第十三章
生物技术在作物育种中的应用
总目 录 上一章 下一章
第一节 世界新技术革命与生物技术在农
业上的应用
第二节 体外培养
第三节 体细胞杂交与无性系突变的利用
第四节 外源基因转化和转导在作物育种
中的应用
第五节 分子标记在作物育种中的应用
第六节 人工种子
第十三章 生物技术在作物育种中
的应用
一、农业新技术革命的主要内容
(一 ) 世界近代三次产业革命 (又称三次浪潮 )
第一次产业革命：机器革命
第二次产业革命：电子革命 (自动化 )
第三次产业革命：信息革命（含生物遗传信息）
当今的世界新技术革命又称为“三次产业革命”,又称“第三次浪
潮”。世界新技术革命已渗透到不同产业领域，形成了不同产业的新技术
革命。在农业领域形成了农业新技术革命。
(二 )当今世界新技术革命的四大主要内容
1．新能源 2,新材料 3,信息技术 4,生物技术
(三 ) 现代农业新技术革命的主要内容
生物工程在农业上的应用
电子计算机在农业上的应用
遥感技术 在农业上的应用
§ 1,世界新技术革命与生物技术在农业上的应用
二、现代生物技术发展简况
50年代, Watson & Click 发现 DNA双螺旋结构, 科学
家相继揭开生物遗传学分子结构和遗传信息之
秘 。
70年代, DNA重组技术取得成功, 细胞融合技术, 单
细胞培养技术, 生物反应技术 (生物反应器 )取
得突破性发展, 带来了一场深远的生物技术革
命 。 短短 20 年内, 就产生了许多生物技术边
缘学科 。 产生了现代的基因工程, 细胞工程,
染色体工程, 酶工程, 发酵工程 (微生物工程 )
等生物技术研究和应用领域 。 应用范围包括工
业, 农业, 医药, 食品, 冶金, 能源, 环境净
化等 。 国外已形成了许多生物技术公司和产业 。
90年代,基因工程和分子生物技术取得了大批应用成
果 —— 转基因植物及动物, 基因工程药物等 。
三、生物技术在农业上的应用
1.* 植物组织和细胞培养
2.* 细胞工程 原生质体培养与细胞融合
3.* 基因工程 基因转导和转化, 基因序列分析, 基因
人工合成, 基因重组
4.* 染色体工程 染色组工程, 染色体工程, 染色体片
断工程
5.* 分子标记 辅助育种
5,动物人工受精和胚胎移植 从无生育能力母畜获得
代, 珍稀畜种增殖等
6,单克隆抗体技术的应 植病和兽医
7,微生物工程的应用（发酵工程、酶工程）
* 已成为重要的作物遗传改良的新手段
四、生物技术应用于育种的必要性
（ 一 ） 生物技术的概念：见 P167
（ 二 ） 人类二十一世纪面临的三大问题
（ 三 ） 传统育种方法的局限
（ 四 ） 生物技术的创造性
1,打破自然生殖隔离，生物可共享一个基因库
2,有目的地进行基因重组，克服不良连锁
3,有效克服环境影响，选择更可靠
生物技术 (Biotechnology)应用于作物育种，可以解决传
统育种的一些特殊困难，扩大育种的基因来源，提高鉴定
和选择的可靠性，加快育种进程，加速繁殖，提高育种效
率等，对于解决新世纪人口与食物问题，以及生物能源问
题，具有十分重要意义。
五、生物技术在作物育种中应用的重要意义
§ 2.体外培养
一、体外培养的概念和分类
体外培养 (in vitro culture)又称组织培养（ Tissue
culture)和离体培养 (in vitro culture),它是指在无菌条件
下，将植物的离体组织、器官、细胞或原生质体在人工
配制的培养基上进行培养，使其长成完整的植株。
在植物组织培养中，用于培养的各种植物组织、器
官和细胞等，称为 外植体 （ Explant)
植物组织培养已经大量地应用于有经济价值作物的
工厂化快速繁殖 。
体外培养的分类
（ 一）根据外植体分类
1,幼苗或幼株培养 2,组织与器官培养 3.胚培养
4,细胞培养 5,花粉和花药培养 6,原生质体培养
（二）根据培养目的分类
1,试管繁殖 2.试管加倍 3.试管受精
4.试管嫁接 5,试管育种
（三）根据培养方法分类
1,平板培养 2,悬浮培养 3.微室培养
二、外植体的种类,
茎 (芽 )尖、子叶、胚、芽、茎 (段 )、幼叶、
子房、下胚轴、花药、愈伤、小孢子、
原生质体等。组织和器官外植体要求幼
嫩，处于分生状态 。
三、培养基的一般组成 (有固体、液体培养基 )
（ P169）
1 无机盐类 （ 大量元素, 微量元素 ）
2 有机物质 （ 碳水化合物, 生长物质 ）
3 其它物质 （ 酪蛋白, 水解乳蛋白等 ）
四、培养环境条件
温度,一般 24-25℃ 左右
光照,一般 16h,2000Lux
培养环境,无菌
PH条件,因培养基而异
五、植物组织培养的一般程序
供体植株 的培育
外植体的采集和消毒
培养基的制备 (含消毒 )
培养
假植
田间移栽
六、主要培养方法（ P169）
? 组织块培养 （ 茎尖, 茎段, 腋芽等 ）
? 细胞悬浮液培养
? 器官培养 （ 子房, 胚珠, 叶片等 ）
? 胚培养 （ 幼胚 ）
? 花粉和花药培养
? 原生质体培养
§ 3,体细胞杂交与无性系突变的利用
一, 体细胞杂交 (又称原生质体融合 )
1,重要意义,克服杂交不亲和
获得胞质杂种
2,体细胞杂交一般程序
制备原生质体 → 诱导融合 → 原生质体培
养 (愈伤组织 )→ 诱导成完整植株 （ 图示 ）
二、无性系突变的筛选和利用
（ 一 ） 无性系突变的概念 （ P174）
（ 二 ） 无性系突变的原因
（ 三 ） 无性系突变的筛选 (P175)
无性系突变 是指在植物组织培养
过程中，再生植株出现与亲本不
相同的变异性状,
无性系突变的概念
无性系突变的原因
? 培养基中植物激素
? 外植体体细胞变异
? 随机突变等
§ 4,外源基因转化和转导在作物育种的应用
一、植物基因工程的必备要素 ( 目的基因、基
因载体、工具酶）
二、外源基因的来源 （基因分离、基因合成）
三、外源基因转化的方法
（一）机械导入法（注射法、基因枪法）
（二）物理导入法（电激穿孔）
（三）花粉管通道法
（四）其它
四, 外源基因转导 (载体介导转移 ) 的
方法及一般程序 (农杆菌系统 )
（ 一 ） 基因载体 （ Ti质粒, 噬菌体, 病毒 ）
（ 二 ） 转导方法
1,共培养方法
2,活体接种与共感染法 (幼苗接种 )
（ 三 ） 一般转导程序 （ P177）
五、外源基因转化和转导在作
物育种的应用
（ 一 ） 提高抗病虫性
（ 二 ） 改良品质
（ 三 ） 抗除草剂
（ 四 ） 植物生物反应器
§ 5,分子标记在作物育种中的应用
一, 遗传标记的种类
二, 遗传标记应用于作物育种的重要
意义
三, 分子标记辅助选择育种的现况与
发展趋势
§ 6 人工种子技术
一、人工种子的概念和基本结构
1,体细胞胚或胚状体
2,人工胚乳
3,人工种皮
二、人工种子的优点
1,可常年生产种子
2,可工厂化生产种子，不占农田
3,可与种衣剂技术结合
4,可固定杂种优势
三,人工种子的生产过程
1,作物的选择
（ 1）现有技术基础较强的作物：胡萝卜、苜蓿、
黄蒿、鸭茅、狼尾草等。
（ 2）商业性较强的作物：秋海棠、花茎甘蓝、花
椰菜、仙客来、天竹葵、扶郎花、凤仙花等。
2,体细胞胚的产生
生物反应器中大批量生产
3,包埋种胚
4,包裹种被
5,人工种子的防腐与储藏
植物工厂化快速繁殖（荷兰）
荷兰观赏植物的工厂化生产
甘蓝型油菜游离小孢子培养
油
菜
幼
胚
离
体
培
养
植物原生质体的质、核的分离
植物原生质体融合及植株再生
细
胞
操
作
显
微
镜
番茄与近缘野生物种体细胞融合的杂种
番茄与近缘野生物种体细胞融合的杂种
细
胞
质
融
合
转
移
线
粒
体
基
因
生物技术在作物育种中的应用
总目 录 上一章 下一章
第一节 世界新技术革命与生物技术在农
业上的应用
第二节 体外培养
第三节 体细胞杂交与无性系突变的利用
第四节 外源基因转化和转导在作物育种
中的应用
第五节 分子标记在作物育种中的应用
第六节 人工种子
第十三章 生物技术在作物育种中
的应用
一、农业新技术革命的主要内容
(一 ) 世界近代三次产业革命 (又称三次浪潮 )
第一次产业革命：机器革命
第二次产业革命：电子革命 (自动化 )
第三次产业革命：信息革命（含生物遗传信息）
当今的世界新技术革命又称为“三次产业革命”,又称“第三次浪
潮”。世界新技术革命已渗透到不同产业领域，形成了不同产业的新技术
革命。在农业领域形成了农业新技术革命。
(二 )当今世界新技术革命的四大主要内容
1．新能源 2,新材料 3,信息技术 4,生物技术
(三 ) 现代农业新技术革命的主要内容
生物工程在农业上的应用
电子计算机在农业上的应用
遥感技术 在农业上的应用
§ 1,世界新技术革命与生物技术在农业上的应用
二、现代生物技术发展简况
50年代, Watson & Click 发现 DNA双螺旋结构, 科学
家相继揭开生物遗传学分子结构和遗传信息之
秘 。
70年代, DNA重组技术取得成功, 细胞融合技术, 单
细胞培养技术, 生物反应技术 (生物反应器 )取
得突破性发展, 带来了一场深远的生物技术革
命 。 短短 20 年内, 就产生了许多生物技术边
缘学科 。 产生了现代的基因工程, 细胞工程,
染色体工程, 酶工程, 发酵工程 (微生物工程 )
等生物技术研究和应用领域 。 应用范围包括工
业, 农业, 医药, 食品, 冶金, 能源, 环境净
化等 。 国外已形成了许多生物技术公司和产业 。
90年代,基因工程和分子生物技术取得了大批应用成
果 —— 转基因植物及动物, 基因工程药物等 。
三、生物技术在农业上的应用
1.* 植物组织和细胞培养
2.* 细胞工程 原生质体培养与细胞融合
3.* 基因工程 基因转导和转化, 基因序列分析, 基因
人工合成, 基因重组
4.* 染色体工程 染色组工程, 染色体工程, 染色体片
断工程
5.* 分子标记 辅助育种
5,动物人工受精和胚胎移植 从无生育能力母畜获得
代, 珍稀畜种增殖等
6,单克隆抗体技术的应 植病和兽医
7,微生物工程的应用（发酵工程、酶工程）
* 已成为重要的作物遗传改良的新手段
四、生物技术应用于育种的必要性
（ 一 ） 生物技术的概念：见 P167
（ 二 ） 人类二十一世纪面临的三大问题
（ 三 ） 传统育种方法的局限
（ 四 ） 生物技术的创造性
1,打破自然生殖隔离，生物可共享一个基因库
2,有目的地进行基因重组，克服不良连锁
3,有效克服环境影响，选择更可靠
生物技术 (Biotechnology)应用于作物育种，可以解决传
统育种的一些特殊困难，扩大育种的基因来源，提高鉴定
和选择的可靠性，加快育种进程，加速繁殖，提高育种效
率等，对于解决新世纪人口与食物问题，以及生物能源问
题，具有十分重要意义。
五、生物技术在作物育种中应用的重要意义
§ 2.体外培养
一、体外培养的概念和分类
体外培养 (in vitro culture)又称组织培养（ Tissue
culture)和离体培养 (in vitro culture),它是指在无菌条件
下，将植物的离体组织、器官、细胞或原生质体在人工
配制的培养基上进行培养，使其长成完整的植株。
在植物组织培养中，用于培养的各种植物组织、器
官和细胞等，称为 外植体 （ Explant)
植物组织培养已经大量地应用于有经济价值作物的
工厂化快速繁殖 。
体外培养的分类
（ 一）根据外植体分类
1,幼苗或幼株培养 2,组织与器官培养 3.胚培养
4,细胞培养 5,花粉和花药培养 6,原生质体培养
（二）根据培养目的分类
1,试管繁殖 2.试管加倍 3.试管受精
4.试管嫁接 5,试管育种
（三）根据培养方法分类
1,平板培养 2,悬浮培养 3.微室培养
二、外植体的种类,
茎 (芽 )尖、子叶、胚、芽、茎 (段 )、幼叶、
子房、下胚轴、花药、愈伤、小孢子、
原生质体等。组织和器官外植体要求幼
嫩，处于分生状态 。
三、培养基的一般组成 (有固体、液体培养基 )
（ P169）
1 无机盐类 （ 大量元素, 微量元素 ）
2 有机物质 （ 碳水化合物, 生长物质 ）
3 其它物质 （ 酪蛋白, 水解乳蛋白等 ）
四、培养环境条件
温度,一般 24-25℃ 左右
光照,一般 16h,2000Lux
培养环境,无菌
PH条件,因培养基而异
五、植物组织培养的一般程序
供体植株 的培育
外植体的采集和消毒
培养基的制备 (含消毒 )
培养
假植
田间移栽
六、主要培养方法（ P169）
? 组织块培养 （ 茎尖, 茎段, 腋芽等 ）
? 细胞悬浮液培养
? 器官培养 （ 子房, 胚珠, 叶片等 ）
? 胚培养 （ 幼胚 ）
? 花粉和花药培养
? 原生质体培养
§ 3,体细胞杂交与无性系突变的利用
一, 体细胞杂交 (又称原生质体融合 )
1,重要意义,克服杂交不亲和
获得胞质杂种
2,体细胞杂交一般程序
制备原生质体 → 诱导融合 → 原生质体培
养 (愈伤组织 )→ 诱导成完整植株 （ 图示 ）
二、无性系突变的筛选和利用
（ 一 ） 无性系突变的概念 （ P174）
（ 二 ） 无性系突变的原因
（ 三 ） 无性系突变的筛选 (P175)
无性系突变 是指在植物组织培养
过程中，再生植株出现与亲本不
相同的变异性状,
无性系突变的概念
无性系突变的原因
? 培养基中植物激素
? 外植体体细胞变异
? 随机突变等
§ 4,外源基因转化和转导在作物育种的应用
一、植物基因工程的必备要素 ( 目的基因、基
因载体、工具酶）
二、外源基因的来源 （基因分离、基因合成）
三、外源基因转化的方法
（一）机械导入法（注射法、基因枪法）
（二）物理导入法（电激穿孔）
（三）花粉管通道法
（四）其它
四, 外源基因转导 (载体介导转移 ) 的
方法及一般程序 (农杆菌系统 )
（ 一 ） 基因载体 （ Ti质粒, 噬菌体, 病毒 ）
（ 二 ） 转导方法
1,共培养方法
2,活体接种与共感染法 (幼苗接种 )
（ 三 ） 一般转导程序 （ P177）
五、外源基因转化和转导在作
物育种的应用
（ 一 ） 提高抗病虫性
（ 二 ） 改良品质
（ 三 ） 抗除草剂
（ 四 ） 植物生物反应器
§ 5,分子标记在作物育种中的应用
一, 遗传标记的种类
二, 遗传标记应用于作物育种的重要
意义
三, 分子标记辅助选择育种的现况与
发展趋势
§ 6 人工种子技术
一、人工种子的概念和基本结构
1,体细胞胚或胚状体
2,人工胚乳
3,人工种皮
二、人工种子的优点
1,可常年生产种子
2,可工厂化生产种子，不占农田
3,可与种衣剂技术结合
4,可固定杂种优势
三,人工种子的生产过程
1,作物的选择
（ 1）现有技术基础较强的作物：胡萝卜、苜蓿、
黄蒿、鸭茅、狼尾草等。
（ 2）商业性较强的作物：秋海棠、花茎甘蓝、花
椰菜、仙客来、天竹葵、扶郎花、凤仙花等。
2,体细胞胚的产生
生物反应器中大批量生产
3,包埋种胚
4,包裹种被
5,人工种子的防腐与储藏
植物工厂化快速繁殖（荷兰）
荷兰观赏植物的工厂化生产
甘蓝型油菜游离小孢子培养
油
菜
幼
胚
离
体
培
养
植物原生质体的质、核的分离
植物原生质体融合及植株再生
细
胞
操
作
显
微
镜
番茄与近缘野生物种体细胞融合的杂种
番茄与近缘野生物种体细胞融合的杂种
细
胞
质
融
合
转
移
线
粒
体
基
因
