第八章-分子设计育种..

分子设计育种欢迎学习分子设计育种！一、分子设计育种简介1、什么是分子设计育种分子设计育种是一种技术手段，利用先进的模拟计算技术，在分子水平上对作物进行基因的设计，以期获得良好的育种效果。

它结合模拟计算及传统育种方法，以期在传统育种中节省时间，提高作物的优良性状，更高效地获得改良品种。

2、分子设计育种的作用分子设计育种能够更加有效地改良和研发作物，使品种基因多样性增加，从而满足作物对环境的不同适应性，降低病虫草害威胁，提高品种品质，缩短作物新品种研发周期，节省资源。

二、分子设计育种技术1、数据采集方面在分子设计育种中，将采用大量种子数据和通过实验测序技术采集的数据来对作物的基因进行调查和分析，以搜集分析优良品种的数据，作为设计育种的前提;2、设计通过采集的数据，模拟计算技术和算法，设计出优良品种的理论模型，通过不断尝试错误，进而实现新品种的精英培育;3、实验检测借助对各种条件下的植物体的实测，减少设计中的干预时间，尽可能快速地找到最佳解决方案;4、检测结果验证通过实验检测反馈的结果，及时地发现和修正设计中的错误，从而有效地重新定位在结合育种条件的情况下找到最佳方案;5、品种扩散最终形成一个经验品种，通过品系延续和设计品系将新品种分布到各个地区，满足当地栽培作物需求。

三、分子设计育种的优势1、能充分发挥作物的遗传潜力分子设计育种可以更直接地以具体的基因选择来提高作物的性状，扩大作物自身的基因多样性，充分发挥作物自身的遗传潜力，从而达到目标性状;2、缩短育种时间分子设计育种技术能够减少设计过程，加快复合性状的优化，缩短育种时间，大大提高了育种效率;3、提高育种选择精度针对单个等位基因，能够提高育种选择精度，准确的定位目标性状的基因型，从而大大提高新品种的质量;4、增加作物的环境适应性通过模拟设计和传统育种相结合，可以提高作物在不同环境条件下的适应性，减少病虫害破坏，提高农作物的优势性状，更好地适应生态环境。

第七章习题答案一、名词解释1.转座因子:具有转座作用得一段DNA序列、2.普遍转导:通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”,而将其遗传性状传递给受体菌得现象称为普遍转导。

3.准性生殖:就是一种类似于有性生殖,但比它更为原始得两性生殖方式,这就是一种在同种而不同菌株得体细胞间发生得融合,它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子、4.艾姆氏试验:就是一种利用细菌营养缺陷型得回复突变来检测环境或食品中就是否存在化学致癌剂得简便有效方法5.局限转导:通过部分缺陷得温与噬菌体把供体得少数特定基因携带到受体菌中,并与后者得基因整合,重合,形成转导子得现象、6.移码突变:诱变剂使DNA序列中得一个或几个核苷酸发生增添或缺失,从而使该处后面得全部遗传密码得阅读框架发生改变、7、感受态:受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化得一种生理状态、8、高频重组菌株:该细胞得F质粒已从游离态转变为整合态,当与F菌株相接合时,发生基因重组得频率非常高、9、基因工程:通过人工方法将目得基因与载体DNA分子连接起来,然后导入受体细胞,从而使受体细胞获得新得遗传性状得一种育种措施称基因工程。

10、限制性内切酶:就是一类能够识别双链DNA分子得特定序列,并能在识别位点内部或附近进行切割得内切酶。

11.基因治疗:就是指向靶细胞中引入具有正常功能得基因,以纠正或补偿基因得缺陷,从而达到治疗得目得。

12.克隆:作为名词,也称为克隆子,它就是指带有相同DNA序列得一个群体可以就是质粒,也可以就是基因组相同得细菌细胞群体。

作为动词,克隆就是指利用DNA体外重组技术,将一个特定得基因或DNA序列插入一个载体DNA分子上,进行扩增。

二、填空1.微生物修复因UV而受损DNA得作用有光复活作用与切除修复、2.基因组就是指一种生物得全套基因。

3.基因工程中取得目得基因得途径有 _____3_____条。

4.基因突变可分为点突变与染色体突变两种类型。

通过分子设计育种实现作物产量的提高在农业领域中，作物产量的提高一直是人们关注的焦点。

为了满足全球不断增长的人口需求，传统的农业方法已经无法满足全球粮食安全的需求。

因此，寻求一种新的育种方法是至关重要的。

分子设计育种作为一种新兴的育种方法，具有巨大的潜力来改善作物产量。

分子设计育种是利用分子生物学和基因工程技术来调控作物的遗传特性以实现产量的提高。

通过对作物基因组的分析，我们可以了解作物的遗传信息，进而进行精确的基因编辑和调整。

下面将讨论一些常见的分子设计育种方法来实现作物产量的提高。

首先，基因编辑技术是分子设计育种的重要工具之一。

利用CRISPR-Cas9系统，研究人员可以通过对特定基因的编辑来改变作物的性状。

例如，通过抑制一个抑制生长的基因，我们可以促进作物的生长并提高产量。

此外，通过编辑抗虫基因或提高作物抗病能力的基因，还可以减少作物遭受虫害和病害的损失，进一步提高产量。

其次，利用转基因技术来改善作物产量也是分子设计育种的重要手段之一。

通过向作物中引入外源基因，可以增加作物对营养物质的吸收能力或提高作物的抗逆能力。

例如，将一种能够增强作物对氮素利用效率的基因转移到作物中，可以有效提高作物在氮限制条件下的产量。

此外，转基因技术还可以用于提高作物的耐盐性、耐寒性和耐旱性等，以应对不同的环境压力。

另外，利用分子标记辅助选择的方法也可以实现作物产量的提高。

这种方法通过分子标记来筛选具有优良性状的作物个体，并进行后代选择。

分子标记可以帮助育种者更准确地选择具有所需性状的杂交个体，减少繁杂的传统育种过程中的资源和时间浪费。

通过这种方法，可以加快作物育种的速度和效率，从而更快地实现作物产量的提高。

此外，利用基因组学和生物信息学技术可以帮助鉴定和利用与作物产量相关的基因。

通过对作物基因组的广泛测序和分析，可以发现与产量相关的基因和调控因子。

进一步的研究可以揭示这些基因的功能和调控网络，为快速改良作物品种提供理论基础和指导。

分子设计育种国家自然科学一等奖1. 概述分子设计育种是一种结合了生物技术和传统育种方法的新颖育种方式。

它不仅可以加快育种过程，提高作物的产量和抗病性，还可以减少对化学农药和化肥的依赖，从而减少对环境的污染。

近年来，我国在分子设计育种领域取得了突破性的进展，为此，国家自然科学基金委员会授予了“分子设计育种国家自然科学一等奖”。

2. 研究内容（1）分子设计育种的理论基础分子设计育种是基于对植物基因组的深入研究，通过对作物基因的分析和编辑，可以实现对植物性状的精准调控。

研究者在对作物基因组进行高通量测序和功能分析的基础上，利用CRISPR/Cas9等基因编辑技术，实现了对植物抗逆性、产量、品质等性状的精准改良。

（2）分子设计育种的应用在水稻、小麦、玉米等重要农作物的育种中，分子设计育种已经取得了显著成果。

通过精准编辑关键基因，研究者培育出了抗旱、抗病、高产、优质的新品种，这些品种在实际生产中表现出了良好的应用价值，为农业生产提供了有力支持。

3. 突破性贡献（1）精准基因编辑技术利用CRISPR/Cas9等基因编辑技术，研究者可以直接对植物基因进行编辑，实现对植物性状的精准调控。

这一技术的出现极大地加快了作物育种的速度，大大提高了育种的成功率。

（2）遗传多样性的利用研究者在进行分子设计育种时，重视利用作物中的遗传多样性，通过对不同基因型的杂交和选择，培育出了适应不同环境条件的新品种。

这为丰富我国作物品种资源、增加作物耐逆性提供了重要的理论和实践支持。

4. 社会意义分子设计育种的成功应用，不仅可以提高我国农业生产的产量和质量，还可以减少对化学农药和化肥的使用，降低农业对环境的负面影响。

新品种的应用还可以减轻农民的劳动强度，提高农产品的市场竞争力，为农业现代化做出了重要贡献。

5. 结语分子设计育种的引入和应用，为我国农业的可持续发展提供了新的思路和途径。

通过不断的研究和创新，我国在分子设计育种领域必将取得更多的成就，为实现农业现代化和农产品的高质量供给做出更大的贡献。

作物学报ACTA AGRONOMICA SINICA 2011, 37(2): 191 201/zwxb/ ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9E-mail: xbzw@本研究由国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AA10Z1B1)资助。

*通讯作者(Corresponding author):万建民, E-mail: wanjm@, Tel: 010-******** 第一作者联系方式: E-mail: wangjk@, Tel: 010-********Received(收稿日期): 2010-11-19; Accepted(接受日期): 2010-12-16.DOI: 10.3724/SP.J.1006.2011.00191中国作物分子设计育种王建康李慧慧张学才尹长斌黎裕马有志李新海邱丽娟万建民*中国农业科学院作物科学研究所 / 农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程, 北京100081摘要: 分子设计育种通过多种技术的集成与整合, 对育种程序中的诸多因素进行模拟、筛选和优化, 提出最佳的符合育种目标的基因型以及实现目标基因型的亲本选配和后代选择策略, 以提高作物育种中的预见性和育种效率, 实现从传统的“经验育种”到定向、高效的“精确育种”的转化。

分子设计育种主要包含以下3个步骤: (1)研究目标性状基因以及基因间的相互关系, 即找基因(或生产品种的原材料), 这一步骤包括构建遗传群体、筛选多态性标记、构建遗传连锁图谱、数量性状表型鉴定和遗传分析等内容; (2)根据不同生态环境条件下的育种目标设计目标基因型, 即找目标(或设计品种原型), 这一步骤利用已经鉴定出的各种重要育种性状的基因信息, 包括基因在染色体上的位置、遗传效应、基因到性状的生化网络和表达途径、基因之间的互作、基因与遗传背景和环境之间的互作等, 模拟预测各种可能基因型的表现型, 从中选择符合特定育种目标的基因型; (3)选育目标基因型的途径分析, 即找途径(或制定生产品种的育种方案)。

分子育种是指把供体植物带目的性状的遗传信息分离提取出来，导入待改良受体细胞中（受精卵、种胚细胞等，使它整合、父子、表达和遗传，并根据人们的农业生产需要选育出带有目的性状的优良个体，培育出具有农业经济价值的新品种。

设计育种的核心是建立以分子设计为核心的育种理论和技术体系，通过各种技术的集成与整合，对生物体从基因到整体、从分子到系统进行不同层次设计和操作，在实验室对育种程序各种因素进行筛选和优化，通过在室内电脑模拟，在田间实现最佳的亲本选配和后代选择策略，实现从传统的经验育种到定向高效育种的转化，以大幅度提高育种效率。

广义的分子标记是指可遗传的并可检测的DNA序列或蛋白质。

狭义分子标记是指能反映生物个体或种群间基因组中某种差异的特异性DNA片段。

启动子：RNA聚合酶识别并与之结合，从而起始转录的一段特异DNA序列。

终止子：位于基因的编码区序列之外(一般在下游)的一段标志着转录停止的RNA聚合酶识别位点内含子是基因内的间隔序列，不出现在成熟的RNA分子中，在转录后通过加工被切除。

基因工程也叫基因操作、遗传工程或重组体DNA技术。

它是一项将生物的某个基因通过基因载体运送到另一种生物的活细胞中，并使之无性繁殖（克隆）和行使正常功能（表达），从而创造生物新品种或新物种的遗传技术。

限制性内切酶是一类能够识别双链DNA分子中某种特定的核苷酸序列，并能精确特异地切割双链DNA 分子的核酸内切酶。

愈伤组织：经细胞与组织培养产生的可传代的未分化的细胞团。

脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞，经离体培养产生愈伤组织的过程。

再分化：指脱分化的分生细胞重新恢复分化能力，沿着正常的发育途径形成具有特定结构和功能的细胞的过程。

种质：也称遗传质，是亲代传给子代的遗传物质，是控制生物体本身遗传和变异的内在载体。

携带遗传物质载体包括动植物个体。

具有遗传全能型的器官。

细胞；染色体；控制生物遗传性状基因。

种质库：指以种为单位的群体内的全部遗传物质，它有许多个体的不同基因所组成。

通过分子设计育种实现作物对高温胁迫的适应性引言：全球气候变化带来的高温胁迫对农作物的生长和产量造成了巨大的影响。

当前的全球变暖趋势对农业生产提出了巨大的挑战，因此寻找有效的方法提高作物对高温的适应性至关重要。

分子设计育种作为一种新的育种策略，提供了一种可行的途径来改善作物对高温胁迫的适应性。

一、高温胁迫对作物的影响高温胁迫会导致作物生理和生化过程的紊乱，进而影响其生长和发育。

在高温环境下，作物的光合作用、呼吸作用和光能利用效率降低，导致光合产物的减少。

同时，高温还会破坏作物的细胞膜，引起离子渗透和细胞液丢失，导致水分亏缺和营养物质失调。

高温还会促进作物植株内源激素的失衡，从而进一步抑制作物的生长和发育。

二、分子设计育种的原理分子设计育种是指利用分子生物学和基因工程技术通过设计和调整作物基因组来改善作物性状的育种方法。

通过分子设计育种，可以精确地修改或引入特定的基因，从而增加作物对高温胁迫的耐受性。

三、关键基因的发掘与调控为了实现作物对高温胁迫的适应性，首先需要发掘与高温胁迫相关的关键基因。

通过利用生物信息学和大数据分析技术，可以筛选出与高温胁迫响应相关的候选基因。

这些基因可以分为热休克蛋白基因、抗坏血酸途径相关基因、膜脂代谢相关基因等多个类别。

在了解这些关键基因的功能和调控机制后，可以利用分子设计育种的方法对这些基因进行调控。

例如，通过基因编辑技术，可以精确地修改或删除特定的基因序列，以增加作物对高温胁迫的抵抗能力。

另外，还可以利用转基因技术引入耐高温基因，从而提高作物的适应性。

四、生理过程的调节除了调控与高温胁迫相关的关键基因外，分子设计育种还可以通过调节作物的生理过程来提高其对高温胁迫的适应性。

例如，可以通过优化作物的光合作用和光能利用效率，降低对高温的敏感度。

此外，还可以调节作物的水分平衡和营养物质的吸收利用效率，提高作物的抗旱能力和营养供应。

五、分子监测与筛选途径为了评估作物对高温胁迫的适应性以及分子设计育种的效果，可以利用分子监测和筛选途径进行评估。

分子设计育种技术嘿，朋友们！今天咱来聊聊分子设计育种技术，这可真是个神奇又厉害的玩意儿啊！你想想看，咱平时种个花呀草呀的，都希望它们能长得漂漂亮亮、健健康康的。

那要是种粮食、种蔬菜水果呢？那要求可就更高啦！咱得要产量高、品质好、还得能抵抗各种病虫害。

分子设计育种技术就像是一个超级魔法师，能帮咱实现这些愿望呢！它可不是随随便便就搞出来的哦！这背后有好多科学家们在努力呢。

他们就像一群勤劳的小蜜蜂，整天在实验室里捣鼓那些小小的分子。

通过对基因的研究和改造，让植物拥有更好的特性。

比如说吧，以前有些农作物容易生病，一得病就产量大减，农民伯伯们可心疼啦！现在有了分子设计育种技术，科学家们就可以给这些农作物加上一层“保护罩”，让它们变得更抗病。

就像给它们穿上了一件坚固的铠甲，病虫害来了也不怕！还有啊，咱不是都希望吃到甜甜的水果、大大的蔬菜嘛！分子设计育种技术就能做到这一点呀。

它可以让水果更甜，蔬菜更大，这多棒呀！就好像是一个神奇的画笔，能把普通的植物变得超级棒。

你可能会问，这技术会不会有啥坏处呀？嘿，咱得这么想，任何新事物出来，咱都得好好研究研究不是？科学家们也不是吃素的呀，他们肯定会考虑周全的。

而且，这技术要是用好了，那好处可多了去了。

咱以后就能吃到更多更好吃的食物，农民伯伯们也能增加收入，这不是皆大欢喜嘛！咱国家在这方面可没少下功夫呢！投入了好多人力物力，就是为了让咱的农业变得更强大。

这就像是给农业插上了一双翅膀，能带着我们飞得更高更远。

咱普通老百姓也得支持呀！虽然咱可能不懂那些高深的科学知识，但咱可以多了解了解呀。

知道了这技术的好处，咱就能更理解科学家们的努力，也能更珍惜我们吃到的每一口食物。

反正我觉得吧，分子设计育种技术就是未来农业的希望之星！它能让我们的生活变得更美好，能让我们的世界变得更丰富多彩。

咱可得好好期待着它带给我们的惊喜呀！怎么样，你是不是也对这神奇的技术充满了好奇和期待呢？。

分子设计育种发展现状分子设计育种是现代农业发展的重要技术之一，它通过对农作物的基因组进行精确改良，实现对农作物产量、品质、抗病性等特性的精确控制，为农业生产提供了更多的选择和可能性。

近年来，随着分子设计育种的不断发展和应用，其在种业发展中的地位和作用愈发凸显。

首先，分子设计育种在提高农作物产量方面发挥着重要作用。

通过利用分子标记辅助选择和基因克隆等技术，可以快速选育出高产品种。

以水稻为例，通过分析水稻种质资源的基因组，鉴定出控制产量相关特性的关键基因，并通过分子标记辅助选择在育种中筛选出高产性状的基因型，从而实现水稻产量的大幅度提升。

其次，在提高农作物品质方面，分子设计育种也发挥了重要的作用。

通过基因工程技术，可以精确改良农作物的品质特性，例如提高水果的甜度、改善食用油的品质等。

这不仅满足了人们对农产品品质的需求，也提高了农作物的市场竞争力。

另外，分子设计育种在提高农作物的抗病性方面也有显著效果。

许多传统农作物品种在抗病性方面存在弱点，容易受到病菌的侵袭。

通过分子设计育种，可以精确插入抗病相关基因，提高农作物的抗病性，降低农药使用量，减少病害对农作物的危害。

此外，分子设计育种也为农业发展提供了更多的可能性。

传统的育种方法，如自交系选择和杂交育种，存在耗时耗力的问题。

而分子设计育种则可以在短时间内快速获取所需特性的育种材料，缩短品种改良的周期。

此外，还可以通过全基因组选择和基因组编辑等技术，创新地开展育种工作，提高育种效率。

然而，分子设计育种也存在一定的挑战和问题。

首先，高昂的研发成本限制了该技术的推广应用。

此外，分子设计育种在涉及到基因编辑的时候，还存在着一定的伦理和法律风险。

对于一些粮食作物和农业生态系统的影响也需要认真评估。

综上所述，分子设计育种作为现代农业发展的重要技术之一，通过基因改良和精准选择等手段，可以实现农作物产量、品质、抗病性等性状的精确控制。

其在提高农作物产量、改善品质、提高抗病性等方面发挥着重要作用，并为农业发展带来了更多的可能性。

绪论单元测试1.作物育种的过程，其实是作物在人工控制下的进化过程。

A:对B:错答案:A2.由于作物育种中的选择主要为人工选择，可以脱离自然选择来选择符合育种目标的材料，进而培育成可在生产上推广利用的品种。

A:错B:对答案:A3.品种是植物分类中的最小单位。

A:对B:错答案:B4.水稻杂种优势利用的成功是“第一次绿色革命”的标志性成果。

A:错B:对答案:A5.CIMMYT是指：A:国际水稻研究所B:国际热带农业研究所C:国际玉米小麦改良中心D:国际热带农业研究中心答案:C6.IRRI是指：A:国际热带农业研究所B:国际热带农业研究中心C:国际水稻研究所D:国际玉米小麦改良中心答案:C第一章测试1.自花授粉作物表现型与基因型相对一致；异花授粉作物表现型与基因型常常不一致。

A:错B:对答案:B2.自花授粉作物自交有害，异花授粉作物自交无害。

A:错B:对答案:A3.虽然异花授粉作物品种群体异质，个体杂合，杂合体分离，遗传基础较复杂；但不断自交可导致基因型纯合。

A:对B:错答案:A4.下列哪组作物全部为自花授粉作物A:小麦、大麦、大豆、水稻B:小麦、玉米、棉花、水稻C:甘薯、花生、大豆、油菜D:玉米、棉花、油菜、甘薯玉米、棉花、油菜、甘薯玉米、棉花、油菜、甘薯玉米、棉花、油菜、甘薯答案:A5.下列哪组作物全部为异花授粉作物A:小麦、玉米、棉花、水稻B:小麦、大麦、大豆、水稻C:玉米、棉花、油菜、甘薯D:甘薯、银杏、蓖麻、玉米答案:D6.下列哪组作物全部为常异花授粉作物A:小麦、玉米、棉花、水稻B:高粱、棉花、粟、蚕豆C:甘薯、花生、大豆、油菜D:小麦、大麦、大豆、水稻答案:B第二章测试1.目前，我国作物育种目标中，高产仍为第一位。

A:对B:错答案:A2.任何作物中的任何品种都具有时间性和区域性。

A:对B:错答案:A3.作物高产的关键是各种产量因素的合理组合，从而得到产量因素的最大乘积。

A:对B:错答案:A4.根据不同地区的气候特点，南方稻区，选育大穗、大粒型高产水稻品种；北方稻区，选育矮杆、叶面积较大的高光效水稻品种。

植物分子设计育种是一种新型的育种技术，基于全基因组序列和功能基因组学的发展，结合分子生物学、生物信息学、计算机科学等多学科的理论和技术，实现定向、高效、精准的育种。

植物分子设计育种的核心是预测和设计理想的植物表型和性状，通过改造或操作基因组，实现植物的定向改良。

其基本步骤包括：
基因组学和表型特征的数字化分析：利用全基因组测序和表型特征的数字化技术，全面了解植物的基因组结构和表型特征。

理想表型和性状的预测：基于功能基因组学的研究，预测理想表型和性状相关的基因及其作用机制，确定关键基因和性状的关系。

基因操作和遗传转化：根据需要，通过基因敲除、敲入、过表达等技术手段对关键基因进行操作，获得转基因植物。

表型鉴定和遗传稳定性分析：对获得的转基因植物进行表型鉴定和遗传稳定性分析，验证其是否符合预期的表型和性状。

优化和验证：根据需要，对转基因植物进行进一步的优化和验证，确保其符合实际生产和应用的要求。

植物分子设计育种的优势在于其高度定向性和预测性，能够精确地改造植物的性状和表型，提高育种效率和品质。

同时，该技术还可以通过基因编辑等技术手段实现对植物的精准改良，降低环境影响和资源消耗。

然而，植物分子设计育种也面临着一些挑战和问题。

首先，基因操作技术还需要进一步完善和提高，以提高转化效率和降低成本。

其次，对基因功能的认识和理解还不够全面和完善，需要加强功能基因组学的研究。

最后，还需要考虑生态安全和公众接受度等方面的问题，加强科学传播和公众参与等方面的建设。

总之，植物分子设计育种是一种具有广泛应用前景的新型育种技术，需要多学科的合作和努力，不断完善和提高技术水平，为未来的农业生产和生态环境建设做出更大的贡献。