要通过降低生长速度来延长继代间隔。缓慢生长法主要是基于改变培养环境和修改培养基来实现对种质资源进行短期和中期保存。缓慢生长法的保存技术包括降低培养温度、减少氧气含量、将组培材料脱水干燥等。超低温保存法可以长期保存植物材料，不需要继代，其原理是在超低温情况

6、下，使生物的代谢和衰老过程大大减慢甚至完全停止。超低温通常指低于－80℃的低温，保存介质或容器有于冰(－79℃)、超低温冰箱(－80～150℃)、液氮(－196℃)和液氮蒸气相(－140℃)等，其中液氮最常用。超低温保存与缓慢生长保存法相比，具有一定的技术复杂性，使用时应根据具体的材料和相关文献确定技术方案。1.3脱毒及繁殖重要品种或材料多数作物，尤其是无性繁殖作物，由于病毒或其他病原菌的侵染，有一个产量和品质下降的过程，常常需要对受病毒侵染的材料进行脱毒处理。病毒在植物体内的分布是不均匀的，在受侵染的植株中，顶端分生组织一般不带毒，

7、或只携带浓度很低的病毒。由于存在这一规律，我们便可利用茎尖培养的方法使植物脱去病毒。植物茎尖脱毒在无性繁殖作物的提纯复壮中有很重要的应用价值，如马铃薯、甘薯、果树、多年生花卉等。组织培养在植物快速繁殖中有很好用途。大多数果树和观赏植物是高度杂合的，它们的种子后代无法与原品种相同，在这种情况下，如要保持原种特性，需利用茎尖培养快速繁殖。此外，茎尖培养在保存稀有野生资源、繁殖不育远缘杂种等方面具有优势。植物材料的快速繁殖主要是通过诱导茎芽形成实现的，可以通过两种途径使茎芽增殖。一种是通过愈伤组织诱导丛生芽形成，然后分株培养，便可获得大量遗

8、传上基本一致的无性系；另一种是诱导茎尖或不定芽萌发或形成丛生芽也可达到快速繁殖的目的。一些腋芽、植物器官或节段起源的芽，一般处于休眠状态，通过离体培养可解除休眠而萌发。植物的脱毒与快繁技术很易使某些作物，如甘薯、果树、经