植物遗传改良讲义

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1、植物分子育种第一章植物分子育种技术概论常规育种虽然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是近代开创的育种新途径，大量实践证明我国在这方面取得了重要进展。分子育种是指分子水平生物技术在植物育种上的应用。中国科学院上海生物

2、化学研究所周光宇研究员指出，植物分子育种可概括为两个层次的工程技术：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、抗性强的新品种。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，经过培育，筛选出获得了目的性状，且综合性状优良的后代，育出新品种。狭义的分子育种指的是第一层次的分子育种。二、植物分子育种的特点1.遗传物质的转移突破生物学隔离的障碍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植物间，甚至在植物，动

3、物和微生物之间进行交流，从而充分活化各物种的遗传基础，为创造新的生命类型奠定广泛的基础．2.无需经过细胞、原生质体离体培养（甚至不需离体培养）(针对狭义的分子育种来说)利用整体植株的特定细胞进行外源DNA或基因的转移，如卵细胞、受精卵或早期胚细胞，抑或幼胚，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，形成再生株植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

4、只需3—4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。第二节植物分子育种的产生与发展一.问题的提出吉林农民李贞生培育出的玉米稻（水稻×玉米）50年代杂种玉米稻未见父本的外观性状；从染色体的形态特征、数目和组型分析来看，均与母本水稻相同；但无可否认地出现了一些明显的变异：如植株高、穗大、粒大，抗逆性(耐寒，耐旱)强、产量提高，而且这些变异还可以遗传下去。后来发现在以高梁、甘蔗和芦苇作父本，而以水稻作母本的远缘杂交实验中，也获得了类似的结果：即后代的外观特点与母本水稻一致，但也或多或少显露出一部分远缘的遗

5、传信息．在遗传育种界对此尚存在学术观点不一的争论：有人持否定态瘦，认为玉米稻不可能是杂交种，把所出现的变异归咎于母本不纯，或纯属自发变异。也有人认为变异是由玉米花粉物质刺激作用；甚至还有人认为玉米稻要长出玉米棒子才算是真正的杂种．二.DNA片段杂交假说及其分子验证1974年，周光宇多次对粮食等作物远缘杂交实验进行实地调查。要点：（1）认为就整体分子而言，远缘亲本间的染色体结构是不亲和的，容易相互排斥；（2）根据进化的观点，局部DNA分子部分基因间的结构有可能保持一定的亲和性；因而远缘DNA片段有可能进入受体细胞，并在母本DNA复制过程中，这种DNA片段

6、便与受体基因组相应区段整合。周光宇提出了“DNA片段杂交”假说，并应用同工酶和分子杂交等技术对祖德明等培育的高梁稻及其亲本材料进行了分析，使这一假说得到了分子验证。分子验证：①酯酶同工酶分析在高梁稻(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梁相同而银坊(母本)没有的酶带，说明高梁稻中的这条酶带来自父本高梁；②分子杂交取父本高梁DNA与母本水稻DNA进行分子杂交，除去两者的同源序列，以其余的高梁DNA顺序制备探针，与高梁稻DNA进行分子杂交，发现高梁稻DNA中存在高梁的同源序列，此即说明高梁DNA片段已整合了高粱稻的基因组中；③复性动力学分

7、析在对高梁稻及其两亲本的重复顺序DNA复性动力学分析研究中，发现高粱稻基因组的中度重复顺序部分与母本水稻有差异，从而进一步说明这是由于父本高梁DNA整合于母本水稻基因组而造成的结果。第一节外源DNA导入育种技术的探索一、花粉管通道技术（周光宇，1978）花粉管通道技术的关键：在于外源DNA(不小于106~107u)可以方便地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。机理：1、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；2、受精后各种生命活动十分旺盛，细胞DNA与RNA的合成很活跃．此时，外源DNA片段的结

8、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，并且可能表达和遗传。