第10章--植物基因工程---基因工程原理与技术---刘志国-课件复习课程.ppt

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1、第10章-植物基因工程-基因工程原理与技术-刘志国-课件第一节第一节 植物基因工程发展现状植物基因工程发展现状一、植物基因工程：一、植物基因工程：一、植物基因工程：一、植物基因工程：概念概念概念概念:植物基因工程，又称转基因或植物植物基因工程，又称转基因或植物植物基因工程，又称转基因或植物植物基因工程，又称转基因或植物遗传转化，其研究的关键是从不同遗传转化，其研究的关键是从不同遗传转化，其研究的关键是从不同遗传转化，其研究的关键是从不同生物中提取外源基因片段及载体生物中提取外源基因片段及载体生物中提取外源基因片段及载体生物中提取外源基因片段及载体，经过体外切割、拼接和重组，经过体外切割、拼接和

2、重组，经过体外切割、拼接和重组，经过体外切割、拼接和重组，然后采取某种转化方法，把重组后然后采取某种转化方法，把重组后然后采取某种转化方法，把重组后然后采取某种转化方法，把重组后的带有外源基因的载体引入的带有外源基因的载体引入的带有外源基因的载体引入的带有外源基因的载体引入植物细胞，并使其在植物细胞内进植物细胞，并使其在植物细胞内进植物细胞，并使其在植物细胞内进植物细胞，并使其在植物细胞内进行复制和表达，以达到预期的改变行复制和表达，以达到预期的改变行复制和表达，以达到预期的改变行复制和表达，以达到预期的改变受体植物细胞遗传特性的目的，从受体植物细胞遗传特性的目的，从受体植物细胞遗传特性的目的

3、，从受体植物细胞遗传特性的目的，从而改良植物性状，培育优质高产抗而改良植物性状，培育优质高产抗而改良植物性状，培育优质高产抗而改良植物性状，培育优质高产抗逆作物新品种。逆作物新品种。逆作物新品种。逆作物新品种。植物基因工程技术流程植物基因工程技术流程植物基因工程技术流程植物基因工程技术流程:二、植物基因工程的发展现状二、植物基因工程的发展现状二、植物基因工程的发展现状二、植物基因工程的发展现状2020世纪世纪世纪世纪60607070年代，人们仿效细菌转化法开展了植物转基因的尝试。年代，人们仿效细菌转化法开展了植物转基因的尝试。年代，人们仿效细菌转化法开展了植物转基因的尝试。年代，人们仿效细菌转

4、化法开展了植物转基因的尝试。19831983年，第一株转基因植株年，第一株转基因植株年，第一株转基因植株年，第一株转基因植株(Zambryski(Zambryski，1983)1983)的获得标志着植物转基的获得标志着植物转基的获得标志着植物转基的获得标志着植物转基因时代的到来。因时代的到来。因时代的到来。因时代的到来。19871987年，年，年，年，CornellCornell大学的大学的大学的大学的SanfordSanford等发明了基因枪，同年等发明了基因枪，同年等发明了基因枪，同年等发明了基因枪，同年KleinKlein首次将其首次将其首次将其首次将其用于植物转基因研究，克服了当时农杆

5、菌介导的转基因方法的受体种类和用于植物转基因研究，克服了当时农杆菌介导的转基因方法的受体种类和用于植物转基因研究，克服了当时农杆菌介导的转基因方法的受体种类和用于植物转基因研究，克服了当时农杆菌介导的转基因方法的受体种类和基因型的限制，开创了植物转基因方法的新领域。基因型的限制，开创了植物转基因方法的新领域。基因型的限制，开创了植物转基因方法的新领域。基因型的限制，开创了植物转基因方法的新领域。目前，植物转基因已成为植物分子生物学研究的强有力的实验手段；目前，植物转基因已成为植物分子生物学研究的强有力的实验手段；目前，植物转基因已成为植物分子生物学研究的强有力的实验手段；目前，植物转基因已成为

6、植物分子生物学研究的强有力的实验手段；更是基因克隆、功能基因组研究必不可少的实验工具。更是基因克隆、功能基因组研究必不可少的实验工具。更是基因克隆、功能基因组研究必不可少的实验工具。更是基因克隆、功能基因组研究必不可少的实验工具。近年来，遗传转化方法不断创新，以转化系统的原理不同大致可分为三类：近年来，遗传转化方法不断创新，以转化系统的原理不同大致可分为三类：近年来，遗传转化方法不断创新，以转化系统的原理不同大致可分为三类：近年来，遗传转化方法不断创新，以转化系统的原理不同大致可分为三类：农杆菌介导的基因转移；农杆菌介导的基因转移；农杆菌介导的基因转移；农杆菌介导的基因转移；以原生质体、细胞或

7、组织为受体的直接转移；如电激、微注射、以原生质体、细胞或组织为受体的直接转移；如电激、微注射、以原生质体、细胞或组织为受体的直接转移；如电激、微注射、以原生质体、细胞或组织为受体的直接转移；如电激、微注射、PEGPEG介介介介导转化原导转化原导转化原导转化原 生质体等，基因枪和超声波法可把外源生质体等，基因枪和超声波法可把外源生质体等，基因枪和超声波法可把外源生质体等，基因枪和超声波法可把外源DNADNA直接导入带壁的植物直接导入带壁的植物直接导入带壁的植物直接导入带壁的植物细胞，从而避免原生质体再生植株的漫长过程，使转基因更为快速简易；细胞，从而避免原生质体再生植株的漫长过程，使转基因更为快

8、速简易；细胞，从而避免原生质体再生植株的漫长过程，使转基因更为快速简易；细胞，从而避免原生质体再生植株的漫长过程，使转基因更为快速简易；种质系统的基因转移种质系统的基因转移种质系统的基因转移种质系统的基因转移(germlinetransformation)(germlinetransformation)，如利用子房注射、种，如利用子房注射、种，如利用子房注射、种，如利用子房注射、种胚、体细胞胚及花粉等途径导入外源基因。胚、体细胞胚及花粉等途径导入外源基因。胚、体细胞胚及花粉等途径导入外源基因。胚、体细胞胚及花粉等途径导入外源基因。三、国内植物基因工程发展状况三、国内植物基因工程发展状况三、国内

9、植物基因工程发展状况三、国内植物基因工程发展状况 中国转基因作物种植面积最大的是抗虫棉，己经建立了较为完善的棉花规模化转基中国转基因作物种植面积最大的是抗虫棉，己经建立了较为完善的棉花规模化转基中国转基因作物种植面积最大的是抗虫棉，己经建立了较为完善的棉花规模化转基中国转基因作物种植面积最大的是抗虫棉，己经建立了较为完善的棉花规模化转基因技术体系，培育出一批具有自主知识产权的优质、高产、多抗的转基因棉花新品因技术体系，培育出一批具有自主知识产权的优质、高产、多抗的转基因棉花新品因技术体系，培育出一批具有自主知识产权的优质、高产、多抗的转基因棉花新品因技术体系，培育出一批具有自主知识产权的优质、

10、高产、多抗的转基因棉花新品种。种。种。种。中国培育的多个高抗病虫转基因水稻新品种，是继抗虫棉之后第一个具有较大影响中国培育的多个高抗病虫转基因水稻新品种，是继抗虫棉之后第一个具有较大影响中国培育的多个高抗病虫转基因水稻新品种，是继抗虫棉之后第一个具有较大影响中国培育的多个高抗病虫转基因水稻新品种，是继抗虫棉之后第一个具有较大影响和产业化前景的转基因植物，居国际领先地位。和产业化前景的转基因植物，居国际领先地位。和产业化前景的转基因植物，居国际领先地位。和产业化前景的转基因植物，居国际领先地位。中国培育的转基因抗病小麦对黄萎病、赤霉病、白粉病有很好的防治效果。中国培育的转基因抗病小麦对黄萎病、赤

11、霉病、白粉病有很好的防治效果。中国培育的转基因抗病小麦对黄萎病、赤霉病、白粉病有很好的防治效果。中国培育的转基因抗病小麦对黄萎病、赤霉病、白粉病有很好的防治效果。20032003年年年年中国培育出世界上第一个可用于大田生产的转基因抗盐碱杨树新品种中国培育出世界上第一个可用于大田生产的转基因抗盐碱杨树新品种中国培育出世界上第一个可用于大田生产的转基因抗盐碱杨树新品种中国培育出世界上第一个可用于大田生产的转基因抗盐碱杨树新品种-中天杨，这一中天杨，这一中天杨，这一中天杨，这一成果在杨树抗盐性转基因体系及抗盐新品种选育方面达到国际先进水平，为中国和成果在杨树抗盐性转基因体系及抗盐新品种选育方面达到国

12、际先进水平，为中国和成果在杨树抗盐性转基因体系及抗盐新品种选育方面达到国际先进水平，为中国和成果在杨树抗盐性转基因体系及抗盐新品种选育方面达到国际先进水平，为中国和世界盐碱地绿化找到了一条新途径。世界盐碱地绿化找到了一条新途径。世界盐碱地绿化找到了一条新途径。世界盐碱地绿化找到了一条新途径。中国己育成高含油量转基因油菜超油中国己育成高含油量转基因油菜超油中国己育成高含油量转基因油菜超油中国己育成高含油量转基因油菜超油1 1号、超油号、超油号、超油号、超油2 2号新品系，含油量分别达到号新品系，含油量分别达到号新品系，含油量分别达到号新品系，含油量分别达到47%0,47%0,53%53%，是目前

13、世界上含油量最高的甘蓝型油菜。，是目前世界上含油量最高的甘蓝型油菜。，是目前世界上含油量最高的甘蓝型油菜。，是目前世界上含油量最高的甘蓝型油菜。20072007年，中国农业大学承担的年，中国农业大学承担的年，中国农业大学承担的年，中国农业大学承担的“高蛋白质、高赖氨酸转基因玉米自交系和杂交组合高蛋白质、高赖氨酸转基因玉米自交系和杂交组合高蛋白质、高赖氨酸转基因玉米自交系和杂交组合高蛋白质、高赖氨酸转基因玉米自交系和杂交组合的选育的选育的选育的选育”课题通过成果鉴定，并申请了国家发明专利，这项技术成果为优质玉米的课题通过成果鉴定，并申请了国家发明专利，这项技术成果为优质玉米的课题通过成果鉴定，并

14、申请了国家发明专利，这项技术成果为优质玉米的课题通过成果鉴定，并申请了国家发明专利，这项技术成果为优质玉米的培育探索了一条新途径，具有潜在的巨大经济效益和社会效益。培育探索了一条新途径，具有潜在的巨大经济效益和社会效益。培育探索了一条新途径，具有潜在的巨大经济效益和社会效益。培育探索了一条新途径，具有潜在的巨大经济效益和社会效益。目前中国在转基因作物研究方面与国际基本同步，在发展中国家中处于领先地位，目前中国在转基因作物研究方面与国际基本同步，在发展中国家中处于领先地位，目前中国在转基因作物研究方面与国际基本同步，在发展中国家中处于领先地位，目前中国在转基因作物研究方面与国际基本同步，在发展中

15、国家中处于领先地位，植物转基因技术的研究和应用取得了很大的成绩，在转基因水稻、小麦、棉花、番植物转基因技术的研究和应用取得了很大的成绩，在转基因水稻、小麦、棉花、番植物转基因技术的研究和应用取得了很大的成绩，在转基因水稻、小麦、棉花、番植物转基因技术的研究和应用取得了很大的成绩，在转基因水稻、小麦、棉花、番茄、甜椒等作物的研究与应用方面己达到国际领先水平。茄、甜椒等作物的研究与应用方面己达到国际领先水平。茄、甜椒等作物的研究与应用方面己达到国际领先水平。茄、甜椒等作物的研究与应用方面己达到国际领先水平。十五期间我国转基因棉花研究与生产取得丰硕成果，一十五期间我国转基因棉花研究与生产取得丰硕成果

16、，一共培育出具有国际竞争力并且通过商品化生产审批的转共培育出具有国际竞争力并且通过商品化生产审批的转基因棉花新品种基因棉花新品种55个，累计推广个，累计推广1亿多亩，创直接经济亿多亩，创直接经济效益效益150亿元；每亩增收节支亿元；每亩增收节支150元左右；每年可减少化元左右；每年可减少化学农药用量学农药用量2000公斤到公斤到3000万公斤，相当于我国化学万公斤，相当于我国化学杀虫剂年生产量的杀虫剂年生产量的7.5%；国产抗虫棉的市场份额也由；国产抗虫棉的市场份额也由1998年的年的5%发展到发展到2005年的年的70%以上，国产抗虫棉在以上，国产抗虫棉在与国际抗虫棉的市场竞争中取得决定性胜

17、利。与国际抗虫棉的市场竞争中取得决定性胜利。目前，中国的转基目前，中国的转基因抗虫棉已进入印因抗虫棉已进入印度、独联体、巴基度、独联体、巴基斯坦、菲律宾、澳斯坦、菲律宾、澳洲等市场。郑爱中洲等市场。郑爱中称，中国的转基因称，中国的转基因产品也可以进入美产品也可以进入美国，但尚未定出时国，但尚未定出时间表。间表。中国农科院植物保护所所长、植物病中国农科院植物保护所所长、植物病虫害生物学国家重点实验室主任吴孔虫害生物学国家重点实验室主任吴孔明博士带领他的团队，花费了近十年明博士带领他的团队，花费了近十年的时间，以大量的数据和试验结果证的时间，以大量的数据和试验结果证明，在中国广泛种植的转基因棉明，

18、在中国广泛种植的转基因棉花除了可以自己花除了可以自己“杀虫杀虫”之外，还能之外，还能保护周边的农作物免受棉铃虫危害，保护周边的农作物免受棉铃虫危害，颇有颇有“造福一方造福一方”的连带效应。的连带效应。吴孔吴孔明说：明说：“这是转基因棉对生态环境作用研这是转基因棉对生态环境作用研究的一项新发现，同时对中国多作物混合究的一项新发现，同时对中国多作物混合种植体系研究也具有重要意义。种植体系研究也具有重要意义。”2008科学杂志科学杂志刊登中国科学家对刊登中国科学家对转基因棉花的研究转基因棉花的研究成果成果中国农业科学院棉花研究所等承担的高科技项目中国农业科学院棉花研究所等承担的高科技项目“棉花工厂化

19、转基因技术棉花工厂化转基因技术体系体系”研究，日前通过专家鉴定。通过几年努力，终于建成了高效、工厂研究，日前通过专家鉴定。通过几年努力，终于建成了高效、工厂化的棉花转基因技术体系，年产转基因棉花化的棉花转基因技术体系，年产转基因棉花6000株以上，有效降低了棉花株以上，有效降低了棉花转基因运行成本。转基因运行成本。以该技术体系为支撑，已直接育成转基因棉花新品种以该技术体系为支撑，已直接育成转基因棉花新品种8个，累计推广转基因抗虫棉个，累计推广转基因抗虫棉3200多万亩，从而使中国在这一高科技领域占多万亩，从而使中国在这一高科技领域占有了一席之地。有了一席之地。四、植物基因工程存在的问题四、植物

20、基因工程存在的问题四、植物基因工程存在的问题四、植物基因工程存在的问题（1)1)多数植物存在转化效率低、重复性差的问题，特别是一多数植物存在转化效率低、重复性差的问题，特别是一多数植物存在转化效率低、重复性差的问题，特别是一多数植物存在转化效率低、重复性差的问题，特别是一些重要粮食作物的转基因效率还不高些重要粮食作物的转基因效率还不高些重要粮食作物的转基因效率还不高些重要粮食作物的转基因效率还不高;（2)2)由于植物的基因组庞大，在转基因过程中，一般是用选由于植物的基因组庞大，在转基因过程中，一般是用选由于植物的基因组庞大，在转基因过程中，一般是用选由于植物的基因组庞大，在转基因过程中，一般是

21、用选择性标记才能有效地获得转基因个体，而这种标记对转基因择性标记才能有效地获得转基因个体，而这种标记对转基因择性标记才能有效地获得转基因个体，而这种标记对转基因择性标记才能有效地获得转基因个体，而这种标记对转基因植物本身是不必要的累赘，由此带来一定的生物安全问题植物本身是不必要的累赘，由此带来一定的生物安全问题植物本身是不必要的累赘，由此带来一定的生物安全问题植物本身是不必要的累赘，由此带来一定的生物安全问题;（3)3)人们还不能随意地定位和导入所需的外源基因人们还不能随意地定位和导入所需的外源基因人们还不能随意地定位和导入所需的外源基因人们还不能随意地定位和导入所需的外源基因;（4)4)转基

22、因植株再生和鉴定难、操作周期长转基因植株再生和鉴定难、操作周期长转基因植株再生和鉴定难、操作周期长转基因植株再生和鉴定难、操作周期长;（5)5)植物转基因最常用的农杆菌介导法和基因枪法，都依赖植物转基因最常用的农杆菌介导法和基因枪法，都依赖植物转基因最常用的农杆菌介导法和基因枪法，都依赖植物转基因最常用的农杆菌介导法和基因枪法，都依赖于组织培养，操作复杂，常会引起受体组织的突变，或转化于组织培养，操作复杂，常会引起受体组织的突变，或转化于组织培养，操作复杂，常会引起受体组织的突变，或转化于组织培养，操作复杂，常会引起受体组织的突变，或转化植株出现基因沉默。植株出现基因沉默。植株出现基因沉默。植

23、株出现基因沉默。另外，还存在外源基因在转基因植物中的遗传稳定性问题。另外，还存在外源基因在转基因植物中的遗传稳定性问题。另外，还存在外源基因在转基因植物中的遗传稳定性问题。另外，还存在外源基因在转基因植物中的遗传稳定性问题。第二节第二节 常见的植物受体类型常见的植物受体类型愈伤组织受体系统原生质体种质受体系统胚状体受体系统直接分化芽受体系统愈伤组织受体系统愈伤组织受体系统 特点：特点：特点：特点：愈伤组织是由脱分化的分生细胞组成，易接受外源愈伤组织是由脱分化的分生细胞组成，易接受外源愈伤组织是由脱分化的分生细胞组成，易接受外源愈伤组织是由脱分化的分生细胞组成，易接受外源DNADNA，转化，转化

24、，转化，转化率较高；率较高；率较高；率较高；多种外植体都可经组织培养诱导产生愈伤组织，可应用于多种多种外植体都可经组织培养诱导产生愈伤组织，可应用于多种多种外植体都可经组织培养诱导产生愈伤组织，可应用于多种多种外植体都可经组织培养诱导产生愈伤组织，可应用于多种植物基因转化；植物基因转化；植物基因转化；植物基因转化；愈伤组织可继代扩繁，因而由转化愈伤组织可培养获得大量的愈伤组织可继代扩繁，因而由转化愈伤组织可培养获得大量的愈伤组织可继代扩繁，因而由转化愈伤组织可培养获得大量的愈伤组织可继代扩繁，因而由转化愈伤组织可培养获得大量的转化植株；转化植株；转化植株；转化植株；从外植体诱导的愈伤组织常由多

25、细胞形成，本身就是嵌合体，从外植体诱导的愈伤组织常由多细胞形成，本身就是嵌合体，从外植体诱导的愈伤组织常由多细胞形成，本身就是嵌合体，从外植体诱导的愈伤组织常由多细胞形成，本身就是嵌合体，因而分化的不定芽嵌合体比例高，增加了转基因再生植株筛选的因而分化的不定芽嵌合体比例高，增加了转基因再生植株筛选的因而分化的不定芽嵌合体比例高，增加了转基因再生植株筛选的因而分化的不定芽嵌合体比例高，增加了转基因再生植株筛选的难度；难度；难度；难度；愈伤组织所形成的再生植株无性系变异较大，转化的目的基因愈伤组织所形成的再生植株无性系变异较大，转化的目的基因愈伤组织所形成的再生植株无性系变异较大，转化的目的基因愈

26、伤组织所形成的再生植株无性系变异较大，转化的目的基因遗传稳定性较差遗传稳定性较差遗传稳定性较差遗传稳定性较差。愈伤组织可分为胚性和非胚性愈伤组织两种类型，两者愈伤组织可分为胚性和非胚性愈伤组织两种类型，两者愈伤组织可分为胚性和非胚性愈伤组织两种类型，两者愈伤组织可分为胚性和非胚性愈伤组织两种类型，两者在外观上在内部结构上在超微结构上均有所不同。在外观上在内部结构上在超微结构上均有所不同。在外观上在内部结构上在超微结构上均有所不同。在外观上在内部结构上在超微结构上均有所不同。原生质体原生质体 植物原生质体植物原生质体植物原生质体植物原生质体(protoplast)(protoplast)是去除细

27、胞壁后的是去除细胞壁后的是去除细胞壁后的是去除细胞壁后的“裸露裸露裸露裸露”细胞，细胞，细胞，细胞，具全能性，能在适宜的培具全能性，能在适宜的培具全能性，能在适宜的培具全能性，能在适宜的培 养条件下诱导出再生植株。由于原生质养条件下诱导出再生植株。由于原生质养条件下诱导出再生植株。由于原生质养条件下诱导出再生植株。由于原生质体与外界环境之间仅隔一层薄薄的细胞膜，人们可利用一些物理或体与外界环境之间仅隔一层薄薄的细胞膜，人们可利用一些物理或体与外界环境之间仅隔一层薄薄的细胞膜，人们可利用一些物理或体与外界环境之间仅隔一层薄薄的细胞膜，人们可利用一些物理或化学的方法改变细胞膜的通透性，使外源化学的

28、方法改变细胞膜的通透性，使外源化学的方法改变细胞膜的通透性，使外源化学的方法改变细胞膜的通透性，使外源DNADNA进入细胞内整合到染进入细胞内整合到染进入细胞内整合到染进入细胞内整合到染色体上并进行表达，从而实现植物基因转化。原生质体呈单细胞状色体上并进行表达，从而实现植物基因转化。原生质体呈单细胞状色体上并进行表达，从而实现植物基因转化。原生质体呈单细胞状色体上并进行表达，从而实现植物基因转化。原生质体呈单细胞状态，每个植株都是单细胞起源的，每个原生质体都有同等的再生机态，每个植株都是单细胞起源的，每个原生质体都有同等的再生机态，每个植株都是单细胞起源的，每个原生质体都有同等的再生机态，每个

29、植株都是单细胞起源的，每个原生质体都有同等的再生机会会会会,而且避免形成而且避免形成而且避免形成而且避免形成“嵌合体嵌合体嵌合体嵌合体“,“,是遗传转化研究的一个理想的受体。是遗传转化研究的一个理想的受体。是遗传转化研究的一个理想的受体。是遗传转化研究的一个理想的受体。特点：特点：特点：特点：外源外源外源外源DNADNA易导人细胞，易于在相对均匀和稳定的同等控制条件下易导人细胞，易于在相对均匀和稳定的同等控制条件下易导人细胞，易于在相对均匀和稳定的同等控制条件下易导人细胞，易于在相对均匀和稳定的同等控制条件下进行准确的转化和鉴定；进行准确的转化和鉴定；进行准确的转化和鉴定；进行准确的转化和鉴定

30、；原生质体培养的细胞，常分裂形成基因原生质体培养的细胞，常分裂形成基因原生质体培养的细胞，常分裂形成基因原生质体培养的细胞，常分裂形成基因型一致的细胞克隆，因此由转化原生质体再生的转基因植株嵌合体型一致的细胞克隆，因此由转化原生质体再生的转基因植株嵌合体型一致的细胞克隆，因此由转化原生质体再生的转基因植株嵌合体型一致的细胞克隆，因此由转化原生质体再生的转基因植株嵌合体少；少；少；少；可适用于各种转化方法，主要有电击法、可适用于各种转化方法，主要有电击法、可适用于各种转化方法，主要有电击法、可适用于各种转化方法，主要有电击法、PEGPEG、脂质体介导、脂质体介导、脂质体介导、脂质体介导法和显微注

31、射法等；法和显微注射法等；法和显微注射法等；法和显微注射法等；原生质体培养所形成的细胞无性系变异较强原生质体培养所形成的细胞无性系变异较强原生质体培养所形成的细胞无性系变异较强原生质体培养所形成的细胞无性系变异较强烈，遗传稳定性差；烈，遗传稳定性差；烈，遗传稳定性差；烈，遗传稳定性差；原生质体培养技术难度大，培养周期长，植原生质体培养技术难度大，培养周期长，植原生质体培养技术难度大，培养周期长，植原生质体培养技术难度大，培养周期长，植株再生频率低。株再生频率低。株再生频率低。株再生频率低。种质受体系统种质受体系统 以植物的生殖细胞如花粉粒、卵细胞或种子为受体细胞进行基因转化以植物的生殖细胞如花

32、粉粒、卵细胞或种子为受体细胞进行基因转化以植物的生殖细胞如花粉粒、卵细胞或种子为受体细胞进行基因转化以植物的生殖细胞如花粉粒、卵细胞或种子为受体细胞进行基因转化的系统称为种质系统。已建立了多种直接利用花粉粒、种子和卵细胞的系统称为种质系统。已建立了多种直接利用花粉粒、种子和卵细胞的系统称为种质系统。已建立了多种直接利用花粉粒、种子和卵细胞的系统称为种质系统。已建立了多种直接利用花粉粒、种子和卵细胞受精过程进行基因转化的方法，如花粉管通道法、花粉粒和种子浸泡受精过程进行基因转化的方法，如花粉管通道法、花粉粒和种子浸泡受精过程进行基因转化的方法，如花粉管通道法、花粉粒和种子浸泡受精过程进行基因转化

33、的方法，如花粉管通道法、花粉粒和种子浸泡法以及子房注射法等。法以及子房注射法等。法以及子房注射法等。法以及子房注射法等。优点：优点：优点：优点：生殖细胞不仅具有全能性，而且接受外源遗传物质的能力强，生殖细胞不仅具有全能性，而且接受外源遗传物质的能力强，生殖细胞不仅具有全能性，而且接受外源遗传物质的能力强，生殖细胞不仅具有全能性，而且接受外源遗传物质的能力强，导人外源基因成功率高；导人外源基因成功率高；导人外源基因成功率高；导人外源基因成功率高；生殖细胞是单倍体细胞，转化的基因无显生殖细胞是单倍体细胞，转化的基因无显生殖细胞是单倍体细胞，转化的基因无显生殖细胞是单倍体细胞，转化的基因无显隐性影响

34、；隐性影响；隐性影响；隐性影响；可以应用于任何单胚珠、多胚珠的单子叶、双子叶显花可以应用于任何单胚珠、多胚珠的单子叶、双子叶显花可以应用于任何单胚珠、多胚珠的单子叶、双子叶显花可以应用于任何单胚珠、多胚珠的单子叶、双子叶显花植物；植物；植物；植物；直接针对成株操作，不需经过细胞或原生质体培养、诱导再直接针对成株操作，不需经过细胞或原生质体培养、诱导再直接针对成株操作，不需经过细胞或原生质体培养、诱导再直接针对成株操作，不需经过细胞或原生质体培养、诱导再生植株等费时费力的过程；生植株等费时费力的过程；生植株等费时费力的过程；生植株等费时费力的过程；不受基因型的限制；不受基因型的限制；不受基因型的

35、限制；不受基因型的限制；育种年限短；育种年限短；育种年限短；育种年限短；除用总除用总除用总除用总DNADNA外，同样还可以应用外，同样还可以应用外，同样还可以应用外，同样还可以应用DNADNA重组分子进行导入；重组分子进行导入；重组分子进行导入；重组分子进行导入；为远缘杂为远缘杂为远缘杂为远缘杂交不亲合的植物之间的基因重组创造了条件；交不亲合的植物之间的基因重组创造了条件；交不亲合的植物之间的基因重组创造了条件；交不亲合的植物之间的基因重组创造了条件；方法简便。方法简便。方法简便。方法简便。局限性：局限性：局限性：局限性：只能限于开花植物，且只有花期可以转育；只能限于开花植物，且只有花期可以转

36、育；只能限于开花植物，且只有花期可以转育；只能限于开花植物，且只有花期可以转育；必须进行大必须进行大必须进行大必须进行大群体操作，以减少转化操作对作物的影响和伤害；群体操作，以减少转化操作对作物的影响和伤害；群体操作，以减少转化操作对作物的影响和伤害；群体操作，以减少转化操作对作物的影响和伤害；导人总导人总导人总导人总DNADNA片段片段片段片段的转育株会带有少量非目的性状的的转育株会带有少量非目的性状的的转育株会带有少量非目的性状的的转育株会带有少量非目的性状的DNADNA片段；片段；片段；片段；这种技术牵涉到植物这种技术牵涉到植物这种技术牵涉到植物这种技术牵涉到植物双受精过程，其机制更加复

37、杂化，缺乏精密的理论依据。双受精过程，其机制更加复杂化，缺乏精密的理论依据。双受精过程，其机制更加复杂化，缺乏精密的理论依据。双受精过程，其机制更加复杂化，缺乏精密的理论依据。胚状体受体系统胚状体受体系统 胚状体胚状体胚状体胚状体(embryoid)(embryoid)是指经细胞胚发生而形成的在形态结是指经细胞胚发生而形成的在形态结是指经细胞胚发生而形成的在形态结是指经细胞胚发生而形成的在形态结构和功能上类似于有性胚的结构，又称为体细胞胚。构和功能上类似于有性胚的结构，又称为体细胞胚。构和功能上类似于有性胚的结构，又称为体细胞胚。构和功能上类似于有性胚的结构，又称为体细胞胚。优点：优点：优点：

38、优点：再生能力强；再生能力强；再生能力强；再生能力强；胚状体具有两极性，直接再生胚状体具有两极性，直接再生胚状体具有两极性，直接再生胚状体具有两极性，直接再生成完整植株；成完整植株；成完整植株；成完整植株；可转化的功能细胞多，即处于转化感受可转化的功能细胞多，即处于转化感受可转化的功能细胞多，即处于转化感受可转化的功能细胞多，即处于转化感受态的细胞数量多；态的细胞数量多；态的细胞数量多；态的细胞数量多；细胞分裂的同步性好；细胞分裂的同步性好；细胞分裂的同步性好；细胞分裂的同步性好；一般认为一般认为一般认为一般认为胚状体是由单细胞起源，因此获得的转化体嵌合体少；胚状体是由单细胞起源，因此获得的转

39、化体嵌合体少；胚状体是由单细胞起源，因此获得的转化体嵌合体少；胚状体是由单细胞起源，因此获得的转化体嵌合体少；转化效率高，每次实验可进行大量细胞的操作获得较转化效率高，每次实验可进行大量细胞的操作获得较转化效率高，每次实验可进行大量细胞的操作获得较转化效率高，每次实验可进行大量细胞的操作获得较多数量的转化体；多数量的转化体；多数量的转化体；多数量的转化体；胚状体发生途径获得的再生植株遗胚状体发生途径获得的再生植株遗胚状体发生途径获得的再生植株遗胚状体发生途径获得的再生植株遗传稳定性好，变异少；传稳定性好，变异少；传稳定性好，变异少；传稳定性好，变异少；胚性细胞受体系统可长期保存胚性细胞受体系统

40、可长期保存胚性细胞受体系统可长期保存胚性细胞受体系统可长期保存不影，向再生能力。不影，向再生能力。不影，向再生能力。不影，向再生能力。直接分化芽受体系统直接分化芽受体系统直接分化芽是指外植体细胞不经过愈伤组织阶段直接分化芽是指外植体细胞不经过愈伤组织阶段直接分化芽是指外植体细胞不经过愈伤组织阶段直接分化芽是指外植体细胞不经过愈伤组织阶段而以组织培养直接分化形成不定芽而以组织培养直接分化形成不定芽而以组织培养直接分化形成不定芽而以组织培养直接分化形成不定芽(adventitiousbud)(adventitiousbud)。特点：特点：特点：特点：直接分化芽是由未分化的细胞直接分化直接分化芽是由

41、未分化的细胞直接分化直接分化芽是由未分化的细胞直接分化直接分化芽是由未分化的细胞直接分化形成，体细胞无性系变异小形成，体细胞无性系变异小形成，体细胞无性系变异小形成，体细胞无性系变异小;该系统应用于基该系统应用于基该系统应用于基该系统应用于基因转化时，操作简单、周期短；因转化时，操作简单、周期短；因转化时，操作简单、周期短；因转化时，操作简单、周期短；不定芽的再生不定芽的再生不定芽的再生不定芽的再生常起源于多细胞，所形成的再生植株也可出现较常起源于多细胞，所形成的再生植株也可出现较常起源于多细胞，所形成的再生植株也可出现较常起源于多细胞，所形成的再生植株也可出现较多的嵌合体。此外，由外植体诱导

42、直接分化芽产多的嵌合体。此外，由外植体诱导直接分化芽产多的嵌合体。此外，由外植体诱导直接分化芽产多的嵌合体。此外，由外植体诱导直接分化芽产生，技术难度大，不定芽量少，因此，基因转化生，技术难度大，不定芽量少，因此，基因转化生，技术难度大，不定芽量少，因此，基因转化生，技术难度大，不定芽量少，因此，基因转化频率低于其他几种受体系统。频率低于其他几种受体系统。频率低于其他几种受体系统。频率低于其他几种受体系统。第三节第三节 植物基因工程载体的特点植物基因工程载体的特点 一、植物基因工程载体的种类和特性一、植物基因工程载体的种类和特性一、植物基因工程载体的种类和特性一、植物基因工程载体的种类和特性

43、章鱼碱型章鱼碱型章鱼碱型章鱼碱型 TiTi质粒质粒质粒质粒胭脂碱型胭脂碱型胭脂碱型胭脂碱型 农杆碱型农杆碱型农杆碱型农杆碱型 农杆菌素碱型农杆菌素碱型农杆菌素碱型农杆菌素碱型 质粒载体质粒载体质粒载体质粒载体 农杆碱型农杆碱型农杆碱型农杆碱型 RiRi质粒质粒质粒质粒甘露碱甘露碱甘露碱甘露碱 黄瓜碱型黄瓜碱型黄瓜碱型黄瓜碱型 植物基因工程载体植物基因工程载体植物基因工程载体植物基因工程载体 单链单链单链单链RNARNA病毒病毒病毒病毒 植物病毒载体植物病毒载体植物病毒载体植物病毒载体单链单链单链单链DNADNA病毒病毒病毒病毒 双链双链双链双链DNADNA病毒病毒病毒病毒 转座子载体转座子载体

44、转座子载体转座子载体 克隆载体克隆载体克隆载体克隆载体中间黏粒载体中间黏粒载体中间黏粒载体中间黏粒载体 中间克隆载体中间克隆载体中间克隆载体中间克隆载体愈合载体愈合载体愈合载体愈合载体 中间载体中间载体中间载体中间载体基因标记载体基因标记载体基因标记载体基因标记载体 中间表达载体中间表达载体中间表达载体中间表达载体 OncOnc-卸甲载体卸甲载体卸甲载体卸甲载体 基因工程载体基因工程载体基因工程载体基因工程载体卸甲载体卸甲载体卸甲载体卸甲载体 OncOnc+卸甲载体卸甲载体卸甲载体卸甲载体 共整合载体共整合载体共整合载体共整合载体 一元载体一元载体一元载体一元载体 转化载体转化载体转化载体转化

45、载体拼接末端载体拼接末端载体拼接末端载体拼接末端载体 双元载体双元载体双元载体双元载体不同类型载体在植物基因工程中所起作用不同不同类型载体在植物基因工程中所起作用不同：(1)Ti(1)Ti质粒载体质粒载体质粒载体质粒载体：存在于根癌农杆菌中，通过伤口侵染植物，能使：存在于根癌农杆菌中，通过伤口侵染植物，能使：存在于根癌农杆菌中，通过伤口侵染植物，能使：存在于根癌农杆菌中，通过伤口侵染植物，能使侵染部位产生瘤状突起。侵染部位产生瘤状突起。侵染部位产生瘤状突起。侵染部位产生瘤状突起。(2)Ri(2)Ri质粒载体质粒载体质粒载体质粒载体：存在于发根农杆菌中，侵染植物后产生须状根。：存在于发根农杆菌中

46、，侵染植物后产生须状根。：存在于发根农杆菌中，侵染植物后产生须状根。：存在于发根农杆菌中，侵染植物后产生须状根。(3)(3)植物病毒载体植物病毒载体植物病毒载体植物病毒载体：具体又可分为：具体又可分为：具体又可分为：具体又可分为3 3种，双链种，双链种，双链种，双链DNADNA病毒、单链病毒、单链病毒、单链病毒、单链DNADNA病毒和单链病毒和单链病毒和单链病毒和单链RNARNA病毒。病毒。病毒。病毒。(4)(4)中间克隆载体中间克隆载体中间克隆载体中间克隆载体：构建中间表达载体的基础质粒，由大肠杆菌质：构建中间表达载体的基础质粒，由大肠杆菌质：构建中间表达载体的基础质粒，由大肠杆菌质：构建中

47、间表达载体的基础质粒，由大肠杆菌质粒插入粒插入粒插入粒插入T-DNAT-DNA片段及目的基因、标记基因等构建而成。片段及目的基因、标记基因等构建而成。片段及目的基因、标记基因等构建而成。片段及目的基因、标记基因等构建而成。(5)(5)中间表达载体中间表达载体中间表达载体中间表达载体：含有植物特异启动子的中间载体，功能是构建：含有植物特异启动子的中间载体，功能是构建：含有植物特异启动子的中间载体，功能是构建：含有植物特异启动子的中间载体，功能是构建转化载体。转化载体。转化载体。转化载体。(6)(6)卸甲载体卸甲载体卸甲载体卸甲载体：解除武装的：解除武装的：解除武装的：解除武装的TiTi质粒或质粒

48、或质粒或质粒或RiRi质粒，功能也是构建转化载质粒，功能也是构建转化载质粒，功能也是构建转化载质粒，功能也是构建转化载体。体。体。体。(7)(7)转化载体转化载体转化载体转化载体：又称工程载体，由中间表达载体和卸甲载体构建而：又称工程载体，由中间表达载体和卸甲载体构建而：又称工程载体，由中间表达载体和卸甲载体构建而：又称工程载体，由中间表达载体和卸甲载体构建而成，用于目的基因导人植物细胞。成，用于目的基因导人植物细胞。成，用于目的基因导人植物细胞。成，用于目的基因导人植物细胞。二、植物基因工程质粒载体的命名二、植物基因工程质粒载体的命名二、植物基因工程质粒载体的命名二、植物基因工程质粒载体的命

49、名归纳为以下几点：归纳为以下几点：(1)(1)对天然存在的质粒使用原有的命名，如对天然存在的质粒使用原有的命名，如对天然存在的质粒使用原有的命名，如对天然存在的质粒使用原有的命名，如ColElColEl和和和和SCPlSCPl等。等。等。等。(2)(2)新发现或改造的质粒命名规则：第新发现或改造的质粒命名规则：第新发现或改造的质粒命名规则：第新发现或改造的质粒命名规则：第1 1个小写字母个小写字母个小写字母个小写字母p p表示质表示质表示质表示质粒粒粒粒(plasmid)(plasmid)，后面，后面，后面，后面2 2个或个或个或个或3 3个大写字母表示构建该质粒的研个大写字母表示构建该质粒的

50、研个大写字母表示构建该质粒的研个大写字母表示构建该质粒的研究人员的姓名、研究单位或实验室名称，最后的数字表示究人员的姓名、研究单位或实验室名称，最后的数字表示究人员的姓名、研究单位或实验室名称，最后的数字表示究人员的姓名、研究单位或实验室名称，最后的数字表示构建的一系列质粒的编号。如构建的一系列质粒的编号。如构建的一系列质粒的编号。如构建的一系列质粒的编号。如pUCll8pUCll8，p p代表质粒，代表质粒，代表质粒，代表质粒，UCUC代代代代表美国加利福尼亚大学表美国加利福尼亚大学表美国加利福尼亚大学表美国加利福尼亚大学(Uniers(Uniers-ityofCalifornia)-ity