植物生物技術(shù)緒論1、生物技術(shù)的概念生物技術(shù)（biotechnology），有時(shí)也稱(chēng)生物工程，是指人們以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他基礎(chǔ)科學(xué)的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體或加工生物原料，為人類(lèi)生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的。生物技術(shù)是人們利用微生物、動(dòng)植物體對(duì)物質(zhì)原料進(jìn)行加工，以提供產(chǎn)品來(lái)為社會(huì)服務(wù)的技術(shù)。改造生物體，是指獲得優(yōu)良品質(zhì)和高產(chǎn)的動(dòng)物、植物、微生物品系或者品種。生物原料，是指生物體的某一部分或者生物生長(zhǎng)過(guò)程中所能利用的物質(zhì)，如淀粉、糖、纖維素等有機(jī)物，也包括一些無(wú)機(jī)化學(xué)品，聚(β-羥基丁酸酯)。生產(chǎn)出產(chǎn)品，包括糧食、醫(yī)藥、食品、化工原料、能源等。達(dá)到某種目的，包括疾病的預(yù)防、治療和診斷、環(huán)境污染的檢測(cè)及治理等。2、生物技術(shù)的發(fā)展歷程2.1第一代生物技術(shù)生物技術(shù)是一門(mén)既古老而現(xiàn)代的應(yīng)用技術(shù)追溯其發(fā)展歷史，幾乎與人類(lèi)的文明史同時(shí)開(kāi)始，如釀酒、制醋、饅頭發(fā)酵非純種微生物發(fā)酵工藝為標(biāo)志的傳統(tǒng)生物技術(shù)2.2第二代生物技術(shù)以純種微生物發(fā)酵工藝為標(biāo)志的近代生物技術(shù)20世紀(jì)40年代抗生素的提取50年代氨基酸的發(fā)酵60年代酶制劑工程2.3第三代生物技術(shù)以重組DNA技術(shù)為標(biāo)志的現(xiàn)代生物技術(shù)1953年，Watson&Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1973年，Boyer&Cohen將非洲爪蟾的DNA插入到細(xì)菌質(zhì)粒DNA中產(chǎn)生重組質(zhì)粒，標(biāo)志著DNA重組技術(shù)的誕生。1976年，世界上第一家生物技術(shù)公司Genetech誕生，成為第3代生物技術(shù)的重要發(fā)展標(biāo)志。2.4生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)植物是人類(lèi)賴(lài)以生存的最主要的資源：直接為人類(lèi)提供90%的能量，80%的蛋白質(zhì)供應(yīng)。目前供人類(lèi)食用的植物約有3000種，但人類(lèi)能量供應(yīng)主要來(lái)自大約20種作物，其中8種禾谷類(lèi)作物占了50%，礦物質(zhì)和維生素主要由其他大約30種果蔬提供。作物生產(chǎn)在人類(lèi)生存和發(fā)展中占有不可替代的地位2005年：世界人口為64億6470萬(wàn)世界人口將在2070年達(dá)到高峰：90億地球上的食品資源可以養(yǎng)活多少人口？生產(chǎn)足夠多的食品養(yǎng)活世界人口是人類(lèi)面臨的巨大挑戰(zhàn)之一！

如果均為嚴(yán)格的素食者約為150億，而按照混合型飲食標(biāo)準(zhǔn)僅為50億。大量施用化肥，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)惡化大量使用農(nóng)藥、除草劑等化學(xué)藥品，導(dǎo)致環(huán)境惡化全球變暖、環(huán)境污染等引起生態(tài)環(huán)境惡化，可耕地質(zhì)量嚴(yán)重下降，鹽堿、沙化等保持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展面臨的問(wèn)題：必須依靠現(xiàn)代生物技術(shù)手段來(lái)解決農(nóng)業(yè)上的各種問(wèn)題；生物技術(shù)正在推動(dòng)著一場(chǎng)新的農(nóng)業(yè)革命3、植物生物技術(shù)主要內(nèi)容3.1 植物組織培養(yǎng)3.2 植物分子標(biāo)記及輔助選擇育種3.3 植物基因工程3.1植物組織培養(yǎng)應(yīng)用于離體快繁、脫病毒種苗生產(chǎn)等的分生組織培養(yǎng)技術(shù)；用于體細(xì)胞無(wú)性變異、突變體篩選、遺傳轉(zhuǎn)化等的愈傷組織培養(yǎng)技術(shù)；用于單倍體育種等的花藥和小孢子培養(yǎng)技術(shù)；用于體細(xì)胞雜交、遺傳轉(zhuǎn)化等的原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)快繁脫毒組織培養(yǎng)誘導(dǎo)雄性不育系中國(guó)水稻所利用巴斯馬提水稻品種進(jìn)行胚根組織培養(yǎng)，然后將愈傷組織進(jìn)行輻射，從而選育出巴斯馬提雄性不育系。1984～1988年間凌定厚等以IR24、IR36、IR54等9個(gè)品種，通過(guò)種子、幼穗離體培養(yǎng)，篩選到不育突變體48個(gè)。單倍體育種利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)（如花藥離體培養(yǎng)等）誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體植株，再通過(guò)某種手段使染色體組加倍（如用秋水仙素處理），從而使植物恢復(fù)正常染色體數(shù)。單倍體植株經(jīng)染色體加倍后，在一個(gè)世代中即可出現(xiàn)純合的二倍體，從中選出的優(yōu)良純合系后代不分離，表現(xiàn)整齊一致,可縮短育種年限。單倍體培養(yǎng)花藥培養(yǎng)花粉培養(yǎng)三倍體培養(yǎng)胚乳培養(yǎng)創(chuàng)制特殊倍性材料原生質(zhì)體融合創(chuàng)造新種質(zhì)蘿卜與油菜的原生質(zhì)體融合而產(chǎn)生的細(xì)胞雜種——蘿卜質(zhì)油菜，在一般環(huán)境條件下表現(xiàn)為“雄性不育”。匈牙利國(guó)家自然科學(xué)院Menczel等（1982）以鏈霉素抗性基因作標(biāo)記在煙草品種間進(jìn)行原生質(zhì)體融合，實(shí)現(xiàn)了煙草細(xì)胞質(zhì)雄性不育基因的轉(zhuǎn)移。

小麥＋冰草馬鈴薯：2X+2X體細(xì)胞融合產(chǎn)生遠(yuǎn)緣雜種3.2分子標(biāo)記

分子標(biāo)記（molecularmarker），是指可以反映基因組某種變異特征的DNA片段，是建立在DNA的多態(tài)性基礎(chǔ)之上的可識(shí)別的等位基因。

分子標(biāo)記的類(lèi)型： RFLP，RAPD，SSR，AFLP，CAPS，SNP，InDel等Diamond,2002,Nature動(dòng)植物的馴化人類(lèi)利用動(dòng)植物育種歷程Doebleyetal,2006,Cell栽培作物起源中心植物馴化以后特征的改變馴化綜合癥

DomesticationSyndrome與野生種相比，馴化種一般會(huì)：結(jié)實(shí)率高熟期相對(duì)一致果實(shí)器官增大成熟后不脫粒鞣酸、單寧類(lèi)物質(zhì)減少，口味變化Doebleyetal,2006,CellDubcovsky&Dvorak,2007,Science

作物生產(chǎn)上的幾次革命性進(jìn)步綠色革命：指20世紀(jì)50－60年代，以高桿改矮桿為標(biāo)志的新品種運(yùn)用。高產(chǎn)矮桿的墨西哥小麥和矮桿水稻良種的全面推廣，使全世界糧食產(chǎn)量大大提高。例如，墨西哥從1960年推廣矮桿小麥僅3年總產(chǎn)達(dá)200萬(wàn)噸，比1944年產(chǎn)量增加了5倍。為什么矮桿可以大幅度提高產(chǎn)量？4皮泰克62－“神奇小麥”IR8－“奇跡稻”小麥產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)水稻產(chǎn)量與矮桿基因傳統(tǒng)常規(guī)育種MAS輔助輪回選擇育種MAS輔助聚合育種

基因工程（geneticengineering）是首先克隆或者人工合成目的基因，再將目的基因和載體重組在一起，導(dǎo)入生物體內(nèi)，讓受體生物的遺傳性狀發(fā)生預(yù)期改變，或者讓受體生物產(chǎn)生目的基因編碼的蛋白質(zhì)等。3.3 植物基因工程轉(zhuǎn)基因育種分子育種傳統(tǒng)育種1994年，轉(zhuǎn)基因大豆上市全球大豆產(chǎn)量歷史回顧（數(shù)據(jù)來(lái)源FAO）年份產(chǎn)量（公斤/公畝）SuppressionofCottonBollworminMultipleCropsinChinainAreaswithBtToxin–ContainingCotton,Science19September2008:Vol.321no.5896pp.1676-1678.ControlofinsectsbyRNAi抗除草劑大豆FlavrSavr

Itwasfirstsoldin1994,andwasonlyavailableforafewyearsbeforeproductionceasedin1997.神秘果miraculinmiraculintomatoNote：神秘果是典型熱帶常綠灌木，原產(chǎn)地在西非加納、剛果一帶。20世紀(jì)60年代，周恩來(lái)總理到西非訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，加納共和國(guó)把神秘果作為國(guó)禮送給周總理。此后，神秘果開(kāi)始在我國(guó)栽培。神秘果是一種國(guó)寶級(jí)的珍貴植物，不管是在西非各國(guó)還是我國(guó)，都受到保護(hù)，禁止出口。神秘果肉中含神秘素，能改變?nèi)说奈队X(jué)，吃神秘果后幾小時(shí)內(nèi)吃酸的食物，味覺(jué)顯著變甜。PurpletomatoeshighinanthocyaninsHighanthocyaninpurpletomatoandredwild-typetomato花青素：抗癌，消炎，防

治心血管疾病、

老年相關(guān)疾病Snapdragon金魚(yú)草FearsoverEurope'sGMcropplan,Publishedonline28July2010,Nature466,542-543(2010),doi:10.1038/466542aamylopectinpotato,BASFGoldenricecontainsincreasedlevelsofpro-vitaminA.Traditionalriceiswhite(a).Theprototypeofgoldenricewasdevelopedin2000andisalightyellowcolor(b).Itcontains1.6mg/gofcarotenoid.In2005,newtransgeniclinesweredevelopedthatdramaticallyincreasedtheamountofcarotenoidsynthesized,makingthericeadeepgoldencolor(c).Thislatestformcontains37mg/gofcarotenoid,ofwhich84%isb-carotene–trial1.6mg/g37mg/g口服疫苗VP1與口蹄疫BlueRoseandcarnationdevelopedbyFlorigeneBiosensorBiosensor把水稻改造成C4作物C4的多次起源Sage,NewPhytologist(2004)161:341–370海水能不能種糧食大米草紅樹(shù)林Apse,etal,Science.1999Aug20;285(5431):1256-8.轉(zhuǎn)基因擬南芥可以耐受200mMNaCl海水鹽濃度3.5%，～60