农业高新技术概论期末复习资料

农业高新技术概论期末复习资料1、绪论---农业发展与高新技术绿色革命20世纪60年代，设在菲律宾的国际水稻研究所和设在墨西哥的国际玉米小麦改良中心，育成矮杆（半矮杆）高产水稻和小麦品种。这些品种在发展中国家迅速推广应用，并配合灌溉、施肥技术的改进，产生了巨大的经济效益和社会效益。这种以推广良种（矮杆化）为主要内容的技术进步，被誉为第一次“绿色革命”（矮杆育种）。第二次绿色革命------杂种优势利用雄性不育现象的利用1970年，我国发现“野败”，并成功育成“三系”配套的籼型杂交水稻，并迅速向全世界推广。杂交水稻取得举世瞩目的成就第三次绿色革命-----生物技术育种(分子育种)细胞工程育种染色体工程育种分子育种四、农业发展与高新技术农业高新技术的概念及范畴农业高新技术指农业领域中应用的高技术。以农业高技术为主体的产业叫农业高技术产业。农业高新技术农业生物工程水肥条件和环境工程农业机械和设施工程农业信息和遥感工程1․农业生物工程在种植业方面：植物杂种优势利用是应用最广、成效最大的一种育种技术。植物种苗组培快繁脱毒技术已在蔬菜、花卉、果树经济和观赏林木上应用和进入商业化生产，美国的兰花工厂年产值已近美元；我国在这方面也开始了商业化。植物基因工程育种在改善品质、提高质量、改善抗性，特别是抗病虫、耐旱、耐盐和耐低温冷害方面大有作为。在养殖业方面：家畜胚胎工程。胚胎分割、核移植、性别控制技术等都有突出进展；转基因动物研究进展迅速，目前已经得到多例多代生长激素基因转移成功的转基因绵羊、猪、兔等。美、英、澳等国正在实施“超级猪”、“超级牛”计划。动物反应器，即利用转基因动物生产医用多肽药物、疫苗、人型抗体、人造血液等。我国863计划在这个生物技术前沿上也取得了很好的进展，转基因猪计划素体系已经建立，生产效率居世界先进水平。•单克隆抗体技术的发展使畜禽疾病的鉴别和诊断进入了一个新阶段；•基因工程疫苗得到迅速发展，对畜禽疾病的预防将发挥越来越大的作用。单抗制剂和基因工程疫苗已经成为动物医药市场发展的热点。•生物性农（兽）药和生长调节物质已成为全球性的发展趋势，并将继续扩大其市场份额。生物农药主要通过自然微生物或基因工程株，应用微生物发酵工程技术进行生产。2．水肥条件和环境工程•输水系统中防渗、灌溉方式以及设施（如低压地下管道输水、喷灌、微灌、渗灌等）和材料是目前节水灌溉中攻克的重点。•减少农田土壤表面蒸发是节水的另一主攻方面。地膜中，光降解膜、淀粉基生物降解膜、天然高分子降解膜均取得突破，日本、美国等已商品生产，但效果较差，价格偏高。3．设施农业设施农业是指用人工设施为动植物提供最佳生产环境，是现代化技术的高度综合和集成，可控制程度高，可实行工业化科学生产和管理，产量可较传统生产方式提高数倍和数十倍，并且可以节约大量水土资源。对温度和射线具有良好调控能力的玻璃和塑料材料以及各类轻型、耐腐蚀的金属材料；环境、结构和工程设计；对光照、温度、湿度以及灌溉、施肥等栽培饲养过程的自控或半自控；适应设施栽培饲养的动植物品种和栽培饲养技术。4．农业信息与遥感工程农业的多要素、综合性、分散性和时空变异大的特点决定了农业信息的重要性，农业信息的内容有生产状况的形势类、资源环境类、灾情类、经济类。3S：RS、GIS、GPS航空遥感可用于专项目标。我国已成功地利用遥感技术作灾情检察、产量预报、水资源探察。中科院长春地理所采用卫星遥感发现大安地区古河道地下水资源，从而科望开拓处数十万亩的水稻产区。“三色农业”“三维农业”2、植物组培快繁和脱毒技术一、细胞学说细胞学说的三个含义：一、细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而成，并由细胞和细胞产物所构成；二、每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的生命”，又是整体生命的一部分；三、新细胞由老细胞产生。二、细胞分化现象一个生物体的上百亿细胞，都是由受精卵经过有丝分裂产生的，每个细胞的内部虽然具有形态和数目相同的染色体，但细胞的形态、大小和执行的功能却并不完全一样，这种由同一受精卵产生的细胞相不同方向发展的现象称为细胞分化。细胞分化的实质在于：一个全能性的细胞是通过什么方式使其大部分的遗传信息不再表达，而仅有小部分特点的基因活化和表达（往往表现为合成不同的酶和蛋白质），最终使细胞表现出执行特定的功能。三、全能、多能和专能细胞根据细胞分化的程度，可以把细胞分为:全能能像受精卵一样形成一个完整个体的细胞。多能多能细胞是指那些能转变为多种类型细胞的细胞。专能只能通过细胞分裂形成某种特定的细胞。•细胞分化的程度越高，其全能性的实现越困难。四、细胞全能性（CellTotipotency）细胞全能性：一个植物细胞能产生一个完整植株的固有能力称为植物细胞的全能性。换言之，细胞全能性是指植物细胞具有全套遗传信息，不管是性细胞还是体细胞，在特定环境下仍能进行表达，而产生一个独立完整的个体。植物细胞具有全能性，这是植物组织培养的原理。从理论上说，只要条件合适，每一个植物细胞都能发育形成一个与原来植物相同的完整植物体。事实上，较之动物细胞而言，植物细胞实现全能性容易得多。而动物细胞要实现其全能性，要求的条件要苛刻的多。这也是动物克隆比植物克隆更引人注目的原因之一。第二节植物组织培养和细胞全能性的实现一、概念植物组织培养：简言之，是指在无菌条件下培养植物的技术。具体的说，是指在无菌条件下将离体的植物器官（根、茎、叶、花、果实等）、组织（形成层、花药组织、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞和生殖细胞）以及原生质体，培养在人工配制的培养基上，给予适当的培养条件，使其长成完整的植株，统称为植物组织培养。由于培养的是脱离植物母体的培养物，在试管内培养，所以也叫离体培养（Cultureinvitro）或试管培养（Intest-tubeculture）。二、实现植物细胞全能性所需的条件1、植物细胞自身生理及分化状态（内因）一个细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在原来所处的自然部位上已经达到的细胞和生理状态。2、离体培养中提供的营养和环境条件（外因）内因•植物细胞，只要有一个完整的膜系统和一个有生命力的核，即使是已高度成熟和分化的细胞，也还保持着恢复分生状态的能力。其恢复过程取决于该细胞原来所处的自然部位及生理状态。周期细胞茎尖、根尖及形成层细胞，这类细胞始终保持分裂能力，从一个周期进入另一个周期终端分化细胞筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞，他们为永久失去分裂能力的细胞Go细胞表皮细胞及各种薄壁细胞，这类细胞在通常情况下不分裂，但在受到外界刺激后可重新启动分裂外因•培养基提供离体条件下的生存条件（物质能量）•培养环境条件提供全能性实现的条件培养基（一）、培养基的成分及其作用•1无机营养物质•2有机化合物•3植物生长调节物质•4固化剂和悬浮剂3、植物生长调节物质•植物激素是在植物体内合成的，对植物生长发育有显著调节作用的微量有机物，而植物生长调节剂是外源的调节植物生长发育的物质。•只有加入植物生长调节物质，才能诱导细胞分裂、脱分化和再分化。1）、生长素类生长素的生理作用1、促进细胞生长和细胞分裂2、诱导受伤组织表面细胞恢复分裂能力3、形成愈伤组织，促进生根4、与一定量的细胞分裂素配合共同诱导不定芽的分化、侧芽的萌发与生长、胚状体的诱导。2）、细胞分裂素控制植物细胞分化•分裂素/生长素的比例是控制芽和根形成的一个重要条件•比例高时——产生芽,比例低时——产生根（二）培养环境条件•培养中温度、光照、湿度等各种物理条件1.光照的影响2.温度的影响3.湿度的影响4.pH值5.渗透压6.气体影响三、植物细胞全能性实现的途径脱分化（Dediffentitation）——一个已停止分裂的成熟细胞转变为分生状态并形成未分化的愈伤组织的现象叫脱分化。再分化（Redifferentitation）——原已分化的细胞经脱分化培养后再次分化的现象叫再分化。第三节、植物离体快速繁殖技术植物离体快繁又叫微型繁殖（Micropropagation）或试管繁殖，它是把植物材料放在试管内，给予人工培养基和合适培养条件，达到高速增殖，属离体无性繁殖。其特点是快速，每年能以千百万倍的速度繁殖后代，比常规繁殖方法快万倍到数十万倍。离体快繁的一般技术••培养材料选择及消毒•材料的初代培养(无菌母株制备)•试管苗的增殖与继代培养（不定芽增殖）•试管苗的生根与移栽（完整植株形成）•再生植株鉴定愈伤组织发生•愈伤组织（Callus）组织培养中外植体经脱分化形成的一种无组织结构的团块组织，由于这种组织以往常见于受创伤的植物器官和基干表面，故叫愈伤组织（WoundCallus）。第四节植物的组培脱毒技术•为什么要脱毒？病毒不仅使人患病，同样也侵害植物，使植物出现皱叶、黄叶、落叶，以致品质变劣、花色变淡、花数减少、产量降低。多数农作物，特别是无性繁殖作物，都易受到一种或多种病原菌的周身浸染。病原菌的浸染不一定都会造成植物的死亡，很多病毒甚至可能不表现任何可见症状。但在植物中病毒的存在会减少作物的产量和降低作物的品质。植物病毒多经无性繁殖而传递，有性繁殖的植物除豆类一部分作物外，种子均不会传递病毒。若使用未受侵染个体的种子进行繁殖，就有可能得到无病毒植株。不过有性繁殖后代常表现遗传变异性。由于依赖营养繁殖的作物很多，植物的快速繁殖技术也正是建立在无性繁殖的基础上，因而脱毒方法就显得尤为重要。怎样脱毒？一、快速繁殖中去除病毒的方法1、茎尖培养脱毒2、物理学方法脱毒3、化学疗法脱毒4、其他方法脱毒愈伤组织培养脱毒珠心胚培养脱毒茎尖微体嫁接（MGST）为什么茎尖培养能够脱毒？1、茎尖培养脱毒分生组织能逃避病毒浸染的原因：•在植物体内，病毒易于通过维管系统而移动，但在分生组织中不存在维管系统。•病毒在细胞间的移动只能通过胞间连丝，但它的速度很慢，赶不上细胞不断分裂的生长速度；•在旺盛分裂的分生细胞中，代谢活性很高，使病毒无法复制；在茎尖中存在高水平的生长素，可抑制病毒的增殖。•怎样鉴定无病毒植株？二、无（特定）病毒植株的鉴定每一茎尖或愈伤组织分化产生的植株，在作为母本生产无病毒原种以前，必须对特定病毒进行鉴定。由于许多病毒具有延迟的恢复期，所以在最初18个月中每隔一定时间仍须进行鉴定，只有显示持续阴性反应的无病毒植株，才能供生产上应用。无病毒植株易被再感染，因此在繁殖的不同阶段仍需重复进行鉴定。鉴定方法1、直观测定法2、指示植物法利用病毒在其他植物上出现症状的特征，作为鉴别病毒种类的标准，这种专门用以生产症状的寄主植物即为指示植物，又称鉴别寄主。3、抗血清鉴定法4、酶联免疫吸附法（ELISA）5、电子显微镜检查法6、免疫吸附电镜法胚状体形成胚状体概念：离体培养下起源于非合子细胞，经历了胚胎发生和胚胎发育过程所形成的类胚结构。3、大规模培养植物细胞生产有用次生代谢产物1.愈伤组织最初是1939年Gautheret报道胡萝卜根外植体当接种在含矿物盐、葡萄糖、细胞分裂素、硫胺素和生长素IAA的培养基上会增殖，形成大块无组织结构的团块，这种组织，以往常见于受创伤的植物器官和基干表面，故叫愈伤组织。它能通过继代培养而保持。2.愈伤组织的特点•由受伤和激素等诱导产生•可由任何组织通过脱分化过程产生•细胞呈未分化的分生组织状态•细胞之间联系较少，无胞间连丝•经几次继代培养可得到疏松型愈伤，容易获得单细胞•具多型性：多类型、多色泽、多质地最低有效密度•在一定体积培养液中应接种多少细胞（称之为接种量）使之达到一定的密度（起始密度）对继代培养十分重要。接种量很少或起始密度过低，它生长的条件要求也严格，不能良好地生长，因此在原种培养时，每个培养容器应接种足够数量的细胞。•又称起始密度。指使培养悬浮细胞能够增殖的最少接种量。它是一个临界浓度，一旦低于这个细胞密度，细胞生长就不好。如假挪威槭细胞在标准合成培养基中，临界起始密度为9～15×105细胞/ml，而烟草、胡萝卜细胞则为2.5×105细胞/ml。看护培养•存在最低有效密度的原因，可能是细胞培养过程中，细胞生长存在一种群体效应，即细胞不但从