生物育种技术范文

生物育种技术范文第1篇

关键词：玉米；生物技术；育种；转基因

中图分类号：S513 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2012）-09-0262-2

生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工，以提品来为社会服务的技术；生物工程则是生物技术的统称，简单的说，生物工程就是将活的生物体、生命体系或生命过程产业化的过程。从属于生物工程的基因工程则将不同生物的基因在体外剪切组合，并和载体（质粒、噬菌体、病毒）的DNA连接，然后转入微生物或细胞内，进行克隆，并使转入的基因在细胞或微生物内表达，产生所需要的蛋白质。在农业上，可以通过生物技术与传统育种手段相结合的方式，培育所需品种，或通过基因工程方法，对玉米品种进行遗传改良，从而获得所需形状。

转基因育种：转基因育种是在分子水平上进行基因操作， 可突破物种间的遗传障碍、跨越物种间的不亲和性。目前基因工程已形成了成熟的实验流程， 且新方法、新技术不断涌现。

1 转基因育种的国内外研究进展

孟山都公司利用分子标记定位了12个影响玉米子粒含水量的QTL， 基于标记辅助选择使玉米自交系和杂交种子粒的含水量分别下降了3.9%和2.5%。根据孟山都公司的报道， 利用500个分子标记进行回交选择，BC1可以回复到90%；BC2可以回复到98%；BC3可达到99.5%。利用分子标记进行两代的轮回选择， 产量比常规育种方法增加862kg/hm2。华中农业大学利用分子标记辅助选择将质量性状基因 RF3成功地转育到不同遗传背景的玉米自交系中。孟山都为中区玉米种子市场的更大份额， 每天处理的用于玉米育种的单个分子标记数据达到20万个，分子标记的类型也逐步由 SSR标记转向选择效率更高的SNP标记。该公司已经能够利用分子标记在早代直接对玉米的抗倒性， 抗叶斑病等性状进行选择。近年来， 孟山都公司借助与分子育种的技术优势， 在美国玉米种子的市场份额以每年1%～2%的速度增加，对竞争对手产生了巨大的压力。在“十五”863计划的支持下，我国的科研单位也开始分子育种的研究。中国农业大学和中国农业科学院利用SSR分子标记分析了我国优良玉米自交系的遗传变异，对其进行了杂种优势群的划分， 为更有效地利用我国现有的种质资源， 进一步提高玉米杂种优势水平提供了有价值的信息。四川农业大学利用抗玉米纹枯病QTL紧密相连锁的分子标记， 对抗性分子标记辅助选择， 获得多个高抗玉米纹枯病自交系。从整体上讲， 我国玉米分子育种才刚刚起步， 集中国内优势单位， 深入开展我国玉米的分子育种工作， 对保持我国玉米育种在国际上的先进水平、与国际跨国种子公司的竞争具有重要意义。

2 转基因技术存在的问题

伴随着转基因玉米产业化进程的不断推进，转基因技术在玉米育种中将发挥出越来越重要的作用，以基因工程为核心的分子育种的前景显而易见地显示出来。在转基因玉米研究与产业化过程中，需要培养大批有操作能力的技术人员，并引进相关的仪器设备，所以所需资金庞大，是限制我国发展转基因技术的原因之一；而转基因食品的安全性具有争议，许多人不愿购买转基因产品，也在一定程度上打击了研究人员的工作积极性；再次，不是所有的转基因植株都是目的植株，还得需要多种程序的进一步鉴定，才能确定它的价值同时还有基因沉默现象，即新插入的基因常常是关闭的；目前许多科学家正在研究植物基因开关原理，并试图对这一过程进行操作。关于表达量低的问题，可以对基因进行修饰，使用强启动子、增强子、内含子等，现已取得了比较好的效果。基因的表达需要特定的内环境，包括插入的位点、拷贝数等，目前来说这些都还不精确，所以最有效的方法就是加大转化群体进行选择淘汰。如果只限于特定的几个基因型，再好的基因也将很难应用于实际生产，这也将成为转基因育种无法逾越的障碍。基于现在还没有很好的办法解决这一难题，所以应该考虑 DNA 转入时不同方法交叉使用。

3 玉米转基因育种的应用前景

通过对玉米辅助育种技术的说明，不难发现辅助育种技术的发展前景巨大，不过只有通过不间断的研究实验，并利用国外研究成果，结合我国实际情况，充分发掘我国特有玉米种质资源中的优良基因，把辅助技术同常规玉米育种的实践相结合，将实验结果转化为知识产权并尽快地应用到育种实践中，为我国玉米育种事业做出贡献。

参考文献

[1] 罗菊香，等.公选课"生物工程概"教学探索与实践.安徽农学通报，2011年.

[2] 李玉杰.利用分子标记技术改良玉米粗缩病抗性.山东大学，2010年.

[3] 吴永升，等.生物技术在玉米育种中的应用.广西农业科学，2006年.

[4] 王大春.基因工程在玉米遗传育种上的应用[J].种子科技，2005，（3）：152-154.

[5] 武淑香，李晓辉，殷奎德，等.玉米转基因育种回顾.玉米科学，2007，（4）：63-66.

[6] 朱毅华.转基因玉米发展对单产的影响及启示[J].农业技术经济，2008，（6）：15-19.

[7] Chalky S T.Properties of maternal haploid maize plantsand potentialapplication to maize breeding [J].Euphytica，1994，79：13-18.

[8] 张元昶，张首国，李振科，等.转基因玉米遗传转化的研究进展[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2006，23（5）：473-476.

[9] Saatsakis O，Zabirova E，Shcherbak V，et al.Mass induction of ma-ternal haploid in corn[J].1994，68：51-52.

[10] 刘源霞，兰进好，赵延明.基因工程在玉米遗传育种中的应用[J].玉米科学，2007，15（1）：146-149.

[11] 张英，穆楠，朴红梅.转基因技术在玉米遗传育种中的应用[J].生物技术通报，2009，（1）：64-68.

[12] Kuo C S，Guo Z C，Li Z，et al.Another culture and haploid breedingof maize in China [J].Biotechnology in Agriculture and forestry，1994，25：149-161.

[13] 李金良，于凤丽.玉米转基因育种技术的研究进展[J].黑龙江农业科学，2008，（1）：114-116.

[14] Gayen P，Sarkar K.Cytomixis in maize haploids [J].Indian Journal ofGenetics and Plant Breeding，1996，56（1）：79-85.

生物育种技术范文第2篇

关键词：生物技术；蔬菜育种；应用

自20世纪70年代初，以DNA重组技术和淋巴细胞杂交瘤技术的发明和应用为标志的生物技术诞生以来，迄今已走过了30余年的发展历程[1]。由于生物技术在解决人类面临的重大问题如粮食、健康、环境和能源等方面将开辟广阔的前景，因此越来越被各国政府和企业界所关注，与信息、新材料和新能源技术并列成为影响国计民生的四大科学技术支柱，是21世纪高新技术产业的先导。生物技术即生物工程，是由基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大体系组成的现代高新技术，它以基因操作为核心，利用生物体（或生物组织、细胞及其组分）的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系。在农业方面，转基因植物于1983年问世，1986年被批准进入田间试验，根据美国农业部动植物检疫局（APHIS）的数据，截至1997年1月31日，美国已批准的转基因植物田间试验达2 584例。近年来，生物技术越来越多地应用在农业中，使农业经济达到高产、高质、高效的目的。生物技术在蔬菜育种上的应用主要有作物组织培养技术、体细胞杂交技术、转基因育种技术和分子标记育种技术等[2]。

1 组织培养技术在蔬菜育种上的应用

组织培养是指在无菌条件下，在人工制备的培养基上培养植物的各种离体器官、组织或细胞，这些离体部分可以不断地、一代代地连续生长，并可再生成植株。在培养过程中也会发生变异，可通过选择培养育成新品种。组织培养技术应用范围较广，如单倍体育种、克服远缘杂交不实及杂种不育、打破种子休眠、快速繁殖植株、种质资源保存、无性繁殖植物的脱病毒培养、原生质体的培养等。我国在油菜小孢子培养技术方面进行了较为深入的研究，主要集中于影响小孢子培养效率的因素、染色体加倍技术、再生苗移栽技术等，并初步建立了高效小孢子培养技术体系，促进了小孢子培养技术在油菜育种研究如材料创新、杂交油菜亲本创制及杂种后代选育等方面的应用。

体细胞杂交即原生质体融合，可获得体细胞杂交产物，克服有性杂交中双亲不亲和的现象，扩大了杂交亲本和种质资源的利用范围。其具体步骤是：原生质体分离培养、原生质体融合、杂种细胞的鉴别与选择、诱导杂种细胞产生愈伤组织及再生植株。可应用在育种上的有核质替换、细胞质杂种的获得、远缘杂交创造新物种、细胞器的互作研究等方面。

2 转基因技术在蔬菜育种上的应用

将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体性状可遗传的修饰，这一技术称之为转基因技术。转基因技术的飞速发展不仅为基因表达、调控和遗传研究提供了一个理想的实验体系，更重要的是为生物定向改良和分子育种提供了一种较佳的方法，使其成为基因工程和育种最有效的途径[3]，其主要应用于：

2.1 品质改良育种

目前蔬菜品质改良已成为蔬菜品种选育的主要目标，一些有价值的外源基因的导入无疑是一条有效途径。我国自主培育的“超油1号”和“超油2号”两个转基因油菜新品系，含油量高达52.82%，是目前世界上含油量最高的甘蓝型油菜[4]。另外，抗腐能力强、耐贮性高的番茄以及具有高含量必需氨基酸的马铃薯等转基因蔬菜也开始进入市场。

2.2 抗性育种

2.2.1 转入抗病毒基因

利用最多的一种方式是通过遗传转化将病毒外壳蛋白的编码基因转入受体细胞中表达，目前这种技术已在番茄、黄瓜、南瓜、甜瓜、生菜等蔬菜上应用。此外，病毒复制酶基因、病毒的反义基因以及一些非病毒来源的基因转化也均有很大发展。马伟采用农杆菌介导法将TuMV-CP基因导入大白菜中，建立了高效的大白菜离体再生、遗传转化体系，并对转基因植株进行分子生物学检测，证实得到的再生植株为转基因植株，目的基因已在部分植株上表达；同时，还对转基因植株的后代进行检测，分析该基因所控制性状的遗传稳定性以及基因表达情况，为大白菜基因工程抗病育种提供理论依据[5]。

2.2.2 转入抗虫基因

目前应用的抗虫基因主要有两种，即来源于苏云金芽孢杆菌的毒素基因和来源于植物的蛋白酶抑制因子基因，其中研究最多的是毒素基因，如从苏云金芽孢杆菌中提取出引起鳞翅目昆虫神经中毒而死亡的内毒素基因，将其转入番茄和马铃薯中，发现这些转基因植物的杀虫效果良好。毒素基因还能稳定遗传，并且毒素对人畜无害。日本科研人员从苍蝇体内分离得到一种抗菌性很强的蛋白质基因，并将这种基因转移到作物细胞中培育出抗病的烟草、白菜[6]。

2.2.3 转入抗逆基因

目前抗逆基因工程的研究，一方面集中于在逆境条件下才能表达的某些基因的研究，如与抗（耐）盐碱有关的脯氨酸合成酶基因及其他与抗逆有关的基因；在一种酵母中发现了一种抗盐碱基因，现在人们已经培育出抗盐碱的番茄和某些瓜类。另一方面则是抗逆代谢过程中某些酶的研究，现已分离出大量与抗逆代谢相关的基因，目前应用于作物上的抗冻基因主要是鱼类的抗冻蛋白基因，例如我国科学家把生活在寒温带的“美洲拟鲽”冷水鱼的抗冻蛋白基因注入番茄的花粉管，得到转基因的抗寒番茄，试验表明，这种番茄幼苗与对照品种相比，致死温度下降2 ℃，所需积温减少125 ℃，并表现出很强的抗晚霜能力。

2.2.4 转入抗除草剂基因

主要有两种途径：一是使除草剂的敏感性改变，如将除草剂所作用的酶或蛋白质的基因转入植物，使其拷贝数增加，从而使转基因植物中这种酶或蛋白质的量大大增加；或针对除草剂能识别酶上的位点这一特点，用基因突变的方法使该位点上的相应氨基酸发生突变，但这种基因突变不会损坏该酶的二级结构和酶的保护功能，只是使除草剂不能识别这个位点。二是导入外源基因使除草剂解毒，如草甘膦是一种广谱除草剂，人们在一种突变细菌中发现了抗草甘膦的基因，将该基因转入到植物中，则转基因植物能不被草甘膦杀死。

3 分子标记技术在蔬菜育种上的应用

标记育种是利用与目标性状基因紧密连锁的遗传标记，对目标性状进行跟踪选择的一项育种技术[7]。分子生物学的发展为植物遗传标记提供了一种基于DNA变异的新技术手段，即分子标记技术。它直接以DNA形式出现，在植物体的各个组织及各发育时期均可检测到，不受季节、环境的限制，不存在表达与否的问题；数量极多，遍及整个基因组；多态性高，利用大量引物、探针可完成覆盖基因组的分析；表现为中性，既不影响目标性状的表达，也与不良性状无必然的连锁；许多标记为共显性，能够鉴别出纯合的基因型与杂合的基因型，提供完整的遗传信息，其主要应用于：

3.1 构建遗传图谱

遗传图谱是植物遗传育种及分子克隆等许多应用研究的理论依据和基础，而传统的遗传标记技术标记数目少，难以形成一个较为完整的连锁图。在蔬菜作物中，利用分子标记技术目前已构建了番茄、马铃薯、辣椒、蒿苣、甘蓝、胡萝卜、芥菜、豌豆、黄瓜、白菜、芹菜等约20种蔬菜作物的图谱。

3.2 种质资源研究

许多科研工作者都借助分子标记技术进行蔬菜种质资源分类与遗传多样性的研究。Mc Greger等利用分子标记技术分别对白菜和马铃薯的不同品种进行了成功的分析鉴定。Stanb等利用分子标记技术，将来源于国家植物种质资源系统（NPGS）中的922份黄瓜种质材料与118份黄瓜栽培材料进行了分析比较，发现栽培材料的遗传背景十分狭窄，将NPGS黄瓜中的基因通过回交的方式引入栽培黄瓜，可以进行品种改良[8]。

3.3 基因定位

大多数经济性状都是数量性状，如产量、成熟期、品质等。传统上是采用数理统计学的方法，把控制某一数量性状的微效多基因当作一个整体研究，由于这些微效多基因易受环境条件影响，因此对这些性状的选择效果差、周期长，而分子标记技术的发展已可以将多个数量性状进行分解，并进行个别研究。

3.4 分子标记辅助选择

在作物的选择育种中，过去对目标性状的选择是根据形态标记进行的，由于环境因素和生长时期对表现型有极大影响，因此这种选择需要大量的人力、物力及很长的时间，而分子标记辅助选择可以极大地提高选择的效率。例如在进行回交育种时，可以在回交后代中选择带有目标基因、同时带有回交亲本标记的单株进行回交，以加快育种进程。

3.5 品种纯度鉴定

利用分子标记技术进行蔬菜品种鉴定，可以不受环境、取材部位、时间等因素的影响，在种子或幼苗阶段即可鉴定，且信息量大，可以区分出形态标记难以鉴别的细微差异，准确、快速（数小时至数天即可完成）。品种鉴定需要首先构建品种的标准DNA指纹图谱，将需要鉴定的品种的指纹与之对比，即可知道品种的纯度和真伪。严莉等利用生理生化方法和DNA分子标记技术，在分子水平、基因水平上根据不同品种遗传密码和酶谱表现不一的特征对种子进行鉴别，快速、准确、可靠[9]。

生物技术在蔬菜遗传育种、品质改良上的应用前景十分乐观，最近十几年来已取得很大的进展，转基因蔬菜成果已经在生产上得到应用[10]。目前，许多国家为了鼓励和推动生物技术的发展，已经制定和采取了一些新的、有效的政策及措施，并被人们逐渐接受。在不断加强基础研究工作的同时，还要将生物技术充分融合到常规育种中去，并尽快转化为生产力，使其为人类社会提供更多的服务，带来更多的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 向太和，杨剑波，吴家道.我国农作物生物技术育种研究现状和展望[J].安徽农业科学，1994（2）： 104-107.

[2] 严智燕，张瑞香，黎宇.生物技术在育种中的应用[J].安徽农学通报，2008（11）： 93-94.

[3] 王连峰，张军，曾宪贤，等.转基因技术的研究及应用进展[J].生物技术，2008（3）： 86-89.

[4] 王新发，王汉中，刘贵华.现代生物技术在油菜育种中的应用及前景[J].中国油料作物学报，2002（3）： 74-77.

[5] 马伟.大白菜转芜菁花叶病毒外壳蛋白基因的研究[D].哈尔滨：东北农业大学，2002.

[6] 李恋.生物技术在植物育种上的新应用[J].内蒙古农业科技，2006（3）： 52-54.

[7] 刘志文.人工合成甘蓝型黄籽油菜的分子标记和利用研究[D].武汉：华中农业大学，2005.

[8] 汪社英，蒋学波.生物技术与蔬菜品种的改良[J].安徽师范大学学报（自然科学版），2000（2）：188-189.

[9] 严莉，谢英维，张亚平，等.现代生物技术在作物品种纯度鉴定上的研究进展[J].种子，2002（6）： 45-46.

生物育种技术范文第3篇

关键词：生物技术；棉花育种；应用

棉花在我国的经济发展中是一种主要的经济作物及纤维作物，常规育种在棉花生产中发挥了较大的作用，但是在近几年的棉花育种中对抗虫、抗旱以及抗黄萎病等方面没有较大的进展，生物技术在新材料的创造方面优势较大，发展速度逐渐加快，也取得了很大进展，为社会经济效益的提升做出了贡献。

1 生物技术在棉花育种中的应用

1.1 农杆菌介导技术在棉花育种中的应用进展

通过农杆菌介导外源基因转化棉花已经成为经典技术，在至今发展起来的棉花转基因技术中，农杆菌介导的遗传转化占据主导地位，应用最为普遍[1]。在使用农杆菌介导法成功的获得珂字棉转基因植株之后，这一技术就在国际上得到了快速的推广应用，进展也很迅速。并且珂字棉中的几中类型还在还成为了转基因实验中模式品种，提高了转化效率，但是在实际的转基因棉花材料的应用中还需要经过系统选育或者杂交选育的方法去进行处理。通过我国科学家的努力，农杆菌介导技术获得了简单化及具体化的进步，对技术应用的关键点进行了明确，棉花瓶中的规模化转化体系也得到了快速的、多样化的建立，实现了不同转基因技术之间的结合应用，达到了流水线生产的效果，使得棉花转基因技术体系更加的高效，显著的提高了棉花的成株规模，降低了生产成本。

1.2 花粉管通道技术在棉花育种中的应用进展

花粉管通道技术属于我国科学家独立创造的一种转基因技术，并且在棉花转基因技术中也应经取得了很大的突破，这一技术的发明首先是通过玉米、小麦、大豆等农作物进行实验的，然后在棉花上进行转移抗枯萎病DNA大片段取得了成功，后来转基因棉花品种植株由谢道昕等人研究完成，随后科学家又在陆地棉中实验成功，研究出了具有吐絮集中、高产、耐枯萎及抗逆性强等特点的棉花新品种，称为湘棉12号。海岛棉DNA道路陆地棉之后又出现了三种新的棉花品系，随后转基因抗虫棉也得到了应用，而中国农科院棉花研究所的李付广等人则将双价抗虫基因转入到了中棉所23之中，使得双价转基因材料sGK9708得到了研发与应用。另外，我国还形成了比较完善的棉花转基因技术体系，花粉管通道技术在实际的使用中不会因为棉花基因型号而产生不良影响，独立自主性较强，与国际先进水平相一致，当前我国农科院棉花研究所还建立了专门的转基因技术平台，利用三种转化技术每年可以产生六千株的棉花，并且凭借这一技术获得了国家科技进步奖项。

1.3 基因枪导入技术在棉花育种上的应用进展

基因枪导入技术是由美国Cornell大学的JohnSanford等人于1987年研制出的，这是基因枪转化技术发展的开端[2]。商品枪PD S-1000系统最早是由美国企业推出的，这一技术的发展重点在粒子加速系统之中，主要目标就是提升射弹的可控性，就是更加重视粒子运行速度与射入的浓度两者之间的发展关系。基因枪转化技术不受宿主控制，并且其中的靶受体类型比较多样化，成了应用最为广泛的一种基因转移技术类型。现阶段，已经有很多种类的作物使用这一技术获得了转基因植株，比如小麦、水稻等等。这一技术生命力比较旺盛，具有优良的发展潜力。在棉花育种过程研究中还通过棉花胚性悬浮细胞系当作受体实行轰击，得到了转化植株，然后又通过茎尖分生组织对棉花受体实施了转化，使得经分子检测的棉花转化植株的研发获得了很大的成功，最终获得了可以进行育种的海岛棉与多种陆地棉的转化植株，转化率大约在百分之0.027到百分之0.22之间。科学家还通过基因枪技术将抗棉铃虫、抗蚜虫及抗旱等基因转入到了国产的棉花品种之中，使得转基因棉花品种增加了育种价值，中国农业科学院棉花研究所还实现了基因枪轰击转化体系的建成，提高了植株的转化率。

2 生物技术在棉花育种中存在的问题及对策

目前棉花生物技术研究主要集中于几个方面：其一是无选择标记转化技术，可避免抗抗生素基因的负面影响；其二是棉花内源基因的克隆与应用，主要用于棉花纤维品质改良与棉酚等次生代谢物的生物降解[3]。融合基因的手段实现基因克隆并投入应用，这样做的目的主要是提升棉花生产的商业价值，现阶段棉花育种技术的发展已经取得了很大的进步，但是其中仍然存在一些不足之处，需要找出相应的解决对策，主要体现在以下几个方面：

首先，应该做的就是对已经实现商业化的基因进行不断的改进，现阶段棉花育种中使用的转基因抗虫棉只能对红铃虫及棉铃虫等有限的害虫产生抗性，但是对其他害虫，比如棉叶螨、烟粉虱及棉蚜等都不能产生相应的抗性，在抗虫棉的种植中，人们会相对的减少农药的使用次数，所以对以上的害虫的治理效果也会明显下降，加重了这些种类的害虫对棉花生产造成的危害，因此，需尽快的研究出有价值的配套综合防治科技。现阶段的转基因抗虫棉的种植时间能够一定程度的进行延长，种植面积也在增加，所以棉铃虫产生的抗性也会逐渐的增强，针对这一情况，可通过寻找与筛选广谱抗虫基因结合特异启动子的使用，利用转多基因抗虫棉等手段去解决其中的问题。

其次，目前已经克隆的与棉花相关的基因和元件数量非常多，但是其中具有良好的应用价值的基因数量却是少之又少，得到实际应用的主要有Bt类以及抗除草剂类的棉花种子，其它方面的比如抗旱、抗黄萎病等类型的基因还是不能从实验室真正的应用到农田生产之中。针对这一问题，生物技术研究人员应该注重对外源基因进行构建、转化等内容的探究与实验。针对Bt抗虫棉这类棉种来说，它属于一种单基因的性状，应用时间不断增加的情况下，棉铃虫及红铃虫等害虫体内就会随之出现抗Bt的群体，双价抗虫棉即使具备较高的抗性，其在以后出现棉铃虫抗性群体也是不可避免的，所以需要针对这种抗性丧失的问题加强研究，可以通过寻找与筛选广谱抗虫基因结合特异启动子的方法，对转多基因抗虫棉等技术进行充分的应用。

最后，就是积极促进基因工程和常规育种的结合发展，在生物技术发展中应该意识到，基因工程并不能解决所有棉花育种中存在的问题，实际上它只是一种人工合成的新型材料，应用之前也需要用常规育种的手段对其可靠性进行检验，所以，植物基因技术需要与常规育种技术相结合发展，通过大田试验将转基因植物良好的基因不间断的遗传给后代，这样才能获得棉花育种的可持续发展与增产。

3 结束语

生物技术在棉花育种中的应用获得了不错的效果，对棉花育种工作的发展提供了很大的帮助，以后的发展趋势也非常可观，但是同时也应该看到生物技术在推广应用中具有的局限性，为了达到生物技术的充分利用，为棉花育种工作提供更优良的技术支持，就需要将生物技术与常规棉花育种技术相结合使用，这样才能将生物技术的潜力充分的在棉花育种中发挥出来。

参考文献

[1]李付广，刘传亮.生物技术在棉花育种中的应用[J].棉花学报，2007，5：362-368.

[2]赵兴华，渠云芳，黄晋玲.分子标记技术在棉花育种中的应用[J].山西农业科学，2011，6：611-615.

[3]曾红军.生物技术在棉花育种工作中的应用发展前景[J].石河子科技，1998，6：17-18.

生物育种技术范文第4篇

【关键词】现代生物技术，育种，应用

现代生物技术即生物工程，是以分子遗传学为核心的现代生物科学技术，它采用先进的科学原理和工程技术手段，按照人们预先的设计，对生物材料进行加工、改造和模拟生物及其功能，为人类生产有益的生物制品、培育优良生物品种或提供社会服务的新兴技术领域。生物工程的内容比较广泛，我的论文主要从细胞工程、基因工程和作物诱变育种等几个方面阐述现代生物技术在育种中的应用：

一、细胞工程育种

细胞工程育种是指用细胞融合的方法获得杂种细胞，这种细胞具有高度分化的能力。对于高度分化的植物细胞仍有发育成完整植株的能力，保持着细胞的全能性。根据这个原理近几年发展起来一项无性繁殖的新技术――植物组织培养技术。

组织培养技术的具体过程是在无菌条件下，将植物器官或组织（如芽、茎尖、根尖或花药）的一部分切下来，放在适当的人工培养基上培养。这些器官或组织就会进行细胞分裂，形成愈伤组织。在适当的光照、温度和一定的营养物质与激素等条件下，愈伤组织开始分化，产生出植株各种组织和器官，进而发育成一棵完整的植株。它的特点是取材少，周期短，繁殖率高，且便于自动化管理。这种技术在花卉方面已经广泛应用并取得可观的经济效益。

二、基因工程育种

基因工程育种主要指转基因技术育种，是采用生物工程技术将一种生物基因嵌入另一种生物中。到目前为止，植物基因工程已经在很多方面有了深入的发展，下面介绍几种基因工程育种的方法。

（一）品质育种。

品质育种主要是以小麦、水稻、玉米等谷类作物为材料加以培育的，因为大多数谷类作物籽粒蛋白质所含氨基酸不够平衡，人体及饲养业所必需的赖氨酸、色氨酸、蛋氨酸等均较缺乏，所含蛋白质的数量及质量已不能适应日益增加的需要及食品加工业发展的要求。经过科学家们的精心研究，目前已经培育出来的有高产作物、促进健康的食品、生物改良新饲料、含抗疾病物质农作物、特种转基因棉花和玉米等。

（二）抗性育种。

生物技术在农作物育种和抗病抗逆方面的作用在进行作物品种改良时，主要是是通过增强作物对害虫或环境条件（例如干早或土壤盐渍）的抵抗力、或是通过开发更高产的植物来增加作物的产量。目前已经培育的抗性作物有抗虫作物、抗病毒作物、抗盐碱作物、抗旱作物、抗寒作物等。

（三）固氮育种。

有些细菌具有固定游离氮的能力，特别是生长在豆科植物根部的根瘤菌能有效地将游离氮转变可被作物直接吸收利用的氮。后来发现有近百种固氮微生物能通过固氮酶完成的。所以人们正致力于把其基因转移到其它作物上去，并分离出一些有利于硝盐吸收和利用的基因，这将大大提高肥料的吸收和利用。

三、诱变育种

人工诱变是指利用物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物基因突变。用这种方法可以提高突变率，创造人类需要的变异类型，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。

我国在农作物诱变育种方面也取得了可喜的成果，培育出了数百个农作物新品种。这些新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点，在农业生产中发挥了巨大作用。例如四倍体葡萄、四倍体番茄、含糖量高的三倍体无子西瓜和甜菜等。

另外还有一种太空育种，也叫空间诱变育种，就是将农作物种子或试管种苗送到太空，利用太空特殊的、地面无法模拟的环境如使种子产生变异，再返回地面选育新种子、新材料，培育新品种的作物育种新技术。太空育种具有有益的变异多、变幅大、稳定快，以及高产、优质、早熟、抗病力强等特点。

四、DNA分子标记辅助育种技术

DNA分子标记辅助育种技术，是通过利用与目标性状紧密连锁的DNA分子标记对目标性状进行间接选择的现代育种技术。该技术对目标基因的转移，不仅可在早代进行准确、稳定的选择，而且可克服再度利用隐性基因时识别难的问题，从而加速育种进程，提高育种效率。与常规育种相比，该技术可提高育种效率2-3倍。由于其明显的优越性，该技术已引起了发达国家的高度重视。技术的关键是与重要农艺性状紧密连锁的DNA分子标记的鉴定。

总之，现代生物技术取得的进展，促进了作物育种的进程。在育种过程中需要分子生物学家和育种工作者两者紧密结合，作到优势互补。分子生物学家需要育种工作者提供更新、更好的作物品种作受体，同时育种工作者需要分子生物学家提供从其他种的动、植物（如细菌、微生物等） 中克隆本品种中没有的抗病、优质、高产等优良性状基因，来改良作物品种。从事常规育种的科技工作者也可将转基因作物中的优良性状基因，通过杂交手段转育到当地丰产的主栽品种中，培育适合当地的丰产、抗病、优质的农作物新品种并应用于生产。

参考文献：

[1]黄大，基因工程正在开辟植物病虫害防治的新途径。 植物保护，1999， （1） ：33～36。

[2]沈桂芳，苏宁， 农业高新技术产业化发展趋势。 生物技术通报，2001 ， （1） ：1～5。

[3]王琴芳，薛爱红，黄大。转基因植物产业化现状及发展趋势， 中国农业科技导报，2000，2 （6） 33～36。

[4]朱祯，刘翔.基因作物――农业生物技术学报。

生物育种技术范文第5篇

关键词：农业育种 生物技术

我国农业生产的现状和发展趋势来看，仅仅利用传统的常规育种方法已经很难满足我国农业生产对作物新品种的要求，因而借助于农业生物技术与常规育种方法相结合的方式将会创造出更多的新种质，进而培育出更多高产、优质和多抗的新品种。作物生物技术育种所研究的主要内容涉及到在生物体内的细胞组织、染色体和基因等方面对其遗传基础进行改造和改良，以便获得具有更大增产潜力的作物新品种。

一、 常规育种与生物技术育种

常规育种技术是基于对种内和种间杂种优势的利用，很有限而且是依靠育种家的经验在田间和畜舍对动植物作表型选择；主要有杂交育种，单倍体育种，多倍体育种等。 而生物技术的强大之处在于能突破动物、植物、微生物之间的界限作基因的转移，这就极大地拓宽了种质资源和杂种优势的利用，而且可以直接作基因型的早期选择和在实验室内操作；可以大大提高育种的目标性和效率，缩短育种周期和减少工作量。

二、 生物技术育种取得的成就

迄今为止，国际上已成功地把有实用价值的基因如抗病毒、抗虫、抗除草剂，改变蛋白质组成、提高淀粉含量、雄性不育、改变花色和花形，延长保鲜期等的基因分别转人植物。农业生物技术育种的研究成果正在越来越多地应用于农业生产，深刻地影响着农业的生产方式和效益。据美国农业部（USDA）1996年对美国50年来畜牧生产中各种科学技术所起作用的总结，品种改良的作用居各项技术之首。1996年亚拉巴马州3/4以上的棉花是抗虫害的遗传工程棉花。另外在玉米育种研究领域，玉米育种专家和分子生物学家携手，共同致力于玉米新品种的研究与开发。认识到相互的合作才是发展现代生物技术和现代农业的正确道路，科学家们已经通过应用分子标记手段找到了我国玉米自交系的主要类群，并成功地绘制了我国第一张玉米分子标记连锁图谱，选育出了抗虫转基因玉米品种，并已走出了实验室进入了国家区试，有望在未来的几年得到推广应用。克隆技术在玉米育种上也已启动，克隆玉米部分优良基因的工作进展顺利，并取得初步成效。分子标记辅助选择技术也开始进入育种程序。在未来的育种领域，不管何类作物，都将不可避免的广泛地使用生物技术。而生物技术也将在未来的农业生产的各领域彰显其不可替代的卓越的增产潜能。

三、 生物技术育种的不足之处

然而，由于生物技术其自身的复杂性和高技术性，人类对其认识的局限性，转基因作物类品种的应用将有可能造成对农业生产环境和人类自身的伤害。在欧美等发达国家的一些科学家们也对转基因作物及产品与生物制品的广泛应用提出了疑虑和非议，出于对人类自身和生态环境的安全考虑这些疑虑和非议也不无道理，我们应当充分估计转基因类作物对人类和有益生物可能带来的不良变异和严重的生态污染。因而，我们在研究和应用转基因作物类品种时，应充分的考虑转基因作物自身的安全性，转基因作物及其产品对人与有益生物的安全性保障问题，转基因技术与传统育种技术的有机结合，改良和克服转基因技术的不利因素，建立和完善转基因技术产品的安全标准和安全评价体系，保障粮食生产安全。

四、 我国生物技术育种的发展

我国植物基因工程技术将在两个方面有明显的发展。第一，转基因的技术将会有新的突破。80年代初，最早利用一种叫土壤农杆菌的微生物作为载体将目的基因转入受体。这种细菌只能侵染大部分双子叶植物和少数单子叶植物，因而使农作物的基因工程受到很大限制。80索转化农作物的新方法，其中包括使用电击法、微弹射击法、PEG法和其它一些直接将DNA导入受体的方法。今后这些新技术将不断完善，同时还会有一些新的基因导入技术出现。第二，分离基因的技术将会有新的突破。目前在植物基因工程中所采用的基因基本上是控制生物体质量性状的单基因，即只要转入一个基因就能获得所需要的目标性状，例如抗病毒特性、抗虫特性和抗除草剂特性等。从分离单基因到成功地分离出多基因，其技术要求会更严格，这将是今后植物基因工程有待突破的一个重要方面。除此之外，我国农业分子育种经过20多年的艰苦探索之后，已经形成了比较完善的技术体系，培育了一大批新种质和新品种。这项探索性研究始于1974年，其理论依据就是DN段杂交假说，即在远缘生物间的杂交种中，细胞内的异源染色体在减数分裂中不可能进行正常配对，但异源染色体在受体细胞内一旦被裂解之后所产生的DN段有可能随其同源DNA顺序进入受体染色体，由此会使受体所产生的子代群体发生某些遗传性变异。目前，我国农作物分子育种在外源DNA（基因）导入受体的技术上已日趋完善，其中包括授粉后花粉管通道技术、幼穗穗茎注射技术、种子胚浸泡技术和茎端DNA枪击技术等。在水稻、普通小麦、棉花和大豆等主要作物上均已获得了一大批转基因新种质和新品种（品系），这些新品种（系）在生产上的增产效益非常明显。

现代生物技术在农业上的广泛应用将作为生物技术的“第二次浪潮”在下一个世纪全面展开，这将给农业生产带来新的飞跃。当今生命科学发展的一个主流方向就是进一步阐明生物体基因组及其编码蛋白质的结构与功能。作物生物技术育种在今后一个时期内的研究重点就是研究与农作物产量、品质和抗性等有关的基因结构、功能及其应用。随着研究的不断深入，生物体内部的许多奥秘将被揭开，生物体生长发育和繁殖的一些机理将被掌握。

参考文献：

[1]刘后利，农作物品质育种，湖北科学技术出版社，2001.

[2]李培夫，体细胞桑交技术在作物育种上的开发利用种子科，2005（4）：215-216.

生物育种技术范文第6篇

例如植物的抗虫、抗病、抗倒、高产、优质等都可以通过转基因技术得以改变。尤其是现代的高科技技术蓬勃发展，转基因技术有着发展的良好环境，相对于其它育种途径，转基因技术可以培育出更多更好的植物品种。另外，所培育的新品种有很好地适用外界环境的能力，能突破不同植株的差异化，使得植株的性能大幅度提高。1983年研究成功后，转基因作物从1996年的170万公顷直接增长至2003年的6770万公顷，有5大洲18个国家的700万户农户种植，其中转基因大豆已占全部大豆种植的55%，玉米占11%，棉花占21%，油菜占16%。当前，玉米的遗传工程研究大多数体现在以下三个方面：一是培育抗病虫害的转基因玉米；二是培育抗除草剂的转基因玉米；三是培育抗旱抗涝、抗寒等转基因玉米。一般来说，玉米转基因技术主要有：载体转化技术指的是玉米通过农杆菌质粒介导的转化系统进行基因的转换。DNA直接导入转化技术包括基因枪法、PEG法、电击法、超声波法等。种质转化技术包括花粉管通道法、子房注射法等。

二、分子标记辅助育种技术途径

分子标记技术在我国的发展尤其迅速，被大范围的应用到玉米自交系的遗传多样性分析当中，对于玉米群体优劣的划分、玉米的抗病抗逆性能、玉米雄性不育系等多方面的研究有着非常重要的意义。另外，在深入进行玉米遗传多样性的研究上，可以为玉米种质资源收集、亲本的选择、玉米种类的划分、基因组建等多方面提供必要的技术和数据支持。与此同时，分子标记技术的应用，可以帮助基因在改善玉米的杂种优势预测方面的科研工作有所突破，避免由于玉米的先天遗传方面的不足带来的低产效应，给玉米的品种的培育提供了更为优质的品种资源。在实际的玉米自交系遗传变异研究中，分子标记可以更好地进行杂种优势群的划分。相对于玉米自交系纯度，分子标记育种技术的方法可以更为精确、简单易操作，保证玉米自交系纯度质量。指纹图谱是分子标记技术在玉米育种上的显著应用，可以通过指纹图谱建立植物品种的汇总。同时，分子标记技术可以更为精确的区分先天遗传差异较小的植株，使得培育的技术更为精确，并且分子技术培育被广泛应用于植物新品种保护领域。目前，我国在玉米新品种保护方面也已经取得不小的成就，逐步建立起自交系和杂交种的DNA指纹图谱数据库。数据库的好处是更为方便鉴定植物基因类型，尤其是一些并未有被记录在指纹图谱中的品种分类。作为结果，分子标记技术可以为更好地监测玉米育种群体的遗传多样性提供必要的数据支持，也为育种专家如何选择优质的杂交组合提供理论依据。

三、结语

综上所述，生物技术的应用与发展为玉米育种带来了新的生机与活力，通过生物技术的应用可以培育出更优质的玉米品种，对玉米常规育种技术来说是很好的补充。同时，生物技术在玉米育种中的应用势必会带来育种水平的提高和突破，能协调好常规育种同生物技术两者的相互关系。只有两者相互结合，相辅相成，才能促进玉米育种在原有的基础上培育出更多的品种。这就要求一定要实现常规育种和生物技术的统一，拓宽玉米育种的新途径，为我国的农业生产奠定坚实的基础。

生物育种技术范文第7篇

摘 要：随着科技水平的发展，农业生产也渐渐步入了科学化、技术化的时代。生物技术的迅猛发展以及广泛运用给技术化种田提供了技术支持。在玉米育种中，采用生物技术育种与传统常规的育种技术相结合的方式，培育出了玉米的新品种，这种新品种高产、抗逆、优质、抗病，提高了玉米的育种效率，缩短了育种进程。本文将从玉米生物技术育种的种类以及特点展开论述，分析基因工程技术在玉米抗病、抗虫、抗药剂以及品种改良方面的应用，总结我国在转基因玉米育种的成果。

关键词：生物技术；玉米育种；转基因技术

中图分类号：S513 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230036

玉米在粮食作物中，是仅次于水稻和小麦的世界第3大粮食作物，我国玉米播种面积高达0.2亿hm2左右，仅次于美国。玉米在人们日常生活生产中的地位显得愈来愈重要。它不仅是一种粮食作物，同时在能源、医疗、工业等多方面都发挥着很重要的作用。随着社会的进步，人们生活水平的不断提高，对于玉米的需求量也越来越高，但是近年来，由于耕地面积不断减少，自然灾害、病虫灾害的频发，导致玉米产量逐年下降，人们对于高产抗病的玉米新品种的渴望日益强烈，这就对玉米育种有更高的要求。生物技术与传统常规技术相结合培育出的新品种满足了人们这一需求。

1 生物技术在玉米育种中的应用

自20世纪80年代始，科学家以及农业学家们尝试利用生物工程技术，把外源或者经体外修饰后的仍椿因导入到植物当中，改良品种的种植性状，并且获得成功。20世纪90年代转基因玉米的研究取得了突破性进展。玉米的转基因育种是指通过物理、化学以及分子生物学等多种方法将外源基因整合到玉米基因中，并在玉米中表达目标蛋白，从而使玉米获得外源基因的所有表达。玉米转基因育种是通过基因转移方法创造玉米新种质或新品种。最近这几年以来，生物工程的兴起，特别是基因工程技术在品种改良中的应用，为培育抗性品提供了新的发展方向以及新的技术手段，其中转基因技术将玉米基因库中不具有的抗性基因导入玉米中，实现了传统常规育种方式无法达到的基因重组，进而提高了育种的水平。到目前为止，抗虫的转基因玉米是研究的最为成熟的，抗除草剂的转基因玉米也获得很大进展。转基因生物工程技术在玉米育种当中的应用，打破了原有的物种间基因交流界限，充分利用了自然界其他物种的优秀基因资源，突破了原有的玉米育种的种种局限，实现了对于玉米选种的定向改良。

2 常见的玉米转基因技术

根据对于玉米的外源基因遗传转化原理 ，可以把玉米转基因技术大致分为3类：农杆菌介导的基因转化方法、DNA 直接导入的基因转化技术以及花粉管通道介导的基因转化技术。到目前为止，应用最为广泛的是农杆菌介导法、基因枪法和花粉管通道法。

2.1 农杆菌介导法

通常所说的农杆菌是指在土壤中，生活在植物根的表面，通过根组织渗透出来的营养物质来维系生存的革兰氏阴性细菌。主要包括2种：根癌农杆菌和发状农杆菌，在农杆菌介导植物基因转化中应用最多的是根癌农杆菌。它可以通过侵染植物的受伤部位将其 Ti质粒上的T-DNA区转移到植物受体细胞并整合到植物基因组中，因此利用 Ti质粒介导基因转化系统的研究引起人们广泛关注并取得极大成功。

采用农杆菌介导法在玉米遗传改良中有很多优点。这个转化系统利用的是天然的转化载体系统，成功率高，效果好。遗传稳定，费用低，操作简单。近年来，通过科学家的不断努力，对于农杆菌介导法的不断优化，使得这种方法在玉米转基因的应用中越来越广泛，取得了不错的成果。

2.2 基因枪法

基因枪法又被称之为粒子轰击，这种方法是在1987年创立的，它是利用高速运动的金属微粒将附着于微粒表面的外源 DNA分子带入到受体细胞中的一种遗传物质导入技术。

基因枪法不仅适用于单子叶植物，也适用于双子叶植物，同时可以实现多种基因的同时转化，获得再生植株。纵然它的优点很多，但是它的缺点也特别突出，费用高，操作过程繁琐，在转化DN段的时候容易断裂，外源基因沉默或者拷贝不完整。

2.3 花管粉通道法

花管粉通道法是由我国学者周广宇在20世纪80年代提出的。花管粉通道法指在授粉之后向子房内注射含有基因的DNA溶液，利用植物开花受精的时候形成的花粉通道，将外源DNA导入受精卵细胞，并进一步地被整合到受体细胞的基因组中，随着受精卵的发育而成为带转基因的新个体。通过这种方式育种的优点有很多。不用组织培养获得再生苗，克服了受体植株再生难的问题。操作简单，转化率高，转化周期短，受环境的限制小。但是这种方法也存在一定的缺陷，后代外源基因z传稳定性较差，且往往不符合孟德尔分离定律，不利于后续研究的开展。

3 转基因玉米研究的进展

虽然目前仍然以传统常规技术为主，近些年来，由于生物技术的迅猛发展，在各种农作物上取得的突破性进展，这些技术手段为玉米育种提供了更广泛的育种方法。其中比较有代表性的抗除草剂转基因玉米培育，抗虫基因玉米的培育，抗逆转基因玉米的培育。

3.1 抗除草剂转基因玉米培育

杂草是农民种田过程中遇到的比较头疼的问题，由于杂草处理起来很麻烦，而且除去，不久又会再生。为了解决这一难题，人们通常喷洒除草剂，对于除草剂的使用，不仅减少了农民田间管理的工作量，而且提高了工作效率，但是通常在除草的同时，也会对玉米产生影响，常规的玉米品种中缺少对抗除草剂的合适基因。2013年余桂容等人通过农杆菌介导法将抗草甘膦双价基因 G2R79-epsps 转入玉米幼胚细胞，获得 7 株转基因阳性植株，获得了可耐6%草甘膦的转基因玉米材料，为抗除草剂玉米新品种选育提供了较好的基础材料。抗除草剂转基因玉米的培育，正好解决了这一难题。

3.2 抗虫基因玉米的培育

病虫害一直是影响玉米质量与产量的重要因素。为了解决这一难题，自20世纪90年代以来，通过对于转基因技术的研究，在抗虫转基因玉米的品种培育上取得了突破性的进展。目前对于抗虫转基因玉米的研究主要集中在多价抗虫基因的同时转化以及抗虫基因优化2方面。经过多年的努力，具有很好的抗虫效果的转基因玉米材料已经被研制出来，并且已经进入安全证书申请阶段。

3.3 抗逆转基因玉米的培育

近年来，自然灾害频发，旱涝、盐碱以及污染等，致使玉米减产。通过科学家和农业学家的不断研究与实验，通过抗逆功能基因的遗传转化及抗逆相关转录因子的超表达提高玉米的抗逆性，提高玉米对抗自然灾害能力，从而保证玉米的产量。

4 结论

文中通过以上论述，简单阐述了转基因玉米生物技术育种的应用及其研究成果，可以看出在转基因玉米培育上已经取得很多成果，来提高玉米的产量，同时，展望了基因工程技术和转基因玉米的研究进展在玉米育种中的应用前景，总结了生物技术与常规育种相结合的重要性。在国内，对于生物育种也给予了高度重视，生物技术是对常规育种方法的一种发展和补充，填补了常规育种方法的不足，但是在提高玉米的产量的同时也不能忽视玉米的质量，对于转基因玉米的培育还有很长的路要走。随着科学技术的发展，玉米育种一定会更加科学化、高效化。进一步促进我国玉米生产的长期稳定发展和加快经济建设做出了更大的贡献。

参考文献

[1]关淑艳，马义勇，曲静.高产优质玉米新品种“吉农玉309”选育报告[J].吉林农业大学学报，2010（6）：603-605.

[2]巩振辉，申书兴.植物组织培养[M].北京：化学工业出版社，2007.

[3]谢树章，雷开荣，杨小艳.农杆菌介导抗虫基因Gm-Cry1F 转化玉米的研究[J].西南农业学报，2015（3）：962-966.

生物育种技术范文第8篇

该方法是一种将外源DNA包被在金粉或钨粉微粒表面，在高压作用下轰击受体细胞或组织而达到稳定转化的方法［16］。Qiu等［62］报道了利用基因枪法成功将CaMV35S转录DHN1基因导入到美味猕猴桃悬浮细胞中。在猕猴桃遗传转化中，也有利用PEG介导法的成功报道，朱道圩等［63］成功的利用该方法将绿色荧光蛋白基因（GFP）转入到了软枣猕猴桃原生质体中。成功获得转基因植株的一个基本条件是选择的植物细胞类型或者外植体可区分整个植株。研究表明，幼叶、叶柄和茎尖组织已被成功用于猕猴桃转化中。一般情况下选择的外植体越幼嫩更容易获得再生植株，而Han等［51］在软枣猕猴桃研究中发现，如果选择太幼嫩的外植体，农杆菌共培养后会出现坏死和褐变现象。因此，有研究者提出要保持猕猴桃外植体在农杆菌共培养条件下的活性和耐性，每3-4周进行体外继代培养必不可少［60］。MS基础培养基也被成功的用于猕猴桃愈伤组织诱导和植株再生［28］。植物生长激素和细胞分裂素的使用主要取决于外植体材料。例如，Fraser等［54］研究发现在中华猕猴桃组织再生中，加入0.1mg/L的噻苯隆（TDZ）和10mg/L的激动素再生效果要明显优于其他细胞分裂素。Wang等［60］研究发现在加入了2mg/L玉米素和3mg/L的BAP培养基中，可以获得更高的毛花猕猴桃再生芽。Kim等［47］利用包含0.001mg/L2，4-D和0.1mg/L玉米素的1/2MS培养基获得了美味猕猴桃再生芽。

2猕猴桃育种进展及其方法

2.1猕猴桃育种主要进展

据统计，截止到2013年，全球猕猴桃面积约为17万hm2，产量242.80万t（数据引自第八届国际猕猴桃会议资料）。从1978-2013年，我国猕猴桃种植面积从不足1hm2增加到了11万hm2，截止到2013年我国猕猴桃年产量达到约123.63万t。这些数据说明由于育种家的多年努力，猕猴桃主产国的栽培面积和产量在继续提高。我国猕猴桃育种取得的新进展主要表现在2个方面：（1）主栽区育成一批优良的新品种，实现了国外品种长期主导我国猕猴桃产业的局面。根据相关文献统计，主要美味猕猴桃品种有（陕西）秦美、（湖南）米良1号、（湖北）金魁、（江苏）徐香、（贵州）贵长、（陕西）翠香、（河南）华美2号、（陕西）金香、金硕（湖北）、（湖北）鄂猕猴桃4号（、河南）中猕1号（、安徽）皖翠（、陕西）秦翠（、四川）川猕1号、川猕2号（、河南）蜜宝1号。主要中华猕猴桃品种有（湖北）金桃、（四川）红阳、（陕西）华优、（湖北）金艳、（湖南）翠玉、（湖南）丰悦、（江西）早鲜、（江西）魁蜜、（江西）金丰、（湖南）楚红（、湖北）武植3号、（四川）金什1号（、湖北）金怡、（湖北）鄂猕猴桃3号、（湖北）金早、（湖北）鄂猕猴桃3号（、湖北）金阳1号、金农1号及（四川）川猕3号和川猕4号。主要雄性授粉品种有（新西兰）汤姆利、（新西兰）马图阿、（湖北）磨山4号及（湖北）超红。其他种猕猴桃品种有：毛花猕猴桃品种‘华特’、软枣猕猴桃新品种‘宝贝星’（四川）、黑蕊猕猴桃新品种‘红宝石星’（河南）和大籽猕猴桃新品种‘金铃’（湖北）。在我国大面积栽培的国外品种有海沃德（新西兰）、布鲁诺（新西兰）、Hort16A（新西兰）［1，64，65］。自1978年以来我国选育出了近100多个猕猴桃优良品种（品系），实际上大面积推广栽培的品种很少。截止到2011年，栽培面积占到全国5%的品种仅有红阳、徐香、秦美和金魁4个［1］。总体来说，大面积推广栽培的品种主要表现是产量和品质较高，而最突出的特点是生态适应性广。（2）育种目标趋于多元化发展。例如，传统的猕猴桃以绿肉果实为主，近年来黄肉和红肉猕猴桃逐渐受到消费者青睐，用中华猕猴桃和毛花猕猴桃杂交育成的黄肉品种‘金艳’已经成功进入欧洲和南美市场；另外，也培育了供观赏的品种，如‘江山娇’和‘满天星’［66］。猕猴桃育种中还存在许多较为突出的问题。总体上可以概括为：育种单位多，组织形式不合理，缺乏有效协作和必要的合作，材料和信息交流不畅通，严重影响了我国猕猴桃大品种和产业的发展水平。具体表现在以下几个方面：一是育种方法和品种单一。目前我国育成的这100多个新品种（系）中，约有95%以上的品种是通过野生、实生选优方法育成的；另外，这些品种中基本上以美味猕猴桃和中华猕猴桃为主，涉及到其他猕猴桃种的很少。二是生物技术应用慢，针对特定性状的分子标记很少，分子标记的开发与猕猴桃育种目标结合不紧密，尚未建立起为育种服务的生物技术平台，标记辅助选择育种技术没有真正在新品种培育中发挥作用。三是新品种审定应进一步规范化。近30多年来全国共育成审定品种数量很多，但大多数品种基本上都是处于“昙花一现”的困窘，真正能够在生产上推广栽培的品种寥寥无几；另外，这些审定的品种中对抗病性（特别是抗溃疡病）等基本上都缺乏鉴定结果，直接影响了品种的推广寿命。

2.2育种方法和育种路线浅析

现有的猕猴桃育种方法主要有：野生选优、实生选优、芽变选种、杂交育种和渐渗育种等［1］。现阶段，我国猕猴桃育种仍然以野生选优和实生选优为主，利用这些方法培育出的品种为推动猕猴桃产业发展作出了巨大的贡献，如秦美、金魁和金桃等；通过实生选优培育的品种有海沃德、红阳、徐香和华优等；也有经过种间杂交育成的品种，如金艳［64］。野生和实生选优存在育种周期长，同时是建立在大量野生资源收集基础上的。因此，如何将野生和实生选优与分子生物学技术结合起来，加速育种进程和定向性是急需解决的一个问题。另外，种间杂交在猕猴桃育种中应用也较多，该方法可以将感兴趣的野生物种农艺性状通过杂交转育到栽培品种中［67，68］。目前已有许多猕猴桃实现了种间杂交育种，主要包括中华猕猴桃、软枣猕猴桃、黑蕊猕猴桃、大籽猕猴桃（A.macrosperma）和狗枣猕猴桃等［36，38，67-75］。某些物种杂交后代虽然由于受精障碍无法获得可育种子，但在猕猴桃种间杂交中已成功获得了一些优良性状，如实现了红色和黄色果肉、高含量VC、绿色和无毛果皮、高含量的可溶性固形物、花结构和颜色［67，68，70，71］。例如，Hirsch等［36］配置了4个种间杂交组合：狗枣猕猴桃×中华猕猴桃、葛枣猕猴桃×对萼猕猴桃、软枣猕猴桃×葛枣猕猴桃、狗枣猕猴桃×美味猕猴桃，流式细胞分析检测结果表明在这些物种间存在广泛的种间可杂交性。近年来，利用体外染色体加倍技术进行育种的研究也有报道。如Wu等［37］利用秋水仙素离体加倍中华猕猴桃染色体进行育种，这是首次成功的将秋水仙素用于猕猴桃多倍体诱导育种研究中，结果表明加倍效率主要受体外培养基和秋水仙素浓度的相互作用。Wu等［76］报道了自然四倍体和人工诱导四倍体中华猕猴桃染色体减数分裂中的配对行为，指出二倍体种质资源可用于四倍体猕猴桃育种中。也有利用其他方法培育新品种的报道，如Mavromatis等［19］从猕猴桃品种“海沃德”中利用系统的孢子体选择方法选育出了一个新品种。合理科学的育种理论和方法对指导猕猴桃育种工作具有重要的意义。基于现阶段相关研究进展，我国猕猴桃的育种方法可以分为：传统育种和现代育种。（1）传统育种即选择具有特定性状的杂交亲本进行人工杂交育种以培育具有某种新性状的优良品种或者经过野生选优和实生选优培育新品种，如Atkinson等［77］对毛花猕猴桃利于剥皮的这一特性进行了分析，并将其用于常规杂交育种实践中；（2）现代育种，也可称为快速育种技术，主要是利用现代生物技术进行标记辅助选择育种，并借助生物统计学进行亲本、后代的有效选择和评价基因型和环境相互作用的影响，如黄宏文［1］提出的猕猴桃基因渐渗育种就是现代育种技术的一个范例。如在自然资源不具优势的新西兰和意大利等猕猴桃主产国，其新品种选育大多采用了大量的人工杂交设计育种程序和分子标记辅助选择育种［1］。例如，Gill等［8］利用RAPD分子标记开发了用于猕猴桃性别决定鉴定的序列特异性扩增区（Sequence-characterizedamplifiedregion，SCAR）标记，这些标记可以用于猕猴桃标记辅助育种选择中，如对杂交后代在苗期剔除雄株，当作为授粉树时用于选择雄株，或者用于确定种植群体的一个合理的雌雄子代比率。从育种路线上可以分为：抗逆育种、品质育种和砧木选择育种等。（1）抗逆育种具体包括抗病、抗旱、抗寒和抗热等育种；（2）品质育种主要包括果实大小和形状、果面毛被、果肉颜色、果实质地、果实风味和营养成分等。基于以上育种方法体系，适应于我国猕猴桃产业发展的育种策略和育种目标可以概括描述为：“以猕猴桃野生种质资源收集和评价为中心，通过传统育种和现代分子生物学技术相结合的方法，培育满足消费者和市场需求的具有新性状的优良品种为目标”。在具体育种实践中可考虑利用的现代技术包括：染色体重组调控、细胞选择、原生质体融合、倍性操作和胚胎培养等（www.plantandfood.co.nz）。此外，新一代测序技术如转录组测序和SLAF-seq技术对分子生物学的研究发挥了巨大的作用，我国猕猴桃野生资源丰富，利用新一代测序技术进行各种优异资源开发，建立大规模的基因组数据库，可加速育种进程，为培育转基因新品种提供丰富的基因资源［78，79］。

3展望

猕猴桃因其富含丰富的营养，已成为人们青睐的水果。而优质的猕猴桃新品种是实现其高品质的保证。因此，针对重要性状的多目标育种应是今后相当长时期内猕猴桃产业发展亟需解决的重要任务。

3.1加强我国野生猕猴桃种质资源的收集、鉴定、评价和利用

野生种质资源中包含着丰富的优异基因，是一个巨大的天然“基因库”，也是新品种选育的主要材料来源。目前主栽的猕猴桃品种基本上都是利用野生资源选育的，如海沃德和秦美。猕猴桃野生种质资源可以考虑从以下几个方面着手开展工作：一是加强野外资源调查工作。野生种质资源调查应是育种工作者坚持的一项常规性工作，当前更多的青年研究者热衷于从事实验室和分子研究工作，而往往忽视了野生资源的收集与利用；二是加强开展野生资源多目标评价筛选和优异基因的发掘。对野生资源的利用不能仅仅局限于品种选育方面，如在以往的抗逆性资源筛选和转基因研究中，选择的研究材料多集中在栽培品种中，将抗逆资源筛选和抗逆基因发掘的重点放在野生植物上更为可行，因为这方面的抗逆资源更为丰富、抗性更强，而且与栽培品种相比，这类野生植株存活需求是第一位的，产量品质是第二位的，生态生理效益在先，只要生存下来，就有机会实现其栽培经济目标。具体来说，在猕猴桃研究中，可从野生资源中鉴定筛选抗旱、抗寒砧木，利用抗猕猴桃溃疡病材料进行抗性基因发掘，为培育转基因品种奠定夯实的材料基础。

3.2加强猕猴桃特异资源的种质创新

通过植物基因工程、种间杂交、胚挽救和花药培养等方法可以实现新种质创新。特别是以猕猴桃野生近缘种为供体，与栽培品种杂交，同时利用“高代回交法”，可以将近缘种中的优异目标基因快速转移到栽培种中。目前，猕猴桃分子研究的目标性状多集中在果实风味、香味、成熟和颜色上；另外，由于溃疡病的大面积爆发，近年来在猕猴桃溃疡病方面的研究也越来越多，而对抗逆性状的研究相对较少。另外，猕猴桃雄性授粉品种特异资源的培育也是一个研究重点，利用野生资源进行雄性品种选育需要注意几个问题：一是选择树体健壮，花量大，花母枝开花数量多，每朵花含有的花粉粒多，花粉发芽率高，花期长的资源；二是选择多种倍性的雄株，以保证与雌性品种的配套，并开展多种雄花与栽培品种的花粉直感效应研究，为生产上栽培品种提供最优的配套雄株；三是在筛选猕猴桃主栽品种专用授粉雄株的基础上，开发花粉加工专用设备组装形成生产线，建设花粉生产工厂。如本单位已经研制出了猕猴桃雄株花粉加工专用设备、制定了花粉生产工艺、生产技术标准、辅助授粉器，该项目成果已在生产中进行了广泛的推广应用。

3.3加强基因组学技术在猕猴桃育种中的应用

生物技术育种取得的系列研究进展，特别是中华猕猴桃‘红阳’基因组测序成果的发表，为实现分子标记辅助选择和不同猕猴桃种质资源有利性状的基因渗入培育新品种奠定了基础，加速了猕猴桃分子育种的进程，给猕猴桃育种提供了新的发展机遇。在猕猴桃基因组学育种实践中，建议可考虑以下几方面工作：（1）功能标记是可用于育种工作的一种理想标记，功能标记的开发是以克隆基因序列、标记与特定性状的关系为前提的，该标记可用于亲本鉴定、育种后代材料的基因检测以及分离世代抗病性和品质性状的选择；（2）利用基因标记开展聚合育种，如聚合抗溃疡病或褐斑病的基因，以增加品种的多抗性和持久性;（3）利用流式细胞仪开展倍性育种，利用不同倍性亲本杂交可以提高结实率，不同杂交组合的杂交亲和性与亲本的基因型有关，特别是母本的基因型，因此在杂交后代进行倍性鉴定开展早期定向选择育种是非常有意义的。

3.4加强猕猴桃生态学研究

生态学是一个广义的概念，而猕猴桃生态学属于相对狭义的范畴，其可以描述为野生猕猴桃种质资源赖以生存的自然生态环境，以及猕猴桃栽培品种适生的气候和土壤等生态环境因子共同构成的一个综合体。随着猕猴桃品种的多样化发展，对新培育品种的生态适应性提出了更高的要求；另一方面，随着全球气候的变暖，水涝灾害时有发生，加上水肥的使用不合理，进一步阻碍了猕猴桃产业的快速发展。因此，提高猕猴桃果园水肥利用效率，实现在现有面积上通过改变果园微生态环境提高其生物学产量是一个亟需研究解决的新课题。相比于苹果等大宗果树而言，猕猴桃科学研究起步相对较晚，研究深度也较浅。今后可考虑从以下6个方面全面、系统、科学的加强猕猴桃基础研究：（1）种质资源和分类：如野生猕猴桃资源调查及其在杂交育种中的应用、特异资源的遗传多样性和种群遗传结构、多倍性遗传多样性及在品种保护中的利用；（2）营养和生理：如微量元素等喷施对猕猴桃品质的影响、土壤障碍因子对果树产量的影响、果实软熟期果皮形态特征变化、淀粉累积和糖分代谢特征；（3）遗传和育种：倍性遗传与多倍体育种、远缘杂交育种选育目标性状新品种、修剪方法对果树光合和果实特征的影响；（4）采后生物学：如外源激素（乙烯和臭氧）对猕猴桃果实储藏期及其蛋白质组的影响；（5）抗虫和抗病：如猕猴桃抗溃疡病、根腐病和病虫害控制；（6）生产、管理和市场：春季修剪时间对猕猴桃产量和质量的影响；溃疡病对猕猴桃企业的影响。

生物育种技术范文第9篇

关键词：甘薯（Ipomoea batatas）；现代生物技术；育种；诱变育种；细胞工程；分子标记；基因工程

中图分类号：S531；Q789 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）11-2721-06

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.11.001

Application of Modern Biotechnology in Ipomoea batatas Breeding

YANG Han1，CHAI Sha-sha2，SU Wen-jin2，LEI Jian2，WANG Lian-jun2，SONG Zheng2，LIU Yi3，YANG Xin-sun2

（1.College of Plant Science and Technology， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China；2. Institute of Food Corps， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064， China；3. Agronomy College， Yangtze University， Jingzhou 434023， Hubei， China）

Abstract：The modern biotechnology has overcome the difficulties which could not be solved in the past in Ipomoea batatas breeding.Mutation breeding， cell engineering， molecular markers，genetic engineering etc.， are playing very important roles in Ipomoea batatas breeding for high yield， good quality，resistance to diseases and pests and other characteristics.The research and utilization of mutation breeding， cell engineering，molecular markers and genetic engineering in Ipomoea batatas breeding are reviewed in this paper.

Key words：Ipomoea batatas； modern biotechnology； breeding； mutation breeding； cell engineering； molecular marker； genetic engineering

甘薯（Ipomoea batatas）属旋花科甘薯属，为一年生或多年生蔓生草本，是中国的重要粮食作物、饲料作物和新型生物能源作物，具有极高的经济价值。甘薯含有60%～80%的水分，10%～30%的淀粉（支链淀粉含量高，易被人体消化吸收），5%左右的糖分，还富含人体必需的多种维生素（VA、VE、VB1、VB2、VC等）、氨基酸（赖氨酸含量较高）、蛋白质、脂肪、膳食纤维以及钙和铁等多种矿物质。甘薯中的活性化学物质（脱氢表雄酮）可以抑制癌症和预防癌细胞增殖[1]。因此，培育出高产、稳产、优质的品种及各类不同用途和种类的品种如食用、加工用、饲料用、茎尖菜用等[2]具有非常重要的现实意义。但是由于甘薯的高度杂合性、杂交不亲和性、遗传资源匮乏、遗传基础狭窄、优异近缘野生种利用困难和病虫害、病毒病危害严重[3]，极大地制约了甘薯的生产和发展。但传统育种模式周期长，品种改良进度缓慢，难以满足发展需求。生物育种是目前应用推广最为迅速的技术，它突破了传统育种的局限性，有利于加速培育高产、优质、抗逆、广适的新品种。本文重点介绍近年来几种主要生物技术，包括诱变育种、细胞工程、分子标记辅助选择育种和基因工程在甘薯育种中的发展与应用。

1 诱变育种

甘薯是一种无性繁殖作物，其自然变异和人工诱变产生的变异，是甘薯育种重要的变异来源，因此诱变育种一直是甘薯育种的一条重要途径，也是发展比较早的一种技术。

在自然条件下，由于外界环境的变化和遗传结构的不稳定性，植物本身会发生自发突变，但是这类突变发生的频率较低。自然变异突变体的选择、鉴定是甘薯种质创新的主要途径。张连顺等[4]从抗薯瘟病的闽抗329中选育出了兼抗蔓割病、藤蔓旺盛的闽抗330，张永涛等[5]、李培习等[6]分别从高抗根腐病的徐薯18芽变体中选育出了兼抗茎线虫病的临选1号和富贵1号。

辐射诱变的方式包括χ射线、60Co处理、80 Gy γ射线处理、搭载返回式卫星进行空间诱变处理等。但诱发突变的方向难以控制，有利突变频率不够高。通过辐射诱变育种加以多年筛选获得了比较好的品种如较徐薯18高抗黑斑病的品系农大601[7]和抗线虫扩展、薯皮色同质、干物率高、食味优、高胡萝卜素突变体及淀粉类型和紫色素类型育种材料[8]。

化学诱变具有专一性强、突变频率高，突变范围大的特点，为多基因点突变，诱变后代的稳定过程较短，可以缩短育种年限。Luan等[9]用EMS处理鲁薯8号愈伤组织，并通过离体筛选，获得3个耐盐突变体株系（ML1，ML2，ML3）。王凤保等[10]用0.05%秋水仙素和2%二甲基亚砜混合水溶液处理秦薯1号甘薯种子，选育出高产、高淀粉、低β-淀粉酶活性、高蛋白质、高铁、早熟的短蔓型甘薯新品种短蔓3号。王芳等[11]用0.5% NaN3处理澳大利亚Au1990sp紫甘薯的胚性细胞团，选育出品种适应性广、产量高、品质佳、抗性强的甬紫薯1号。

2 细胞工程

甘薯细胞工程主要有体细胞胚发生、原生质培养、细胞悬浮培养、茎尖分生组织培养等，在种质资源创新、新品种选育和脱毒苗工厂化生产等方面具有广阔的应用前景。目前主要通过茎尖诱导体细胞胚胎的植株再生。利用甘薯茎尖培养诱导得到胚性愈伤后，通过液体振荡悬浮培养可以迅速增殖，利用农杆菌介导、基因枪、电激等方法研究甘薯的遗传转化。在此过程中，常常会出现自发变异，通过对这些突变体进行筛选，也可以用于甘薯新品种选育[12]。

甘薯容易侵染的病毒和类病毒种类较多，加上甘薯属于无性繁殖作物，病毒能够在植株体内不断增殖积累，使甘薯病毒病的危害逐年加重，造成了大幅度的减产。利用甘薯茎尖病毒含量低或不带病毒的特点，通过茎尖分生组织培养可以生产甘薯无毒苗。脱毒甘薯增产效果显著，根茎叶生长旺盛，光合效率高，抗逆能力强[13]。经检测确定为不带病毒的组培苗可以进行快繁和原种生产。

3 分子标记辅助选择育种

分子标记在甘薯遗传育种中的应用是利用标记将不同甘薯品种DNA序列上的多态性体现出来，可利用其进行种质鉴定、基因定位、遗传图谱构建和辅助育种等并最终应用到生产实践中。在作物遗传改良过程中，形态标记、细胞学标记和同工酶标记等已很难满足对它们的基因组进行更详细研究的需要。随着分子生物学的发展，产生了多种基于DNA多态性的分子标记技术，在甘薯育种中应用较多的是RAPD、AFLP、ISSR、SCAR和SNP等。

3.1 构建甘薯分子遗传图谱

由于甘薯的遗传背景较复杂，对甘薯基因组的研究较滞后，分子标记的数量和种类相对匮乏，分子遗传图谱的构建要落后于水稻、玉米等作物。Kriegner等[14]在2003年用AFLP技术构建了首张甘薯遗传连锁图，632个母本标记和435个父本标记分别排列在Tanzania的90个连锁群和Bikilamaliya的80个连锁群上，共定位了1 100个AFLP标记，平均遗传距离为5.9 cM。随着甘薯栽培种转录组测序的完成和分子标记技术的发展，李爱贤等[15]在2010年利用SRAP标记构建了漯徐薯8号和郑薯20连锁图谱，漯徐薯8号的81个连锁群由473个SRAP标记组成，总图距为5 802.46 cM，标记间距为10.16 cM，郑薯20的66个连锁群由328个SRAP标记组成，总图距为3 967.90 cM， 标记间距为12.02 cM。Zhao等[16]在2013年利用AFLP和SSR标记构建了徐781（高抗茎线虫病）和徐薯18（高抗茎线虫病）的连锁图，徐薯18的90个连锁群含有1 936个AFLP和141个SSR标记，总图距为8 184.5 cM，标记间距为3.9 cM；徐781的90个连锁群含有1 824个AFLP和130个SSR标记，总图距8 151.7 cM，标记间距为4.2 cM。这也是到目前为止标记密度最高、基因组覆盖率最广的甘薯栽培品种分子标记遗传图谱。

3.2 绘制指纹图谱，鉴定甘薯品种

甘薯是一种无性繁殖作物，其品种数量多、同种异名、同名异种的情况比较普遍，在甘薯的生产过程中容易出现品种间混淆的情况，使得品种鉴定困难，影响品种的改良和育种。随着分子生物学的快速发展，DNA分子标记技术已成为指纹图谱构建和品种鉴定的主要方法。指纹图谱能够在分子水平上鉴别生物个体之间的差异，可以有效克服形态和生化上的局限性，是甘薯品种鉴别的重要工具，在生产实践上具有重要意义。

目前用来作DNA指纹图谱的标记主要有RAPD、SSR、ISSR、AFLP、SRAP等。Arthur等[17]应用RAPD标记分析在美国8个州种植的甘薯品种“Jewel”的无性系，发现其中5个的多态性谱带在7.1%～35.7%之间，表明RAPD标记可以检测无性系中的变异。王红意等[18]研究表明通过RAPD标记产生的指纹图谱可以将30个中国甘薯主栽品种分为3类。罗忠霞等[19]采用EST-SSR标记，利用2对引物将52份甘薯品种区分开，建立了52份甘薯品种的指纹图谱。季志仙等[20]利用ISSR技术对不同引物获得的指纹图谱进行了分析，发现利用2对引物即可将供试的17份甘薯品种区分为4类。蒲志刚等[21]利用AFLP技术通过五对引物构建出47个品种南瑞苕的指纹图谱，将其分为5类。张安世等[22]利用SRAP技术通过2对引物构建出22种甘薯品种的DNA指纹图谱，将其分为7类，随后又利用ISSR技术通过3对引物将22种甘薯品种分为4类[23]。

3.3 甘薯基因定位和DNA分子标记辅助选择育种

甘薯许多重要的农艺性状如块根产量、品质（淀粉含量、胡萝卜素含量）、抗病性（茎线虫病、根腐病和黑斑病）等都属于多基因控制的数量性状，在甘薯分子连锁图谱的基础上，对重要农艺性状进行QTL定位，进而克隆相关性状的主效基因，是甘薯育种研究的重要方向。DNA分子标记辅助选择育种具有方便、快捷、准确等特点，且较少受季节、发病条件、发育条件、鉴定方法等因素的限制，可以在低世代进行早期选择，更适合目前育种的需要。目前该技术已广泛应用于甘薯的育种研究中。

Ukoskit等[24]利用甘薯易感根线虫病品种与抗根线虫病品种杂交，用760个RAPD引物对2亲本和F1分离群体进行分析，筛选出1个抗根线虫病的基因。柳哲胜[25]用RAPG法和改进的SSAP技术对农大603和徐薯18的基因组进行抗茎线虫病相关基因的分析，结果显示由片段54设计的引物在抗病和感病品种之间扩增出多态性带，推测片段54是与甘薯抗茎线虫病有关的RGA（Resistance gene analog），并得出甘薯MIPS基因可能与甘薯抗茎线虫病有关。周忠等[26]对高抗茎线虫病的徐781和高感茎线虫病的徐薯18的后代进行抗病性鉴定和RAPD分析，得到与抗茎线虫病基因相连锁的RAPD标记OPD0l-700，经证明，该标记可作为甘薯抗茎线虫病辅助育种的分子标记，并在甘薯育种尤其是抗病品种选育中发挥较大的作用。王欣等[27]利用对高抗亲本徐781和高感亲本徐薯18的F1分离群体的161个品系进行OPD01-700的克隆和测序，成功地将OPD689标记转化为SCAR标记，初步验证结果与田间鉴定结果基本一致，初步建立了甘薯抗茎线虫病育种分子标记辅助选择技术。袁照年等[28]以金山57×金山630的杂交F1分离群体为材料，按F1单株抗性分群，建立薯瘟病抗病池和易感池，分别以其为模板进行RAPD分析，结果显示其中S213-500在抗感池和易感池间显示多态性，可以作为抗Ⅰ型薯瘟基因的连锁标记，在鉴定甘薯抗I型薯瘟病方面具有应用价值。苏文瑾等[29]在已有的高抗根腐病品种徐薯18与高感品种胜利百号F1分离群体抗性鉴定的基础上，采用分离群体混合分析法（BSA）与AFLP技术相结合，发现显性标记Eco（45）-Mse（45）与感病基因连锁，对甘薯抗根腐病的遗传改良具有指导意义。蒲志刚等[30]以南薯88等12个抗感黑斑病品种为材料，建立了甘薯黑斑病的AFLP分子标记体系，并用该体系找到了与甘薯抗黑斑病紧密相关的特异性DN段，为甘薯抗黑斑病分子标记辅助育种奠定了基础。

吴洁等[31]利用甘薯高淀粉品种绵粉1号和甘薯低淀粉品种红旗4号杂交F1代分离群体采用SRAP分子标记，将1个与淀粉含量相关的QTL定位到绵粉1号遗传图的第三连锁群上。蒲志刚等[32]利用甘薯高淀粉品种绵粉1号与甘薯低淀粉品种红旗4号杂交F1代分离群体，在绵粉1号遗传图的第二连锁群上检测到E1M7-2可作为淀粉的临近QTL。李爱贤等[33，34]以高淀粉、低胡萝卜素含量的甘薯品种漯徐薯8号和低淀粉、高胡萝卜素含量的甘薯品种郑薯20杂交得到的F1分离群体，采用SRAP分子标记的方法在父本郑薯20的Z31连锁群上检测到1个与淀粉含量相关的QTL，并检测到17个与甘薯β-胡萝卜素含量相关的QTLs，其中10个定位在郑薯20图谱上，7个定位在漯徐薯8号图谱上。

3.4 甘薯转录组测序和分子标记的开发

转录组测序（RNA-seq）操作简单，不局限于已知的基因组序列信息，可获得低丰度表达基因，具有通量高、灵敏度高、成本低及应用领域广等优点。转录组研究是基因功能与结构研究的基础和出发点，利用新一代高通量测序，能够快速全面地获得某一物种目标细胞在某一特定状态下的全部RNA序列的信息，例如发现新转录本、了解基因的表达量、挖掘单核苷酸多态性（SNP）、结构性变异等[35]。目前，测序技术已成为分子生物学研究中最常用的技术。相比于其他作物，甘薯的基因数据资源极少，这给甘薯的分子生物学研究带来极大的不便。Gu等[36]应用Illumina的RNA-Seq技术对不同的甘薯组织与发育阶段进行高通量的转录组测序，通过对甘薯的转录组从头组装、基因注释和代谢通路分析，得到了大量重要的转录本信息，如淀粉合成、抗盐、抗旱、转座子和病毒等相关基因。Tao等[37]利用Illumina数字基因表达（DGE）标签分析甘薯的7个组织的转录组的差异，鉴定出大量的差异和特异表达的转录本，主要涉及病毒基因组的基因表达方式、淀粉代谢、潜在耐逆性和抗虫性等方面。

转录组测序的高通量特点使分子标记的大规模发掘得以实现。基于转录组测序开发的分子标记主要为SSR和SNP。Wang等[38]采用同样的方法获得56 516个unigenes，基于与已知的蛋白序列的相似性搜索，总共鉴定发掘出114个cDNA的潜在的SSRs。Xie等[39]通过对紫薯转录组的高通量测序，获得58 800个unigenes，发掘出851个潜在的SSRs。SNP是基因组中最普遍的遗传变异，有着分布广、数量多、遗传稳定性高、密度高、易于实现分析自动化等诸多优点，是构建遗传图谱、完成分子标记辅助育种的一种非常重要的遗传标记，新一代的高通量测序平台为SNP位点的检测提供了强有力的技术支持。许家磊[35]在淀粉含量、薯干产量和茎线虫病抗性差异明显的徐781和徐薯18的Illumina RNA-seq测序结果中已获得1 386个SNP候选位点的基础上，发现Tetra-primer ARMS-PCR可以检测出SNP分子标记，可以用于甘薯SNP分子标记的开发。苏文瑾等[40]利用简化基因组测序技术（SLAF-seq）对300份甘薯种质资源的大群体测序，通过生物信息学分析进行系统设计，筛选特异长度的DN断，构建SLAF-seq文库后高通量测序，通过软件分析比对，获得260 000个多态性SLAF标签，在多态性SLAF标签上共开发得到795 794个群体SNP位点。

4 甘薯基因工程

1983年世界首例转基因植物培育成功，标志着人类用转基因技术改良植物的开始，至今已有120多种植物转基因获得成功。近年来基因工程技术在农业作物育种领域已经取得成功并逐步推广，基因工程技术已成为普及应用最快的先进农作物改良技术之一。基因工程技术是提高作物产量和改良作物品质的有效途径，给人类带来巨大的社会和经济效益。相对于其他作物，甘薯基因工程的研究起步较晚。自1987年以来，许多学者陆续报道把抗性基因nptII和标记基因Gus转入甘薯，成功地获得了转基因的愈伤组织、芽或再生植株，为进一步转化目的基因改良甘薯积累了经验[41]。近年来，在应用基因工程提高甘薯蛋白质或淀粉含量、改善蛋白质氨基酸组成或淀粉组成、提高甘薯抗虫及抗逆性等方面取得了较大进展。

4.1 甘薯品质改良的基因工程

甘薯品质改良主要集中在淀粉、蛋白质和胡萝卜素方面。Shimada等[42]构建了编码甘薯淀粉分支酶的IbSBEII基因的dsRNA干扰载体并通过农杆菌转化进入甘薯基因组，转基因植株的淀粉具有较高的直链淀粉含量。Otani等[43]通过RNA干扰技术抑制甘薯淀粉粒附着性淀粉合成酶I（GBSSI）基因的表达，培育出不含直链淀粉的转基因甘薯植株。Takahata等[44]通过抑制淀粉合成酶Ⅱ（SS Ⅱ）的表达改变支链淀粉的结构降低甘薯淀粉的糊化温度。Santa-Maria等[45]从海栖热袍菌中克隆了一个编码极端嗜热α-淀粉酶的基因，通过根癌农杆菌介导的转化获得的转基因植株在80 ℃具有自发处理淀粉为可发酵糖的能力。

罗红蓉等[46]用根癌农杆菌介导获得了含人乳铁蛋白基因（hLFc）的甘薯抗性愈伤组织，为获得具有转人乳铁蛋白基因的甘薯材料奠定了基础。高峰等[47]获得了转玉米醇溶蛋白的转基因甘薯植株。脂联素（Adiponectin）具有抗炎、增加机体对胰岛素敏感性和降糖、抗动脉粥样硬化的作用。Berberich等[48]利用根癌农杆菌介导的转化获得表达Adiponectin cDNA的转基因甘薯植株。Kim等[49]利用RNAi沉默CHY-β基因，可以增加甘薯中的β-胡萝卜素的含量和类胡萝卜素含量。

4.2 甘薯抗病虫的基因工程

甘薯病毒、病虫害严重影响产量。Kreuze等[50]研究利用靶向编码SPCSV（甘薯褪绿矮化病毒）和SPFM（甘薯羽状斑驳病毒）序列复制酶的内含子剪接的发夹结构的RNAi策略通过根癌农杆菌转化甘薯，转基因植株对SPCSV和SPFMV的抗性显著增强。Muramoto等[51]的研究表明，转大麦αHT基因的甘薯植株的叶片和块根表现出对黑斑病菌的抗性。蒋盛军等[52]用根癌农杆菌介导法将OCI（水稻巯基蛋白酶抑制剂基因）导入甘薯品种栗子香中获得了转基因植株，对转基因甘薯植株对甘薯线虫病的抗性进行了初步研究。

[43] OTANI M，HAMADA T，KATAYAMA K.Inhibition of the gene expression for granule- bound starch synthase I by RNA interference in sweet potato plants[J]. Plant Cell Reports，2007， 26（10）：1801-1807.

[44] TAKAHATA Y，TANAKA M，OTANI M. Inhibition of the expression of the starch synthase II gene leads to lower pasting temperature in sweetpotato starch[J].Plant Cell Reports，2010， 29（6）：535-543.

[45] SANTA-MARIA M C，YENCHO C G，HAIGLER C H. Starch self-processing in transgenic sweet potato roots expressing a hyperthermophilic α-amylase[J]. Biotechnology Progress，2011， 27（2）：351-359.

[46] 罗红蓉，张勇为，张义正.根癌农杆菌转化甘薯高频获得抗性愈伤组织的研究[J].四川大学学报（自然科学版），2002，39（增刊）：21-24.

[47] 高 峰，龚一富，林忠平.根癌农杆菌介导的甘薯遗传转化及转基因植株的再生[J].作物学报，2001，27（6）：751-756.

[48] BERBERICH T，TAKAGI T，MIYAZAKI A. Production of mouse adiponectin，an anti-diabetic protein，in transgenic sweet potato plants[J]. Journal of Plant Physiology，2005，162（10）：1169-1176.

[49] KIM S H， AHN Y O，AHN M J. Down-regulation of β-carotene hydroxylase increases β-carotene and total carotenoids enhancing salt stress tolerance in transgenic cultured cells of sweetpotato[J]. Phytochemistry，2012，74：69-78.

[50] KREUZE J F， KLEIN I S， LAZARO M U. RNA silencing-mediated resistance to a crinivirus（Closteroviridae） in cultivated sweetpotato（Ipomoea batatas L.） and development of sweet potato virus disease following co-infection with a potyvirus[J]. Molecular Plant Pathology，2008，9（5）：589-598.

[51] MURAMOTO N， TANAKA T， SHIMAMUR A. Transgenic sweet potato expressing thionin from barley gives resistance to black rot disease caused by Ceratocystis fimbriata in leaves and storageroots[J].Plant Cell Reports，2012，31（6）：987-997.

[52] 蒋盛军，刘庆昌，翟 红.水稻巯基蛋白酶抑制剂基因（OCI）转化甘薯获得转基因植株[J].农业生物技术学报，2004，12（1）：34-37.

[53] BIAN X F， XIE Y Z， GUO X D. Research advance on molecular mechanism of abiotic and biotic stress resistance in sweet potato[J]. Agricultural Science and Technology，2014， 15（6）：901-906.

[54] 阮 龙，高正良，陈义红.干旱耐逆基因（HS1）转化甘薯获得转基因植株[J].激光生物学报，2010，19（4）：552-556.

[55] 闫 会.表达Cu/ZnSOD和APX的转基因甘薯植株的再生与耐盐性评价[D].北京：中国农业科学院，2013.

[56] 李建梅，邓西平.干旱和复水条件下转基因甘薯的光合特性[J].水土保持学报，2007，21（4）：193-196.

[57] 王 欣，过晓明，李 强.转逆境诱导型启动子SWPA2驱动Cu/Zn SOD和APX基因甘薯（Ipomoea batatas（L.）Lam.）耐盐性[J].分子植物育种，2011，9（6）：754-759.

[58] 成雨洁，伍小兵，邓西平，等.干旱胁迫下转基因甘薯块根膨大期水分利用效率和生理代谢特征[J].西北植物学报，2012，32（11）： 2255-2263.

[59] KIM S H， AHN Y O， AHN M J. Down-regulation of β-carotene hydroxylase increases β-carotene and total carotenoids enhancing salt stress tolerance in transgenic cultured cells of sweetpotato[J].Phytochemistry，2012，74：69-78.

[60] KIM Y H，KIM M D，PARK S C. SCOF-1 expressing transgenic sweetpotato plants show enhanced tolerance to low-temperature stress[J]. Plant Physiology and Biochemistry，2011，49（12）：1436-1441.

[61] 陈晓丽，李红兵，孙振玫.过表达IbMYB1基因甘薯增强了对土壤干旱胁迫的抗性[J].植物生理学报，2015，51（9）：1440-1446.

[62] FAN W， ZHANG M， ZHANG H. Improved tolerance to various abiotic stresses in transgenic sweet potato（Ipomoea batatas）expressing spinach betaine aldehyde dehydrogenase[J]. PLoS One，2012，7（5）：e37344.

生物育种技术范文第10篇

关键词 甜瓜；生物技术；育种

中图分类号 S652 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）06-0075-01

甜瓜（Cucumis melo L），又名香瓜，是夏季消暑瓜果，深受人们喜爱。随着生产的发展，传统的育种技术已不能满足人们的需要。近十几年，生物技术迅速发展，可将克隆的病原生物的基因转入高等经济植物，使得高等经济植物获得对病虫害的抗性。因此，在甜瓜育种中运用生物技术逐渐被大家所重视。生物技术在甜瓜育种中有了较大的进展，大大提高了育种效率。

1 组织培养技术

1.1 离体培养的植株再生研究

离体培养是生物技术的基础，利用离体培养进行遗传改良的生物技术都必须经过植株再生的关键步骤。影响甜瓜离体培养的因素有很多，包括外植体、培养基的组成及激素。

1.1.1 外植体。研究者已成功从愈伤组织、子叶、下胚轴、真叶及卷须等外植体获得不定芽，进而获得植株。目前，最适宜的外植体被认为是子叶，甜瓜不定芽发生主要集中在子叶近胚轴端，表现出明显的极性。如用幼苗子叶作为外植体，应从苗龄3～7 d的无菌苗上获取子叶。Adelberg et al[1]的研究表明，未成熟胚子叶是理想的甜瓜不定芽再生外植体。

1.1.2 基本培养基及激素。离体培养研究的重要内容是寻找合适的培养基，其中最主要的是生长调节剂的组成及比例。绝大多数研究者均采用MS基本培养基进行甜瓜不定芽再生，并认为MS培养基为最合适的甜瓜离体培养的基本培养基。有关甜瓜离体培养激素方面研究很多，但只有细胞分裂素类生长调节剂促进细胞的生长和代谢向着不定芽方向分化。目前，普遍认为最佳不定芽再生条件是加入1～2 mg/L BA作为唯一的生长调节剂。甜瓜不定芽和侧芽诱导生根比诱导不定芽发生容易。当将其不定芽或侧芽转入含有生长素类生长调节剂的培养基时均可诱导生根。

1.2 单倍体育种

将具有单个或多个优良性状的材料进行杂交是甜瓜育种的重要手段，而单倍体育种是其中的重要方法之一。

1.2.1 花药培养。花药培养是瓜类单倍体育种技术应用的基础和重要环节。陶正南[2]首次成功通过花药培养获得再生植株，目前甜瓜花药培养存在的主要问题有4个：基因型对花药培养反应不同、花粉愈伤组织诱导率低、绿苗分化频率低、染色体加倍技术不过关。通过花药培养甜瓜单倍体诱导率很低，难以在育种上应用。

1.2.2 子房培养和胚珠离体培养。通过花药和小孢子培养单倍体诱导率太低，难以在育种中应用，很多研究者开始通过未授粉子房和胚珠培养来诱导甜瓜单倍体植株。子房培养的目的在于通过诱导大孢子分裂形成愈伤组织，再从愈伤组织诱导单倍体芽和小植株。除需选用授粉前直径4～8 mm的子房作为外植体外，其他步骤方法及培养条件与花药培养相同。许多研究表明，从子房培养诱导甜瓜单倍体要比从花药培养诱导单倍体相对容易。

Ficcadenti et al[3]首次对甜瓜未授粉胚珠进行诱导，得到了单倍体；Lotei et al[4]在γ射线源下以30 000 rad的剂量和85 rad/min的剂量率照射花粉，经射线照射而将生殖细胞杀死的花粉授粉，诱导孤雌生殖形成单倍体植株。韩丽华[5]对甜瓜处于接近成熟胚囊状态开花前14 h的厚皮甜瓜未授粉子房，采用剥胚珠的方法，接种于预培养基上，在35 ℃恒温箱中黑暗热激4 d；而后在25 ℃光下，含有AgNO3处理的诱导培养基上诱导2周，得到了由胚状体萌发的再生植株。探索出一条通过离体雌核发育诱导单倍体的途径。

1.3 细胞和原生质体培养

原生质体培养是指将细胞用酶解的方法脱去细胞壁而获得原生质体，再在离体培养条件下诱导原生质体再生壁，进而诱导细胞分裂形成愈伤组织，然后从愈伤组织经无性胚发生或芽器官发生而获得小植株的整个离体培养过程。

实现2个种间的无性杂交是许多研究小组进行甜瓜原生质培养的主要目的。Moreno et al[6]从悬浮培养甜瓜细胞的原生质体获得了愈伤组织，后来又从无菌苗叶片原生质体获得愈伤组织和胚状体。接着又从无菌苗真叶和子叶原生质体获得胚状体、芽及小植株。Matstumoto et al[7]在甜瓜子叶原生质体培养中得到愈伤组织并诱导出根。Bokelman et al[8]从9个甜瓜基因型的无菌苗子叶原生质体获得植株。Fellner et al[9]以10日龄甜瓜无菌苗下胚轴、子叶、真叶产生的愈伤组织和细胞团，然后得到原生质体，经过液体培养证明，子叶是较好的外植体，孙勇如等[10]从甜瓜无菌苗子叶的原生质体培养中获得再生植株。周小梅等[11]观察到由原生质体直接产生的胚性细胞团和球形胚、心形胚并由此而分化出根。

原生质体与完整的细胞一样具有全能性，由于没有细胞壁，可以较容易地摄取外源遗传物质如染色体、细胞器、DNA、病毒等，为高等植物分子水平与细胞水平的遗传操作提供理想的实验体系。利用原生质体培养技术可直接将外源基因导入甜瓜遗传基因组，在电激或PEG处理的条件下外源DNA可穿过原生质体膜进入细胞，到达细胞核从而有机会被整合到植物细胞基因组，实现基因转移，形成新遗传重组，为植株品种改良和创建新种质开辟新的技术途径。

2 利用转基因提高抗病毒性

甜瓜生产中严重影响产量和品质的因素是病毒感染，目前研究者已将病毒本身基因导入植物，获得了抗病毒的工程植物，如外壳蛋白（CP）基因。

Fang et al[12]首次报道了利用根癌农杆菌改造株系成功地将NPTⅡ基因转入甜瓜品种；Dong et al报道了他们利用农杆菌将抗性筛选基因（NPTl）和标记基因（GUS）转入甜瓜。Yoshioka et al[13]报道了用根癌农杆菌将有经济价值的黄瓜花叶病毒外壳蛋白基因（CMV-cp）成功地转入甜瓜，Fang et al[12]将他们克隆的西葫芦黄化花叶病毒外壳蛋白基因（ZYMV-cp）用农杆菌介导转入甜瓜后，其转基因植株表现出对ZYMV的抗性。George et al[14]将WMV和ZYMV的CP基因整合到一个质粒载体导入甜瓜，转化甜瓜植株对相应的病毒都有抗性。王慧中等[15]将西瓜花叶病毒1号外壳蛋白基因WMV-1CP基因和2号外壳蛋白基因WMV-2CP分别感染甜瓜子叶外植体，获得了可育的转基因甜瓜植株。

目前，普遍用于植物遗传转化的2种体系——农杆菌介导的基因生物插入法和“基因枪”基因机械导入法都可用于甜瓜的遗传转化。多数已发表的甜瓜遗传转化研究均采用以根癌农杆菌为介导的遗传转化法。

3 展望

离体培养和生物技术已广泛应用于甜瓜的快速繁殖、品种改良以及遗传转化研究。离体培养获得再生植株，为通过农杆菌介导和基因枪法的转基因遗传改良打下了良好的基础。随着甜瓜离体培养研究的深入，生物技术必将在遗传育种中的应用得到更快的发展，更上一个新的台阶。

4 参考文献

[1] ADELBERG J W，RHODES B B，SKORUPSKA H T.Generating tetraploid melons in tissue culture[J].Acta Hort，1993，336（9）：373-380.

[2] 陶正南.甜瓜花药培养诱导成植株[J].植物生理学通讯，1987（5）：43.

[3] FICCADENTI N，SESTILI S，ANNIBALI S，et al.In vitro gynogenesis to induce haploid plants in melon（Cucumis melo L）[J].J G enet Breed，1999，53（3）：255-257.

[4] LOTFI M.Production of haploid and doubled haploid plants of melon（Cucumis melo L.）for use in breeding for multiple virus resistance[J].Plant Cell Rep，2003，21（11）：1121-1128.

[5] 韩丽华.厚皮甜瓜未受精胚珠离体培养技术[D].保定：河北农业大学，2004.

[6] MORENO V.A method for obtaining callus cultures from mesophyll protoplasts of（Cucumls melo L.）[J].Plant Sci Lett，1984，34（1-2）：195-201.

[7] MATSTUMOTO S，TAKEBE I.Callus formation and root differentiation by cotyledon protoplasts of melon（Cucumis melo L.）[J].Plant Tissue Letters，1987：18-21.

[8] BOKELMANN G S，JARL C I，KOOL A J.Plant regeneration of protop-lasts from different cultivars of melon（Cucumis melo）[J].Genet Coop，1991，14（78-80）：78-80.

[9] FELLNER M，LEBEDA A.Callus induction and protoplast isolation from tissues of Cucumis sativus L. and C. melo L. seedlings[J].Biologia Plantarum，1998，41（1）：11-24.

[10] 孙勇如，李仁敬.新疆甜瓜子叶原生质体的培养和植株再生[J].植物学报，1989，31（12）：918-922.

[11] 周小梅，刘少翔，赵军良.甜瓜原生质体培养及胚状体发生的初步探讨[J].山西大学学报：自然科学版，1992，15（1）：61-65.

[12] FANG G W，GRUMET G.Agrobacterium tumefaciens mediated transf-ormation and regeneration of muskmelon plants[J].Plant Cell Rep，1990，9（3）：160-164.

[13] YOSHIOKA K K.Successful tranfer of the cumcumer mosatic virus coat gene to Cucumis melo L[J].JPNJ Breeding，1992，42（2）：278-285.

[14] CLOUGH G H，HAMM P B.Coat protein transgenic resistance to water-melon mosaic and zucchini yellows mosaic virus in squash and cantaloupe[J].Plant Disease，1995（79）：1107-1109.