细胞工程包括的内容有细胞融合技术、组织培养技术、细胞器移植技术和染色体工程技术。
植物离体培养的类型:
(1)胚胎培养(embryo culture)指以胚及具有胚的器官作为外植体,在离体培养条件下,使其再生完整植株的技术。它包括胚(幼胚、成熟胚)培养、胚乳培养、胚珠培养、子房培养以及试管受精等。
(2)组织培养
(3)器官培养。外植体有根尖、茎尖、茎段、茎的切块、叶片、花瓣、花蕾、花托、子房、子叶以及未成熟的果实等。茎尖是植物离体培养中进行的植物种类最多、取得成功事例最多的一种培养类型。
(4)花粉培养和花药培养
(5)小孢子培养
(6)细胞培养
(7)原生质体培养
分子标记在园艺植物育种中的运用:
(1)构建遗传图谱
(2)分析亲缘关系
(3)定位农艺性状
(4)分子标记辅助选择
(5)种植资源及杂交后代的鉴定
基因工程的基本步骤:
1、目的基因的分离与鉴定;
2、植物表达载体的构建;
3、植物的遗传转化;
4、转化细胞的筛选及转基因植株的鉴定;
5、转基因植物新品种的选育。
混杂退化的原因:品种在生产栽培过程中,纯度降低,种性发生不良变异,致使失去品种原有形态特点,抗逆性和适应性减退,产量下降和品质劣化等现象。(1)机械混杂(2)生物学混杂(3)品种本事的遗传退化(4)缺乏经常性选择
品种保纯和防止退化的方法:
(1)合理选择是避免将劣变个体用作留种繁殖的重要措施
(2)严格技术操作规程避免机械混杂
(3)采取严格隔离措施,防止生物学混杂
(5)利用和创造适合种性的生育条件
(6)用种性较纯的优质种苗定期更新生产用种
良种繁育是一门研究保持品种种性和优质种子生产技术的科学。
繁殖系数:指种子繁殖的倍数。在生产上常用单位面积的种子产量与单位面积的用种量之比来表示。繁殖系数=单位面积种子产量/单位面积种子用量
我国良种繁育的程序(1)利用原原种生产原种(2)利用原种生产良种。
何谓品种混杂退化?详细说明引起品种混杂退化的可能原因以及防止的措施。
品种退化原因:1、机械混杂。2、生物学混杂3、不正确的选择和繁殖方式。4、自然突变。5、留种株过少或连续近亲繁殖。发生遗传漂变。6、不适宜的自然条件和栽培技术。7、病毒侵染
防治措施:1、严格技术操作规程避免机械混杂。繁殖田轮作,繁殖田必需单收、单脱、单晒、单藏,种子贮藏容器内外标记。2、采取严格隔离措施,防止生物学混杂。3、应用正确的选择方法和留种方式防止品种劣变。4、选择适宜的留种地和采取相应的栽培管理技术。5、建立严格的良种繁育制度和种子苗木的检验制度
自交选育的特点?
(1)主要用于配制杂交种的品种;
(2)主要性状上必须有良好的配合力;
(3)纯育品种通过自花授粉和单株选择相结合的方法来获得自交系;
(4)异花授粉植物必须连续多代套袋自交结合单株选择才能获得自交系。
温度不适对引种植物的影响?不符合生长发育的要求,致使引种植物的整体或局部造成致命伤害,严重的则死亡 ,引种植物虽能生存,但影响产量、品质、失去生产价值。
加速有性繁殖植物选种进程的措施?灵活运用各种选择法;圃地设置的增减;适当缩减圃地设置的年限;提前进行生产试验与多点试验;利用保护地进行一年多代繁殖与提高繁殖系数。
有性杂交育种中亲本选择的原则?
A从大量 种质资源中精选亲本;
B尽可能选择优良性状多的种质材料做亲本;
C明确目标性状,突出重点;
D重视选用地方品种;
E先考虑数量性状;
F用一般配合力高的材料作亲本;
G优先考虑用具有稀有可贵性状的材料作亲本。
优良自交不亲和系应具备的条件:
A 花期系内株间交配及自交高度不亲和性相当稳定,不受环境条件的影响;
B 蕾期控制自交结实率高;
C 胚珠和花长生活力正常;
D 经济性状优良;E 配合力强。
营养系杂种的共同特点:?杂合程度高;糼年期长;最后的优株以营养系进行后代鉴定。
远缘杂交的特点?亲本选择、选配难度大;远缘杂交存在障碍; 远缘杂种异常分离; 远缘杂种也有明显优势。
远缘杂交的障碍?难交配性;远缘杂种的难育成性;远缘杂种的难稔性。
品种区域化的内容和任务?
(1)在适应范围的安排品种,即根据品种要求的生态环境条件,安排在适应区域内种植,使品种的优良性状和特性得以充分发挥。确定不同区域的品种组成,即根据地区生态环境条件,结合市场要求,贮藏条件,交通、劳动力因素,对某一种园艺植物的栽培品种布局作出规划设计。
(2)对无性繁殖园艺作物,要淘汰母本园内的劣变个体,选择性状优良且典型的优株供采取接穗或插条用
(3)对具有两种花色或叶色的观赏植物,应选择其两种花色或叶色色彩比例最符合要求的植株、花序、花朵留种,以保持品种的典型特色。任务: 防止机械混杂。隔离留种,防止生物学混杂(机械隔离、空间隔离、时间隔离)利用和创造适合种性的生育条件,用种性较纯的优质种苗定期更新生产用种。
园艺植物育种目标的特点?育种目标的多样性;优质是更为突出的目标性状;延长供应和利用时期是园艺植物育种目标的重要因素;重视兼用型园艺植物的育种。
制订育种目标的主要根据:客观需要;主观条件;经济效益和社会效益;竞争优势。
实生选种的意义:与营养系相比、实生群体常具有变异普遍、变异性状多而且变异幅度大的特点,在选育新品种方面有很大潜力。一般说来它们对当地环境具有较好的适应能力,选出的新类型易于在当地推广,投资少而收效快。
品种审定:是指对新选育或新引进的品种由权威性的专门机构对其进行审查,并作出能否推广和在什么范围内推广的决定。
新品种保护:植物新品种,是指经过人工培育的或者对发现的的野生植物加以开发,具备新颖性、特异性、一致性和稳定性并有适当命名的植物品种。依据《植物新品种保护条例》(以下简称条例),经审查符合条例规定的授予植物新品种权(品种权)的植物新品种,依法受到保护。
举例说明生物技术在园艺作物育种上的应用。
A离体培养技术在园艺作物育种上的应用:1、进行种质创新1)克服远缘杂交障碍获得远缘杂种2)获得体细胞杂种3)突变诱发与体细胞无性系筛选4)遗传转化受体系统2、促进倍性育种3、优良亲本的快繁与资源保存1)快速繁殖2)获得脱毒苗3)种质资源试管保存
B园艺植物基因工程主要应用领域1)园艺植物抗虫基因工程育种2)园艺植物抗病基因工程3)园艺植物抗除草剂基因工程育种4) 园艺植物抗逆基因工程育种5)园艺植物品质、产量基因工程育种
C分子标记技术在园艺作物遗传育种中的应用1)种质资源鉴定与系统发育分析2)品种鉴定与遗传纯度检测3)园艺作物遗传图谱构建4)重要园艺性状的标记5)重要园艺性状的标记辅助育种
以白菜为例,叙述自交不亲和系的选育及利用的方法:A单株自交不亲和性的选育1)自交不亲和性选择 从配合力高的选择群体(种间杂交后代、诱变群体或连续自交群体)中以优良单株为对象,在同一株上进行两种隔离人工自交,即花期自交,以测定SI;蕾期自交,以便在具有SI时获得自交种子,供继续选择之用。2)继代自交选择 选择花期亲和指数低而蕾期亲和指数高的植株继续自交分离、选择,一般4~5代直到自交不亲和性和经济性状遗传性趋于稳定为止B系统自交不亲和性的选育:测定系统内兄妹交亲和指数,如果系统内株间兄妹交为自交不亲和,该系统才能成为自交不亲和系。常用三种方法测定兄妹交亲和指数。1)全组混合授粉法2)轮配法3)隔离区自然授粉法
离体培养育种:植物离体培养即广义的植物组织培养是现代生物技术的一个重要组成部分。它是通过无菌操作,将植物的组织、器官、细胞以及原生质体等接种于人工的培养基上。在人工控制的条件下进行培养,以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的其他生物产品的一种技术。
分子育种:借助分子生物学手段,进行动植物新品种的选育或种质资源的创造的过程,这是分子育种。分为基因工程和分子标记辅助育种。
新植物品种:经过人工培养的或者对发现的野生植物加以开发,特异性、一致性和稳定性,并有适当命名的植物品种。
遗传、变异与选择的关系:变异是选择的基础,没有变异就没有可供选择的材料,就无从选择;遗传是选择的保证,没有遗传,变异就不能传递给下一代,选择就失去意义;选择使可遗传的变异得以保留,特别是使有利的变异保留下来。
株选(性状选择)的标准:1、明确目标性状2、分清目标性状的主次3、所定个性状的当选标准适当4、减少环境饰变误差和排除生物学混杂干扰。
株选(性状选择)的方法:
1、单一性状选择,就是在单株选择时根据性状的重要性或出现的先后逐次淘汰的一种方法。分为分项累进淘汰法和分次分期淘汰法。
2、综合性状选择,为克服单一性状选择法存在的问题可采用综合性状选择法将多种性状综合多次评比或评分。A、多次综合评比法,一般分为初选、复选、次选三种B、加权评分比较法C、限植淘汰法
回交育种的程序:
1、杂交:根据育种目标和亲本选配的原则,首先选择轮回亲本A和非轮回亲本B杂交,产生杂交种F1。
2、回交:如果回交转移的性状是隐性,一种方法是让每一代所有植株都留种进行回交,然后自交一次,从其分离的后代中选择具有回交转移性状的优良单株(育种规模太大)
3、自交:经过必须次数的回交以后,回交后代群体的基因型在大多数性状上已聚合成与轮回亲本相同的纯合体,但对于回交转移的目标性状仍然是杂合的。因此对于次回交子代还必须让其进行1——2代自交,将轮回亲本的转换基因排除掉,育成含有非轮回亲本纯合目标基因所控制的优良性状及轮回亲本性状极相似的回交类型4、系统比较鉴定;将综合了双亲优良性状基因型纯合的系统混合,经过适当的比较鉴定,达到育种目标要求后,即可提供生产推广应用。
营养系杂交育种特点:
1、营养系杂交既能组合来自不同亲本的有利基因,又能利用不同基因间的互作。
2、通过营养系杂交,优良的组合不需要进行分离,纯化多次进行,可通过无性繁殖稳定地固定性状。
3、从育种程度上比较常规杂交是“杂-纯-纯”优势杂交“纯-杂-杂”营养杂交“杂-杂-杂”
营养系品系的性状遗传特点:1遗传杂结合程度大,实生后代常发生复杂的大幅度变异,给选择提供了巨大潜力。2有性后代经济性状平均水平显著下降,使杂种群内优异类型出现的机率较低,在育种中应增加群体数量3歧化选择性状在实生后代中表现趋中变异4质量性状的异常分离5蕴藏较多的体细胞突变6常携有较高频率的隐性致死基因7常拥有较多的多倍体系列。
多倍体育种:根据育种目标要求,创造多倍体的途径。
特点:1、巨大性2、同源多倍体育性低,异源高度可育3、生理代谢旺盛,生化合成增强4、抗逆性和适应性提高5、遗传变异性复杂
任务:根据各种植物的特点,培育其最适合的信性个体,从中选出最优良的类型
意义:1、任何有利的遗传基础,都可用无性繁殖直接利用,长期保持。2、生产无籽果实3、利用多倍体是克服远源杂种难稔性(不结籽)最有效途径
单倍体在遗传育种的重要作用:
1加速遗传育种材料的结合
2提高选择效果
3缩短育种年限,节省人力物力
4与各种育种过程相接合,提高育种效率
5可作为外源基因转达化的受体系统。
诱变育种意义:
1丰富原有基因库,创造新基因型
2提高突变频率
3缩短育种手段
4适于进行品种改良,
5与其它育种方法结合使用,将发挥其巨大作用。
杂种优势的一般特点:
⑴ 杂种优势不是某一两个性状单独表现突出,而是许多综合性状表现突出。
⑵ 在一定范围内,双亲的基因型纯合程度越高,双亲的遗传差异越大(亲缘关系远,地理来源和生态型差异大),F1代杂种优势就越强。故自交系间F1代杂种优势要比品种间F1代杂种优势强。
⑶ F1代杂种优势效应值与双亲性状效应值不一定具相关性。即亲本性状好,F1代不一定好,亲本性状差,其F1代不一定差。F1代的杂种优势是由双亲的配合力决定的。
⑷ 杂种优势的利用决定于F1的实际经济效益与生产F1成本之间的相对效益。如某F1的增产效益还抵不上生产F1而增加的成本,那么这样的一代杂种就没有什么实用价值了。⑸杂种优势一般只利用F1代。
杂种优势的固定?
无性繁殖法;
二倍体无融合生殖法;
双二倍体法
优良自交系应具备以下条件:
⑴ 配合力高,重要标志之一
⑵ 生活力强、生产力高
⑶ 抗病性强,显性或部分显性
⑷ 具有较多的可以遗传的优良性状。
自交系的选育方法?一、系谱选择法:原始材料--选株自交--逐代选择--混粉提高生活力--配合力测定 二、 轮回选择法:通过反复选择、杂交将分散在杂合群体中各个个体、各条染色体上的优良基因集中,尽可能增加后代选择和基因重组机会,以提高品种或自交系群体内有利基因频率的方法。(一)普通配合力轮回选择法:以提高普通配合力为主要目的的轮回选择法。⑴ 选株自交和测交 从原始群体中选择优良单株,分别自交和测交。特别注意的是测验种必须是基因型杂合型的群体。⑵ 比较测交F1,入选相应S1 ⑶ 入选S1株系去杂去劣后,混合授粉进行多系杂交形成改良群体。⑷ 一般经过1~3轮回选择后,进入系谱法程序选育自交系。(二)特殊配合力轮回选择法:该法是以提高特殊配合力为主要目的的轮回选择法。其选择程序基本与普通配合力轮回选择法相同,不同之处就是测验种必须是基因型纯合的自交系或纯系。该法在选育出自交系同时,选配出优良杂交组合。三、复聚合选择法该法:是把分散于几个品种或自交系的优良性状,聚集到一个或几个自交系上的方法,相当于添加杂交或合成杂交法。如打算把4个品种的优良性状集聚到两个自交系上,根据添加杂交F1的核遗传组成比来安排杂交顺序,可以采用:⑴(A×B)×C→系谱法选育自交系→甲自交系。⑵(A×B)×D→系谱法选育自交系→乙自交系。这样4个品种的优良性状就聚集到两个自交系上了。
系谱法是重眼于一个单株;轮回选择法着眼于一个群体;而复聚合选择法着眼于几个群体。
一代杂种的制种方式?一、简易制种法二、人工去雄制种法三、利用苗期标记性状制种法四、利用化学去雄剂制种法五、利用雌性系制种法六、利用雌株系制种法七、利用全雄株制种法
八、利用迟配系制种法九、利用雄性不育系制种法十、利用自交不亲和系制种法
雌性系制种法制种方法:在隔离区内,父、母本行比为1∶3~6,开花期摘除母本出现的少量雄花,任其自由授粉,在雌性系上收获F1代杂种,在父本行收获父本种子或另设父本繁殖区。
雌性系的繁殖:
方法一:以强雌株系作保持系,以雌性系为母本,在母本上收获雌性系。
其二是用赤霉素0.05~0.2%苗期叶面喷洒诱导雄花,自由授粉或人工辅助授粉即可得到雌性系。
雌株系制种法制种方法:制种时父、母本按1∶2~3行比,种植在制种隔离区内,开花期除去雌株系中个别发生的两性花或雄花,任其自由授粉。在雌株系上收获F1代杂交种。在父本上收获种子下一年继续做父本,或另设父本繁殖区。
雌株系的选育与繁殖:雌二性株:多数为雌花,少数为雄花或两性花,雄花率在50%以下的植株。选育:以纯雌株为母本,以雌二性株为父本两两配对测交,同时父本自交,通常选育4~6代,分别获得雌株系及相应的保持系(雌二性株系)。
多倍体植物的鉴定:
- 间接鉴定:同源多倍体:植株形态上多呈巨型性。异源多倍体:检查育性。检查花粉母细胞。叶面气孔的变化。
②直接鉴定:根尖细胞染色体数。
单倍体植物在育种上的意义?1.控制杂种后代分离,缩短育种年限2.快速获得异花授粉植物的自交系3克服远缘杂种不孕性与不易稳定的现象。4提高选择的正确性和效率
产生单倍体的主要途径和方法?
1.自然界产生单倍体植株的方式(1)孤雌生殖(胚囊中的卵细胞与极核不经受精单性发育成植株)(2)孤雄生殖(3)无配子生殖(胚囊中的反足细胞与助细胞不经受精发育成植株)。
2.人工获得单倍体的途径:
A利用远缘的异属花粉授粉(刺激柱头,使胚囊中卵细胞发育成种子)
B弱化花粉授粉(花粉人工贮藏一段时期后进行授粉,由于花粉萌发能力弱,不能完成政党的受精作用,但可引起卵细胞发育成种子)
C化学药剂处理(如用2、4-D、赤霉素、秋水仙素等处理柱头)
D用高剂量射线照射过的花粉授粉
E异常温度处理、机械刺激子房等
F花药和花粉离体培养
离体培养技术在园艺作物育种上的应用?
1、种质创新:克服远缘杂交障碍获得远缘杂种
2、无病毒苗木繁育
3、种质资源保存
4、生产人工种子
体细胞杂交的意义:克服了植物种属间生殖障碍,为新种质的创造提供了一条有效途径。用于转移母性遗传性状,如分别由叶绿体和线粒体基因控制的不同的除草剂阿特拉津抗性和雄性不育性状等。
染色体工程:按照特定目标,通过对染色体操纵,来改变染色体的组成,并进而改变其遗传特性的过程叫染色体工程。通常包括倍性育种(单倍体与多倍体育种)、体细胞杂交、染色体的遗传操作(异附加系、异代换系等)以及染色体微切割、人工染色体等。
基因工程育种:基因工程是分子遗传学和工程技术结合的产物,是现代生物技术的核心。它能按人类需要,把遗传物质DNA分子从生物体中分离出来,进行剪切、组合、拼装,合成新的DNA分子,再将新的DNA分子植入某种生物细胞中,使遗传信息在新的宿主细胞或个体中得到表达,以达到定向改造或重建新物种的目的。
基因工程育种意义:可定向改造遗传性状;打破物种间生殖隔离障碍;在园艺植物重要园艺性状的遗传改良、抗逆抗病育种、品质改良与种质创新等方面发挥着日益巨大的作用。
农杆菌介导的植物遗传转化必须具备2个前提:1、植物能够被农杆菌侵染2、植物比较容易再生
转化细胞的筛选及转基因植株鉴定:1、抗性筛选2、报告基因3、核酸杂交4、PCR检测
转基因安全性问题:
1、食品安全性和伦理学问题(1)抗性选择标记基因可能编码出对人体有直接毒性的蛋白质,或者编码出的蛋白质所具有的催化功能对宿主的代谢具有潜在毒性作用,并出现滞后效应或长期效应。(2)转基因植物可能会表达出过敏蛋白;有的基因表达出的蛋白质与已知的过敏蛋白质在免疫学上具有同源性;有的基因表达的蛋白质家族中的某些成员是过敏蛋白,它们都有可能是过敏体质的人产生过敏反应(3)转基因农作物表达出的某些蛋白质,可能会潜移默化的影响人的免疫系统,从而对人体健康造成隐性的损伤(4)改变农作物品质的基因及其表达产物,可能会改变宿主体内的代谢途径,从而改变转基因食品的营养成分。(5)将动物蛋白质基因转入农作物中,是否会侵犯素食者或宗教信仰者的权益?把人的某些基因转入农作物或牛、羊等家畜体内,结果在农作物或家畜的体内含有人的某些蛋白质,这样做是否违反了人类伦理道德?
2、生物和环境安全性问题(1)科学家赋予了转基因生物某些全新的性状,增强了它们与其他生物的生存竞争能力,它可能会使本地区本来生活力就很纤弱的个体或物种加速从地球上消失。即转基因生物可能会成为某一地区新的优势种,成为“入侵生物”。(2)载体介导的外源基因可能发生横向转移,重组出新的菌株或病毒。(3)具有抗虫功能的转基因植物,其体内产生的抗虫蛋白可能使害虫产生抗性,使害虫变得更加难以防治?现在也已发现具有抗病毒功能的转基因植物,可以使相应的病毒出现抗性。(4)转基因植物可能会变成野生种类,或者它侵入新的生态区域,破坏了生态平衡后而成为杂草。(5)抗除草剂基因等可能会通过花粉传播或近缘杂交进入到杂草或半驯化植物中,结果产生出超级杂草。(6)转基因植物中,如含有对人体有害蛋白或过敏蛋白的花粉,有可能通过蜜蜂采集进入蜂蜜中,最后再通过食物链进入人体。(7)改变了生物的多样性和群落结构,生态系统的稳定性可能会遭到破坏。转基因生物是自然界中不存在的“人工制造”的生物,它们所具有的强大的生存竞争将使处于脆弱平衡状态的农田生态系统等遭到破坏。
体细胞杂交也称原生质体融合,是在离体条件下将同一物种或不同物种的原生质体进行融合培养并获得杂种细胞的再生植株。
体细胞杂交的意义:克服了植物种属间生殖障碍,为新种质的创造提供了一条有效途径。用于转移母性遗传性状,如分别由叶绿体和线粒体基因控制的不同的除草剂阿特拉津抗性和雄性不育性状等。
分于标记辅助选择MAS需具备的基本条件:标记应与目标园艺性状共分离或紧密连锁(一般要求二者间的遗传距离小于5cM,最好1cM或更小);具有在大群体中利用分子标记进行筛选的有效手段,自动化程度高,且成本较小,如PCR技术;筛选技术重复性好,标记经济、易操作;标记最好呈共显性遗传。
抗逆育种:采取一些合理、有效的农业措施提高植物的抗逆性
园艺作物抗病育种的意义及进展:植物病害是构成园艺作物生产最大的威胁之一 ;选用抗病品种防治病害是经济、有效而安全的措施;利用抗病品种可减少农药对园艺产品和环境的污染
抗病的程度 :免疫、高抗、中抗和低抗
垂直抗性——