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种质保存（一） 种质资源是进行研究和生产的基本材料，因此种质 资源的保存是一项非常重要的工作。常规的种质资源 保存具有多方面的局限性，而细胞培养保存则具有非
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7.1.2.3 培育抗重金属镉的作物
镉对植物的污染会影响固氮过程，降低植物体
水分和养分的运输能力，最终抑制植物细胞的光合
作用。用哺乳动物基因组编码的金属硫蛋白
(metollothionein) 基因转化植物，可使受体植株获
得抗重金属镉的能力。加拿大科学家将中国仓鼠金 属硫蛋白基因插入 CaMV 衍生的载体中，然后用这 种重组子感染野生油菜叶片，受感染的叶片能高水 平产生金属硫蛋白，并能产生对镉的抗性。
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花药
花丝顶端膨大呈囊状的部分
花药、花粉、胚的培养（二）
科学家还通过花药培养创造新的种质资源用于育种工 作。如我国育成的单209水稻具有抗稻瘟病和抗白叶枯 病的特性，同时在单209水稻群体中还发现了矮秆突变 型，这些都是优良的亲本类型。 植物胚培养在克服杂种胚败育、解决种子长时间休眠、 提高后代抗性改良品质、测定种子生活力以及进行胚胎 发育相关基因研究等方面都具有重要的意义。 同时，花药、花粉、胚、原生质体的培养也是进行转 基因等遗传操作的重要基础。
定化技术，就可以像固定化微生物那样，在预先设计
的生物反应器中高效地、源源不断地生产出具有商业 价值的次生代谢产物。
植物次级代谢产品的市场潜能
产品成分 长春花碱 用途 治疗白血病 销售额/亿美元 18～20(美国)
阿吗灵
奎宁 致热素 毛地黄
循环系统障碍药
治疗疟疾 杀虫剂 心脏病药
5～25(全世界)
5～10(美国) 20(全世界) 20～55(美国)
残留、杀草谱广、低成本的除草剂转基因作物,也可减
少环境污染,降低农业生产成本。
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抗EPSP抑制剂基因
草甘膦(glyphosate)是一种广谱除草剂,它具有无
毒、易分解，无残留和不污染环境等特点，目前已从
细菌中分离出一个突变株，它含有抗草甘膦的EPSP
合成酶突变基因。把抗草甘膦基因引入植物，可使这
病状的发展。
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转病毒核蛋白基因的番茄和未转基因的番茄不但对 CMV的抗性明显 不同，而且植株的生长和果实的品质的差异显著。
经烟草花叶病毒感染后的南瓜的重量和品质在转基因和未转基因植株 之间的差异 。
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番木瓜是一种富含维生素C和A的美味热带水果，然而由于PRSV病毒 的侵染和传播，番木瓜树果园遭受了毁灭性的打击。
7 生物技术与农业
学习目的
了解现代生物技术在农业生产中的广泛运用。
认识生物技术在培育高产、抗病、抗逆植物新品 系以及在培育优良生产性能的动物新品系、动物 快速繁殖、生物反应器等领域的应用。
7.1 生物技术与种植业
7.1.1植物雄性不育及杂种优势利用
• 自花授粉植物利用雄性不育系，生产杂交种 子，增加产量和改善品质。
因此可能减少害虫通过突变而产生对CpTl的耐受性， 而且CpTl 抗昆虫谱广，能抗鳞翅目、鞘翅目害虫等， 几乎对所有的害虫有效，而对人畜无害。因此，CpTl 比苏云金杆菌更有应用价值。
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转Bt 基因的玉米受害虫和穗腐病的危害较轻
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转Bt基因的抗虫油菜
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转Bt基因的抗虫棉与马铃薯
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7.1.2.1 培育抗除草剂作物
农田化学除草已成为全球现代农业生产的重要组
成部分,全世界除草剂的总用量、施用面积及费用均已
超过杀虫剂与杀菌剂。随着大量除草剂的出现,新品种 选育和开发难度极大。因此,利用基因工程培育植物的 抗除草剂品种越来越受到国内外科学家的关注,它不仅 可扩大现有除草剂的应用范围,选用高效率、低毒、低
7.1.4.2 植物细胞培养及遗传操作
快速无性繁殖
花药、花粉、胚的培养（一）
单倍体育种技术易于产生纯系品种，便于优良性状 的表达，利于筛选从而大大缩短育种时间。花药和花粉 组织培养技术是一条非常有效的获取单倍体的途径，该 技术在大麦、黑麦、燕麦、水稻、番茄等作物的改良上 起到了重要的作用。 我国利用辣椒游离小孢子细胞团培养方法，创造了新 型的辣椒聚合杂交育种技术，初步解决了辣椒育种中早 熟与大果、早熟与早衰、抗病与优质的矛盾，该技术属 国际性难题的突破，已引起国际种苗公司的关注。
种基因工程作物获得抗草甘膦的能力。此时若用草甘 膦除草，则可选择性地除掉杂草，而这种作物因不受 损害而生长。
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转抗EPSP抑制剂基因的棉白杨对草甘膦具有耐受性
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7.1.2.2 培育抗病虫作物 化学革命给人类带来了农药，农药对人类的发 展确实起了重要的作用，但同时也带来了不少严重 的问题，如农药的残留在食物链的各个层次富积，
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ห้องสมุดไป่ตู้
原生质体的融合（一） 细胞融合能够在细胞水平实现遗传物质的转移和重 组，打破种属的界限 。这方面典型的技术是原生质体 融合技术创造体细胞杂种以实现作物改良。
细胞遗传操作
外源基因向植物转移并能获得性状表达，其中常用
和关键的技术是植物细胞培养和组织培养——植物再 生体系的建立。这样一方面突破传统杂交中种属的界 限；同时使基因转移工作在组织或细胞水平上进行而 易于操作，并且能快速繁殖以利于性状表达和筛选。
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7.1.2.4 培育抗病毒作物 植物病毒是造成农作物减产的主要原因之一。 利用基因工程技术将抗病毒基因转移到植物中，是 一种比较理想的抗病毒方法。 抗病毒基因工程通常采用的策略是：病毒外壳 蛋白基因或其功能蛋白基因、病毒亚基因组序列、
卫星DNA、缺失干扰型序列的遗传转化；反义RNA
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日本北海道农业研究所研究员佐藤裕郎从小麦中 提取出合成抗寒相关果聚糖酶的基因，然后植入
水稻的染色体，获得了抗寒水稻新品种。研究人
员将这种转基因水稻和现有水稻品种在12℃低温
环境下放置一段时间后，转基因水稻只减产30％，
而一般水稻要减产70％ 。
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7.1.3 转基因作物品质改良 目前对水稻谷蛋白、菜豆贮存蛋白、小麦贮存蛋白、 巴西豆种子蛋白和玉米醇溶蛋白基因的研究较为深入。 利用这些基因进行转化会使受体植株的蛋白质含量得
实例

1984—1988年间凌定厚以IR24、IR36、IR54 等9个品种，通过种子、幼穗离体培养，筛 选到不育突变体48个。
匈牙利国家自然科学院Menczel等(1982)以链 霉素抗性基因作标记在烟草品种间进行原 生质体融合，实现了细胞质雄性不育基因 的转移


植物基因工程方法创造不育系： 实例1：油菜和烟草上的应用
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棉花害虫
棉铃虫是 主要害虫
棉蚜虫
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盲蝽蟓
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豇豆胰蛋白酶抑制剂
豇豆胰蛋白酶抑制因子(cowpea trypsin inhibitor， CpT1) 一个大约由80个氨基酸组成的小肽，属于 Bowman-Birk 类型的丝氨酸蛋白酶抑制剂。它的作用
位点是酶的催化中心。这一位点的突变可能性甚小。

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7.1.2植物抗逆性研究


不利的环境条件导致植物消亡。
许多品系遗传变异以适应恶劣条件的影响， 表现出一种抗逆性如抗寒、抗冻、抗盐、 抗虫害、抗病毒、抗真菌等。 自然条件，植物自发遗传变异以达到抗逆 性的过程，漫长且效率较低； 逆性环境，特别是病虫害造成农业大面积 的减产。
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转Bt毒蛋白基因作物
苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis， Bt） 是一种来源于土壤的微生物，具有高度的杀虫活性， 被作为生物农药商品化应用。Bt之所以能杀虫，是
因为其芽孢形成过程中可产生一种杀虫结晶蛋白
（ICP）。这种毒蛋白对鳞翅目昆虫有特异的毒性 作用。它在昆虫消化道内的碱性条件下，裂解成为 活性多肽并造成昆虫消化道损伤，最终可使昆虫死 亡，而对其他生物则无害。
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2、产生可遗传的不育性状的方法： 主要方法：远缘杂交核置换。

还有：基因工程技术、辐射诱变、原生质 体融合、反义技术等。
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实例

如1972年育成的红莲型不育系就是利用海南 红芒野生稻与莲塘早远缘杂交育成的。

中国水稻所利用巴斯马提品种进行胚根组 织培养，然后将愈伤组织进行辐射，从而 选育出巴斯马提雄性不育系。
芽孢杆菌-RNA酶(bamase)基因 降解高等植物细胞的RNA，破坏细胞
芽孢杆菌- bastar基因 抑制bamase酶的活性，能保护植物细胞 TA29启动子：只在花粉中打开
TA29启动子与bamase基因连接构建成的重组子 TA29启动子和bastar基因构成的重组子
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将TA29启动子控制下的bamase 基因转入油菜或烟草，使之雄性 不育。
技术等。
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烟草花叶病毒
TMV外壳蛋白基因引入到烟草细胞中，
转化植株的细胞中可以产生这种外壳蛋白，并对TMV 感染表现出一定的抗性。 将TMV编码的一种蛋白质(分子质量54kDa)的DNA序
列导入植株时，可对高浓度的TMV产生抗性。为了赋
予植株以病毒抗性，此特殊的DNA序列要比迄今利用
瑞士科学家培育出的一种富含β-胡萝卜素的水稻新 品种——“黄金水稻”，可望结束发展中国家人民维
生素A摄入量不足的状况。
7.1.4 植物细胞工程的应用