植物生殖工程综述.pdf
植物生殖工程 第一节 植物生殖工程的概念与概况 一、植物生殖工程的概念与研究范围 植物生殖工程(pla nt reproduct ion engin eeri ng 或 pla nt reproductive cell engin eeri ng)是 通过控制和利用植物有性生殖过程而改良植物的应用技术领域， 主要指在离体条件下以 生殖细胞和 原生质体为对象所进行的遗传操作。它是当前生殖生物学研究的一个热点。 植物生殖工程是建立在 植物生殖生物学和实验生殖生物学的基础上的， 三者之间相互联 系、相互促进。杨弘远和周嫦 (1989)认为，植物生殖生物学是以认识植物生殖过程的自 然规律为基础的研究学科，植物生殖工程 是进行改良植物的应用技术领域，而实验生殖 生物学则是把二者联结起来的桥梁。 植物生殖工程包括整个有性生殖过程的控制和利用，比受精工程 (fertilization engineering)的范围更广，改造植物遗传性的能动性更强。植物生殖工程操作的对象是生 殖的器官、 细胞，与体细胞工程比较具有独特的优点。①有性生殖是大多数植物的自然 生殖过程，是无性生殖或 无融合生殖过程所不能取代的。这种顺乎 自然的繁衍后代的生 殖过程是一种阻力较少的途径。②生殖 过程中提供了许多基因操作的机会 ，如花粉管是 引导雄配子完成受精作用的运载工具，具有作为外源 基因载体的功能。③植物生殖系统 中拥有许多天然的单倍体细胞，可以直接制备单倍体原生质体。在 雄性生殖系统中包括 小孢子四分体、小孢子、花粉粒、花粉管、生殖细胞、精子。在雌性生殖系统中 包括有 大孢子、胚囊、卵细胞及其他胚囊成员细胞。这些细胞都是单倍体。精细胞为天然原生 质体， 卵器细胞、中央细胞在一定阶段存在半原生质体状态。操作这种天然的原生质体 比酶法分离原生质体 更具优点。④生殖系统中丰富多样的细胞类型可用于不同研究途 径。⑤单倍性的生殖细胞经过减数分 裂发生了各种形式的遗传重组 ，具有极大的遗传变 异性，因此通过生殖工程操作可以直接获得各种类 型的新个体 (杨弘远、周嫦， 1989 ； 胡适宜 ， ； ， 。 1986 Bajaj 1983) 植物生殖工程包括二大生殖系统：雄性生殖系统和雌性生殖系统；两种操作方式： 活体操作 (in vivo manipulation) 和离体操作 (in vitro manipulation) ；三个研究水平：即器官、 细胞和原生 质体水平。器官操作包括花药培养、子房培养和胚珠培养、胚和胚乳培养、 试管受精等。细胞操作 主要是指花粉和胚囊的分离和培养；原生质体操作是指由四分体 或胚囊细胞分离而获得原生质体并 进行培养；受精工程即离体的精卵细胞的融合和培 养。 二、植物生殖工程研究简介 1. 离体器官操作 (1) 试管授粉试管授粉或试管受精是指为了克服交配的不亲和性，离体培养子房 1 或胚珠而在试管中完成受精过程。 这种技术已较广泛地应用于克服远缘杂交或自交不亲 和性。 (2) 子房和胚珠培养它包括受精或未受精子房和胚珠培养。受精子房和胚珠 培养 的目的也是在于克服杂交或自交胚的败育，详见第六章。未受精子房和胚珠培养既是诱 导卵器细胞 形成单倍体植株进行单倍体育种的途径， 又是研究人工诱导无融合生殖和实 验生殖生物学的好方 法，下一节中将予以详细介绍。 (3) 胚和胚乳培养 胚培养是克服远缘杂交困难经常采用的方法 (见第七 章 )。胚乳 是极核受精的产物，一般多为 3n。因此进行胚乳培养的目的之一，在于培养三倍体植株 以获得无籽 的瓜果，如无籽西瓜、无籽柑桔和无籽枇杷等。 (4) 花药培养 离体培养花药是大量获得单倍体进行单倍体育种和遗传学研究的 重要技术，也是研究雄核发育(androgensis 等生殖生物学问题的良好方法。 (5) 再生雄蕊和花粉的研究 离体再生雄蕊和花粉对于研究整个雄性
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