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诱变技术在植物育种中的应用

诱变技术在植物育种中的应用
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文章编号:1000-1573(2003)S0-0116-04诱变技术在植物育种中的应用

宋 炜, 刘志增, 陈景堂, 祝丽英, 黄亚群, 池书敏

①(河北农业大学农学院,河北保定071001)

摘要:综述了EMS 化学诱变技术、离子束注入技术、激光辐照技术和空间诱变技术的诱变机理、生物学效应及其在植物育种中的应用。

关键词:EMS ;离子束注入;激光辐照;空间诱变;植物育种

中图分类号:S 335 文献标识码:A

Application of induced mutation technology on plant breeding

SONG Wei ,LI U Zhi 2zeng ,CHE N Jing 2tang ,ZH U Li 2ying ,H UANG Y a 2qun ,CHI Shu 2min

(College of Agronomy ,Agricultural University of Hebei ,Baoding 071001,China )

Abstract :The review summarizes mutation mechanism and biological effects of chemical mutation of EMS ,Ion implanta 2tion ,Laser radiation and S pace mutation and their applications in plant breeding.

K ey w ords :EMS ;ion implantation ;laser radiation ;space mutation ;plant breeding

植物的进化实际上就是对变异选择的过程。在自然状态下,变异发生的频率是很低的,因而物种表现为相对的稳定和一致。自然界中大量存在的遗传差异是物种内变异长期积累的结果。但是,从20世纪以来,人类逐渐掌握了各种创造植物突变的手段,从而大大丰富了物种的遗传变异范畴,为植物遗传学研究和作物育种奠定了坚实的物质基础。

创造植物突变一般采用物理的、化学的或生物的手段,以引起细胞核染色体断裂、缺失、碱基置换、基因重组等生物学效应,从而使后代性状发生变异[1]。最早发现诱变作用的是MULL ER (1927)用X 射线照射果蝇实验,随后X 射线被广泛应用动植物和微生物的诱变。随着核技术及其应用研究的不断进展,许多有效的诱变源如γ射线、快中子和慢中子等被大量应用于诱变处理。1943年OEHL KERS 用脲烷处理月见草等植物能够诱发染色体畸变标志着化学诱变的开始。化学诱变剂是一些分子结构不太稳定的化合物,如EMS (甲基黄酸乙酯)、N G 以及SA (叠氮化钠)等烷化剂的诱变效果非常好。大量实践证明,植物诱变技术在创造新种质、新材料,以及解决育种中某些特殊问题,培育植物新品种等方面成效具有独特的作用。随着现代科学技术的进步,人们不断改进诱变方法,探索新的诱变源。近年来离子注入、激光辐照、空间诱变等新型诱变技术发展迅速,已经开始应用于植物品种的改良,并且显示出良好的应用前景。本文将着重就一些新的诱变技术在玉米育种上的应用作一概述。

1 EMS 诱变技术

EMS (Ethyl Methan Sulfonate )是一种烷化剂。1953年,K LMAR K 首次报告了EMS 对突变诱导的有效性[2]。此后,EMS 在作物诱变育种中得到广泛应用,并且效果很好。其作用机理是通过与核苷酸中的嘌呤、嘧啶分子直接反应来诱发突变。EMS 诱发的突变体主要通过两个步骤完成:首先鸟嘌呤的O 6位置被烷基化,而后在DNA 复制过程中,烷基化的鸟嘌呤与胸腺嘧啶配对,导致碱基交换,即GC 变为A T ,形成点突变。

早在60年代,EMS 主要被用来浸种,诱变效率很低,原因是:①EMS 与水起作用产生不起诱变作用但有毒的化合物:甲磺酸和乙醇。其中甲磺酸显著地引起植物损伤和不育。②胚细胞在成熟的种子中被许多有生命的细胞包围,在加上细胞膜的双透性就阻碍了EMS 进入胚细胞。③产生的突变基因难固定至终。种子的胚细胞在分化出配子体以前,要经过无数次的细胞分裂和分化,一些突变因子在染色体无数次的复制过程中不易表达而丢失。

①收稿日期:2003-03-30

基金项目:河北省自然科学基金资助(302283)

作者简介:宋 炜(1977-),男,河北省邯郸市人,在读硕士研究生,现从事玉米遗传育种研究1

第26卷增刊

2003年5月

河北农业大学学报JOURNAL OF AGRICU LTURAL UNIVERSIT Y OF HEBEI Vol.26Sup. May 2003

N EU FFER 等(1978年)发现成熟玉米花粉可在轻质石蜡油中贮藏几个小时而仍然保持活力[3]。于是,他将EMS 和N G (Nitrosoguanidine ,亚硝基胍)溶在石蜡油中配成乳浊液和悬浊液处理玉米成熟花粉。此法诱变效果很好,在后代中出现了大范围高频率的突变。

1986年,美国G arst 种子公司用EMS 处理玉米自交系获得了单一核苷酸抗除草剂突变体,并于1988年申请国际专利[4]。1987年美国ICI 公司处理玉米花粉获得糯质、甜质突变体[4]。1991年ICI 公司首次推出含IT 抗除草剂基因的玉米杂交种,因它不属于转基因玉米,不存在转基因产品的安全性问题,所以市场反应良好。当年该种子销售额达250万美元,1992年突破1000万美元[5]。1991年张铭堂利用EMS 处理玉米花粉,发现糯质基因wx 的诱变频率为0.2%。1992年ALL EN WRIGHT 用EMS 处理B73的花粉从后代中选出了10个高赖氨酸材料[4]。目前国内育种单位已经认识到EMS 花粉诱变技术的重要性,相继展开这方面的工作。如中国农业大学赵永亮和宋同明(1998)采用含有化学诱变剂EMS 和N G 的石蜡油直接处理玉米花粉,并结合M2代突变基因的等位性测验,对花粉化学诱变快速创造特用玉米这一现代生物学技术进行了研究。结果表明,化学诱变在2个世代就创造了迄今为止所积累的所有特用玉米类型,包括白玉米、甜玉米、糯玉米、超甜玉米和高直链淀粉玉米[6]。郭丽娟等(1987)用EMS 处理玉米八趟白单倍体胚性细胞无性系,以玉米小斑病菌毒素作为选择剂获得抗玉米小斑病突变体[7]。刘治先(1998)用EMS 花粉诱变技术筛选出两类高油酸、10个高赖氨酸、8个高蛋白、7个高油、4个高亚油酸玉米突变体[8]。薛守旺(1998)采用同样的方法处理了6个稳定玉米自交系的成熟花粉,结果得到了浅黄粒突变体,母株穗发芽突变体,显性核不育突变体和sulsul 甜玉米[9]。

之所以多选择玉米花粉进行诱变,在于成熟花粉粒的精细胞是双核细胞。一旦精核发生突变就可以把突变基因传递给受精后的合子,而不会发生嵌合体现象。另外花粉诱变很少引起植株畸变。大量实践证明EMS 诱变花粉的点突变效应非常明显。此外,玉米许多性状受单基因控制[10],如:大斑病抗性(Ht )、锈病抗性(RP )单基因、矮杆(D )、甜玉米(su 、sh 、bt )、糯玉米(wx )等,所以处理花粉易获得此突变性状。虽然诱变的方向是不确定的,诱变后代会出现许多变异类型,但只要诱变频率高诱变的群体足够大,就可能选出目标突变。EMS -石蜡油诱变技术不仅简便快捷,成功率也高,被公认为是最有效的诱变技术之一。值得一提的是,化学诱变开拓了一种快速、简捷的特用玉米育种方法,在特用玉米中具有十分重要的意义。和普通玉米相比,特用玉米种质资源十分贫乏,在育种上常用当前优良常规自交系回交转育的方法,不仅时长(8代),而且所转育的自交系由于很难排除非轮回亲本的残余种质,配合力下降,造成生产上使用困难。利用EMS 轻质石蜡油花粉化学诱变,可以在2代时间内得到各种类型的特用玉米种类,并且无任何外来玉米种质渗入,保留了原自交系的优良农艺性状。单个基因突变体的获得,为我们快速培养出更具有商业价值的双基因及多基因组合突变体创造了条件。

2 离子注入诱变育种

离子注入是80年代广泛应用于金属材料表面改性的一项高新技术。1986年中国科学院等离子物理研究所率先开展了离子注入生物学效应并将此项技术应用于植物育种。目前已在诱变机理和育种应用上取得重要进展。离子注入诱变育种具有损伤轻,突变率高和突变谱广的特点,是人工诱变方法的一个新发展。

离子注入生物学效应的原初过程包括能量沉积、动量传递、离子注入和电荷交换4个方面。能量为几十至几百keV 的荷能离子通过发生器注入生物体内,在其到达终位前,将同靶材料中的分子原子发生一系列的碰撞。起初的入射能量较高,与靶分子、原子的相互作用主要是非弹性碰撞过程(电子阻止过程),使生物分子电离或激发导致电离损伤。以后入射离子能量逐渐降低,弹性碰撞将起主要作用(核阻止过程),通过碰撞、级连和反冲碰撞,导致靶原子移位,留下断链或缺陷。随着入射离子能量进一步降低,核阻止本能急剧上升,能量损失达到峰值。这时慢化的原初离子也将以高斯分布的形式沉积下来。如果注入离子是活性离子,则它们在沉积过程中将不断与生物分子键合、置换,形成新的分子基团。伴随着入射离子的能量沉积,其中一小部分能量将随着动量方向到达表面,引起生物体表面的二次离子发射,即溅射。溅射离子可以是原子、分子或离子。另外,入射离子在单次碰撞时直接把动量离子传给表面粒子,也会发射能量较高的二次离子。

可见,离子注入生物效应的原初过程既有能量的沉积和动量的传递,又有离子的注入和电荷的交换。这些过程差不多在10-9~10-6s 中间发生,很难区分各自的独立作用,但每个过程都可能产生不同的生物学效应。特别指出的是在离子注入与生物体相互作用的峰值范围内其相互作用是局部的,双重的和不易修复的。因此,离子注入可能会导致染色体的断裂、缺失和重排,也会造成碱基分子结构的改变进而诱发点突变。根据河南郑州大学的研究进展(2002),离子注入诱变小麦的效果大大高于γ射线,甚至在诱变当代即出现各种明显的变异(非生理损伤),而且其诱变谱较宽。

目前离子注入已成功的应用于水稻、棉花、小麦、大豆、番茄、微生物、家蚕等遗传改良,并在植物转基因及远缘杂交上到应用。但在玉米上的应用研究较少。据报道,安徽农业大学利用离子束处理玉米种子获得了高光效的多穗型材料,为玉米高产育种提供了一种珍贵的基因资源[11]。

3 空间诱变育种

空间环境的显著特点是高真空、微重力和强辐射。植物材料由返回式卫星、高空气球搭载在太空飞行时处于微重力、宇711 增刊 宋 炜等:诱变技术在植物育种中的应用

宙中高能粒子、宇宙射线及高真空的环境之中。宇宙射线无疑会对生物体产生辐射诱变作用,但更重要的是,据辐射生物学研究表明,高能重粒子能够有效导致染色体的断裂,其中非重接性断裂的比率更高。同时太空微重力以及高真空环境将引起细胞酶活性的改变,进而干扰DNA 损伤的修复。因此,上述因素综合作用的结果导致了较高的诱变效果。与其他诱变方式相比,空间诱变具有变异范围大,能产生自然界和地面人工诱变未曾出现的变异类型,有益突变高和变异易稳定的优点,因此是产生新基因源和创造新种质的重要途径之一。目前,国内外的研究多集中于诱变形态学、生理生化变化及突变体筛选等方面。我国利用卫星搭载植物种子已获得水稻、青椒等作物的突变新类型,培育出了一些新品系。

玉米空间诱变研究起步较早。60年代高空气球试验结果表明,宇宙射线能导致玉米生长异常。PETERSON 等(1977)报道了美国阿波罗飞行中具有特殊遗传标记(L W 1/IW 1)的玉米种子受宇宙射线中高能重离子轰击后因体细胞突变在2~9片叶子上均出现黄色条纹。丘运兰等(1994)的研究结果表明,太空环境对玉米种子发芽率无影响,但发现部分飞行种萌发后存在生长抑制现象。当代植株的株高、叶片数显著减少,植株叶片产生黄白条纹,株色由绿变为黄绿。一些植株的根尖细胞中有染色体桥、染色体片断和微核[12]。李社荣(1998)研究了玉米自交系种子经返回式卫星搭载后在田间生长发育和叶片超微结构的变化,结果表明:多数自交系的幼苗高度、叶长、叶宽有正效果,但少数自交系出现负效果。所有自交系的叶片均变黄,叶片细胞结构发生变化:细胞质壁分离及细胞液泡化,内容物减少,细胞壁加厚及扭曲,胞间连丝增多,细胞核叶绿体变形,核膜缺刻,线粒体、内质网增多、体积增大等[13]。

目前,空间诱变在作物育种中的作用已经越来越明显,自从1987年我国首次实施太空搭载实验以来,已经先后在大田作物、蔬菜、微生物等领域创造出了大量的有益突变体。从对诱变材料的观察发现,空间诱变的频率比较高,范围宽,比较容易获得有益变异。实践已证明空间诱变既能明显改良作物某些农艺性状的变异,又可能获得地面育种所难以得到且对重要经济性状产生突破性影响的罕见突变。但空间诱变由于技术手段的原因,在诱变材料的类型、搭载数量和处理时期方面受到许多限制。

4 激光辐射诱变育种

激光育种是诱变育种的一个新的分支。国外从60年代开始,以美国、前苏联、澳大利亚、加拿大等国起步最早。我国激光育种始于1972年,至今已有23年的历史。已取得了令人瞩目的进展。一是在生物的个体水平、细胞水平、亚细胞水平及分子水平下均作了大量基础性研究,证实了激光辐照处理确实能够引起生物遗传基因的突变,并能真实遗传,从而回答了激光能否作为一种新的诱变源的疑问。二是在新品种的选育上取得了显著的成绩,从实践上证实了激光诱变育种的有效性[14]。

激光与普通光相比,具有高方向性,高单色性和高亮度等基本特性。因此一旦某种激光的频率和生物体内某种物质分子振动频率相等,就会产生很强的共振,使该物质分子对这种激光产生吸收高峰。能量的积累,引起分子内化学键断裂。当这一分子与其它分子相互作用时,就会产生新的化学键,从而使分子性质发生改变,引起生物体性状的变异。此外,激光束能量极高,具有较大的光压,加上其热效应、电磁场效应等,可以直接或间接地影响生物体的形态、机能、生长发育甚至引发变异。利用激光进行诱变育种研究,处理材料可以是植物的干种子、浸泡过的种子或剥去种皮的裸胚、幼苗、根尖,也可以是未成熟的花器、花粉及离体花药等[15]。

据统计,我国历年来已用作激光诱变育种的亲本材料共涉及了45种植物。其中粮食作物以水稻、小麦为最高,分别占28.8%和25.2%,其次为玉米、大豆、棉花和大麦,分别占7.7%、6.7%、4.0%和2.0%[16]。这些品种的特点:高产、优质、适应性广、抗病虫能力强,因此可迅速应用于生产。激光辐照技术作为一项植物诱变育种新技术,将为玉米育种工作提供新的思路和研究领域。

5 小结

诱变实际上是一个“无中生有”的技术,它在创造或改变单基因控制的特殊性状方面具有独特的优势。利用诱变手段进行育种,可以有效改良逐如早熟性、株高、抗病性、籽粒品质性状(如甜、糯、含油量)等遗传比较简单的性状。与常规育种方法相比,诱变育种后代的性状稳定快,育种周期短。对于仅改变单一性状而言,诱变育种不产生遗传累赘。但诱变育种也存在一些不足,即突变频率和突变方向的不确定性。要解决这一问题,就必须采用最先进的诱变技术,扩大诱变群体,增加诱变次数,以加大选择机会。

总之,利用诱变技术人工诱发遗传变异是丰富作物种质资源,选育新品种的重要手段之一。据报道,目前世界上已经有50多个国家在154种植物上利用诱变方法育成了1737个品种,其中禾谷类居大多数,达822个,水稻最多,玉米居第4位。在各种作物的改良中以提高产量、植株矮化、早熟性和抗病性方面所占的比重最高[17]。然而,一些新的诱变手段的应用与研究还刚刚起步,有关理论、方法等还有待进一步探索和完善。但其已经显现出来的诱变效果,预示着诱变育种将进入一个新的时期。

811 河北农业大学学报第26卷

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(编辑:刘彦琴)

(上接第115页)

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(编辑:潘秀华)

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11 增刊

宋 炜等:诱变技术在植物育种中的应用

园艺植物育种学教学大纲

百度文库- 让每个人平等地提升自我 GDOU-B-11-213《园艺植物育种学》课程教学大纲 课程编号1320064 学分总学时50 理论35 实验/上机15 英文课程名horticultural plant breeding 开课院(系)农学院开课系园林系修订时间2006年10月20日 课程简介 课程简介: 《园艺植物育种学》是园艺专业的专业方向课,通过园艺植物种质资源调查、引种驯化、选择育种和人工创造变异等育种途径的理论、方法、技术的学习等,进行园艺植物新品种选育和良种繁育,使学生学会综合运用遗传育种的理论知识和技术手段,对园艺植物进行有效的遗传改良,从而为园艺植物生产提供优良的新品种。 课程大纲 一、课程的性质与任务: 《园艺植物育种学》是园艺专业的专业方向课,主要内容包括:园艺植物种质资源调查、引种驯化、选择育种和人工创造变异的育种途径以及采用这些途径选育新品种的理论、方法、技术等内容,使学生学会综合运用遗传育种的理论知识和技术手段,对园艺植物进行有效的遗传改良,从而为园艺植物生产提供优良的新品种。 通过本课程学习,要求学生学习掌握园艺植物种质资源概念、收集、保存、研究及利用的原理和方法;学习掌握杂交育种、诱变育种、引种、选种、倍性育种以及现代生物技术育种的基本原理和技术,使学生学会综合运用遗传育种的理论知识和技术手段,对园艺植物进行有效的遗传改良,从而为园艺植物生产提供为优良的新品种。 二、课程的目的与基本要求: 通过课程学习,使学生懂得如何对园艺植物进行品种培育和品种研究,为今后从事园艺工作打下基础。 三、面向专业: 园艺。 四、先修课程: 植物学、生理学、遗传学、园艺植物栽培学。 五、本课程与其它课程的联系:

诱变育种技术

诱变育种技术 诱变育种是利用物理、化学因子,促使育种的原始材料的遗传性发生变异,从而选出优良品种的一种育种方法。它包括物理的辐射诱变和化学诱变两种。 辐射诱变是指利用γ-射线、X-射线、β-射线、中子、无线电微波、激光、紫外线等物理因子,照射植物的种子、植株和其他器官,使它们的遗传物质发生变化,产生各种各样的变异,通常称为突变,然后选择符合人们需要的植株进行培育,从而获得新品种。化学诱变则是利用一些化学药品,来浸泡和处理植物的种子或其他器官,促使突变的发生,从而选育出新的品种。 诱变育种是相对于利用自然突变选种(穗选、株选)而言的,植物在自然条件下生长发育,由于受到各种自然条件的作用,它们的遗传物质也会发生变异。但由于自然条件下的各种引起变异的因子的强度较缓和,自然突变的频率较低,发生的变异数往往满足不了育种选择的需要,所以现代育种中往往采取较强的诱变强度,让突变的发生数大大增加,从而加快育种进程。 诱变育种的优点在于: 能大幅度提高植物的变异牢,扩大变异范围:自然突变率一般在十万分之几到百万分之几,而诱变处理后的突变频率可高达 1/30左右,比自然突变高1000~10000倍,同时引起的变异类型多、范围广。如印度用γ-射线处理蓖麻,获得了生育期由270天缩短到120天的特大变异株系。

能改良品种的第一性状,而保持其他优良性状不变:对于一个具有多种优良性状而只希望改进某一两个性状的品种,采用诱变育种最为有效,它较之利用杂交育种方法相比,容易收到满意的效果。如通过辐射,把燕麦的抗锈病特性和对叶枯病易感性分离开来,培育出了抗锈病又不易感染叶枯病的新品种。 引起的变异稳定快,育种年限短;诱变处理后的子代分离少、稳定快,一般在第三代就可稳定,而杂交育种的某个性状的稳定往往要在第五到第七代。对于一年只能生长一季的农作物来说,意味着缩短育种时间2~4年。 能改变作物的育性,有利于杂种优势的发挥:在常规的杂交育种中,往往要用较多的时间和人力去除掉母本的雄蕊,避免自交现象的发生。用诱变处理母本的种子,可以选育出雄性不育的植株,形成雄性不育系,供杂交育种时使用。由于杂交后的第一代往往表现出杂种优势,发挥了父、母本的各自的优良品质,用它们的子一代作种子来生产,其产量及其他性状往往很好。所以我国现在大面积推广的杂交水稻、杂交玉米、杂交小麦,都取得了明显的经济效益和社会效益,为解决我国广大农民的温饱问题作出了巨大贡献。 诱变育种的中心是利用各种诱变剂提高作物的突变率。但是诱变剂的剂量是一个首先要注意的问题,并非剂量越大越好,要明白诱变剂的处理是建立在对原有细胞中的遗传物质的损伤基础上来加大突变率的,它们的处理对细胞是有伤害的。选择一定的诱变剂量很重要,诱变育种中有相应的三个名词或俗语,那就是“致死剂量”、

太空诱变育种

太空诱变育种 摘要:现在,越来越多的国家利用太空诱变来培育新品种,同时在这一方面取得了良好的成果,由此开辟了一条植物育种的新的途径 关键字:太空诱变特点安全性应用展望 太空育种.又称航天育种、空间诱变育种,是利用太空技术.通过高空气球、返回式卫星、飞船等航天器将作物的种子、组织、器官或生命个体等诱变材料搭载到200~400 km高空的宇宙空间,利用强辐射、微重力、高真空、弱磁场等宇宙空间特殊环境诱变因子的作用.使生物基因发生变异,再返回地面进行选育,培育新品种、新材料的作物育种新技术。其核心内容是利用太空环境的综合物理因素对植物或生物遗传性的强烈动摇和诱变,在较短的时间内创造出目前地面诱变育种方法难以获得的罕见突变种质材料和基因资源,选育突破性新品种,由此而开辟一条植物育种的新途径。 太空诱变的主要因素 1.微重力 太空的重力环境明显不同于地面,未及地球上重力十分之一的微重力(10-3~10-6 g)是引起植物遗传变异的重要原因之一。许多实验证明,植物感受和转换微重力信号,是通过质膜调节细胞内Ca2+水平或磷脂/蛋白质排列顺序的变化等,引起ATP酶、蛋白质激酶、NAD氧化还原酶及光系统中许多酶类的活性变化等,从而在细胞分裂期微管的组装与去组装、染色体移动、微丝的构建、光系统的激活等方而起作用,进而影响细胞分裂、细胞运动、细胞间信息传递、光合作用和生长发育等生理生化过程,并出现细胞核酶变、分裂紊乱、浓缩染色体增加、核小体数目减少等。已有的研究结果还指出,微重力是通过增加植物对其它诱变因素的敏感性和干扰DNA损伤修复系统的正常运作,从而加剧生物变异,提高变异率。 2.空间辐射 空间辐射源包括来自地磁场俘获的银河宇宙射线和太阳磁暴的各种电子、质子、仅粒子、低能重离子和高能重离子等。它们能穿透宇宙飞行器的外壁,作用于太空飞行器中的生物。研究结果表明,空间诱变与地面辐射处理发生的变异情况有许多类似之处,辐射敏化剂预处理能增加生物损伤。DNA和生物膜是射线作用的靶子。空间辐射主要导致生物系统遗传物质的损伤,如突变、肿瘤形成、染色体畸变、细胞失活、发育异常等。重离子辐射生物学研究的结果表明,质子、高能重离子等能非常有效地引起细胞内遗传物质DNA分子的双链断裂和细胞膜结构改变,且其中非重接性断裂的比例较高,从而对细胞有更强的杀伤及致突变和致癌变能力嘲。对植物的研究证明,空间条件尤其是高能离子具有强烈的致变作用,导致细胞死亡、突变、恶性转化,而且在微重力条件下辐射的诱变作用将会加强门。 3.其它诱变因素 植物材料在空间飞行时。是受各种空间因素综合作用的,包括高真空、交变磁场、航天器发射过程中的强振、飞行舵内的温度和湿变条件及其他未知因素。一般认为.空间辐射和微重力的复合效应是主要的诱变因素。 太空育种的特点 1.诱变效率高 太空中的特殊条件对农作物种子具有强烈的诱变作用。可以产生较高的变异率,其变异幅度大、频率高、类型丰富.有利于加速育种进程。水稻自然变异的频率在二十万分之一.化学诱变的变异频率也在千分之几.而经空间处理的水稻变异频率可达百分之几。一般来说,太空育种变异率为5%-10%,最高的诱变率可超出10%以上,其中有益突变率为2%-3%。 2.变异方向不定。正负方向变异都有

药用植物遗传育种学

第一章绪论 1.药用植物育种学:研究选育与繁殖药用植物新品种的原理和方法的科学。 2.育种学的任务:改变植物的遗传模式,即基因型,而不是改变其表现型,基因型相同表现型不一定相同,反之亦然。 3.药用植物育种学的容: 育种目标的制定和实现目标的相应策略;种植资源的搜集、保存、研究、利用和创新;选择的理论和方法;人工创新变异的途径、方法及技术;杂种优势利用的途径和方法;目标性状的遗传、鉴定和选育方法;药用植物育种各阶段的田间试验技术;新品种的审定、推广和种子生产。 4.获得药用植物优良品种的常规途径 从野生或者栽培品种中人工选择;通过有性或者无性杂交育种培育 5.新的育种技术 诱变育种;多倍体育种;细胞培养技术;体细胞杂交技术;转基因工程(基因添加、基因剔除、代途径转向、DNA标记辅助选择) 6.品种:经人类培育选择创造的,经济状况及农业生物学特征符合生产和消费要求,在一定的栽培条件下可以和其他群体相区别,个体间的主要相对性状相似,以适当的繁殖方式能保持其重要特征的一个栽培植物群体。 7.品种的特性: 特异性(品种间)、一致性(个体间)、稳定性(特征特性)、地区性(生态环境)、时间性(使用日期) 8.遗传改良的特点:目的性、计划性、快速性、丰富性 9.良种的作用:提高单产;改进品质;提高抗病虫害能力;减少农药污染;增强适应性及抗逆性;延长产品的供应和利用时期;适应集约化管理 第二章药用植物的繁殖方式和育种 1.有性繁殖:植物繁殖的基本方式,由雌配子(卵细胞)和雄配子(精细胞)相互结合(即受精)产生后代。 2.自花授粉植物:又名自交植物,即主要以自花授粉方式繁殖后代的植物。异交率为0~4% 。 3.自花授粉(self-pollination):同一朵花的花粉传到同一朵花的雌蕊柱头上,或同株的花粉传播到同株的雌蕊柱头上。 4.自花受精:同株或同花的雌雄配子相结合的受精过程。 5.花器构造特点:①雌雄蕊同花、同熟,二者长度接近或雄蕊较长;②开花时间较短,甚至闭花授粉;③花器保护严密,其他花粉不易飞入。 6.异花授粉植物又名异交药用植物,主要以异花授粉方式繁殖后代的药用植物。异交率大于50%。 7.异花授粉( cross-pollination ):雌蕊的柱头接受异株花粉授粉。 8.异花受精:由异株的雌雄配子相结合的受精过程。 9花器构造特点:①雌雄异株(dioecious),雌花和雄花分别生长在不同的植株上,如大麻、菠菜等;②雌雄同株异花(monoecious),雌花和雄花分别着生在同一植株的不同部位,如玉米、黄瓜;③雌雄同花但自交不亲和,如甘薯、白菜、向日葵等。 10. 风媒花的特征是:多为单性花,单被或无被,花粉量多,柱头面积大并有粘液等 11. 虫媒花的特征是:多为两性花,雌蕊和雄蕊不同时成熟,有蜜腺、香气,花被颜色鲜艳,花粉量少,花粉粒表面多具突起,花的形态构造比较适宜昆虫传播。 12. 常异花授粉药用植物:同时依靠自花和异花授粉两种方式繁殖后代的药用植物

2019-2020学年高中生物第5章植物的组织培养技术第1节植物快速繁殖技术学业达标测评中图版选修1.doc

第5章植物的组织培养技术第1节植物快速繁殖技术学业达标测评 一、选择题 1.下列关于植物组织培养中的消毒灭菌操作,错误的是( ) A.外植体可以用酒精消毒 B.镊子等器械需酒精灭菌 C.操作前手需进行酒精消毒 D.培养基需高压蒸汽灭菌 【解析】植物组织培养需严格的无菌操作,包括:培养基需用高压蒸汽锅灭菌;操作前手需进行酒精消毒,外植体应浸泡在酒精中消毒;整个操作过程在酒精灯火焰旁进行,同时对镊子等器械灼烧灭菌。 【答案】 B 2.在离体的植物器官或组织片段脱分化形成愈伤组织的过程中,下列哪项条件是不需要的( ) A.消毒灭菌 B.适宜的温度 C.充足的光照 D.适宜的养料和激素 【解析】在植物组织培养过程中,对外植体及操作装置都要消毒灭菌,在培养过程中,外植体从培养基上获取养料,激素可诱导细胞分化,适宜的温度促进新陈代谢,但在脱分化过程中是不需要光照的,产生了幼苗后才需要光进行光合作用。 【答案】 C 3.植物细胞表现出全能性的必要条件是( ) A.给予适宜的营养和外界条件 B.导入其他植物细胞的基因 C.脱离母体后,给予适宜的营养和外界条件 D.将成熟筛管的细胞核移植到去核卵细胞中 【解析】在生物体内,细胞没有表现出全能性,而是分化成为不同的组织、器官,这是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。当植物细胞脱离母体后,在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下,就可以表现出全能性。 【答案】 C 4.进行植物组织培养的基本流程是( ) A.配制培养基→取外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培

B.配制培养基→取外植体消毒→接种→栽培→移栽→培养 C.配制培养基→取外植体消毒→接种→移栽→培养→栽培 D.取外植体消毒→配制培养基→接种→培养→ 移栽→ 栽培 【解析】进行植物组织培养的一般流程是:配制培养基并灭菌,再取植物幼嫩的部分(外植体)并消毒,然后接种到培养基上进行培养,形成愈伤组织后移栽长出试管苗,最后栽种在土壤中。 【答案】 A 5.我国西北地区由于过度且无序的开发使甘草的数量锐减,以至于在某些地方几乎绝迹。为了快速恢复甘草数量,有关部门除了限制采摘之外,还进行了微型繁殖,下列有关叙述不正确的是( ) A.甘草的微型繁殖技术的原理为植物细胞的全能性 B.微型繁殖技术可以在短时间内大量繁殖植物 C.微型繁殖只能繁殖植株微小的草本植物 D.微型繁殖需要在无毒无菌条件下进行 【解析】微型繁殖技术利用了植物组织培养的方法,可以在短时间内大量繁殖植物,其原理是植物细胞的全能性,条件需要无菌无毒。但是它并不是只繁殖微小的草本植物。 【答案】 C 6.关于接种时应注意的事项全部正确的为( ) ①接种室要消毒 ②无菌操作 ③接种时可以谈话 ④外植体如茎段、茎尖可随机放入培养基 ⑤接种时要防止交叉污染 ⑥接种完立刻盖好瓶口 A.①②③④B.①②③④⑤⑥ C.③④⑤⑥ D.①②⑤⑥ 【解析】整个接种过程必须在无菌条件下进行,不能谈话,防止呼吸产生的污染,并戴口罩;接种的外植体放入培养基时注意从形态学下端插入,并且分布均匀,不能随机放入,以保证必要的营养面积和光照条件。 【答案】 D 7.某兴趣小组拟用组织培养技术繁殖一种名贵花卉,其技术路线为“取材→消毒→愈伤组织培养→出芽→生根→移栽”。下列有关叙述,错误的是( ) A.消毒的原则是既能杀死材料表面的微生物,又能减少消毒剂对培养材料的伤害 B.在愈伤组织培养过程中,加入促进细胞融合的诱导剂,可获得染色体加倍的细胞

菌种诱变方法

微生物诱变育种的方法 摘要:介绍了几种常用的物理诱变和化学诱变育种方法的原理、特点以及成功案例等,为微生物诱变育种提供了一个总体的方法框架。 关键词:诱变; 微生物育种 微生物与酿造工业、食品工业、生物制品工业等的关系非常密切,其菌株的优良与否直接关系到多种工业产品的好坏,甚至影响人们的日常生活质量,所以选育优质、高产的微生物菌株十分重要。微生物育种的目的就是要把生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向加以引导,或者促使细胞内发生基因的重新组合优化遗传性状,人为地使某些代谢产物过量积累,获得所需要的高产、优质和低耗的菌种。作为育种途径之一的诱变育种一直被广泛应用。目前,国内微生物育种界主要采用的仍是常规的物理及化学因子等诱变方法。 1 物理诱变 1.1紫外照射 紫外线照射是常用的物理诱变方法之一,是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。DNA和RNA的嘌呤和嘧啶最大的吸收峰260nm,因此在260nm的紫外辐射是最有效的致死剂。紫外辐射的作用已有多种解释,但比较确定的作用是使DNA分子形成嘧啶二聚体[1]。二聚体的形成会阻碍碱基间正常配对,所以可能导致突变甚至死亡[2]。 马晓燕[3]等以紫外诱变原生质选育法筛选发酵乳清高产酒精菌株马克斯克 鲁维酵母菌株ZR-20,比优化前的酒精产率提高10.5%,较出发菌株提高了68%。顾蕾[4]等通过紫外诱变红酵母ns-1原生质体,获得类胡萝卜素产量明显提高的突变株,其生物量、色素产量分别为6.15g/L、6.41mg/L,分别比原始菌株提高了67.6%、54.1%。 紫外照射诱变操作简单,经济实惠,一般实验室条件都可以达到,且出现正突变的几率较高,酵母菌株的诱变大多采用这种方法。 1.2电离辐射 γ-射线是电离生物学上应用最广泛的电离射线之一,具有很高的能量,能产生电离作用,可直接或间接地改变DNA结构。其直接效应是可以氧化脱氧核糖的碱基,或者脱氧核糖的化学键和糖-磷酸相连接的化学键。其间接效应是能使

园林植物遗传育种(专套本详细整理)

一、名词 1遗传学:是研究生物体遗传与变异规律的科学;是研究生物体遗传信息和表达规律的科学;是研究和了解基因本质的科学。 2?遗传:指生物亲代与子代之间相似的现象。 3?变异:生物亲代与子代之间以及子代个体之间性状上的差异。 4.表型模写:环境条件的改变所引起的表型变异与某些基因引起的变化相似的现象,有时亦称为饰变。 5?个体发育:生物体的性状是从受精卵开始逐步形成的,这就是个体发育过程。 6. 细胞分化:在一个生命周期中,性状逐渐发生变化,这是细胞分化过程。分化的细胞通过遗传控制的形态建成构成一个结构和功能完美协调个体。所以,细胞分化是个体发育的基础。 7?系统发育:种群从原有的一种共同形态向另一种共有形态功能过渡的过程。是生物界共同的进化历程。 8?园林植物:园林植物是观赏植物的泛称,指具有一定观赏价值,使用于室内外布置以美化环境并丰富人们生活的植物。 主要包括:园林树木、花卉、草坪草和地被植物。 9. 花卉:①狭义花卉:卉,草本植物总称,花卉--开花的草本植物--有观赏价值的草本植物。 ②广义花卉:除草本花卉外,包括木本观花植物。 10?园林植物育种学:园林植物育种是通过引种、选种、杂交或良种繁育等途径改良观赏植物固有类型而创造新品种的一门科学。是一门应用科学。 11品种:(1)经人工选择培育,在遗传上相对纯合稳定,在形态和生物学特性上相对一致,并作为生产资料在农业生产中应用的作物类型(中国农业百科全书)。DUS :品种的三个基本特征:特异性,稳定性,一致性。 ⑵根据特异性(形态学、细胞学、化学等)可以和其它品种相区别的栽培植物群体,不因繁殖(有性或无性)而失去重要特性(联合国粮农组织和国际种子检验协会《种子法指南》)。 (3)具有在特定条件下表现为不妨碍利用的优良、适应、整齐、稳定和特异性的家养动植物群体(景士西)。 12. 细胞:细胞是生物体结构的基本单位;细胞是代谢和功能的基本单位:细胞是生长发育的基础;细胞是遗传的基本单位,具有全能性,在一定条件下能发育成新的个体。 13. 染色体:是细胞核中易被碱性染料染色的物质,在细胞分裂期形成特定的形态。细胞分裂间期称为染色质。(常染色质、异染色质),染色单体:复制时产生的染色体拷贝。细胞分裂中期的染色体是由两个染色单体组成的,两个染色单体在对应的空间位置上以着丝粒结合在一起。 14. A染色体:通常把正常恒定数目的染色体称为A染色体。包括常染色体和性染色体。 B染色体:把细胞中除正常染色体以外,额外出现的染色体称为B染色体,也成为超数染色体或副染色体。 15?染色体组:生物为完成其生活机能所必需的包含了最小基因群的一组染色体,又称染色体基数(X)。 16?着丝点:着丝粒两侧的具有三层盘状或球状结构的蛋白 17.同源染色体:形态与结构相似的一对染色体,一条来自父本,一条来自母本。 18?非同源染色体:形态与结构不同的染色体互称非同源染色体。 19?组型:又称核型,是指染色体组在细胞有丝分裂中期的表型,是染色体数目、大小、形态特征的总和。 20. 组型分析:在对染色体进行测量计算的基础上,进行同源染色体配对、分组排列并进行形态分析的过程,又称核型分析。核型模式图:将一个染色体组的全部染色体逐条按其特征画下来,再按长短、形态等特征排列起来的图称为核型模式图。 21. 有丝分裂:真核细胞的染色质凝集成染色体、复制的姐妹染色单体在纺锤丝的牵拉下分向两极,从而产生两个染色体数和遗传性相同的子细胞核的一种细胞分裂类型 22 ?减数分裂:又称成熟分裂,是在性母细胞成熟形成配子时所发生的一种特殊的有丝分裂,因其使体细胞染色体数目减半,故称减数分裂。 23?二价体:联会的一对同源染色体称为二价体。 24. 四合体:一个二价体含有4条染色单体,也称为四合体。 25. 自花授粉:同一朵花内或同株花朵间的授粉。 26?异花授粉:不同株的花朵问授粉。 27. 联会:减数分裂前期I偶线期来自两个亲本的同源染色体侧向靠紧,像拉链似的并排配对现象。 28. 受精:雄配子(精子)与雌配子(卵细胞)融合为1个合子过程。 29?双受精:一个精核与卵细胞结合成合子,将来发育成胚,另一个精核与两个极核结合,将来发育成胚乳,这一过程被称为双受精。双受精现象是被子植物在有性繁殖过程中特有的现象。 30.转录:以DNA双链之一为模版,将DNA上的遗传信息通过碱基互补的方式记载到mRNAb的过程。 31 .翻译:以mRNA为模版,tRNA为运载工具,将tRNA转运来的氨基酸,按照mRNAk的密码顺序相互连接起来形成多肽,并进一步折叠起来成为蛋白质的过程。 32. 三联体密码:mRNAt,三个相连的碱基决定一种氨基酸,这样相连的三个碱基成为一个密码子,又称三联体密码。 4 种碱基可以组合成64种密码子,生物体内只有20种氨基酸,因此,多个密码子代表一个氨基酸。 中心法则:遗传信息由DNA到DNA的复制以及遗传信息由DNA到RNA再到蛋白质的转录和翻译的过程,就是生物学上的中心法则。 33. 基因:具有遗传效应的DNA片段。 34. 经典遗传学:基因是突变、交换、功能的三位一体的最小

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园艺植物育种学 85学时(理论55 实验30)1.5周实习 6学分 一、课程的性质、地位和任务 园艺植物育种学是园艺专业一门重要专业必修课,是园艺学科的构成要素之一,在整个园艺专业的教学体系中占有举足轻重的作用。本课程主要讲授果树、蔬菜和花卉等园艺植物的育种的基本原理、基本方法和技术,通过学习,应使学生学会综合运用遗传育种的理论知识,根据国民经济建设和社会发展之需要,采用适当的手段对园艺植物进行有效的遗传改良。二、课程教学的基本要求 (一)理论知识方面 要求学生在掌握遗传学基础理论的条件下,通过本课程的学习,认识园艺植物种质资源的重要性,掌握种质资源保护、保存及开发利用的原理,掌握杂交育种、倍性育种、诱变育种、芽变选种之原理,熟练掌握植物引种与驯化、选择育种及良种繁育的基本理论和基本方法;基本掌握现代生物技术育种的原理。 (二)实验技能方面 本课程实验内容要求学生掌握种质资源调查、收集及保存的方法、植物引种、杂交育种、化学诱变育种及良种繁育的方法和程序;通过参观和示范,使学生了解辐射诱变育种及各种生物技术育种的基本程序与方法。

三、课程理论教学大纲及学时分配 第一部分:总论 绪论(1学时) 0.1 园艺植物育种学的范畴和作用 1 范畴和任务(遗传学与育种学,变异与遗传,育种目标) 2 育种学的作用(品种的概念,品种选育与植物进化的关系) 0.2 园艺植物育种学的历史和成就 0.2.1 育种手段的发展和各阶段的成果 0.3 园艺植物育种的发展趋势 0.5.1 生物多样性与品种多样化 0.5.2 生物技术与常规育种结合 0.5.2 育种周期缩短 0.5.4 信息技术与定向培育 第1章育种对象和目标(2学时) 1.1 不同园艺植物育种对象的特点 1.1.1. 多年生植物的育种特点 1.1. 2. 一年生草本植物的育种特点 1.1.5. 自花授粉植物的育种特点 1.1.6. 异花授粉植物的育种特点 1.2 育种对象的选择方法及原则

园林植物快速繁殖技术知识要点

园艺植物离体培养学的基本含义 1.植物离体培养 指通过无菌操作,使植物体的各类结构材料(外植体)接种于人工配制的培养基上,在人 工控制的环境条件下,进行离体培养的一套技术与方法,通常称之为植物组织培养式植物 的细胞与组织培养。 2.离体培养技术体系 胚胎培养及以胚胎为基础的培养技术 器官及器官原基培养 组织培养 细胞培养 原生质培养及以原生质体为基础的培养技术 3.离体培养的应用 多种的繁育与脱毒 种质资源的贮存 细胞次生代谢物质的生产 细胞工程和基因工程的生物技术育种 遗传学和生物学基础的研究 ?园艺植物离体培养学的形成与发展 (一)、植物离体培养的渊源及其早期的实践 1902年、haber landt提出了细胞全能性的观点,并首次进行植物细胞培养实验。 (二)、植物离体培养基本技术体系的形成 1934年white首次建立了番茄的无性繁殖系 1937年white发现b族微生物素和吲保乙酸对离体培养的作用 1934—1939年white等人初步建立起植物离体培养的基本方法 1943年white发表了第一部植物离体培养专著《植物组织培养手册》又重新提出了细胞全能性。 1957年skaog建立了器官分化的激素配比模式。 1953年muir报道了细胞悬浮培养法。 (三)园林植物离体培养学科的建立 1、完善离体培养技术、探索理论基础 1964—1966年诱杀未成熟花粉形成单位体植株。 1960年分离番茄动根原生质体获得成功, 1978年首先获得了体细胞杂种——“potamato”. 植物细胞全能性为基因转化提供方便。 2、开拓应用研究 生产上应用最广泛,最成功的领域是离体快速繁殖。 ?植物离体培养学与园艺科学的关系 (一)、离体培养与园艺植物良种繁育学 (二)、离体培养与园艺植物育种学 (三)、离体培养与园艺植物基础学科 第一章离体培养的基本操作方法 通过学习,理解和掌握离体培养的基本操作方法包括:一般的材料选取、无菌技术、培养基配置和环境条件调控为园林植物快繁技术打下基础。

诱变育种的原理和操作过程12

诱变育种的原理和操作过程 考情分析 知识梳理 一、单倍体育种 1.原理 染色体数目以染色体组的形式成倍减少,然后经人工诱导使染色体数目加倍从而获得纯种. 2.过程与方法 单倍体育种包括花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍两个关键步骤.育种中通过杂交把不同品种的优良性状集中到F1植物体上,然后利用F1个体产生的花粉进行离体培养,培育出单倍体幼苗,再诱导染色体数目加倍,进而获得目标品种,如下图所示:

3.优点与不足 (1)优点 单倍体育种和杂交育种相比而言,能明显缩短育种年限,一般只需要2年时间,便可以获得纯合新品种. (2)不足 技术性较强,并且必须和杂交技术以及诱导染色体加倍技术结合使用. 4.实例 现有高杆抗病小麦DDTT、矮杆易感病小麦ddtt,欲培育出矮杆抗病小麦ddTT,育种方案如下图: 二、多倍体育种 1.原理 染色体数目以染色体组的形式成倍增加. 2.过程与方法 多倍体育种目前最常用而且最有效的方法是利用秋水仙素直接处理萌发的种子或幼苗,已

获得优良性状的多倍体植株.三倍体无籽西瓜的培育就是一个典型案例,如下图所示: 3.优点与不足 (1)优点 经多倍体育种获得的植株和二倍体相比,茎秆粗壮,叶片、果实和种子都较大,糖类和蛋白质含量都有所增加,有些植物的抗寒性等抗逆能力增强. (2)不足 多倍体育种适用于植物,在动物方面难以开展,且多倍体植物往往发育迟缓,结实率低. 三、育种的综合考察 1.列表比较几种常见生物育种方式

2.有关育种的两点方案 (1)根据不同育种目标选择不同育种方案 (2)育种技术中的“四最”和“-明显” ①最简便的育种技术——杂交育种. ②最具预见性的育种技术——转基因技术或细胞工程育种. ③最盲目的育种——诱变育种. ④最能提高产量的育种——多倍体育种. ⑤可明显缩短育种年限的育种——单倍体育种. 3.几种育种方式的注意点 (1)单倍体育种与多倍体育种的操作对象不同.单倍体育种操作的对象是单倍体幼苗,多倍体育种操作的对象是正常萌发的种子或幼苗. (2)诱变育种:多用于植物和微生物,一般不用于动物的育种. (3)杂交育种:不一定需要连续自交.若选育显性优良纯种,需要连续自交筛选,直至性状不再发生分离;若选育隐性优良纯种,则只要出现该性状个体即可. 【易错提醒】 (1)单倍体并不一定是一倍体; (2)花药离体培养获得单倍体,虽然是植物组织培养的一种形式,但花粉粒是减数分裂产生的,因此属于有性生殖; (3)单倍体育种获得的一般是纯合子,但当多倍体的花粉经离体培养,秋水仙素处理后,可能产生杂合子; (4)单倍体绝大多数都是不育的,但当细胞内具有相同的染色体组,同源染色体之间可以联会,

园林植物遗传育种学》试题及答案

园林植物遗传育种学考试试题 姓名: 一、名词解释(每个 5 分,共 40 分) 1. 品种: 2. 有性繁殖 3. 春化作用 4. 诱变育种 5. 种质资源 6人工种子 7.原生质体 8.细胞全能性 二、简答题(每题 6 分,共 30 分) 1. 简述园林植物种质资源保存的主要方法以及各自的特点。 2. 引种成功的标准是什么? 3. 简述园林植物育种的主要目标性状? 4. 简述选择育种的程序? 5. 与其他常规育种方法相比,单倍体育种有哪些优势? 三、论述题(每题10分,共30 分) 1. 论述植物基因表达调控过程。 2.论述诱变育种的意义 3. 以一种一二年生花卉为例,论述杂交优势育种的一般程序。

《园林植物育种学》试卷参考答案 一、名词解释(每小题 3 分,共 15 分) 1. 品种:指遗传上相对一致,具有相似或一致的外部形态特征,具有一定经济价值的某一种栽培植物个体的总称。 2.有性繁殖:通过亲本的雌雄配子受精而形成合子,近一半分裂、分化和发育而产生后代的过程。 3. 春化作用:一些植物必须经历一定的低温处理才能促进花芽形成和花器官发育的现象。量。 4. 诱变育种:人为的利用理化因素,诱发生物体产生遗传物质的突变,经分离、选择、直接或间接地培育新品种的育种途径。 5. 种质资源:经过长期自然演化和人工创造而形成的一种重要的自然资源,是改良植物的基因来源 6.人工种子:通过组织培养技术,将植物体细胞诱导成形态和生理上均与合子胚相似的体细胞胚,然后将其包埋于一定营养成分和保护功能介质中,组成类似种子的单位。 7.原生质体:去细胞壁厚的裸露细胞团。 细胞全能性:指细胞经分裂和分化后仍具有形成完整有机体的潜能或特性。 二、简答题(回答要点,每小题 6 分,共 30 分) 1. 简述园林植物种质资源保存的主要方法以及各自的特点。 ①就地保存:保存原有的生态环境与生物多样性,保存费用较低;但易受自然灾害。( 1.5 分)

植物育种表型筛选技术方案

植物育种表型筛选技术方案 表型筛选是在植物育种过程中将植物表现的优良性状筛选出来,并最终能够固定在植株上,从而培育出优良的品种。标准的生化检测技术,如分光光度法或高效液相色谱,已被用于植物育种过程中的表型筛选。这些方法结果准确,但它们具有破坏性、耗时、劳动密集且繁琐、成本高,并且不能满足大规模筛选程序的需要。 植物育种过程需要一种快速简便的工具来评估表型,从而可以对大量植物进行非破坏性筛选,使得尽可能在筛选过程的早期识别出所需的个体。北京易科泰生态技术有限公司为广大植物育种工作者提供了方便快捷的、非破坏性的表型筛选技术方案。 本技术方案主要包括高光谱成像分析、FluorCam叶绿素荧光成像分析。 高光谱成像分析 高光谱成像(HSI)分析集成了光谱学和成像技术,并已被用作非侵入性成像技术,用于评估由叶片和冠层水平的非生物或生物胁迫引起的定量和定性变化。高光谱可选配不同波段范围:400-1000nm、950-1700nm、1000-2500nm等,包括了可见光、近红外、短波红外等区域波段,可以对光合色素、叶片含水量和叶肉细胞等进行观察和研究。该技术已经成功的用于植物高通量表型分析,以评估植物育种各个性状。 FluorCam叶绿素荧光成像分析

叶绿素荧光(ChlF)已被广泛和成功的用作预测植物对非生物和生物胁迫的生理反应的工具,通过FluorCam叶绿素荧光成像分析可以反映植物的光合生理过程、表型性状的潜力,进而筛选出感兴趣的单个植株。 应用案例 浙江大学、浙江农科院、农业部光谱学重点实验室的研究人员2018年4月共同发表在《Frontiers in Plant Science》杂志的文章中,应用非破坏性的Specim 高光谱成像技术、FluorCam叶绿素荧光成像技术来评估转基因(TG)玉米与其亲本野生型(WT)之间草甘膦耐受性的差异,并建立表型检测模型。 转基因草甘膦耐受(TG)玉米和相应的野生型(WT)在达到3叶期(第二叶完全膨胀,第三叶出现)时,用水或草甘膦喷洒植物。处理后第2、4、6和8天评估草甘膦处理效果,记录RGB成像、高光谱成像和叶绿素荧光成像数据。

诱变育种的意义

.诱变育种的意义:提高变异的频率,创造人类需要的变异类型,从中选择、培育出优良的生物品种。 2.原核细胞与真核细胞相比最主要特点:没有核膜包围的典型细胞核。 3.细胞分裂间期最主要变化:DNA的复制和有关蛋白质的合成。 4.构成蛋白质的氨基酸的主要特点是: (a-氨基酸)都至少含一个氨基和一个羧基,并且都有一氨基酸和一个羧基连在同一碳原子上。 5.核酸的主要功能:一切生物的遗传物质,对生物的遗传性,变异性及蛋白质的生物合成有重要意义。 6.细胞膜的主要成分是:蛋白质分子和磷脂分子。 7.选择透过性膜主要特点是: 水分子可自由通过,被选择吸收的小分子、离子可以通过,而其他小分子、离子、大分子却不能通过。 8.线粒体功能:细胞进行有氧呼吸的主要场所。 9.叶绿体色素的功能:吸收、传递和转化光能。 10.细胞核的主要功能:遗传物质的储存和复制场所,是细胞遗传性和代谢活动的控制中心。 新陈代谢主要场所:细胞质基质。 11.细胞有丝分裂的意义:使亲代和子代保持遗传性状的稳定性。 12.ATP的功能:生物体生命活动所需能量的直接来源。 13.与分泌蛋白形成有关的细胞器:核糖体、内质网、高尔基体、线粒体。14.能产生ATP的细胞器(结构):线粒体、叶绿体、(细胞质基质(结构))能产生水的细胞器*(结构):线粒体、叶绿体、核糖体、(细胞核(结构))能碱基互补配对的细胞器(结构):线粒体、叶绿体、核糖体、(细胞核(结构))14.确切地说,光合作用产物是:有机物(一般是葡萄糖,也可以是氨基酸等物质)和氧 15.渗透作用必备的条件是:一是半透膜;二是半透膜两侧要有浓度差。16.矿质元素是指:除C、H、O外,主要由根系从土壤中吸收的元素。17.内环境稳态的生理意义:机体进行正常生命活动的必要条件。 18.呼吸作用的意义是:(1)提供生命活动所需能量;(2)为体内其他化合物的合成提供原料。 19.促进果实发育的生长素一般来自:发育着的种子。 20.利用无性繁殖繁殖果树的优点是:周期短;能保持母体的优良性状。21.有性生殖的特性是:具有两个亲本的遗传物质,具更大的生活力和变异性,对生物的进化有重要意义。 22.减数分裂和受精作用的意义是: 对维持生物体前后代体细胞染色体数目的恒定性,对生物的遗传和变异有重要意义。 23.被子植物个体发育的起点是:受精卵生殖生长的起点是:花芽的形成 24.高等动物胚胎发育过程包括:受精卵→卵裂→囊胚→原肠胚→组织分化、器官形成→幼体。

园艺植物育种学(5.5)--选择育种

作业参考答案 第一章 绪论 1.简述园艺植物育种学的概念、内容和主要任务。 概念:园艺植物育种学是研究改良作物遗传性状和繁殖优良品种,特别是改良经济性状使之更符合人类生产和 生活需要的理论和技术的科学。 内容: (1)育种目标的制定以及实现育种目标的策略; (2)种质资源的搜集、保存、研究、评价、利用及创新; (3)人工创造变异的途径、方法及技术; (4)人工选择的理论及方法; (5)主要目标性状的鉴定、遗传规律; (6)各种育种方法与应用; (7)新品种保护与品种审定(鉴定)、推广。 任务: 研究育种规律;发掘、研究和利用各种种质资源;制定正确的育种目标;通过各种育种途径,应用先进的科学技术与手段,改良品种的遗传素质与群体构

成,培育出高产、稳产、优质的新品种或新的类型。并且在繁殖与推广新品种的过程中,保持优良品种的种性,提供量足、质优、价廉的生产用种,充分发挥优良品种的增产作用,促进高产、高效、优质农业的发展。 2.根据你掌握的进化理论与遗传学的知识,谈谈自然进化、人工进化与遗传改良的关系。 自然进化是自然变异和自然选择的进化;进化的方向主要取决于自然选择的方向。进化结果是更适应环境,适者生存。 人工进化是人类为发展生产的需要,利用自然变异和人工创造变异,并进行人工选择的进化。进化的方向主要取决于人工选择的方向。进化结果是更适于生产,更是人类的需要。 人工进化比自然进化速度快。二者的方向不完全一致。 遗传改良实际上就是作物的人工进化。 3.作物品种有何特性?园艺植物优良品种在生产中有什么作用? 特性: (1)特异性:至少有一个以上明显不同于其他品种的可辨认的标志性状。

2017-2018学年高中生物 第五章 植物的组织培养技术 5.1 植物快速繁殖技术(1)素材 中图

植物快速繁殖技术 植物快速繁殖就是应用组织培养技术,快速繁殖名优特新品种,使其在较短时间内繁衍较多的植株;快速繁衍珍稀濒危植物,使物种得以保存。快速繁殖是当前植物细胞工程中应用最广泛,又最有效的方法之一。 除了一部分豆类作物外,种子是不会传递病毒的。植物病毒是通过无性繁殖传递的,而快速繁殖是建立在无性繁殖的基础上,病毒在母体内逐代积累,危害越来越严重。目前在生产上尚无特效药物可彻底除去病毒,而快速繁殖却可以,因此,快速繁殖脱毒显得非常重要。 一、植物快速繁殖的途径和方法 以植物的根、茎、叶柄和花等片段以及孢子作为外植体,或者切取茎尖、腋芽进行离体培养,可以直接诱导器官分化,产生芽、根,也可以诱导改变原有的分化状态,脱分化形成愈伤组织,再经过不同的细胞分化途径重建形成不同的器官,直到完整植株。(P86 L.1~L.16) 植物快速繁殖的类型与方式可归纳如下表: 器官型 芽,扩大繁殖系数稳定,是快速繁殖的主 要方式 丝石竹等可获得与母株相同的

快速繁殖中茎尖培养脱毒 无病毒苗的获得: (一)材料的培养和灭菌 为了获得无菌的茎尖,应把供试植株种在无菌的盆土中,放在温室栽培。浇水要浇在土中,不要浇在叶片上。如材料取自田间,可切取插条,在实验室内进行溶液培养。由这些插条的腋芽长成的枝条,其污染程度比直接从田间植株取来的枝条少得多。自外,定期喷施内吸杀菌剂(如0.1%多菌灵和0.1%链霉素)也十分有效。 (二)茎类剥离 取幼苗茎尖2~3cm小段,剥去可见的大叶,放在烧杯内用自来水冲洗1h左右,移入无菌室进行严格消毒。先用95%酒精快速浸泡一下,再放入5%的漂白粉溶液内消毒7~10min (也可用市场上出售的次氯酸钠溶液稀释为5%),然后用无菌水冲洗3~4次,在双筒解剖镜下一手用细镊子将茎芽按住,另一手用解剖针仔细地将幼叶剥去,最后露出圆滑的生长点,用注的针头侧刃或自制的解剖针,仔细地切取带有1~2个叶原基的生长点,随即接种到试管培养基上进行培养。这样外植体(生长锥带1~2个原叶基)的培养,严格来说,应称为分生组织培养。 以上操作必须严格在无菌条件下的超净工作台中进行,所用器具都应浸泡于70%的酒精中,使用前要在究竟灯上烧灼灭菌,注意不使解剖针、刀太烫,以免损伤组织。解剖镜台应垫载玻片,每剥离一个茎尖应以酒精棉团擦拭,手也应经常用70%酒精擦试。茎尖很幼嫩,暴露时间越短约好。因为超净台的气流和酒精灯发出的热都会使茎尖迅速变干。 (三)茎尖培养 目前常使用的的基本培养基是MS培养基或White培养基,它有较高浓度的无机盐,对促进组织分化和愈伤组织生长是有利的。在培养基中可酌情添加5%~10%椰乳,0.1~1.0mg/L 的吲哚乙酸、萘乙酸、苄基腺嘌呤等,有的还需添加活性炭。根据培养种类不同,添加的生长调节剂可适当调整。(P92~P93 L.11) 茎尖培养的生长可能有4种类型:①组织不增大,不久变褐死亡,这可能是生长点受伤所致。②组织渐变绿,但体积增大缓慢,可把组织转到NAA浓度高于0.05mg/L的培养基上,并提高温度以加速其生长。③组织基部不产生或少量产生愈伤组织,而生长点发育正常,一个月内可形成无根的小植株,这是最理想的情况。当长有2~3片西欧啊叶时,应把

我国辐射诱变育种的现状分析

我国辐射诱变育种的现状分析 王志东 (中国农业科学院原子能利用研究所, 北京100094) 我国自二十世纪五十年代后期开始进行植物辐射诱变育种技术的研究, 到六十年代后期, 我国的育种专家在农作物析品种选育上获得成功; 从七十年代后期开始, 大批农作物新品种被陆续育成, 并在农业生产中得到大面积推广应用, 其中比较具有代表性的品种, 如: 水稻原丰早, 水稻浙辐802, 小麦山农辐63, 小麦扬辐6号, 大豆铁丰18, 棉花鲁棉一号等都曾分别获得国家科技进步一等奖, 特别是水稻浙辐802曾连续9年居全国水稻种植面积第一位. 利用辐射诱变育种技术育成新品种的年播种面织达到900万公顷, 约占全国粮食播种面积的10%. 在新疆, 利用辐射诱变育种技术育成的春小麦品种长期占全疆春小麦播种面积的三分之二以上. 植物辐射诱变育种技术以其独特的优势, 迅速发展为作物育种的重要方法之一. 与我国核农学的其他研究领域相比, 诱变育种研究所产生的科研成果最多, 产生的经济效益最大, 对增加农民收入的促进作用最直接. 与世界各国相比, 中国自二十世纪八十年代以来, 在植物突变品种的育成数量, 突变品种的种植物面积和产生的经济效益等方面, 均以较大优势领先于世界其他国家. 根据国际原子能机构的统计数据, 在全世界利用辐射诱变育种技术育成的2316个作物新品种当中, 中国科学家育成的新品种达到625个, 约占世界总量的27%. 一. 发展现状 近5年来, 在科技部和中国同位素与辐射行业协会的支持下, 辐射诱变育种技术的研究与应用得到继续发展. 我国的诱变育种专家在提高农作物新品种的品质和产量,深入开展诱变育种机理研究以提高辐射诱变育种的诱变效率等方面, 继续做出不懈努力并取得一系列研究成果. 在辐射诱变育种的诱变效率等方面, 育成一批高产, 优质, 多抗, 综合性状优良, 适应当前国内各个不同生态区域农业生产需求的农作物新品种;5年间, 仅国家攻关项目内育成新品种的推广面积就超过1亿亩; 与此同时, 创制出二千多份优异突变新种质, 新材料, 经过对其利用价值进行评价鉴定, 已有相当一部分作为育种资源被育种学家作为原始材料用于新品种选育, 并获得了良好的育种效果;通过对新诱变因素的诱变效果及其诱变育种方法的研究, 推动了诱变育种方法研究在深度和广度的进步; 突变体鉴定技术得到改进, 鉴定效率得到提高; 利用空间环境进行的诱变育种研究也已取得重要进展并显示出良好的应用前景; 更为突出的是我国的农业科学家研制开发出属国内外首创的新方法和育种工具材料. 主要进展如下: 中国农业科学院原子能利用研究所利用辐射诱变技术育成国内第一个粮饲兼用玉米新品种中原单32号. 该品种产量高, 品质好, 绿杆成熟, 适于青储, 氨化和微生物发酵处理. 中原单32号玉米不仅籽粒蛋白含量较高,

诱变育种

诱变育种 第一节诱变育种的概念、意义与特点 诱变育种就是人为地采用物理、化学的因素,诱发有机体产生遗传性的变异,并经过人工选择、鉴定、培育新品种的途径。诱变育种的目标就是改变或增加一个满意品种的某一特性,而在其她方面保持品种不变。如果需要一个适应性好、独特的、非常合意的与受欢迎的品种,这种方法特别吸引人。 诱变育种的特点:1)提高突变率,扩大变异谱;2)适于进行个别性状的改良;3)育种程序简单,年限短;4)变异的方向与性质不定(已有人把人工合成低聚核苷酸片段引入基因组中,以一定方式改变某一基因,进行定向诱变)。 作为一种育种方法,诱发突变技术在培育那些在种内有足够的遗传变异与由显性基因确定其特性的作物,就是可有可无的或无前途的。但就是,显性突变型曾被诱发,特别就是抗病型,部分由于寄生植物的基因与病原体的基因之间的相互作用。在完全不育或无性繁殖的植物中,诱变育种就是品种改良的唯一方法,例如专性无融合生殖植物,它不产生有合子胚的种子。无融合生殖在柑橘类与某些苹果属、树莓属的种中就是普通的。 诱变育种就是常规育种的一个补充或在园艺植物育种某些方面潜在替代者:1)在适应性广泛的种中诱发变异性,假若进一步的杂交提供有限的变异性与改良,而品种已接近选择的极限;2)诱发一个新的特性,如果没有通过杂交能传递的已知基因源,例如抗病性、企望的生长型或自交亲与性;3)在有性繁殖中将会消失的特定突变,通过营养繁殖产生与保存;4)打破与不良的特性或基因多效影响的连锁;5)使现存的嵌合体显露与均质化,并使突变型获得稳定;6)在远缘亲本之间杂交中遏制不亲与性;7)诱发单倍体;8)在无融合生殖植物中产生过渡性有性状态。 成功的诱变育种需要:1)处理可用于筛选的大的植物群体;2)预期的特性突变率高;3)可以用视力诊断或简单测定鉴别突变的有效方法。 第二节诱变因素 在诱发突变中,有两类诱变剂被使用:物理的与化学的。物理的诱变剂有:1)紫外灯发出的紫外线(UV)照射;2)电磁辐射:X射线发生器发出的X射线;从放射性同位素钴60或铯137发出的?射线;3)微粒辐射:从核反应堆发出的热中子或慢中子;从放射性同位素磷32或硫35发出的β粒子(电子)。化学诱变剂主要用于种子繁殖植物。较常用的有:叠氮化物、秋水仙碱、烷化剂、碱基类似物等。 1.物理的诱变因素 物理诱变因素的辐射能对植物诱发化学反应,结果造成DNA结构的变化。这些变化如果在DNA中保持重复,证明就是突变。 1、1紫外线的能量与穿透力低,能成功地用于处理花粉粒。 1、2电磁辐射与中子容易穿透植物组织。 1.3X射线:辐射源就是X光机。X射线又称阴极射线,就是一种电磁辐射,它不带电核,就是一种 中性射线。一大部分的栽培作物用物理诱变剂诱发的突变就是X射线辐射的结果。X射线的反应在有氧时会加强。 1.4?射线:辐射源就是60Co与137Cs及核反应堆。?射线也就是一种不带电荷的中性射线。应用 于植物育种的?射线照射装置有?照射室与?圃场,前者用于急性照射,后者用于慢性照射。1.5中子:辐射源为核反应堆、加速器或中子发生器。根据中子能量大小分为超快中子、快中 子、中能中子、慢中子、热中子。在生物研究中,通常用慢中子或热中子。热中子处理比用X射线照射更少受干扰因素的影响,如氧的浓度或温度。对多数作物来说,包括苹果,中子就是比X或?射线更有效的诱变剂。高密度中子主要造成氧独立的不可挽回的损害,包括染色体畸变。

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