第十二三章植物細胞的遺傳轉化

種質（germplasm）：是指親代通過生殖細胞或體細胞傳遞給子代的遺傳物質。種質資源：具有一定種質或基因的生物類型，稱為（基因資源、基因庫、基因銀行）。包括品種、類型、近緣種和野生種的植株、種子、無性繁殖器宮、花粉甚至單個細胞，只要具有種質并能繁殖的生物體，都能歸入種質資源之內。當前第1頁\共有69頁\編于星期三\11點

種質資源的重要性種質資源是在漫長的歷史過程中,由自然演化和人工創(chuàng)造而形成的一種重要的自然資源。積累了由于自然和人工引起的極其豐富的遺傳變異,即蘊藏著各種性狀的遺傳基因。人類用以選育新品種和發(fā)展農業(yè)生產的物質基礎,也是進行生物學研究的重要材料,是極其寶貴的自然財富。當前第2頁\共有69頁\編于星期三\11點種質保存(germplasmconservation)

：利用天然或人工創(chuàng)造的適宜環(huán)境，使個體中所含有的遺傳物質保持其遺傳完整性，有高的活力，能通過繁殖將其遺傳特性傳遞下去。當前第3頁\共有69頁\編于星期三\11點種質保存的兩種方式：

原地保存:通過建立自然保護區(qū)和天然公園來實現(xiàn)

異地保存:通過植物園、種質圃、種子庫以及離體保存來實現(xiàn)。

當前第4頁\共有69頁\編于星期三\11點當前第5頁\共有69頁\編于星期三\11點華南植物園當前第6頁\共有69頁\編于星期三\11點西雙版納國家級自然保護區(qū)建立的蘭科植物種質資源保存苗圃

當前第7頁\共有69頁\編于星期三\11點當前第8頁\共有69頁\編于星期三\11點當前第9頁\共有69頁\編于星期三\11點野生稻頻臨滅絕當前第10頁\共有69頁\編于星期三\11點當前第11頁\共有69頁\編于星期三\11點離體保存：將組織和細胞培養(yǎng)中的外植體或試管苗貯存在使其抑制生長、緩慢生長或無生長的條件下，達到長期保存的方法。優(yōu)點：解決一些無性繁殖作物種質資源的低溫、長期保存問題，可有效避免資源的丟失；節(jié)省土地和勞動力，保存方法簡單，花費少且能在保存中脫毒；在需要時，可快速繁殖，利于國際國內種質交換。當前第12頁\共有69頁\編于星期三\11點離體保存方法:

常溫保存（25±5℃）

低溫保存（0-8℃），

超低溫保存（-80--196℃）當前第13頁\共有69頁\編于星期三\11點改變培養(yǎng)基無機鹽的濃度:1/4MS培養(yǎng)菠蘿苗，一年后仍有81％保持活力；增加培養(yǎng)基滲透壓：添加甘露醇、蔗糖，抑制外植體生長。添加植物激素：多效唑PP333等培養(yǎng)基條件的改變當前第14頁\共有69頁\編于星期三\11點培養(yǎng)環(huán)境條件的改變降低培養(yǎng)環(huán)境的氧含量：保存材料上覆蓋一層礦物質如石蠟、液態(tài)石油降低環(huán)境的氧分壓。當前第15頁\共有69頁\編于星期三\11點冰凍保護劑滲透型抗凍劑：二甲亞砜（DMSO）、乙二醇、乙酰胺、丙二醇、甘油等作用特點：屬低分子中性物質，在溶液中易結合水分子，發(fā)生水合作用，使溶液的粘性增加而減弱水的結晶過程，達到保護的目的。當前第16頁\共有69頁\編于星期三\11點非滲透型抗凍劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、蔗糖、葡聚糖、聚乙二醇等，作用特點：可溶于水，但不能進入細胞，可在特定的溫度下降低溶質（電解質）濃度，從而起到保護作用當前第17頁\共有69頁\編于星期三\11點第十二章種質保存第一節(jié)常溫保存第二節(jié)常低溫和低溫保存第三節(jié)超低溫保存當前第18頁\共有69頁\編于星期三\11點第十章轉基因植物轉基因植物基因改良植物轉基因生物制藥轉基因安全性當前第19頁\共有69頁\編于星期三\11點轉基因植物是指利用生物或物理、化學等手段將外源基因導入植物受體系統(tǒng)中，使之在受體中得以表達，進而獲得轉基因植株的技術體系。當前第20頁\共有69頁\編于星期三\11點基因轉化的的基本步驟當前第21頁\共有69頁\編于星期三\11點1轉基因植物

1.1受體葉盤原生質體懸浮細胞愈傷組織胚狀體活體等等當前第22頁\共有69頁\編于星期三\11點1.2轉基因方法直接轉化法:基因槍法載體介導法：農桿菌介導法當前第23頁\共有69頁\編于星期三\11點1.2.1直接轉化法

基因槍法**最早的基因槍（火藥式）由美國康乃爾大學Sanford等1987年設計制造?；驹?/p>

將外源DNA通過亞精胺和氯化鈣的沉積作用包被在金屬顆粒（金粉、鎢粉等）表面，此為微彈，將這種微彈懸液涂于載膜（尼龍、塑料等）上，以不同的驅動力高速驅動微彈載體，使攜帶DNA的微彈穿透植物細胞壁，直接進入受體靶細胞。當前第24頁\共有69頁\編于星期三\11點當前第25頁\共有69頁\編于星期三\11點當前第26頁\共有69頁\編于星期三\11點當前第27頁\共有69頁\編于星期三\11點當前第28頁\共有69頁\編于星期三\11點當前第29頁\共有69頁\編于星期三\11點幾乎所有的雙子葉植物尤其是豆科類植物的根部常常會形成根瘤，這是由于植物根部被一種革蘭氏陰性土壤桿菌農桿根瘤菌（A.tumefaciens）感染所致，其致瘤特性是由該菌細胞內的野生型質粒Ti（Tumor-inducing）介導的。1.2.2載體介導法：農桿菌介導

當前第30頁\共有69頁\編于星期三\11點Ti質粒的功能區(qū)域

當前第31頁\共有69頁\編于星期三\11點T-DNA的染色體整合機制當前第32頁\共有69頁\編于星期三\11點葉盤消毒切取土壤農桿菌浸泡培養(yǎng)基愈傷組織分化幼苗當前第33頁\共有69頁\編于星期三\11點分化出苗生根壯苗植物受體抗生素篩選當前第34頁\共有69頁\編于星期三\11點其它方法植物病毒感染法花粉管通道法電穿孔轉化法激光微束穿孔轉化法顯微注射法超聲波介導轉化法多聚物介導法浸漬法電泳法碳化硅纖維介導法真空滲透法圓球體法等等當前第35頁\共有69頁\編于星期三\11點1.3轉基因植物的鑒定遺傳表型特征篩選依賴于重組子結構特征分析篩選核酸分子雜交分析免疫化學分析檢測PCR篩選法當前第36頁\共有69頁\編于星期三\11點

抗生素抗性基因

顯色或發(fā)光報告基因

抗除草劑抗性基因3.1遺傳表型特征篩選

常用的報告基因當前第37頁\共有69頁\編于星期三\11點β-葡萄糖酸苷酶基因（gus）

能催化特殊反應，通過熒光、分光光度和組織化學方法對這些特殊反應產物進行檢測。

當前第38頁\共有69頁\編于星期三\11點葉特異性表達葉肉特異性表達維管束特異表達莖特異表達當前第39頁\共有69頁\編于星期三\11點GFP基因GFP綠色熒光蛋白是從一種生活在北太平洋寒冷水域的水母體內發(fā)現(xiàn)的。當前第40頁\共有69頁\編于星期三\11點依賴于重組子結構特征分析篩選當前第41頁\共有69頁\編于星期三\11點Southernblot篩選結果核酸分子雜交分析當前第42頁\共有69頁\編于星期三\11點第十章轉基因植物轉基因植物

基因改良植物轉基因生物制藥轉基因安全性當前第43頁\共有69頁\編于星期三\11點2.基因改良植物生物體凍害干旱鹽害澇害熱害生物脅迫非生物脅迫雜草病害蟲害其他性狀品質除草劑當前第44頁\共有69頁\編于星期三\11點

轉基因在作物品種改良中的應用

抗蟲抗病毒抗病抗非生物脅迫抗除草劑改良作物品種改變花的顏色和形狀轉基因植株作為生物反應器當前第45頁\共有69頁\編于星期三\11點（A）萎黃病（箭頭所指）感染（B）外源基因抵抗TMV對煙草的感染。接種后11天癥狀（箭頭）抗病煙草抗病大豆野生型轉基因野生型轉基因當前第46頁\共有69頁\編于星期三\11點具有除草劑抗性的大豆用0.1%草苷膦處理大豆葉片野生型轉基因轉基因野生型野生型轉基因

抗除草劑占總轉基因植物種植面積的77％，其中主要為抗除草劑大豆。當前第47頁\共有69頁\編于星期三\11點野生型和轉基因（AtNHX1）番茄用200mMNaCl處理11周未處理前處理后

抗逆-鹽害野生型轉基因野生型轉基因當前第48頁\共有69頁\編于星期三\11點野生型油菜和轉基因（AtNHX1）油菜經200mMNaCl處理10周

抗逆-鹽害當前第49頁\共有69頁\編于星期三\11點野生型和轉AtP5CS基因的煙草經過-2℃24h

處理野生型轉基因

抗逆-凍害凍害前凍害后凍害前凍害后當前第50頁\共有69頁\編于星期三\11點

抗蟲抗蟲水稻當前第51頁\共有69頁\編于星期三\11點美國最早研制得到抗蟲棉花，我國科學家將自己發(fā)現(xiàn)的蛋白酶抑制劑基因轉入棉花獲得抗棉鈴蟲的棉花株。當前第52頁\共有69頁\編于星期三\11點激素合成相關基因增加轉基因楊樹的高度（十二周時期的苗）

品質改良-林木當前第53頁\共有69頁\編于星期三\11點轉基因楊樹細胞結構的變化纖維長度細胞數(shù)量細胞長度木質部纖維數(shù)量野生型轉基因野生型轉基因表皮木髄部當前第54頁\共有69頁\編于星期三\11點C4植物高光效基因提高水稻產量轉基因對照

品質改良-農作物當前第55頁\共有69頁\編于星期三\11點1994年能比普通西紅柿保鮮時間更長的轉基因西紅柿投放市場，1998年我國獲得轉基因耐儲藏番茄，延長為60天當前第56頁\共有69頁\編于星期三\11點轉基因番木瓜

品質改良-水果轉基因香蕉當前第57頁\共有69頁\編于星期三\11點

品質改良-花卉雙色茶花各色煙草花白色夏堇當前第58頁\共有69頁\編于星期三\11點第十章轉基因植物轉基因植物基因改良植物轉基因生物制藥轉基因安全性當前第59頁\共有69頁\編于星期三\11點3轉基因植物生物制藥世界衛(wèi)生組織公布的危害人群健康最嚴重的48種疾病中，傳染病和寄生蟲病占40種，發(fā)病人數(shù)占病人總數(shù)的85％。全世界每年有1700萬人死于傳染病，其中大量是患可預防的傳染病的兒童。這些兒童大多數(shù)在發(fā)展中國家，患病的主要原因除了經濟落后、環(huán)境惡劣和衛(wèi)生條件差外，另一個原因是對疫苗的制作和保存缺乏良好的條件。

當前第60頁\共有69頁\編于星期三\11點轉基因植物疫苗---可食（飼）性攜帶白喉抗原的蘿卜抗乙肝、霍亂和細菌性痢疾等傳染病的香蕉預防霍亂的苜蓿苗抗乙肝病的西紅柿預防其他一些疾病的馬鈴薯、甘藍、西紅柿

轉基因土豆防乙肝產生抗乙肝病毒抗體的轉基因西紅柿轉基因香蕉防乙肝當前第61頁\共有69頁\編于星期三\11點轉基因植物抗體：動物抗體基因在轉基因植物中表達的免疫性產物。轉基因煙草能夠產生狂犬病抗體當前第62頁\共有69頁\編于星期三\11點植物易于生長，農田管理成本相對低廉，操作技術要求也不高。植物表達系統(tǒng)生產的疫苗可以直接儲存在植物種子和果實中，無需冷藏系統(tǒng)進行儲藏運輸，易于長距離運輸及推廣。植物具有完整的真核表達修飾系統(tǒng)利用轉基因植物生產的重組蛋白。藥物和疫苗在分子結構和生物活性上與人體來源的蛋白質相似。轉基因植物生物制藥的優(yōu)勢如下：當前第63頁\共有69頁\編于星期三\11點全球轉基因農作物的產業(yè)化1983年首例轉基因植物（煙草）問世1996年到2009年，全球轉基因農作物種植面積達到6.9億公頃，10多年間增長67倍(大豆70%、玉米25%）；各國批準的轉基因植物:在1995有9種，1998已達90種。目前全球基因作物種植面積的前四名分別是美國、阿根廷、加拿大和中國。這四個國家種植了全世界99%的轉基因作物。當前第64頁\共有69頁\編于星期三\11點目前，我國共批準發(fā)放7種轉基因作物安全證書，分別是耐儲存番茄、抗蟲棉花、改變花色矮牽牛、抗病辣椒、抗病番木瓜、轉植酸酶玉米和抗蟲水稻。大規(guī)模商業(yè)化生產的