1植物分子育种

花粉管通道技术可用于单子叶或双子叶的任一开花植 物． 这项技术于1978年开始在棉花和水稻上进行实验： 如棉花在自花授粉24h后，从子房顶端注入DNA； 水稻则在自花授粉1 ~ 3h将DNA溶液滴入切去柱头的花 柱切口处． 转化成株率一般达到1 ~10 % 。
二、花粉管通道技术的分子验证 1．缺口翻译技术验证。
（2）小麦 小麦白粉病对生产的危害也很严重．从 小麦资源来看，缺乏抗白粉病的亲本。
阎新甫、刘文轩（从1988年开始） 应用花粉管通道法将抗白粉病的二棱大麦总 DNA导入小麦感病品种花76(农艺性状好)。 研究发现： D1代便出现了2．77％的高抗白粉病变异株； D2代有5个株系的抗性已经稳定。 D3和D4代作病菌接种鉴定，表现高抗0、1、 11和15号小麦白粉病优势小种。 通过侵染型基因测定，表明所获得的抗自粉病 基因与小麦中已知的定名抗性基因完全不同， 而与大麦的抗白粉病基因一致。
二、植物分子育种的特点 1.遗传物质的转移突破生物学隔离的障碍 打破物种分类的界限，充分利用自然界丰富 的遗传资源，使遗传物质能在不同植物间，甚 至在植物，动物和微生物之间进行交流，从而 充分活化各物种的遗传基础，为创造新的生命 类型奠定广泛的基础．
2.无需经过细胞、原生质体离体培养（甚至不 需离体培养）(针对狭义的分子育种来说) 利用整体植株的特定细胞进行外源DNA或基 因的转移，如卵细胞、受精卵或早期胚细胞， 抑或幼胚，幼苗、芽丛分裂旺盛的细胞，它们 随着整体生长发育的进程而完成外源DNA或基 因的导入、整合与转化过程。无需经过细胞、 原生质体离体培养，转化诱导，形成再生株植 等一系列繁琐复杂的培养流程。
3．质粒与受体共同顺序重组验证。 应用质粒PNE0105(Kan’，能在植物中表达)与 受体的共同顺序(重复顺序)重组后导入棉花与 水稻，子代出现了卡那霉素 卡那霉素耐性明显高于受体 卡那霉素 的植株。在水稻中巳测出强的卡那霉素磷酸转 移酶的活力．同时还在Southern Blot图片上显 示出卡那霉素抗性基因的杂交条带，证明外源 基因导入成功，
以3H标记海岛棉“416” DNA分子(50kb)，于自花授 粉后24h，用50µl微量注射器向受体(岱字棉滤选204)子 房注射10µl 3H-DNA。 综合分析表明，花粉管道是外源DNA进入受体的惟一 通道：外源DNA经过天然的花粉管通道而进入胚囊， 转化种胚细胞。
2．通过不同克隆的基因或特异DNA片段 的导入进行分子验证。
（3）水稻 稻瘟病和白叶枯病是危害水稻生产最 普遍和最严重的病害。
陈善葆、段晓岚等（于1987年）
利用花粉管通道技术将抗白叶枯病水稻品种早生爱国 3号和矢祖的DNA导入受体856403等11个粳稻感病品种， 共获得种子671粒．次春播种，其中有9个受体的13个 组合长成D1代233株。 这项研究充分说明供体的抗白叶枯病和其他性状基因， 在受体于代中得到了整合、表达和稳定遗传。
翁坚等应用M13(mp7)与受体重复顺序重组分子导入海 岛棉，至胚发育60d，取成熟种，提取DNA，以32P标 记M13(mp7)制备探针。 从Southern Blot的Sau 3A酶切图谱上证明通过花粉管通 道技术，mp7DNA已整合进入受体基因组，而未经外 源DNA导入的海岛棉DNA对照中未测出mp7的同源 DNA。
50年代 杂种玉米稻未见父本的外观性状 外观性状； 外观性状 从染色体 染色体的形态特征、数目和组型分析来看，均与母本水稻相同； 染色体 但无可否认地出现了一些明显的变异 明显的变异： 明显的变异 如植株高、穗大、粒大，抗逆性(耐寒，耐旱)强、产量提高，而且这些变异还 可以遗传下去。 后来发现在以高梁、甘蔗和芦苇作父本，而以水稻作母本的远缘杂交实验中， 也获得了类似的结果： 即后代的外观特点与母本水稻一致，但也或多或少显露出一部分远缘的遗传 后代的外观特点与母本水稻一致， 后代的外观特点与母本水稻一致 信息． 信息 在遗传育种界对此尚存在学术观点不一的争论： 有人持否定态瘦，认为玉米稻不可能是杂交种，把所出现的变异归咎于母本不 纯，或纯属自发变异。 也有人认为变异是由玉米花粉物质刺激作用； 甚至还有人认为玉米稻要长出玉米棒子才算是真正的杂种．
3．适应面广
单子叶、双子叶植物均可运用这项技术达到 品种创新与改良的育种效果。 4．与常规育种相比，育种时间明显缩短，一般 只需3—4代各选系便可稳定。 5．方法简便 室内外(大田、盆栽场、温室等)均可进行，常 规育种工作者易于掌握。
第二节 植物分子育种的产生与发展
一.问题提出
吉林农民李贞生培育出的玉米稻（水稻×玉米） 吉林农民李贞生培育出的玉米稻
于元杰等 以鲁棉6号为受体，将罗布麻的DNA用微量注 射器从幼铃顶端纵轴向下插入胎座约0.5cm处， 每铃注10ulDNA，经过各项鉴定和检测分析， 获得一系列优良的变异系． 如种质系91003，不仅表现高产、纤维品质好， 而且在历年棉花枯萎病鉴定中，显示出良好的 抗性．比推广的抗病品种中棉12号抗病性强． 另外，于元杰等还以红麻为供体，将其DNA导 入鲁棉6号，从变异后代中选育出优质、抗病 优质系91006，不仅品质优、丰产性好，而且 也具有较强的扰棉枯萎病的能力。
二.DNA片段杂交假说及其分子验证
1974年，周光宇多次对粮食等作物远缘杂交实验进 行实地调查。 要点： （1）认为就整体分子而言，远缘亲本间的染色体结构 是不亲和的，容易相互排斥； （2）根据进化的观点 进化的观点，局部DNA分子部分基因间的结 DNA 进化的观点 亲和性； 构有可能保持一定的亲和性 亲和性 因而远缘DNA片段有可能进入受体细胞，并在母本 DNA复制过程中，这种DNA片段便与受体基因组相应 区段整合。 周光宇提出了“DNA片段杂交”假说，并应用同工 酶和分子杂交等技术对祖德明等培育的高梁稻及其亲 本材料进行了分析，使这一假说得到了分子验证。
黄兴奇等
以抗稻瘟病的陆稻品种勐旺谷、云南药用野生稻和燕 麦作供体，采用孕穗期茎注射法，将上述各种供体的 DNA分别导入水稻感病品种西南175，获得了一批性状 变异，并能稳定传的后代。 在所归类的19个材料中，经多次鉴定、筛选，共选 出7个稻瘟病抗性株系。
植物分子育种
Plant molecular Breeding
第一章 植物分子育种技术概论
常规育种虽然在农作物产量提高和品质改良方 面取得了很大成绩，但它存在着局限性： 一是遗传物质的转移难以突破生物学隔离的障 碍，使优良种质资源的利用受到限制; 二是由于基因连锁的困扰，又不易收到理想的 育种效果。 近年来迅速发展的生物技术，特别是分子水 平的生物技术，在提高作物产量，改善品质， 增强抗病虫和抗逆能力等方面展示了诱人的灿 烂前景．
于元杰等 采用牛胸腺DNA，小麦异属植物披碱草(高抗白粉病和锈病)、小 麦品种京花1号(无芒，中抗白粉病和条锈病)等材料作供体，取其 DNA分别导入受体普通小麦品系814527。该品系丰产性较好，但 中度感染条锈病和白粉病。经过培育与选择从不同组合中分别选 出了既丰产优质，又抗病的品系。 例如D041新种质系，以小麦841527为母体，导入牛胸腺DNA， 从其变异后代中经系谱法选育而成．D041不仅早熟，而且高产、 优质，同时高抗条锈病和干热风。 D259 D259为另一优良选系，其受体仍为814527，供体为京花1号DNA。 814527 1 DNA 此选系品质优，蛋白质和较氨酸含量均高，前者14%以上，后者 0.36％。突出的特点是高抗条锈病，叶锈病和白粉病，此外还能 抗旱． 在以披碱草DNA导入814527的后代中也选育出高抗条锈病的新品 系D1704。 倪建福等应用花粉管通道技术将长穗偃麦草总体DNA直接导入小 麦甘麦8号，获得了具有供体性状的后代．其中就抗条锈病田间鉴 定来看，D2选出两个变异株系，共57个单株，除1个单株感染条 锈外，其余56株均表现高抗或免疫。
第五节 植物分子育种与作物遗传改良
育种实践证明，育种上要有新突破，目前必须 抓住两项工作： ①广泛搜集有益的种质资源，并加以利用。 ②育种方法上进一步革新。 20余年的实践证明分子育种与常规育种紧密结 合，相辅相成，使作物遗传改良的研究登上了 新台阶，优良新品种层出不穷。以下简要介绍 这方面的研究成果。
第一节 植物分子育种的概念和特点
一、植物分子育种的概念 植物分子育种是近代开创的育种新途径，大 量实践证明我国在这方面取得了重要进展。 分子育种是指分子水平生物技术在植物育种 分子育种 上的应用。 中国科学院上海生物化学研究所周光宇研究 员指出，植物分子育种可概括为两个层次的工 程技术：
1.将带有目的性状基因的供体总DNA片段导入 欲改良的植物受体细胞，使其后代发生变异， 从中筛选出获得目的性状的后代或符合需要的 有价值的新类型，培育出高产、优质、抗性强 的新品种。 2．分离目的基因，构建重组分子，导入需要 改良的植物受体细胞，经过培育，筛选出获得 了目的性状，且综合性状优良的后代，育出新 品种。 狭义的分子育种指的是第一层次的分子育种。
第四节 植物分子育种的兴起与发展
• 据统计，全国约有21个省市，40个以上的实验室开展 这方面的研究，优质，高产，抗病，抗逆的优良新品 种和新品系不断涌现，显示出巨大的生产力效应。 • 从70年代中期到90年代末，分于育种经历了20余年的 艰苦探索。这期间，一共召开了3次植物分子育种学术 讨论会，分子学、分子遗传学和作物育种学的专家们 汇聚一堂，总结交流经验、切磋技艺、共商发展，使 植物分子育种事业进入了新阶段， • 总的来说，植物分子育种第一层次的技术，即带目的 性状的外源DNA导入技术，目前已为广大育种家们所 接受，它克服了常规育种的局限性，打破了物种隔离 的障碍，缩短了育种时间，为生产提供了一批优良品 种。
一、增强抗性 1.抗病 （1）棉花 棉花病害，特别是枯萎病、黄萎病等毁灭性病 害，常常给生产带来巨大的损失，由于丰产、 优质和抗病等性状之间往往存在负相关，常规 育种难以打破这一局面，采用分子育种法可以 逾越这一障碍，创造极丰富的变异来源，为农 作物抗病育种开辟了一条新途径．