細(xì)胞工程與作物育種第一頁，共47頁。（優(yōu)選）細(xì)胞工程與作物育種第二頁，共47頁。第三頁，共47頁。第四頁，共47頁。一、細(xì)胞工程概述（一）細(xì)胞工程的定義：以細(xì)胞為基本單位，在離體條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖或按照人們的意愿改造細(xì)胞的某些生物學(xué)特性，以改良作物品種和創(chuàng)造新種質(zhì)，或加速繁育植物群體或獲得其它有經(jīng)濟(jì)價值的生物產(chǎn)品的過程。第五頁，共47頁。（二）主要內(nèi)容：是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分。包括：植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞培養(yǎng)花藥及花粉培養(yǎng)離體胚培養(yǎng)原生質(zhì)體培養(yǎng)細(xì)胞器移植等等。每一種都還可以繼續(xù)細(xì)分為不同小類。第六頁，共47頁。

以上內(nèi)容可歸為兩部分上游工程：細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞遺傳轉(zhuǎn)化體系建立。下游工程：細(xì)胞工程實(shí)踐應(yīng)用。（三）理論基礎(chǔ)植物細(xì)胞全能性（cellTotipotency）:每個植物細(xì)胞具有發(fā)育成為完整植株的潛能。第七頁，共47頁。（四）育種應(yīng)用1、微體快繁植物組織（塊）→人工培養(yǎng)→再生成苗→大量繁殖。營養(yǎng)植物、經(jīng)濟(jì)作物，如花卉、香蕉、咖啡、中藥材品種快繁。荷蘭、以色列：花卉第八頁，共47頁。第九頁，共47頁。第十頁，共47頁。2、脫毒染病毒植物中，莖尖分生組織病毒的分布最少或沒有。草莓、香蕉、甘薯、馬鈴薯等60多種作物。脫毒草莓第十一頁，共47頁。3、細(xì)胞融合（體細(xì)胞雜交）克服不同物種有性雜交困難馬鈴薯與番茄的細(xì)胞融合成功獲得植株.2個抗病毒馬鈴薯野生種（2n=2x=24)，不能有性雜交，通過細(xì)胞融合，獲得抗病毒馬鈴薯（2n=4x=48)。第十二頁，共47頁。第十三頁，共47頁。4、體細(xì)胞無性系變異篩選基礎(chǔ)：生物個體生長發(fā)育過程中，體細(xì)胞基因突變和染色體重組產(chǎn)生體細(xì)胞變異方法：有利的體細(xì)胞變異→（定向）篩選→培養(yǎng)成苗→培育優(yōu)良品種應(yīng)用：日本粳稻品種→胚培養(yǎng)→早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的粳稻品種在東北大積推廣應(yīng)用。水稻幼胚→毒素培養(yǎng)基（含病原菌的粗毒素）→愈傷組織化成苗→經(jīng)過抗性鑒定→抗稻瘟病品系

第十四頁，共47頁。5、胚拯救遠(yuǎn)緣雜交早期胚胎發(fā)育到一定時間就停止發(fā)育、死亡、夭折。遠(yuǎn)緣雜種幼胚→離體組織培養(yǎng)→發(fā)育正常植株。

第十五頁，共47頁。6、花藥（花粉）培養(yǎng)解決了雜交后代分離，遺傳純合穩(wěn)定慢，育種周期長?；ǚ郏ɑㄋ帲鷨伪扼w（n）→二倍體(2n)。

遺傳迅速純合，育種周期極大縮短。Hs-1、Hs-2、Hs-3系列光敏不育系；花1A。培矮64s花培純化，解決育性轉(zhuǎn)換臨界溫度漂移。十字花科蔬菜的自交不親和系培育?！爸谢?號”水稻，“京花3號”小麥，等第十六頁，共47頁?；ㄒ?、抱子甘藍(lán)花藥培養(yǎng)，快速培育自交不親和系第十七頁，共47頁。第十八頁，共47頁。7、創(chuàng)制人工種子人工種皮+胚狀體（不定芽、頂芽、腋芽）8、種質(zhì)試管保存9、轉(zhuǎn)基因受體第十九頁，共47頁。轉(zhuǎn)40頁第二十頁，共47頁。二、植物離體培養(yǎng)技術(shù)（一）概念1、植物離體培養(yǎng)（Invitroculture）植物外植體在無菌條件下進(jìn)行人工培養(yǎng)，并使之發(fā)育成完整植株的技術(shù)總稱，也稱植物組織培養(yǎng)（Planttissueculture）。2、外植體（explant）

從植物體分離下來進(jìn)行培養(yǎng)的器官、組織或細(xì)胞等。第二十一頁，共47頁。3、初代培養(yǎng)（Primaryculture）

指外植體的最初培養(yǎng)。4、繼代培養(yǎng)（Subculture）

將初代培養(yǎng)得到的培養(yǎng)體移植于新鮮培養(yǎng)基中再培養(yǎng)（一次或多次移植培養(yǎng)）。第二十二頁，共47頁。洗滌室滅菌室配制室無菌操作室培養(yǎng)室（暗、光）（二）實(shí)驗(yàn)室基本設(shè)施第二十三頁，共47頁。組培實(shí)驗(yàn)室：要求無菌條件第二十四頁，共47頁。第二十五頁，共47頁。(三)培養(yǎng)條件1、培養(yǎng)基（1）種類：

固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基（2）基本培養(yǎng)基MS、B5、White、N6等P237表15-1第二十六頁，共47頁。MS:Murashige&Skoog第二十七頁，共47頁。（3）培養(yǎng)基的成分無機(jī)營養(yǎng)：大量元素：N、P、K、S、Ca、Mg

微量元素：Fe、Mn、Cu等有機(jī)營養(yǎng)：碳源：蔗糖、葡萄糖、果糖、麥芽糖氮源：氨基酸類、酰胺類活性物質(zhì)：煙酸、肌醇、生物素等植物激素：生長素類：IAA、NAA、IBA等

細(xì)胞分裂素類：激動素、玉米素等其它：赤霉素、脫落酸、乙烯附加物：瓊脂、椰乳、水解蛋白等第二十八頁，共47頁。十字花科花藥培養(yǎng)的培養(yǎng)基成分第二十九頁，共47頁。2、無菌操作（1）污染源培養(yǎng)基及玻璃器皿無菌操作室、器械外植體（2）消毒器皿消毒材料（外植體）消毒第三十頁，共47頁。外植體消毒外植體常用消毒劑的種類、濃度、及效果第三十一頁，共47頁。第三十二頁，共47頁。培養(yǎng)基滅菌高壓蒸汽滅菌過濾滅菌接種過程消毒接種室（無菌操作室）的滅菌接種臺的滅菌工作人員第三十三頁，共47頁。3、培養(yǎng)條件光照：白色熒光燈，光強(qiáng)1000~5000Lx，12~16hr，用自動定時器控制光照時間溫度：多為25±2℃濕度：容器內(nèi)濕度：100%環(huán)境濕度：要求70%~80%第三十四頁，共47頁。4、基本過程

外植體取材（已分化的器官、組織、細(xì)胞等）↓

外植體消毒滅菌，接種到相應(yīng)的脫分化培養(yǎng)基↓（脫分化）

愈傷組織或胚狀體↓

接種到分化培養(yǎng)基↓（再分化）分化芽、根，完整植株↓練苗，移栽大田第三十五頁，共47頁。胚狀體愈傷組織第三十六頁，共47頁。水稻花藥培養(yǎng)過程第三十七頁，共47頁。第三十八頁，共47頁。影響花藥及花粉培養(yǎng)的因素供體植株的基因型培養(yǎng)基（基本培養(yǎng)基、附加物，如水稻、小麥用N6）小孢子發(fā)育階段合適發(fā)育期的花藥，離體培養(yǎng)才能啟動花粉發(fā)育。實(shí)踐表明，從減數(shù)分裂期至雙核期的花藥，均有可能誘導(dǎo)離體孤雄發(fā)育。

大多數(shù)園藝植物的花藥培養(yǎng)，成功率最高的時期為單核期，或單核中晚期。供體植株的生理狀態(tài)及培養(yǎng)前預(yù)處理第三十九頁，共47頁。三、原生質(zhì)體培養(yǎng)與體細(xì)胞雜交植物原生質(zhì)體：除去細(xì)胞壁的由質(zhì)膜包裹著的具有生活力的裸細(xì)胞。原生質(zhì)體融合：也稱體細(xì)胞雜交，使不同原生質(zhì)體相互融合形成雜種細(xì)胞，再經(jīng)過人工培養(yǎng)誘導(dǎo)雜種細(xì)胞分化形成植株的過程。第四十頁，共47頁。第四十一頁，共47頁。（一）基本步驟原生質(zhì)體分離原生質(zhì)體培養(yǎng)原生質(zhì)體融合融合體的發(fā)育及雜種細(xì)胞的篩選體細(xì)胞雜種植株的再生及鑒定P254，圖15-9第四十二頁，共47頁。（二）原生質(zhì)體分離分離原生質(zhì)體的材料

葉肉組織，無菌苗的子葉，愈傷組織及懸浮細(xì)胞。分離植物原生質(zhì)體所需的酶

果膠酶、纖維素酶原生質(zhì)體分離步驟一步法：果膠酶和纖維素酶混合處理材料二步法：用果膠酶降解細(xì)胞間層使細(xì)胞分離；再用纖維素酶水解細(xì)胞壁釋放原生質(zhì)體。第四十三頁，共47頁。第四十四頁，共47頁。

酶解后，用200目篩過濾，濾液再用400目篩過濾，濾液經(jīng)低速離心，去上清液后，即為純化原生質(zhì)體。純化后的原生質(zhì)體