植物分子育种学课件.ppt

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1、植物育种学的相关概念先来回顾一下作物育种学的相关知识。植物育种学种:分类上的基本单位,一群在形态和生理方面彼此十分相似，或性状间差别很微小，并有一定自然分布区的动物个体；凡种内的有性个体间能够互配，并且产生能够发育的个体后代；不同种的有性个体间不能够互配和产生后代变种:通常有一定的形态特征和地理分布，并在特征上与原种有一定的区别，与其他变种有共同的分布区亚种：种内个体在地理上和生殖上充分隔离后，形成的一类种群；它是一个种内的地理种群，或生理、生态种群，并具有地理分布上或生态上的不同。品种：在任一方面具有独特性的栽培植物群体,它可通过有性的、无性的或其他的方式繁殖或重组,保持或重现其独特性,并把

2、品种分为纯系品种、群体品种、杂交品种、综合品种、多系品种、无性系品种、人造多倍体品种和中间品种等8类品系良种植物育种学的内容1.种质资源的搜集、研究和利用。2.育种目标3.育种方法4.育种程序第一章第一章绪绪论论生物工程日益受到世界各国高度重视许多有重要意义的研究工作正在蓬勃展开，它的应用是新技术革命的鲜明标志。随着生物工程研究的深入和生物技术不断的开发，其应用面日渐拓宽，成果累累。生物技术在农业上的应用，为提高粮食和其它农副产品的产量与品质开辟了崭新的途径，有力地推动着农业的现代化。随着国民经济的腾飞，人民生活水平的提高，农业上迫切需要高产、优质、抗病虫害和抗逆性强的作物新品种。常规育种虽然

3、在农作物产量提高和品质改良方面取得了很大成绩，但它存在着局限性：一是遗传物质的转移难以突破生物学隔离的障碍，使优良种质资源的利用受到限制；二是由于基因连锁的困扰，又不易收到理想的育种效果。近年来迅速发展的生物技术，特别是分子水平的生物技术，在提高作物产量，改善品质，增强抗病虫和抗逆能力等方面展示了诱人的灿烂前景。第一节第一节植物分子育种的概念和特点植物分子育种的概念和特点一、植物分子育种的概念、植物分子育种的概念：分子育种是指分子水平生物技术在植物育种上的应用，是近20年来开创的育种新途径。从上世纪70年代中期到90年代末，分子育种经历了20余年的艰苦探索，在这期间，全国一共召开了3次植物分子

4、育种学术讨论会，分子生物学，分子遗传学和作物育种学的专家们汇聚一堂，总结交流经验、切磋技艺，共商发展，使分子育种事业事业进入了新阶段。周光宇认为植物分子育种可概括为两个层次上的工程技术：1将带有目的性状基因的供体总DNA片段导入欲改良的植物受体细胞，使其后代发生变异，从中筛选出获得目的性状的后代或符合需要的有价值的新类型，培育出高产、优质、高抗的新品种；2分离目的基因，构建重组分子，导入需要改良的植物受体细胞，经过筛选，培育出获得目的性状，且综合性状优良的后代，育出新品种。总之，分子育种的实施充分体现了运用分子生物学技术的科学性与先进性，即可以将不同物种的遗传物质（DNA或基因）导入受体细胞，

5、再进行培育与选择，从而育出符合育种目标要求的新品种。二、植物分子育种的特点植物分子育种的特点1、打破物种分类的界限，充分利用自然界丰富的遗传资源，使遗传物质能在不同的植物间，甚至在植物、动物和微生物之间进行交流；2、利用植株的特定细胞进行外源DNA或基因的转移，如卵细胞、受精卵或早期胚胎细胞；或者幼胚、幼苗、芽丛分裂旺盛的细胞，它们随着整体生长发育的进程而完成外源DNA或基因的导入、整合与转化过程。无需经过细胞原生质体离体培养、转化诱导，形成再生株等一系列繁琐复杂的培养流程。3、适应面广，单子叶、双子叶植物均可运用这项技术达到品种创新与改良的育种效果。4、与常规育种相比，育种时间明显缩短，一般

6、只需34代各选系便可稳定。5、方法简便，室内外（大田、盆栽场、温室等）均可进行，常规育种工作者易于掌握。一、问题的提出问题的提出20世纪50年代我国兴起粮食作物远缘杂交试验，得到了玉米稻、高粱稻等，围绕玉米稻、高粱稻是否为远缘杂交种，在遗传育种界引起争论。第二节第二节植物分子育种的产生与发展植物分子育种的产生与发展周光宇提出的“DNA片段杂交片段杂交”假说假说：就整体分子而言，远缘亲本间的染色体结构是不亲和的，容易相互排斥。但局部DNA分子部分基因间的结构有可能保持一定的亲和性，因而远源DNA片段有可能进入受体细胞。在母体DNA复制过程中，这种DNA片段便与受体基因组相应区段整合，成为子代所表

7、现的各种典型或非典型遗传变异现象的内在遗传依据。二、二、DNA片段杂交假说及其分子验证片段杂交假说及其分子验证1、同工酶分析在高粱稻（银坊亨加利）及其亲本酯酶同工酶分析研究中发现一条与高粱相同而银坊（母本）没有的酶带，说明高粱稻中的这条酶带来自父本高粱；DNA片段杂交假说的分子验证片段杂交假说的分子验证在对高粱稻基因组的分析研究中，取父本高粱DNA与母本水稻DNA进行分子杂交，除去两者的同源序列，以其余的高粱DNA序列制备探针，与高粱稻DNA进行分子杂交，发现高粱稻DNA中存在高粱的同源序列，从而证实高粱稻基因组中确实存在高粱DNA片段，此即说明高粱DNA片段已整合于高粱稻的基因组中。2、DN

8、A分子杂交分子杂交在对高粱稻及其两亲本的重复序列DNA复性动力学分析研究中，发现高粱稻基因组的中度重复序列部分与母本水稻有差异，从而进一步说明这是由于父本高粱稻DNA整合于母本水稻基因组而造成的结果。3、DNA复性动力学分析：复性动力学分析：一、花粉管通道技术花粉管通道技术:外源DNA利用植物开花授粉后天然的花粉管通道进入胚囊，与受精卵或其前后的细胞相接触，这类细胞在此时尚不具备细胞壁，有如原生质体，能够吸收DNA，受精后各种生命活动十分活跃，细胞DNA与RNA的合成很活跃，含量增加。此时一旦外源DNA片段的结构、功能与受体基因组及其代谢有一定相容性时，就有可能被整合进入受体基因组，并且可能表

9、达和遗传。第三节第三节外源外源DNA导入育种技术的探索导入育种技术的探索二、二、花粉管通道技术的分子验证花粉管通道技术的分子验证1.缺口翻译技术验证：以3H标记海岛棉“416”DNA分子，于自花授粉后24h，用50l微量注射器向受体（岱字棉滤选204）子房注射10L3H标记的DNA，经30min、1、2、4、6、8h摘下子房，干冰冷冻子房。同时设对照。3个月观察发现授粉30min后部分胚囊中有外源DNA进入。进而发现除从珠孔到胚囊的花粉管通道外，珠心的任何其它部位都均没自显影斑点。在花粉管中亦未见3HDNA的痕迹。2通过不同克隆的基因或特异DNA片段的导入进行分子验证。翁坚等应用M13（mp7

10、）与受体重复序列重组导入海岛棉，60d后，取成熟种子提取DNA，以32P标记M13（mp7）制备探针。经Southern杂交的Sau3A酶切图谱上明显可见样品1（mp7+海岛棉DNA)和样品2（mp7+海岛棉DNA)与对照明显不同。分析表明导入过重组分子的海岛棉DNA中，存在mp7DNA。3.质粒与受体重复序列重组验证。用Kanr的pNE0105与受体重复序列重组后导入水稻，子代显示出卡那霉素耐性明显高于受体的植株。经Southern杂交后可以显示出卡那霉素抗性基因的杂交条带。外源DNA导入技术首先在棉花、水稻上取得成功。20世纪80年代以后，分子育种的研究逐步铺开并迅速发展，涉及的材料增加了

11、小麦、大豆、花生、蔬菜和果木等，选育出了一些有价值的新品种，同时发展了完善了外源DNA导入技术，如浸胚、浸苗和注射幼穗、分蘖节等。第四节第四节植物分子育种的兴起与发展植物分子育种的兴起与发展上世纪90年代以后，分子育种的队伍进一步扩大，许多常规育种家也积极加入这一行列，全国约有21个省市，40个以上的实验室开展这方面的研究，优质、高产、抗病、抗逆的优良新品种和新品系不断涌现，显示出巨大的生产力效应。罗汉果为葫芦科罗汉果属多年生藤本植物，产于广西、广东以及湖南南部地区。果近圆形，略似鸡蛋，干果皮薄而脆，中医用之入药。罗汉果的效用有润肺止咳、清解暑热、凉血润肠，罗汉果含罗汉果甜甙、氨基酸和果糖及黄

12、酮。罗汉果甜甙在传统中药中被用于感冒，咳嗽，喉咙痛，肠胃不适，并可用于清血。罗汉果甜甙易溶于水且无沉淀。提取物中含80%或更多的罗汉果甜甙。甜甙的甜度为糖的300倍且含热量低，是糖尿病患者稳定且无发酵性的理想添加剂。罗汉果甜甙含有大量氨基酸，果糖，维他命和矿物质。其同样被用于中国传统烹饪中作为香料和营养添加剂。其作为一种通用的天然甜味剂是代替人工甜味剂如阿斯巴甜等的理想代替品。在饮料，烘烤食品，营养食品，低热食品或其它需要低或无水碳化合物甜味剂或需要低或无热量的食用品中可充分发挥其作用。烹饪或烘烤并不会影响其风味或甜度。水果型黄瓜也称小型黄瓜、迷你黄瓜,葫芦科黄瓜属，由于从荷兰引进的品种较多,

13、故人们也称之为荷兰小黄瓜。该类型瓜长度1418厘米,直径约3厘米,重100克左右,表皮柔嫩、光滑、色泽均匀、口感脆嫩、瓜味浓郁,经济效益颇高。小黄瓜多为雌性系,雌性系的优点是果实成熟度一致,早期产量高。此类型瓜的特点为:瓜码密,有1节1瓜的、1节2瓜的和1节多瓜的。而且,如果管理水平得当,丰产潜力很大,单茬亩产可在10000公斤以上。1年可种23茬。目前市场上水果型黄瓜品种中,进口品种仍占主导地位,但在生产中主要存在以下问题:一是进口种子成本高;二是品质不理想;三是国外品种抗病毒病能力普遍较差;四是栽培管理技术不配套等。水果型黄瓜目前市场售价20元/公斤左右,但它的种子价格是国内普通黄瓜种子的

14、100倍。第五节第五节植物分子育种与作物遗传改良植物分子育种与作物遗传改良随着国民经济和农业生产的发展，对农作物品种的要求愈来愈高。目前育种的主要目标集中在高产、优质、抗病虫害、抗逆能力和适应性等方面。传统的育种方法选育出的大量品种，在生产上发挥了很大的作用。但它毕竟存在着局限性，难以进一步提高实效。育种实践证明，育种上要有新突破，目前必须抓住两项工作：1、广泛收集有益的种质资源，并加以利用；2、育种方法上进一步革新。分子育种与常规育种紧密结合，相辅相成，使作物遗传改良的研究登上了新的台阶，优良新品种层出不穷，以下是这方面的一些研究成果：一、增强抗性一、增强抗性1、抗病：、抗病：病害是作物生产

15、的大敌，培育抗病品种是育种家们刻不容缓的任务。近年来通过分子育种与常规育种相结合，在抗病育种方面取得了明显的成效：黄骏麒以海岛棉7124为供体，以陆地棉9101为受体，将前者DNA导入到后者，选育出新品系3118，高抗枯萎病，并耐黄萎病，在江苏和上海广泛种植。随后倪建福等(1994)、王亚馥等(2019)成功将高粱DNA导入普通小麦，选育出抗条锈病白粒新品系。2、抗逆性、抗逆性农作物经常受到各种不利因素如盐碱、干旱、水涝、寒冷及特殊金属离子的威胁，一般情况下造成减产，严重时颗粒无收。因而选育对不良环境具有特殊抵抗能力的新品种具有十分重要的意义。植物分子育种有利于解决上述问题。李道远等应用花粉管

16、通道技术将药用野生稻DNA导入栽培稻，选育出糯稻桂D1号，耐旱、耐瘠、苗期抗寒、成熟期抗早衰、产量高，现已大面积推广。吴小月应用外源DNA导入技术将中棉常熟黑子的DNA导入受体陆地棉品种岱红岱，成功地选育到一个高产、优质、吐絮集中、抗逆性强、耐渍涝并耐枯萎病的棉花新品种湘棉12号，并已通过湖南省品种审定。二、提高产量、改良品质二、提高产量、改良品质随着人民生活水平的提高，对各种作物的品质提出了更高的要求，因此在育种要注意将高产和优质结合起来。实践证明，通过分子育种的手段可以将两者很好地结合起来。洪亚辉等将玉米DNA导入早稻91L，从其后代中选育出多个优良变异品系，如DH系，亩产超过500Kg，

17、经中国水稻所检测，绝大部分项目达到米质一级标准，其中蛋白质含量为13.5左右，最高达到14.9。王秀玲等（2019）成功的将野生大豆总DNA导入小麦，为选育高蛋白优质的新品系提供了新的途径。经过科学工作者的艰辛探索，植物分子育种在品种的遗传改良和创造新类型方面已作出了巨大的成绩。分子育种能打破物种界限，广泛利用自然界有益的遗传资源，从而解决常规育种难以克服的困难，培育出符合需要的新品种。总结总结1总结2在植物分子育种上还有两个问题仍需要进一步研究：一、外源DNA到底以什么状态进入受体，又是如何整合到受体基因组；二、克服总DNA导入的盲目性，从分子水平上分离目的基因，进而构建重组体，将目的基因准

18、确地导入受体。分子育种实践-高蛋白水稻为了选育高产、优质、多抗的水稻新品种,采用花粉管通道法（导入方法：在开花后进行整穗,除去已开过和尚未开放的花朵,保留正在开放的颖花,剪颖(斜剪,去掉1/3颖壳),2h后切花柱,随即用微量注射器将供体DNA溶液注入受体颖花中,立即套袋.为确保开花和结实,在导入过程中常采取辅助措施.DNA溶液质量浓度约为400g/mL,每颖花滴注1015L,以注射相应量的TE缓冲液的颖花作为对照）.,将密穗高粱总DNA导入水稻，从后代变异材料中选育出多个具有高光效、高产和优质的新品系.经随机扩增多态DNA技术对供体、受体、后代进行分子验证,后代中出现了在供体中存在而在受体中不

19、存在的泳带.解剖学观察发现了后代剑叶、穗颈及穗基的输导组织比受体发达,维管束数目比受体增加10%30%.后代的光合速率亦显著高于受体.在形态解剖、光合特性和分子水平上进一步证明了高粱DNA片段在受体中的表达和稳定遗传.对优良后代等品系进行生产示范,增产效果显著,单产高达7500kg/hm2。米质分析结果表明,整精米率、蛋白质含量、支链淀粉、产量等多项指标均优于部颁优质米标准.高蛋白水稻栽培技术栽培要求跟一般早稻相同栽培要求跟一般早稻相同。用种量8-10斤每亩基肥按NPK浓度N10-12P5K8左右，每亩施复合肥80斤。专肥每亩施尿素15-20斤播种日期盘育秧3月25-28号洗插秧3月底-4月初插秧日期盘育秧待2叶一心，大概时间4月15-20号洗插秧4月20号以后每蔸8-10根晒田抑制分蘖大概5月中旬晒田程度等到田硬再复水（看禾苗的生长势追复水肥PK肥。）始穗期到齐穗大约1个星期收割齐穗以后大概20-25天可以。全生日期105-108天病虫害防治主要是稻瘟病纹枯病稻飞虱 更多精品资请访问更多精品资请访问 更多品资源请访问更多品资源请访问