农业高新技术概论期末复习资料Word格式文档下载.docx

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•生物性农（兽）药和生长调节物质已成为全球性的发展趋势，并将继续扩大其市场份额。

生物农药主要通过自然微生物或基因工程株，应用微生物发酵工程技术进行生产。

2．水肥条件和环境工程

•输水系统中防渗、灌溉方式以及设施（如低压地下管道输水、喷灌、微灌、渗灌等）和材料是目前节水灌溉中攻克的重点。

•减少农田土壤表面蒸发是节水的另一主攻方面。

地膜中，光降解膜、淀粉基生物降解膜、天然高分子降解膜均取得突破，日本、美国等已商品生产，但效果较差，价格偏高。

3．设施农业

设施农业是指用人工设施为动植物提供最佳生产环境，是现代化技术的高度综合和集成，可控制程度高，可实行工业化科学生产和管理，产量可较传统生产方式提高数倍和数十倍，并且可以节约大量水土资源。

⏹对温度和射线具有良好调控能力的玻璃和塑料材料以及各类轻型、耐腐蚀的金属材料；

⏹环境、结构和工程设计；

⏹对光照、温度、湿度以及灌溉、施肥等栽培饲养过程的自控或半自控；

⏹适应设施栽培饲养的动植物品种和栽培饲养技术。

4．农业信息与遥感工程

农业的多要素、综合性、分散性和时空变异大的特点决定了农业信息的重要性，农业信息的内容有生产状况的形势类、资源环境类、灾情类、经济类。

3S：

RS、GIS、GPS

航空遥感可用于专项目标。

我国已成功地利用遥感技术作灾情检察、产量预报、水资源探察。

中科院长春地理所采用卫星遥感发现大安地区古河道地下水资源，从而科望开拓处数十万亩的水稻产区。

“三色农业”

“三维农业”

2、植物组培快繁和脱毒技术

一、细胞学说

细胞学说的三个含义：

一、细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而成，并由细胞和细胞产物所构成；

二、每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的生命”，又是整体生命的一部分；

三、新细胞由老细胞产生。

二、细胞分化现象

一个生物体的上百亿细胞，都是由受精卵经过有丝分裂产生的，每个细胞的内部虽然具有形态和数目相同的染色体，但细胞的形态、大小和执行的功能却并不完全一样，这种由同一受精卵产生的细胞相不同方向发展的现象称为细胞分化。

细胞分化的实质在于：

一个全能性的细胞是通过什么方式使其大部分的遗传信息不再表达，而仅有小部分特点的基因活化和表达（往往表现为合成不同的酶和蛋白质），最终使细胞表现出执行特定的功能。

三、全能、多能和专能细胞

根据细胞分化的程度，可以把细胞分为:

全能

能像受精卵一样形成一个完整个体的细胞。

多能

多能细胞是指那些能转变为多种类型细胞的细胞。

专能

只能通过细胞分裂形成某种特定的细胞。

•细胞分化的程度越高，其全能性的实现越困难。

四、细胞全能性（CellTotipotency）

细胞全能性：

一个植物细胞能产生一个完整植株的固有能力称为植物细胞的全能性。

换言之，细胞全能性是指植物细胞具有全套遗传信息，不管是性细胞还是体细胞，在特定环境下仍能进行表达，而产生一个独立完整的个体。

植物细胞具有全能性，这是植物组织培养的原理。

从理论上说，只要条件合适，每一个植物细胞都能发育形成一个与原来植物相同的完整植物体。

事实上，较之动物细胞而言，植物细胞实现全能性容易得多。

而动物细胞要实现其全能性，要求的条件要苛刻的多。

这也是动物克隆比植物克隆更引人注目的原因之一。

第二节植物组织培养和细胞全能性的实现

一、概念

植物组织培养：

简言之，是指在无菌条件下培养植物的技术。

具体的说，是指在无菌条件下将离体的植物器官（根、茎、叶、花、果实等）、组织（形成层、花药组织、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞和生殖细胞）以及原生质体，培养在人工配制的培养基上，给予适当的培养条件，使其长成完整的植株，统称为植物组织培养。

由于培养的是脱离植物母体的培养物，在试管内培养，所以也叫离体培养（Cultureinvitro）或试管培养（Intest-tubeculture）。

二、实现植物细胞全能性所需的条件

1、植物细胞自身生理及分化状态（内因）

一个细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在原来所处的自然部位上已经达到的细胞和生理状态。

2、离体培养中提供的营养和环境条件（外因）

内因

•植物细胞，只要有一个完整的膜系统和一个有生命力的核，即使是已高度成熟和分化的细胞，也还保持着恢复分生状态的能力。

其恢复过程取决于该细胞原来所处的自然部位及生理状态。

周期细胞

茎尖、根尖及形成层细胞，这类细胞始终保持分裂能力，从一个周期进入另一个周期

终端分化细胞

筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞，他们为永久失去分裂能力的细胞

Go细胞

表皮细胞及各种薄壁细胞，这类细胞在通常情况下不分裂，但在受到外界刺激后可重新启动分裂

外因

•培养基

提供离体条件下的生存条件（物质能量）

•培养环境条件

提供全能性实现的条件

培养基

（一）、培养基的成分及其作用

•1无机营养物质

•2有机化合物

•3植物生长调节物质

•4固化剂和悬浮剂

3、植物生长调节物质

•植物激素是在植物体内合成的，对植物生长发育有显著调节作用的微量有机物，而植物生长调节剂是外源的调节植物生长发育的物质。

•只有加入植物生长调节物质，才能诱导细胞分裂、脱分化和再分化。

1）、生长素类

生长素的生理作用

1、促进细胞生长和细胞分裂

2、诱导受伤组织表面细胞恢复分裂能力

3、形成愈伤组织，促进生根

4、与一定量的细胞分裂素配合共同诱导不定芽的分化、侧芽的萌发与生长、胚状体的诱导。

2）、细胞分裂素

控制植物细胞分化

•分裂素/生长素的比例是控制芽和根形成的一个重要条件

•比例高时——产生芽,比例低时——产生根

（二）培养环境条件

• 

培养中温度、光照、湿度等各种物理条件

1.光照的影响

2.温度的影响

3.湿度的影响

4.pH值

5.渗透压

6.气体影响

三、植物细胞全能性实现的途径

脱分化（Dediffentitation）——一个已停止分裂的成熟细胞转变为分生状态并形成未分化的愈伤组织的现象叫脱分化。

再分化（Redifferentitation）——原已分化的细胞经脱分化培养后再次分化的现象叫再分化。

第三节、植物离体快速繁殖技术

植物离体快繁又叫微型繁殖（Micropropagation）或试管繁殖，它是把植物材料放在试管内，给予人工培养基和合适培养条件，达到高速增殖，属离体无性繁殖。

其特点是快速，每年能以千百万倍的速度繁殖后代，比常规繁殖方法快万倍到数十万倍。

离体快繁的一般技术

•

•培养材料选择及消毒

•材料的初代培养（无菌母株制备）

•试管苗的增殖与继代培养（不定芽增殖）

•试管苗的生根与移栽（完整植株形成）

•再生植株鉴定

愈伤组织发生

•愈伤组织（Callus）

组织培养中外植体经脱分化形成的一种无组织结构的团块组织，由于这种组织以往常见于受创伤的植物器官和基干表面，故叫愈伤组织（WoundCallus）。

第四节植物的组培脱毒技术

•为什么要脱毒？

病毒不仅使人患病，同样也侵害植物，使植物出现皱叶、黄叶、落叶，以致品质变劣、花色变淡、花数减少、产量降低。

多数农作物，特别是无性繁殖作物，都易受到一种或多种病原菌的周身浸染。

病原菌的浸染不一定都会造成植物的死亡，很多病毒甚至可能不表现任何可见症状。

但在植物中病毒的存在会减少作物的产量和降低作物的品质。

植物病毒多经无性繁殖而传递，有性繁殖的植物除豆类一部分作物外，种子均不会传递病毒。

若使用未受侵染个体的种子进行繁殖，就有可能得到无病毒植株。

不过有性繁殖后代常表现遗传变异性。

由于依赖营养繁殖的作物很多，植物的快速繁殖技术也正是建立在无性繁殖的基础上，因而脱毒方法就显得尤为重要。

怎样脱毒？

一、快速繁殖中去除病毒的方法

1、茎尖培养脱毒

2、物理学方法脱毒

3、化学疗法脱毒

4、其他方法脱毒

愈伤组织培养脱毒

珠心胚培养脱毒

茎尖微体嫁接（MGST）

为什么茎尖培养能够脱毒？

1、 

茎尖培养脱毒

分生组织能逃避病毒浸染的原因：

•在植物体内，病毒易于通过维管系统而移动，但在分生组织中不存在维管系统。

•病毒在细胞间的移动只能通过胞间连丝，但它的速度很慢，赶不上细胞不断分裂的生长速度；

•在旺盛分裂的分生细胞中，代谢活性很高，使病毒无法复制；

在茎尖中存在高水平的生长素，可抑制病毒的增殖。

•怎样鉴定无病毒植株？

二、无（特定）病毒植株的鉴定

每一茎尖或愈伤组织分化产生的植株，在作为母本生产无病毒原种以前，必须对特定病毒进行鉴定。

由于许多病毒具有延迟的恢复期，所以在最初18个月中每隔一定时间仍须进行鉴定，只有显示持续阴性反应的无病毒植株，才能供生产上应用。

无病毒植株易被再感染，因此在繁殖的不同阶段仍需重复进行鉴定。

鉴定方法

1、直观测定法

2、指示植物法

利用病毒在其他植物上出现症状的特征，作为鉴别病毒种类的标准，这种专门用以生产症状的寄主植物即为指示植物，又称鉴别寄主。

3、抗血清鉴定法

4、酶联免疫吸附法（ELISA）

5、电子显微镜检查法

6、免疫吸附电镜法

胚状体形成

胚状体概念：

离体培养下起源于非合子细胞，经历了胚胎发生和胚胎发育过程所形成的类胚结构。

3、大规模培养植物细胞生产有用次生代谢产物

1.愈伤组织

最初是1939年Gautheret报道胡萝卜根外植体当接种在含矿物盐、葡萄糖、细胞分裂素、硫胺素和生长素IAA的培养基上会增殖，形成大块无组织结构的团块，这种组织，以往常见于受创伤的植物器官和基干表面，故叫愈伤组织。

它能通过继代培养而保持。

2.愈伤组织的特点

•由受伤和激素等诱导产生

•可由任何组织通过脱分化过程产生

•细胞呈未分化的分生组织状态

•细胞之间联系较少，无胞间连丝

•经几次继代培养可得到疏松型愈伤，容易获得单细胞

•具多型性：

多类型、多色泽、多质地

最低有效密度

•在一定体积培养液中应接种多少细胞（称之为接种量）使之达到一定的密度（起始密度）对继代培养十分重要。

接种量很少或起始密度过低，它生长的条件要求也严格，不能良好地生长，因此在原种培养时，每个培养容器应接种足够数量的细胞。

•又称起始密度。

指使培养悬浮细胞能够增殖的最少接种量。

它是一个临界浓度，一旦低于这个细胞密度，细胞生长就不好。

如假挪威槭细胞在标准合成培养基中，临界起始密度为9～15×

105细胞/ml，而烟草、胡萝卜细胞则为2.5×

105细胞/ml。

看护培养

•存在最低有效密度的原因，可能是细胞培养过程中，细胞生长存在一种群体效应，即细胞不但从培养液中吸收养料而且也把生物合成的某种产物释放到培养液中，而这种物质或各种物质的复合体对于单个细胞的生长是必需的。

细胞起始密度太低，这种物质太少，细胞不能生长分裂。

这种观点可通过看护培养得到证明。

•单细胞直接培养，细胞很难生长和分裂。

若将滤纸先放在一块愈伤组织上，让它先吸收养料，再将单细胞放在滤纸上进行培养，则可诱导单细胞分裂。

这说明多细胞组织块在培养过程中向培养基释放了某种物质，而这种物质对单细胞生长是必需的。

如果向培养基中加入了这种代谢物，那么最低有效密度就会大大降低。

Stuart等1969设计了一种方法，制备了一种条件培养基，使最低有效密度从9～15×

105细胞/ml下降到1.0～1.5×

103细胞/ml。

也可用透析袋或多孔套管内装高密度的培养液，再放入新鲜低密度培养液中，管外低细胞密度中的悬浮细胞就能良好生长和分裂。

生长动态（S曲线）

•细胞悬浮培养过程，根据细胞数目变化，将一个培养时代（培养周期）分为五个时期（指成批培养，接种细胞分散在一定体积的培养液中）：

•1）、延迟期（或诱导期）：

logphase

•2）、指数（对数）生长期：

exponentialgrowthphase

•3）、直线生长期：

Linergrowthphase

•4）、速度减慢期：

Progressivedecelerationphase细胞生长速度越来越慢。

•5）、静止期：

Stationaryphase

悬浮培养细胞同步法

实现的方法有两种，即饥饿法和抑制法。

•饥饿法：

在这种方法中，先对细胞断绝供应一种进行细胞分裂所必需的营养成分或激素，使细胞停滞在G1或G2期，经过一段时间的饥饿后，当重新在培养基中加入这种限制因子时，静止细胞就会同步进入分裂。

如长春花悬浮培养中，先使细胞受到磷酸盐饥饿4天，然后再转入到含有磷酸盐的培养基中，结果获得了同步性；

烟草、胡萝卜细胞先经过细胞分裂素饥饿可取得同步化的效果。

•抑制法：

使用DNA合成抑制剂如5—氨基尿嘧啶、FudR、羟基脲和胸腺嘧啶等。

生物转化和植物细胞反应器

1、生物转化

利用植物培养细胞为酶源使某种化合物生成相应产物的技术称为生物转化或植物细胞转化。

植物细胞内含有催化酯化、氧化、还原、皂化、羧基化、异构化、甲基化、羟基化、环氧化、葡萄糖基化及去甲基化等反应的酶类，可使相应原料生产有用化合物。

如毛地黄细胞培养物可使甲基毛地黄毒素转化为β—甲基地高辛；

毛地黄配基及菱毒配基可经胡萝卜细胞分别转化为杠柳配基和5-羟基菱毒配基。

2、植物细胞反应器

虽然植物细胞悬浮培养的基本条件类似于微生物，但用于微生物培养的发酵罐并不适合于植物细胞培养，因为两类细胞在结构和生长上存在显著差异。

因此，建立植物细胞反应器应考虑：

1）、培养液中的供氧能力和气泡分布密度；

2）、生物反应器内产生的水胁迫强度及其对植物细胞系统的影响；

3）、在高密度细胞时培养液混合程度；

4）、能够控制细胞团聚大小；

5）、方便扩大培养规模；

6）、简化长期培养的无菌操作过程。

当前植物细胞培养主要采用悬浮培养和固定化细胞系统。

悬浮培养所用生物反应器主要有机械搅拌罐和非机械搅拌罐，非机械搅拌罐又分为鼓泡式、气升式和旋转鼓式。

固定化细胞反应器有充床反应器、流化床反应器和膜反应器等类型。

4、植物细胞融合和细胞杂交

•原生质体的概念及获得

•细胞杂交的意义和方法

•融合体的类型及特征

原生质体

•由于植物细胞外具有坚韧的细胞壁，对细胞行使保护和信号识别等功能，其存在对不同物种间遗传物质的融合是一个极大的障碍，因此，科学家们利用去壁的植物细胞——原生质体来进行融合，从而能有效地将不同物种的基因有机的结合起来，形成自然界所不存在的新物种。

酶法制备原生质体：

材料培养--叶片--分离切割--酶解--原生质体--纯化

•体细胞杂交是指两个离体细胞通过一定诱导技术使质膜接触而融合在一起随后导致两个细胞核物质融合的技术。

•根据融合时细胞的完整程度，原生质体融合可分为两大类：

•对称融合（asymmetricfusion）－即两个完整的细胞原生质体融合。

•非对称融合（symmetricfusion）－利用物理或化学方法使某亲本的核或细胞质失活后再进行融合.

•原生质体（protoplast）

•亚原生质体（subprotoplast）：

在原生质体分离过程中，有时会引起细胞内含物的断裂而形成一些较小的原生质体就叫做亚原生质体。

它可以具有细胞核或没有细胞核。

•核质体（nuclearplast）：

由原生质膜和薄层细胞质包围细胞核形成的小原生质体。

也称为微小原生质体（miniprotoplast）。

•胞质体（cytoplast）：

不含细胞核而仅含有部分细胞质的原生质体。

融合方法

自发融合

诱导融合

盐类融合法

高钙和高pH值融合法

PEG诱导融合法

电诱导融合

5、单倍体和多倍体育种技术

•单、多倍体的概念、特征。

•单倍体育种的优势。

•多倍体在育种上的应用。

•如何通过花粉（药）培养获得单倍体？

•人工诱导多倍体的方法。

单倍体：

体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体，叫做单倍体。

•多倍体：

体细胞中含有3个或3个以上染色体组的生物叫做多倍体。

单倍体植株的特性

•从染色体形态特征上看，单倍体染色体数只有二倍体的一半，因而其细胞的核变小，从而导致营养器官和繁殖器官变小，如气孔、叶片、花药、花较小及植株矮化；

•另一方面，单倍体植株的特点还常常是开花茂盛、较早、延续时间长、花粉粒显著不正常，败育（90～99%甚至更高），结实极少而籽粒小，所以常将不育性作为鉴别单倍体的标志；

•单倍体植株的性状有变化，能形成新的性状，比如水稻单倍体可以变成无芒的、丛生性的、叶扭曲的等等。

单倍体育种

由于进行简单染色体加倍后就可得到纯合的二倍体，主要应用于育种。

单倍体育种定义：

将具有单套染色单倍体育种体的单倍体植物，经人工染色体加倍，使其成为纯合二倍体。

从中选出具有优良性状的个体，直接繁育成新品种；

或选出具有单一优良性状的个体，作为杂交育种的原始材料，称为单倍体育种。

单倍体育种的优势：

1、控制杂种分离，缩短育种周期

2、排除显隐性基因干扰，提高选择效率

3、作诱变材料提高诱变效率

4、克服远缘杂交不育

5、快速纯化栽培品种

单倍体的获得

1、自然筛选

2、人工诱发：

主要有两种方式：

孤雄生殖：

花药（粉）培养，诱发小孢子单性发育形成植物体。

孤雌生殖：

未受精子房或胚珠培养，诱发卵细胞单性发育形成植物体。

3、花药培养技术

单倍体植株的鉴定

•形态鉴定

•细胞学鉴定

•分子标记鉴定

如等位酶、RFLP、RAPD等进行分子标记。

染色体的加倍

自然加倍

人工加倍

第二节多倍体育种

多倍体

•多倍体是指细胞中含有两套以上染色体的生物体。

•多倍体的特点

•巨大性

•育性低

•抗逆性强

•营养成分高

•多倍体的产生

•归根到底是细胞正在分裂时，受到外界环境条件激烈变化的影响，从而促使多倍体细胞的产生。

•多倍体在育种上的应用

•1、培育无籽果实

•如利用三倍体植物（由自然发生的及由四倍体与二倍体杂交获得）的不育性，培育出三倍体的无籽西瓜。

•2、培育大型植物提高产量，如多倍体草莓。

•3、克服远缘杂交的不孕性

•4、克服远缘杂种不实性

•多倍体的获得

•

（一）芽变

•自然界极端的气候条件等可能诱发体细胞的变异，从而产生多倍体

•

（二）有性杂交法

•利用2n配子

•利用多倍体亲本

•（三）人工诱导

•物理方法

•化学方法

•组织培养法

•育成作物新类型

•多倍体的鉴定

•a）外部形态比较

•b）气孔鉴定

•c）花粉粒鉴定

•d）梢端组织发生层细胞鉴定

•e）小孢子母细胞分裂的异常行为

•f）染色体记数（直接鉴定法）

•6、植物雄性不育和杂种优势利用

•杂种优势的概念及类型。

•杂种优势的利用。

•杂种优势的预测。

•三系杂交水稻指哪三系？

各有何特征？

•水稻如何利用三系进行育种？

•植物的杂种优势

•杂种优势：

是指两个遗传组成不同（即基因型不同）的亲本杂交产生的F1代个体在生活力、生长势、适应性和丰产性等方面都超过双亲的现象。

•杂种优势从外观方面表现为生长势增强，产量增加，品质变好，抗病性增大等。

从内部生理代谢方面表现为杂种合成某种物质的能力增强（如抗逆能力、光合作用等）。

•杂交水稻与三系育种

•雄性不育：

所谓雄性不育，是指植物雄性部分异常，花药、花粉不正常或退化了，有时即使有花粉，也无效，不能使雌性卵细胞受精结实，无生育能力；

但其雌性器官正常，只要有正常花粉授上去，就会结实，这种现象就叫雄性不育。

•不育系

•所谓雄性不育系（MALESTERILELINE），指植物雄性部分异常，花药、花粉不正常或退化了，有时即使有花粉，也无效，不能使雌性卵细胞受精结实，无生育能力；

但其雌性器官正常，只要有正常花粉授上去，就会结实。

•保持系

•所谓雄性不育保持系（MAINTAINERLINEOFMALESTERILE），指植物雌雄性部分正常的品种，本身正常开花结实。

最重要的是它的花粉授给不育系所得的种子长成的植株（杂种），仍是雄性不育的，能把不育性保持下来。

有了保持系，不育系才能代代相传，后继有种。

•保持系是用来给雄性不育系授粉，使后代继续保持雄性不育特性的纯合自交系。

也叫B系。

基因型为F（msms）。

•保持系与它所保持的不育系外貌完全相似，只是一个雄性能育，一个雄性不育，所以有人叫它们为“双胞胎兄妹”。

•恢复系

•恢复系是用来给雄性不育系授粉，使杂种一代恢复雄性育性的纯合自交系。

也叫R系。

•恢复系是杂种一代的父本，应具有良好的综合性状和高配合力。

若杂种一代以种子为产品，父本育性恢复度要高而稳定。

•不育系繁殖田杂种制种田

•当年不育系×

保持系

•少部分种子大部分种子

•第一年不育系×

保持系不育系×

恢复系

杂种——大田用种

•第二年不育系×

•第三年不育系×

保