生物技术在园艺作物上的应用

生物技术在园艺作物上的应用

改革开放以来，中国人民感觉到的最大最实在的变化就是农业的变化，特别是园艺产业的变化对我国人民生活质量的提高起了重要的推动作用。目睹近十几年来琳琅满目的园艺产品大市场的巨大变化，分析园艺产业发展的动力和科技问题，不难发现，生物技术的应用对园艺产业发展的贡献。例如，组织培养技术带动了兰花产业的发展，无病毒苗木快繁技术改变了以前香蕉、草莓以及许多花卉的繁殖方式。生物技术的发展减少了人类对自然的依赖程度。有人认为，21世纪是生命科学的世纪。生物技术是目前生命科学中最为活跃的领域。它侧重在技术，必然与产业联系紧密。

生物技术的种类包括：

（1）基因工程

（2）细胞工程，包括动、植物细胞的体外培养技术、细胞融合技术（细胞杂交技术）、细胞器移植技术等。

（3）酶工程，包括酶的固定化技术、细胞的固定化技术，酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。

（4）发酵工程，也称微生物工程。

（5）蛋白质工程等

一，园艺植物组织培养的理论基础与基本技术

（一）植物组织培养（Plant Tissue Culture）：指通过无菌操作分离植物体的一部分，接种到培养基上，在人工控制的条件下（包括营养、激素、温度、光照、湿度）进行培养，使其产生完整植株的过程。也称之为离体培养。

（二）植物组织培养的理论基础

1. 植物细胞全能性（Cellular totipotency）：

定义：任何具有完整细胞核的植物细胞，都拥有形成一个完整植珠所必须的全部遗传信息和发育成完整植株的能力。

原理：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。

差异：（1）受精卵的全能性最高；

（2）受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。

全能性体现的两个过程:

一个已分化的细胞要表现它的全能性，必须经历两个过程，即首先要经历脱分化过程，然后再经历再分化过程。

再分化的过程有两种方式：

一是器官发生方式

二是胚胎发生方式

分化〔differentiation〕：细胞在分裂过程中发生结构和功能上的改变，从而在个体发育中形成各类组织和器官完成整个生活周期。

脱分化〔dedifferentiation〕: 已分化好的细胞在人工诱导条件下，恢复分生能力，回复到分生组织状态的过程。

再分化〔redifferentiation〕: 脱分化后具有分生能力的细胞再经过与原来相同的分化过程，重新形成各类组织和器官的过程。

2.激素（植物生长调节剂）调控

植物生长调节剂是培养基中的关键性物质，用量极少，但起着十分重要明显而调控作用。

植物生长调节剂包括生长素、细胞分裂素及赤霉素等多种，它们在植物组织培养中具有不同的作用。

（1）生长素

用于诱导愈伤组织的形成，体细胞胚的产生以及试管苗的生根，更重要的是配合一定比例的细胞分裂素诱导腋芽和不定芽的产生。

常用的生长素:2,4—二氯苯氧乙酸（2，4-D）、萘乙酸（NAA）、吲哚乙酸（IAA）和吲哚丁酸（IBA）等。

作用强弱顺序:2，4-D＞NAA＞IBA＞IAA。

(2)细胞分裂素

促进细胞分裂与分化，延迟组织衰老，增强蛋白质合成，促进侧芽生长及显著改变其他激素作用的特点。

常见的细胞分裂素有：2—异戊烯腺嘌呤（2-i P）、玉米素（ZT）、6—苄基氨基腺嘌呤（6-BA）、激动素（KT）、苯基噻二唑基脲（TDZ）。

作用强弱顺序: TDZ ＞ 2—i p＞ZT＞6—BA＞KT。

(3) 赤霉素

在植物组织培养中应用的仅有GA3一种，它是一种天然产物，能促进已分化芽的伸长生长。

其他植物生长调节剂:

如脱落酸（ABA）、乙烯利（CEDP）等在植物组织培养中也有一定的应用。

生长素/细胞分裂素的比值: 大时有利于根的形成，这时生长素起主导作用；

比值小时，则促进芽的形成，这时细胞分裂素起主导作用。

（三）基本技术

1, 快速繁殖种苗 2. 无病毒苗(virus free)的培养 3，倍性育种，缩短育种年限，杂种优势明显。4，克服远缘杂交的不亲合性和不孕性（胚培养）5，工厂化育苗

二，园艺植物脱毒与离体快速繁殖

植物快速繁殖技术概念：将外植体在人工培养基和合适的条件下进行培养，以在短期内获得大量遗传性一致的个体的方法。包括无菌培养物的建立，芽的增殖，诱导生根和试管苗的驯化和移栽四个阶段。

脱毒方法：（1）物理方法：X射线，紫外线，超短波，热处理等。

（2）化学方法：许多化学药品

（3）生物方法：种子繁殖，茎尖培养脱毒

三，园艺植物的细胞工程

生物技术在农业上己展现出广阔的应用前景。尤其是植物花药培养及细胞突变体的筛选已直接用于作物育种。安徽省农科院园艺研究所于60年代起从事水稻花药培养,在获得花培新品种晚粳76一2基础_匕又开展了体细胞无性系变异的利用及筛选方法的研究。该项研究在1984年国际植物遗。（《北方园艺》

1991年10期）

四，园艺植物的染色体工程

植物细胞染色体工程李国英译（东北农业大学园艺系·哈尔滨）１．前言所谓植物细胞染色体工程的含义所指的是，原来多倍体和单倍体等以染色体组的增减和异倍体的产生为目的．对于染色体数的操作是通过杂交进行的，而随着近年

来植物细胞组织培养及染色体操作等技术的不断进步。通过花粉培养育成单倍体及采用ＰＥＰ等减数化处理，由分离的染色体移植产生异倍体及基因的部分导入，染色体基因测绘等，包括各种各样内容的操作技术，已经可以进行了。对此，在植物细胞水平的染色体操作，最近已经开始引起人们的注意，即是染色体分离，识别、鉴定、移植等问题已成为人们谈论的话题。２．从培养细胞分离染色体染色体的分离，可能在细胞分裂期开始进行，因此，染色体能够分离的植物体的部位是茎尖及根尖分生组织，或者仅限于花粉母细胞和卵细胞等生殖器官的细胞。在这里，从花粉母细胞以外所获得的分裂细胞数对染色体的分离是不合适的。由于减数分裂期的花粉母细胞是大体完全同步的分裂系，所以对于染色体的提取也是效率高的最好材料。然而，由于花蕾获得时期的限制，不能提供经常实验，这是个缺欠。（来源：《北方园艺》1995年第02期作者：李国英）

五，园艺植物遗传转化

诱发多倍体技术秋水仙素是育种工作者用于染色体数目加倍的一种非常重要的化学物质。其作用是抑制细胞有丝分裂中纺锤丝形成和阻滞染色体运动，从而使染色体分散，但不形成新的细胞壁，因此，使经处理的细胞多出一组额外的染色体。

秋水仙素有巨毒，使用时必须小心。常用的剂量为0.05——0.2％，溶液最好新鲜配制。在配制时，应先将其粉末溶解在几滴工业酒精中，而后再补足需加的水。

处理单子叶植物的种子或籽苗时，可直接浸渍于秋水仙素溶液。但处理双子叶的籽苗时，通常是将一滴秋水仙素溶液滴在生长点上，在子叶张开后，每天滴一次或两次，连续滴几天。如果植株表面有蜡质或毛，可以先将植株浸湿，然后再滴。除此之外，已长大的植株或它的一部分，也可以处理，但必须是分生组织或愈伤组织。有时，处理茎上的腋芽、接穗和砧木切割的表面也会有效。若将百合的鳞茎浸泡在0.1％的秋水仙素溶液中八小时左右，其鳞茎表面生出的不定芽，也会从鳞片中吸收到溶液，并可产生高比率的染色体加倍。其它带有鳞茎的植物，也可以用类似的方法诱发。但是，以秋水仙素处理水仙，却遇到了困难。1976年North在处理前先将鳞茎切成小块，并使每块上带有两个鳞芽，在鳞片之间滴加溶液处理，结果十分容易地使鳞芽细胞的染色体得到了加

倍。

在处理籽苗或植株的局部时，不会使整个籽苗或整条枝条的细胞染色体都得到加倍，因此，必须对材料进行检测，其指标可以以叶子的大小和宽度的增加或以气孔及叶片表皮细胞大小的差异性来表示。当检测局部的指标时，可以用镊子小心地撕下表皮，将处理过的和未处理的材料分别放在显微镜下进行同步镜检。凡得到染色体加倍的材料，其气孔的大小普遍增加10——30％。具体操作方法是，用指甲油在叶片上涂一薄层，待干后，将其表皮剥下放在显微镜下测量。这种方法对许多材料都能迅速办到，但是，对一些叶片上带毛的植物则不易办到。此外，以花粉粒的多少为指标进行测定也是可能的，因为多倍体的花粉一般都比二倍体多；但是需要等到开花后才能进行（详细操作待另篇叙述）。

有时用茎的频繁扦插和热冲击的办法也可以诱导染色体加倍，但都不如用秋水仙素处理来得可靠。当用秋水仙素溶液处理得不到预期效果时，还可以考虑在加压的条件下使用一氧化二氮。这一方法曾成功地获得四倍体的郁金香，并用它来生产种子。

六，园艺植物生物技术与生物信息学

科学基础：1，发达的，复杂的，可相互交流的数据库系统；

2，强有力的创新算法和软件；

3，自动化的大规模高通量的生物学研究方法和平台技术本质：利用计算机科学和网络技术来解决生物学问题

生物技术是在分子生物学基础上建立的、为创建新的生物类型或新生物机能的实用技术，是现代生物科学和工程技术相结合的产物，在园艺作物应用较为广泛的包括细胞工程、染色体工程、基因工程、分子标记等技术。l 细胞工程、染色体工程与园艺作物育种细胞工程是以细胞为基本单位，在离体条件下进行培养、繁殖或人为地使细胞的某些生物学特性按人们的意志发生改变，从而改良生物品种和创造新品种，加速动物和植物个体的繁殖，或获得某些有用的物质的过程。主要包括组织快繁、花药培养、原生质体培养、人工种子等几个方面。染色体工程包括染色体操作和染色体组操作，它不仅在改良植物的遗传基础和培育新品种上受到重视．而且也是基因定位和染色体转移等基础研究的有效手段，在蔬菜育种中应用最多的是单倍体育种、多倍体育种和体细胞融合等。1．1 组织培养快速繁殖组织培养快速繁殖是目前植物细胞、组织培养中应

用最多、最有效的一种快速生产脱毒种苗的手段，其突出特点是快速，而且材料来源单一，遗传背景均一，不受季节和地区等限制，重复性好。

生物技术在南瓜育种中的应用来源：《蔬菜》2011年第02期作者：闫世江;张继宁;刘洁;选择

南瓜为葫芦科(Cucurbitaceae)南瓜属(Cucurbita)中的1年生草本植物,起源于美洲大陆,栽培种及野生近缘种共有27个[1]。南瓜栽培种有5个,而我国栽培的主要有3个:南瓜(Cucur bita moschataD.)又名中国南瓜,笋瓜(C.maxima D.)又名印度南瓜,西葫芦(C.pepo L.)又名美洲南瓜[2]。南瓜在我国有悠久的栽培历史,可作粮食、蔬菜、籽用、观赏和饲料等之用。南瓜还可以入药,饮食须知、本草纲目等古籍对南瓜也有记载。随着科学技术的发展,人们对南瓜又有了更深的了解,南瓜含有丰富的维生素A、维生素C、胡萝卜素、糖类、淀粉、钙质等,有很高的营养价值和较高的医疗保健作用[3]。随着生产的发展,传统的育种技术已不能满足人们的需要,因此在南瓜育种中运用生物技术逐渐被大家所重视。作为一种高新技术,生物技术是分子遗传学、生物化学、微生物学等基础学科发展的产物,在整个科学领域中占据了越来越显著的地位。作为世界新技术革命的重要组成部分,生物技术已经成为人类彻底认识和改造自然界,克服人类自身所面临的人口膨胀、粮食短缺、环境污染、疾病危害、能源资源匮乏等一系列重大问

总而言之，生物技术对于园艺产业及人类发展均有积极作用，可以改善人类生存环境并对人类健康有积极促进作用，提高食物营养水平，改善环境，但不可否认它也有一定的消极作用，有很多的不确定因素，有很多还有待于进一步研究与改良。

我们应用辩证的眼光去看待生物技术在园艺产业中的作用，既要看到积极的一面，也要留意消极的一面。