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植物生物技术.doc

来源：花匠小妙招时间：2024-11-09 07:05

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1、植物生物技术张清国zhangqg2005 2009.10.10生物技术定义及生物产业在我国的现状生物技术：应用生命科学理论，以人们意志设计，对生物或生物的成分进行改造和利用的技术。是生物、分子、化学、物理、遗传、发育、机械、信息学、计算机等的多学科交叉融合的产物。核心技术是基因工程、细胞工程、生化工程、发酵培养工程及生物反应器工程。生物技术是21世纪的核心技术，已经在医药、农业、环保、食品等领域得到广泛应用。并且，逐步的渗透到各行各业，发展极迅速，广泛的影响人类的生产和生活。生物产业是指：将现代生物技术和生命科学应用于生产以及应用于经济社会各相关领域，主要包括生物医药、生物农业、生物能源、生

2、物制造、生物环保等新兴产业。在我国，生物产业起步晚，2005年6月，国家发改委首批确立了深圳、长春、石家庄3个国家生物产业基地，截至目前，共建立基地22个。其中，东部地区10个，中部地区7个，西部地区5个，总投资超2000亿元。我国生物产业规模小，经济效益低。以生物医药为例，整个行业的规模仅仅相当于美国默克公司的3倍多，但实现利润仅为其74%。自主创新能力弱。就2006年，在欧盟、美国获得授权的生物技术专利总量中，来自美国的专利占54.66%，来自日本的占10.3%，而我国的仅占0.52%。一、植物生物技术的定义现代生物技术综合分子生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、胚胎学、免疫学、化学、物

3、理学、信息学、计算机等多学科技术，可用于研究生命活动的规律和提供产品为社会服务等。植物生物技术是一门应用现代生物技术理论改良植物遗传性状、培育新品种、创造新种质的技术。在染色体、细胞、组织、器官乃至生物个体水平上创造或改造生物类型和生物机能的工程。二、植物生物技术理论基础2.1DNA是生命遗传信息的载体DNA分子的功能是贮存决定物种的所有蛋白质和RNA结构的全部遗传信息；策划生物有次序地合成细胞和组织组分的时间和空间；确定生物生命周期自始至终的活性和确定生物的个性。2.2植物细胞的全能性一个生活的植物细胞，只要有完整的膜系统和细胞核，它就会有一整套发育成一个完整植株的遗传基础，在一个适当的条件

4、下可以通过分裂、分化再生成一个完整植株，这就是所谓的植物细胞全能性。三、植物生物技术及其应用3.1基因工程基因工程是指用人工方法把不同生物的遗传物质分离出来，在体外进行切割、拼接，然后按照人们的意愿重新组合成重组体，再把重组体放回到宿主细胞内进行大量复制，并使遗传信息在新宿主细胞或个体中高效表达，最终获得基因产物。这种人工创造新生物并给与生物新功能的过程称为基因工程，或称为分子水平上的遗传工程。基因工程又称作DNA 体外重组技术。这种DNA 分子的新组合克服了固有的生物种间的限制，扩大和带来了定向创造新生物的可能。这是基因工程的最大的特点。此外，基因工程还已经深入到细胞水平、亚细胞水平，特别是

5、基因水平来改造生物的本性，同时大大的扩大了育种的范围，打破了物种之间杂交的障碍，加快了育种的进程。当人类社会所面临的人口的增加、食品的缺乏、资源的匮乏、环境污染的加剧、疑难病的诊断和治疗等重大问题，都在不同程度上依赖于生物技术的发展和应用加以解决。当今以基因工程为核心的生物技术已成为世界高技术浪潮的重要组成部分。这是一场正在蓬勃发展的高技术革命，不仅推动这场革命的进程，而且正以前所未有的进行技术冲击着人们的原有观念。技术概述：1、核酸分子杂交技术，人工模仿植物生命活动，体外合成核酸分子。2、目的基因的分离，借用其他物种有用的基因3、植物的转基因技术。把我们预想的，或者想要的基因转移到目的植物中

6、主要的途径方法有：农杆菌介导的基因转移（根瘤杆菌感染介导）DNA直接转移法（基因枪）生物通道（如授粉时的遗传物质融合过程）应用于植物育种1、豆科植物固氮的功能涉及17个基因，分属于7个操纵子，现在已能把它们全部引入酵母菌，而且能正常复制，得到基因的产物蛋白质多肽，但不具备生物活性。b改造玉米胚乳蛋白质而使人畜营养必须的赖氨酸和色氨酸成分增加的工作也正在着手进行。c1983年把豆类的蛋白质基因引入了向日葵，培育出“向日豆”。还将动物蛋白基因转移给了马铃薯，希望培育出“肉薯”。目前最突出的产品是中国的抗虫棉花，美国孟山都得抗虫高产番茄。3.2细胞工程3.2.1染色体遗传工程：染色体遗传操作技术（

7、大规模的自身基因改造）染色体是遗传物质DNA的载体。当染色体的数目发生改变时（缺少，增多）或者染色体的结构发生改变时，遗传信息就随之改变，带来的就是生物体的后代性状的改变，这就是染色体变异。根据产生变异的原因，它可以分为结构变异和数量变异两大类。染色体结构变异的发生是内因和外因共同作用的结果,外因有各种射线、化学药剂、温度的剧变等,内因有生物体内代谢过程的失调、衰老等。在这些因素的作用下, 染色体可能发生断裂,断裂端具有愈合与重接的能力。当染色体在不同区段发生断裂后,在同一条染色体内或不同的染色体之间以不同的方式重接时,就会导致各种结构变异的出现。例子：毛白杨三倍体的培育，三倍体毛白杨生长速度

8、是原来二倍体的3.7倍，前期速生，对杨树叶锈病、褐斑病和煤污病基本免疫;对天牛也有较强的抗性；抗弯、抗拉，还是抗压、抗剪能力均明显优于同期的二倍体，木材白度高、不黑心更是其优于二倍体的特性，3.2.2 原生质体培养和细胞杂交技术通过培养和生物方法（病毒）、化学方法（聚乙二醇PEG）、物理方法（电激和激光）诱导，两个或多个细胞合并成一个双核或多核细胞的过程称为细胞融合（cellfusion）或细胞杂交（cellhybridization）。细胞融合不仅可用于基础研究，而且还有重要的应用价值，在植物育种方面已经成功的有萝卜+甘蓝、粉蓝烟草+郎氏烟草、番茄+马铃薯等等，形成的一个物种综合了原有两个物

9、种的特性。 3.2.3细胞发酵工程细胞悬浮培养。借用成熟的微生物发酵技术理论培养植物细胞。目的为了获得细胞，这些细胞含有特殊的价值，如药用价值。缺点是生产粗放，直接收集粗产品。进一步的细胞发酵目的是收获细胞生命活动中产生的代谢物质。细分到分子水平的有效成分，如人参细胞培养，收集人参皂甙。或者红豆杉细胞培养收集紫杉醇。意义在于，克服自然资源及环境因素的限制，利用现代化的机械以及智能化自动化的控制系统，高效生产活性物质目的产物或化合物。3.2.4植物干细胞技术从一个单细胞到植物器官或整体植株的发育系统。以细胞发酵培养为基础，集合定向发育技术，生产人工种子，营养器官。通过培养愈伤组织细胞，结合定向发

10、育技术，使得单个细胞经历复杂的发育过程，最终获得植物个体（体细胞胚胎，植物幼体）、植物器官（根、叶等）。愈伤组织细胞是植物细胞中生长最快的细胞之一，生长速度仅次于冠瘿组织（变异细胞），且是非变异细胞，可通过发酵罐进行规模化、自动化培养。体细胞胚与种子有着类似的生理规律及结构，通过人工包埋制成人工种子，结合了人工生产的优势（人工控制环境，生产空间小、不受外界环境因素的影响、生产效率高）有拥有天然种子便于运输储存的优点。某些植物器官拥有特殊的意义，如人参根部是其药用成分主要积累部位，定向培育细胞发育形成根部组织，是人工快速获得目的产物的一项新技术。3.3植物离体快繁技术及无病毒苗木培育技术植物组织

11、培养即植物无菌培养技术，是根据植物细胞具有全能性的理论，利用植物体离体的器官如根、茎、叶、茎尖、花、果实等）组织（如形成层、表皮、皮层、髓部细胞、胚乳等），在无菌和适宜的人工培养基及光照、温度等人工条件下，繁殖生产植物植株的学科优点：无性快繁产生的植株，在遗传上与亲本相同，保持优良特性繁殖速度快，不受气候的影响。占用较小的空间其次，农作物品质衰退的原因主要是植物病毒的感染。为获得高产，生产中就必须培养出无病毒苗木，即脱毒苗木。利用生物技术措施，从感染病毒的植株中获得了无病毒种质的苗木材料即无毒苗木培育技术。如马铃薯植株的顶端分生组织很少或没有病毒，常采用顶端分生组织培养技术得到无病植株

12、，即脱毒马铃薯。四、生物技术应用于林业的前景一瞥4.1速生高抗林木育种及应用2009年，我国森林覆盖面积仅为18.21%，年缺木材约9千万立方米，水土流失面积达357万平方公里，占国土总面积的37.1%，平均每年流失土壤45亿吨，每年因水土流失损失耕地约100万亩，其中200万平方公里亟待治理，木材短缺和生态环境制约了国民经济发展，发展高抗、速生、优质人工林是唯一的出路。速生高抗品种的引进，高世代乡土优良树种的生产，优良杂交后代的选育，都为高产速生优质人工林做出了很大的贡献。但，同时也存在一些问题，如，受环境以及林木自身遗传因素制约，高世代种子生产量不稳定；良种引进受制于他人，成本高，供应得不

13、到保障；优良后代遗传不稳定易遗传分离等。4.1.1生产应用借助于生物技术，如组培技术、细胞培养定向发育技术，可以利用有限的资源，甚至一枝一叶，一年半载，便可获得千千万万性质一致的优良苗木。4.1.2 应用研究多倍体选育及应用研究是高抗速生树种选育及优质人工林培育的一个重要领域。多倍化后，多个等位基因互作产生了更多的组合和更多样的功能变化，从而比二倍体亲本拥有更高的杂合性和更迅速的环境适应力，表现为抗逆性增强及克服远缘杂交的不育性等特点而倍受园艺育种学家的青睐。应用细胞工程技术，创造新种质资源，选育下一个“三倍体毛白杨”。细胞杂交获得新林木种质。结合速生、优质、高抗为一体的超级树种，呼之欲出。国家转基因专项正火热进行之中，高产速生，强抗性的林木产生近在咫尺。4.2 非木质林产品的开发近年来,林产品中，非木质林产品出口超额过木质林产品。非木质林产品拥有很大的市场潜力，这与非木质林产品自身性质有极大的关系。非木质林产品具有生产周期短,可再生性强的特点。但，同时存在问题是，自然环境、气候、人为破坏等，野生资源日渐枯竭。并且，多为初级产品，附加值低。利用生物技术，进行种质保存、栽培改良、品种改良及优化；研究开发有效化学物质加工提纯的现代加工技术等。