生物技术在大豆育种中的应用进展
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生物学在农作物改良中的应用农作物改良是指通过选择、育种和遗传改造等手段,提高农作物的品质和产量,以满足人们日益增长的粮食需求。
生物学在农作物改良中发挥着重要的作用,为农业发展提供了科学依据和技术支持。
本文将介绍几种典型的生物学应用在农作物改良中的案例。
1.基因编辑技术基因编辑技术是一种通过直接修改生物体的DNA序列来改变其性状的技术。
它可以精确地修改某个基因,使农作物具备抗病性、耐逆性、提高产量等优良特征。
例如,在小麦中引入Tm-2基因,可以使其具备抗小麦黄矮病的能力,有效提高小麦产量。
而传统育种方法中,杂交选种需要耗费大量时间和人力,并且不一定能够得到理想的特征。
2.无性繁殖技术无性繁殖技术是指通过不经过配子和受精过程,直接由单个个体产生后代。
这种繁殖方式可以保留优良的遗传特征,加速育种进程。
例如,禾本科植物中广泛应用的种子繁殖技术,可以确保后代植物具有与母本相同的特性。
此外,无性繁殖技术还可以通过组织培养、离体培养等途径,实现对植物大量繁殖和快速筛选。
3.基因组学研究基因组学是对整个基因组进行综合研究的学科。
通过对农作物基因组的测序、比较基因组学和功能基因组学等研究,可以揭示农作物的基因组组成、功能和调控机制,为育种提供基础数据。
例如,通过对水稻基因组的研究,发现了控制稻瘟病抗性的抗病基因Xa21,为育种选育抗病水稻品种提供了依据。
4.转基因技术转基因技术是指通过将外源基因导入到目标生物体中,使其具备新的性状或功能。
在农作物改良中,转基因技术被广泛应用于提高农作物的抗病性、抗虫性、耐逆性等方面。
例如,转基因大豆中导入了抗除草剂基因,使得大豆能够耐受特定的除草剂,减少草甘膦对农作物的伤害。
然而,转基因技术也引发了一系列的争议,如生物安全性、生态风险等问题,需要慎重评估和监管。
综上所述,生物学在农作物改良中具有重要的应用价值。
基因编辑技术、无性繁殖技术、基因组学研究和转基因技术等手段,为农作物的品种改良、抗病虫害和适应环境提供了有效的途径。
DNA分子标记在大豆抗灰斑病育种中应用进展[摘要]大豆灰斑病是一种世界性大豆病害,曾给我国的大豆生产造成过重大的损失,将dna分子标记技术运用到抗病育种研究中,对有效控制这一病害具有促进作用。
本文从种质资源的遗传多样性分析与利用,大豆灰斑病抗性基因的鉴定研究及分子标记标记辅助选择三个方面论述了dna分子标记技术在大豆抗灰斑病育种中的应用研究概况,为抗病育种工作提供参考信息。
[关键词]大豆灰斑病;dna分子标记;抗病育种大豆灰斑病(cercospora sojiina hara)是世界性病害,国内各大豆产区均有发生,以黑龙江省最为严重。
灰斑病对产量、品质都有很大影响,发病较重年份减产10%~15%,严重时可达到30%,病斑率也可高达30%~50%。
大豆灰斑病的流行受品种、气候、菌源3个因子限制,根据国内外研究表明,其中以品种的基因型对发病影响最大,mian用rcs3基因的4对近等基因系进行了产量试验结果表明,供试个体的近等基因系在发病情况下缺少rcs3基因比含有rcs3产量要下降31%,揭示了抗病性与基因型之间的关联。
防治大豆灰斑病的最经济有效的途径就是抗病育种,美国和中国等国家在抗灰斑病育种方面做了大量工作。
近年来,分子生物学发展异常迅速,其中与作物遗传育种密切相关的分子标记更是令人瞩目。
dna分子标记是dna水平遗传变异的直接反映,能对各发育时期的个体、各个组织、器官甚至细胞作检测,既不受环境的影响,也不受基因表达与否的限制;标记数量丰富;遗传稳定;对生物体的影响表现中性;操作简便。
由于上述优点奠定了它具有广泛应用性的基础。
近10年来dna分子标记技术达到成熟,使大豆遗传研究发生了质的飞跃,相继有数十种分子标记技术问世。
分子标记的出现为大豆抗灰斑病育种工作的开展作出了重要贡献。
一、种质资源的遗传多样性分析与利用邹继军等(1998)对25份大豆灰斑病抗病种质资源进行了10个生理小种的抗性鉴定并用rapd技术分析了各材料间的遗传关系。
第1篇一、引言大豆(Glycine max L. Merril)是我国重要的油料作物和蛋白质来源,其产量和品质直接影响着我国粮食安全和人民生活质量。
近年来,随着全球气候变化和资源环境约束的加剧,大豆育种面临着巨大的挑战。
本报告总结了我国大豆育种研究的主要成果、存在的问题及未来发展趋势。
二、大豆育种研究的主要成果1. 育种技术不断创新(1)分子标记辅助选择:通过分子标记技术,快速筛选优异基因,提高育种效率。
例如,我国科研团队成功研发了大豆SSR标记,为大豆育种提供了有力的技术支持。
(2)基因编辑技术:利用CRISPR/Cas9等基因编辑技术,对大豆基因进行精准改良,提高大豆产量、抗逆性和品质。
如关跃峰等研究团队通过基因编辑技术,成功创制了根瘤数量不同程度改变的各种大豆突变体,实现了碳氮平衡的高效固氮,提高了大豆产量和蛋白含量。
(3)分子育种技术:结合分子标记辅助选择和基因编辑技术,实现大豆品种的精准育种。
如苏二虎等研究团队针对内蒙古野生大豆资源,开展分子育种研究,发掘优异基因,提高大豆产量和品质。
2. 优异品种选育取得显著成效(1)高产大豆品种:我国育成了多个高产大豆品种,如“中黄13”、“辽豆25”等,产量比传统品种提高20%以上。
(2)高蛋白大豆品种:我国育成了多个高蛋白大豆品种,如“中黄16”、“中豆22”等,蛋白质含量比传统品种提高10%以上。
(3)抗逆性大豆品种:我国育成了多个抗逆性大豆品种,如“中黄18”、“黑农61”等,适应性强,产量稳定。
3. 育种体系不断完善(1)品种资源保护:我国建立了大豆品种资源库,收集保存了丰富的大豆品种资源,为育种研究提供了基础。
(2)育种技术平台建设:我国建立了大豆育种技术平台,为育种研究提供了技术支持。
(3)育种产业链条完善:我国大豆育种产业链条逐步完善,从品种选育、种子生产到销售,形成了完整的产业链。
三、大豆育种存在的问题1. 育种技术有待进一步提高(1)分子育种技术:尽管我国在分子育种领域取得了一定的成果,但与发达国家相比,仍存在较大差距。
生物技术对农作物遗传改良及农业发展的影响近年来,随着生物技术的迅猛发展,对农业领域的影响也日益显著。
生物技术在农作物遗传改良和农业发展方面发挥了重要作用,推动了农业生产的创新和进步。
本文将探讨生物技术对农作物遗传改良以及农业发展的影响,并分析其益处和挑战。
首先,生物技术在农作物遗传改良方面具有巨大的潜力。
通过基因编辑技术,科学家们能够精确地修改农作物基因组中的特定基因,以改善抗病性、抗逆性、产量和品质等性状。
例如,利用基因编辑技术成功地提高了玉米、大豆和小麦的抗虫性、抗草害性,减少了对农药的依赖。
这种精确的基因编辑技术还可以加速育种进程,减少传统育种中的选育周期,为病虫害抵抗性和适应性更强的新品种的培育提供了新的途径。
另外,生物技术也在农业发展中发挥了重要的作用。
转基因技术是生物技术领域最突出的应用之一,通过转移外源基因到目标植物中,使其具备某些特定的性状。
转基因作物具有抗虫性、抗草害性和耐旱性等特性,能够提高农作物的产量和抗逆能力,有效应对食品安全和农业可持续性等挑战。
例如,转基因棉花、转基因玉米和转基因大豆等作物在全球范围内广泛种植,为农民提供了更高的产量和更稳定的经济收益。
此外,生物技术还可以促进农业的可持续发展。
利用转基因技术,科学家们可以开发出耐盐碱、耐酸性和耐多种环境逆境的作物品种,提高农作物在恶劣环境下的适应能力。
这将在有限的土地资源下提高农作物产量,缓解人口增长对食物需求的压力。
此外,利用生物技术生产生物农药和生物肥料,可以减少化学农药对环境的污染,并增加土壤肥力。
这些创新性的农业实践有望推动农业向更加可持续和环保方向发展。
然而,生物技术在农作物遗传改良和农业发展中也面临一些挑战和争议。
首先,公众对转基因作物存在着种种担忧和怀疑,主要涉及食品安全性、环境影响及经济利益等方面。
因此,生物技术在推广过程中需要更加严格的监管和科学的评估,以确保转基因作物的安全性和可追溯性。
其次,对于发展中国家而言,生物技术的引入面临技术转移和监管能力的挑战。
生物信息学技术在农业研究中的应用随着生物科技的不断发展,生物学研究领域也得到了很大的拓展。
其中,生物信息学技术被广泛应用于基因组学、蛋白质组学、代谢组学等生物学研究中。
在农业领域中,生物信息学技术的应用也越来越广泛。
本文就探讨一下生物信息学技术在农业研究中的应用及其优势。
一、育种技术利用生物信息学技术,可以对目标基因进行筛选,并利用遗传工程技术将其加入需要改良的植物品种,从而实现对其性状的改良。
以水稻为例,利用生物信息学技术,可以在水稻基因组中找到与产量、抗逆性等性状相关联的基因,进而筛选出目标基因并开展作物育种。
以前,育种过程需要进行大量的实验和花费高昂的成本,现在可以通过大数据技术,减少实验耗时,从而提高育种的成功率。
二、病虫害防治技术利用生物信息学技术,可以通过对一些病菌和病毒的基因组和蛋白质组的分析,研究和发现病菌和病毒的致病机理,从而为病虫害的防治提供更为精准的策略和方法。
例如,在香蕉的病毒病防治方面,利用生物信息学技术,可以对香蕉病毒的基因组和蛋白质组进行分析,了解其致病机理,从而开发新的基因工程手段和生物农药,为病毒病的防治提供更好的解决方案。
三、农业废弃物利用利用生物信息学技术能够研究和分析农业废弃物中的含能和含营养物质等,在此基础上,开展生物能源和生物肥料等农业综合利用技术的开发研究工作。
以大豆渣为例,利用生物信息学技术,可以分析大豆渣的蛋白质组,进而利用大豆渣中的蛋白质作为蛋白质添加剂,制备高蛋白的饲料,从而改善畜牧业生产效率和养殖质量。
四、农业气象研究利用生物信息学技术,可以分析大规模的气象生物学数据,建立精准的气象农业预测模型,从而为农业生产提供更好的气象预测服务。
在自然灾害防治方面也有广泛的应用。
例如,在洪涝灾害防治方面,利用生物信息学技术,可以对气象、水文、地理等多方位的数据进行分析,建立气象灾害预测模型,预测可能发生的自然灾害,从而提前发布灾害预警,为农业生产提供保障。
生物技术在农业中有哪些创新应用农业作为人类社会的基础产业,一直在不断寻求创新和发展,以满足日益增长的人口对粮食和农产品的需求。
生物技术作为现代科技的重要组成部分,为农业带来了诸多创新应用,极大地改变了农业的生产方式和发展前景。
基因编辑技术是生物技术在农业中的一项重要创新。
通过精确修改生物体的基因,科学家能够培育出具有优良性状的农作物品种。
例如,通过基因编辑,可以增强农作物对病虫害的抵抗力,减少农药的使用。
过去,农作物在面对病虫害时,往往需要大量喷洒农药来保护,但这不仅增加了生产成本,还可能对环境和人体健康造成潜在威胁。
而基因编辑技术使得农作物自身具备抵抗病虫害的能力,从源头上解决了这一问题。
生物技术在农业中的另一个显著应用是转基因技术。
转基因作物如抗虫棉、抗除草剂大豆等,已经在全球范围内广泛种植。
抗虫棉能够有效抵御棉铃虫的侵害,减少棉花的损失,提高棉花的产量和质量。
抗除草剂大豆则可以在喷洒特定除草剂的情况下,不受影响地生长,方便了田间管理,提高了农业生产效率。
然而,转基因技术也引发了一些争议,比如对生态环境的潜在影响以及食品安全方面的担忧。
但只要进行严格的科学评估和监管,转基因技术在农业中的应用潜力仍然巨大。
生物农药的研发和应用也是生物技术为农业带来的创新之一。
与传统化学农药相比,生物农药具有针对性强、环境友好等优点。
它们通常是从微生物、植物或其他生物资源中提取的天然物质,对害虫和病原体具有特定的作用机制,同时对非目标生物和生态环境的影响较小。
例如,利用苏云金芽孢杆菌生产的生物农药,能够特异性地杀死某些害虫的幼虫,而对其他生物无害。
此外,一些植物提取物如印楝素等也被开发成生物农药,用于防治病虫害。
在农业生产中,生物肥料的应用也逐渐受到重视。
传统的化学肥料虽然能够提供植物生长所需的养分,但长期大量使用可能导致土壤板结、肥力下降等问题。
生物肥料则利用有益微生物的作用,改善土壤结构,提高土壤肥力。
例如,固氮菌能够将空气中的氮气转化为植物可吸收的氮素,减少化学氮肥的使用。
现代生物技术在植物育种中的应用第一章:植物育种的基础知识植物育种是指为了得到经济价值和实用价值更高的植物品种而进行的一系列综合技术活动,它主要包括选择、杂交和变异等技术手段。
植物品种的育成是一个漫长而复杂的过程,需要从多个方面进行综合考虑,如植物形态、生长状况、产量、抗病性等。
不过,在现代,随着生物技术的发展和应用,植物育种的效率和准确性有了很大提升。
第二章:现代生物技术在植物育种中的应用1. 基因编辑技术基因编辑是指利用人工介入技术对目标基因进行剖析和修饰,使之达到所需的特定功能。
这种技术在植物育种中应用广泛,可以通过改变植物的基因来使其具有更好的品质、更高的产量、更好的耐逆性等。
例如,在水稻中引入相应的基因,可以使其在抵御病虫害方面更具优势,提高产量和耐热性。
2. 基因表达技术基因表达是指利用分子遗传学技术调节特定基因的表达水平,使其在植物体内发挥更好的作用。
例如,在小麦中进行基因表达,可以增加小麦的免疫力、抗旱性等性状。
3. 转基因技术转基因技术是一种常见的生物技术手段,它通过修改植物体内的基因信息,使其具有一些人工设计的性状。
例如,通过在大豆中引入鱼类转导因子,可以使其在旱灾等环境不利因素下,仍能维持较高的产量水平,从而提高植物的抗逆能力。
第三章:现代生物技术在植物育种中的优点1. 减少育种时间相对于传统的选择和杂交手段,现代生物技术可以减少育种时间,缩短育种周期。
同时,现代生物技术还可以避免传统育种中的随机变异,从而使植物更加稳定和可靠。
2. 提高品质和产量现代生物技术可以针对特定的目标基因进行调控,从而提高植物的品质和产量。
例如,在小麦中进行基因表达,可以提高小麦的免疫力、抗旱性等性状,从而提高小麦的产量。
3. 增强抗性现代生物技术可以通过改变植物的基因来增强其抗病性、抗虫性、抗旱性等性状,从而提高植物的抗性。
这有助于降低化学农药的使用量,保护环境和人类健康。
第四章:现代生物技术在植物育种中存在的问题和挑战尽管现代生物技术已经在植物育种中应用广泛,但是它仍然面临一些问题和挑战。
浅谈利用野生大豆创新育种资源和新品种1. 引言1.1 研究背景野生大豆是一种重要的野生豆科植物资源,具有丰富的遗传变异性和抗逆性,在农业生产和科研领域具有重要的应用价值。
随着人类对食品安全和气候变化的关注不断增加,利用野生大豆创新育种资源和新品种已经成为当前育种领域的热点研究方向。
对野生大豆资源进行深入挖掘和利用,可以为解决农业生产中的疾病、虫害和逆境环境等问题提供重要支持。
深入研究野生大豆在育种中的应用和意义,探索利用野生大豆进行创新育种的方法,对于促进农业生产的可持续发展具有重要意义。
1.2 研究意义野生大豆作为重要的遗传资源,在农业领域具有很高的研究价值和应用前景。
利用野生大豆进行创新育种可以为我国粮食生产提供新的遗传资源和育种思路,促进粮食生产能力的不断提高。
野生大豆资源丰富多样,具有耐病虫害、抗逆性强、营养价值高等特点,可以为育种工作者提供更多的选择空间和可能性。
通过对野生大豆资源的深入研究和利用,可以开发出更多适应不同生态环境和气候条件的新品种,提高作物的产量和抗逆能力,满足社会对农产品品质和安全的需求。
充分发挥野生大豆在育种中的作用具有重要的意义,对农业发展和粮食生产具有积极的推动作用。
2. 正文2.1 野生大豆资源的概述野生大豆是一种具有潜在育种价值的重要资源,具有丰富的遗传变异和抗逆性。
野生大豆主要分布在中国、韩国、日本等地,是大豆的野生近缘种,有着与普通大豆不同的形态特征和遗传背景。
野生大豆在自然环境中长期适应,并且表现出了抗病虫害能力、耐逆性等优良性状,可以为大豆育种提供重要的遗传资源。
野生大豆资源包括多种野生近缘种,如硬壳大豆、黑芝麻大豆、裂瓣大豆等,这些资源在形态、生理、生态、遗传等方面呈现出丰富的多样性,为大豆育种提供了丰富的遗传变异。
野生大豆资源中还有一些珍贵的基因型,具有重要的抗逆性状和生物学功能,可以为大豆的品质改良和产量提高提供新的基因材料。
野生大豆资源是大豆育种的宝贵资源,通过对野生大豆资源的深入研究和利用,可以为大豆育种培育出更具抗逆性、高产性、优质性的新品种,为大豆生产提供更多的选择和保障。
大豆品种培育技术大豆是世界上最重要的经济作物之一,是人类和家畜主要的蛋白质和油脂来源。
随着人口的增长和生活水平的提高,对大豆的需求也不断增加。
因此,培育出高产、优质、抗逆的大豆新品种显得尤为重要。
1. 杂交育种技术杂交育种是利用亲本的优良性状进行组合,培育出具有优良综合性状的杂交品种。
这是培育大豆新品种的主要方法之一。
杂交育种包括单个杂交和多个杂交两种方式,通过人工选择和配合试验,可以培育出高产、优质、抗病虫害的大豆新品种。
2. 诱变育种技术诱变育种是利用物理或化学诱变剂对植物进行处理,诱发基因突变,从而获得具有优良性状的新品系。
这种方法可以在较短的时间内获得大量的突变体,为大豆品种改良提供了丰富的材料。
常用的诱变剂有γ射线、X射线、化学药剂等。
3. 细胞工程育种技术细胞工程育种是利用现代生物技术手段,在细胞或原生质体水平上对植物进行基因操作,从而获得具有优良性状的新品系。
这种方法可以克服传统育种的一些限制,实现基因的准确导入和表达调控。
常用的技术包括基因转移、原生质体融合、细胞选择等。
4. 分子标记辅助育种技术分子标记辅助育种是利用与目标性状相关联的分子标记,在早期材料中进行筛选,提高育种效率。
这种方法可以避免表型鉴定的影响,加快优良基因的积累。
常用的分子标记有SSR、RAPD、AFLP等。
5. 高通量表型鉴定技术高通量表型鉴定技术是利用先进的传感器、成像和数据处理技术,对大量材料进行快速、准确的表型数据采集和分析。
这种方法可以提高表型鉴定的效率和精度,为大豆品种选育提供重要的数据支持。
大豆品种培育技术日益先进,为满足人类对大豆产品的需求奠定了坚实的基础。
未来,随着生物技术的发展,必将会有更多新技术应用于大豆品种培育,培育出更多优良品种。
大豆品种培育技术
大豆是世界上最重要的经济作物之一,也是人类和家畜的主要蛋白质和油脂来源。
随着人口的不断增长和生活水平的提高,对大豆的需求也在不断增加。
因此,培育出高产、优质、抗病虫害的新品种对于满足市场需求至关重要。
1. 传统育种技术
传统育种技术主要包括杂交育种、诱变育种和远缘杂交育种等方法。
这些技术依赖于亲本材料的基因组合,通过人工选择和多代自交固定所需性状。
传统育种技术操作简单、成本低廉,但周期较长,且受到基因库的限制。
2. 现代生物技术
现代生物技术为大豆品种培育提供了新的手段,主要包括分子标记辅助选择(MAS)、基因工程和基因编辑技术等。
(1) 分子标记辅助选择(MAS)
MAS技术利用与目标性状相关的分子标记,在较早的世代就能准确地鉴定出携带所需基因的个体,大大提高了选择的效率和准确性。
(2) 基因工程技术
基因工程技术通过外源基因的引入,可以赋予大豆新的有益性状,如抗虫性、耐除草剂性、改善营养成分等。
目前,已有多个转基因大豆品
种在全球范围内被商业化种植。
(3) 基因编辑技术
基因编辑技术(如CRISPR/Cas9)可以精准修改作物基因组的特定位点,在不引入外源基因的情况下,创造出具有优良性状的新品种。
这项技术在大豆育种领域具有广阔的应用前景。
传统育种技术和现代生物技术的有机结合,将为培育出高产、优质、多抗性的新品种提供有力支撑,从而满足不断增长的大豆需求,促进农业的可持续发展。
生物技术在大豆育种中的应用进展摘要:生物技术即应用生命科学研究成果,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。
生物技术在农业中的应用是基于对植物局部构造、功能的认识。
利用生物技术辅助育种是一种快捷、有效的方法。
通过引入特定的基因,可以快捷有效地改变动植物的目标品质。
传统育种进展缓慢,已不能满足当代快速发展的社会需求,因此迫切需要生物技术手段来加快育种进程。
关键词:生物技术、育种、大豆生物技术即应用生命科学研究成果,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。
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。
生物技术在农业中的应用是基于对植物局部构造、功能的认识。
很多专家认为只有依靠生物技术,发展中国家才能战胜饥饿,全球因人口增长而产生的食品短缺才有望得以缓解。
生物技术用于育种是一种快捷、有效的育种方法。
通过引入特定的基因,通过引入特定的基因,可以快捷有效地改变动植物的目标品质。
例如,科学家在棉花中植入BT基因,可以有效减少棉铃虫对棉花的危害,同时减少农药的使用;在水稻中介入产生维生素A的基因,可以提高稻米的营养价值。
世界人口快速膨胀,食粮短缺问题日益严峻,生物技术辅助育种日益重要。
在基因克隆农作物的开发下,除了克隆进入抗虫害基因、抗冻基因外,例如含有维生素A的稻米也问世。
在有限耕地下,转基因农作物不仅解决了产量品质上的问题,还解决了使用品质上的问题。
除此之外,观赏用的花卉等,也靠着组织培养技术,将高品质的花卉复制生产,提高花卉价值,如著名的台湾蝴蝶兰。
另外,经过遗传工程技术,能产生凝血因子的乳牛目前在医疗方面也有应用。
生物肥料主要利用微生物技术制作的肥料种类。
生物肥料不仅给作物提供养料、改善品质、增强抗寒抗虫害能力、还改善土壤通透性、保水性、酸碱度等理性化特性,可为作物根系创造良好生长环境,从而保证作物的增产。
生物农药利用微生物、抗生素和基因工程等产生有杀灭虫病效果的毒素物质,生产出广谱毒力强的微生物菌株制作而成的农药。
它的特点不像化学农药般见效快,但效果持久。
与化学农药比,害虫难以产生抗药性。
对环境影响小。
对人体和作物的危害性小。
但是使用范围和方法有限制等等。
1 生物技术在农业生产方面的发展生物技术的发展给农业生产研究带来了巨大的变化,尤其是在育种方面更是造成了翻天覆地的变化。
DNA分子标记技术的应用是其中最显著的变化之一。
由于分子标记相对于经典遗传育种研究中的形态性状具有无可比拟的优越性, 它的使用也越来越广泛。
许多以前无法进行的研究, 比如环境因素的影响和数量性状的多重效应等, 在分子标记的帮助下已经开展。
同时分子标记直接应用于辅助选择育种的研究, 在育种过程中利用分子标记技术进行鉴定、检测, 帮助亲本选择和品种的选育,成为分子育种这门新兴学科中的重要组成部分。
分子标记辅助选择(MAS)已成为大豆育种中的重要手段而被广泛应用。
分子标记的概念有广义和狭义之分。
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。
自20世纪70年代限制性酶切片段多态性标记技术出现以来,众多基于Southern杂交或PCR扩增技术的DNA分子标记陆续建立起来,如RAPD(random amplified polymorphismDNA)、AFLP(ampli fiedfragment length polymorphism )、SSR(simple sequence repeat)、SNP (single nucleotide polymorphism)等,另外还有通过上述基础标记开发出来ISSR、AP-PCR、CAPS、STS、SCAR等分子标记。
由于上述DNA分子标记所检测的多态性在基因组的位置大多为随机分布,因此可以通称为随机DNA分子标记。
随机DNA分子标记的发展大大提高了人们对基因组多样性、遗传作图等的研究效率,然而,由于遗传重组引起的遗传连锁问题限制了随机DNA分子标记作为诊断性分子标记的应用。
随着功能及结构基因组学的飞速发展,基于目的基因开发形成的功能性分子标记以及目的基因标记作为分子标记的新类型出现。
理想的分子标记必须达以下几个要求:(1)具有高的多态性;(2)共显性遗传,即利用分子标记可鉴别二倍体中杂合和纯合基因型;(3)能明确辨别等位基因;(4)遍布整个基因组;(5)除特殊位点的标记外,要求分子标记均匀分布于整个基因组;(6)选择中性(即无基因多效性);(7)检测手段简单、快速(如实验程序易自动化);(8)开发成本和使用成本尽量低廉;(9)在实验室内和实验室间重复性好(便于数据交换)。
目前, 分子生物学发展异常迅速, 而生物技术育种更掀起了一场作物遗传育种的新革命高潮。
生物技术可将植物、动物乃至微生物的基因提取出来, 作定向转移, 从而更有利于种质资源的拓宽和杂种优势的利用,极大地提高育种的目标性, 缩短育种年限, 使育种效率得到提高。
生物技术中的分子标记技术在大田作物如大豆、水稻、玉米等作物的研究上, 已颇具规模, 许多遗传连锁图被发现出来。
2 生物技术在大豆育种中应用近年来, 生物技术尤其是转基因技术在大豆上的研究已获得了一些突破性进展。
在大豆种质资源分类方面。
1999年许东河等从形态性状、等位酶标记和细胞器DNA、RFLP标记的遗传丰富度和遗传离散度两方面对全国一年生野生大豆200余份材料进行群体遗传多样性分析,发现中国野生大豆各地理生态群体间的遗传多样性水平不同且存在着遗传分化,南方群体最高,黄淮海群体次之,东北群体最低,判断南方为一年生野生大豆的遗传多样性中心,也可能是中国野生大豆的起源中心。
2000年董英山等根据《中国野生大豆资源目录》中记载的13个性状,对6172份野生大豆资源进行了地理分布、遗传多样性和综合变异系数的统计分析,发现东南沿海地区、黄河中下游和秦岭山区、东北中南部的野生大豆遗传多样性丰富、综合变异系数高。
同年,盖钧镒等研究发现,南方野生大豆与栽培大豆的细胞器DNA的RFLP标记最为接近。
同时,利用SSR等技术对中国野生大豆的遗传多样性和生态特异性进行分析发现,中国野生大豆植物学性状的群体变异丰富,地理群体间存在分化,最明显的是生育期性状的分化,反映了地理、光照和温度等生态因子的选择作用。
我国科学家使用两组野生大豆百粒重类型、三组半野生大豆百粒重类型和小粒秣食豆类型大豆地方品种对Soja 亚属内进行了SSR标记的遗传多样性差异评价和对半野生大豆的分类地位归属问题进行了分析。
结果显示,小粒野生大豆到大粒半野生大豆各类型的遗传分化与它们的百粒重大小有密切关联,半野生大豆属于野生种内的变异而非栽培种内变异;利用百粒重大小评价野生大豆物种内的遗传分化或进化程度有其遗传上的理论依据。
在大豆遗传转化方面,最近几十年来也获得了一定的发展, 部分转基因大豆也已经商业化。
高效的组织培养再生体系是大豆遗传转化的重要前提,但至今还没有建立一种高效、稳定、快捷、简便的应用于大豆转化的再生体系,现有的再生系统往往不能与植物遗传转化方法很好的结合,这是限制大豆遗传转化技术发展的关键因素之一。
目前, 农杆菌介导的大豆子叶节转化法是大豆遗传转化中最常用的体系, 但易产生嵌合体, 后期的筛选工作量大;而大豆未成熟胚经体细胞胚胎发生途径与基因枪结合的转化体系, 利用未成熟胚形成体细胞胚胎,虽然可以克服嵌合体现象,但存在着体细胞胚培养时间较长,再生率低,容易突变,转化率低,再生植株不育,转化植株易产生基因沉默等缺点。
同时,这两个体系均存在基因型依赖性。
因此,需要进一步优化大豆组织培养条件和遗传转化体系。
此外,研究外源基因在植物体中的稳定表达和遗传,也是大豆遗传转化技术的一个重要课题。
目前,用于大豆遗传转化的目的基因主要是抗除草剂、BT、几丁质酶以及一些报告基因和筛选基因,而与大豆品质相关的外源基因应用较少,所以改善大豆品质相关基因的研究可能是今后大豆遗传转化研究的热点。
大豆遗传转化技术目前面临的另外一个重要问题是生物安全性问题。
大豆遗传转化中常用的筛选基因主要是抗生素基因和除草剂抗性基因,然而这些基因存在可能影响人类身体健康,破坏生态环境,因此,去除转基因大豆中筛选基因显得尤为重要,如何去除筛选标记基因将是大豆遗传转化研究的一个必然趋势。
诱变育种作为一种有效的创造新种质的方法,已被广泛地应用于大豆育种中,其诱变的方法也不断发展。
目前诱变育种中常用的几种方法:电离辐射诱变、离子束注入诱变、激光诱变、微波诱变、磁诱变育种、化学诱变以及近年发展起来的航空诱变育种。
近十几年来我国大豆诱变育种研究取得了丰硕成果,利用辐射诱变与杂交技术相结合、辐射诱变与化学诱变相结合、辐射干种子与活体植株相结合、航天搭载与杂交育种相结合的育种方法,选育推广了一大批不同熟期、不同类型的高产、抗病、高蛋白、高脂肪大豆。
通过选育出一批具有高蛋白、高脂肪等优良性状的突变材料,为大豆品质育种研究奠定了坚实基础。
因此,辐射诱变技术是大豆新品种选育和种质创新的有效途径之一。
3 生物技术在我国大豆生产前景的展望我国是大豆生产大国,也是大豆消费大国。
我国大豆以质香、低胆固醇而受到人们的喜爱,大豆制品更是我国的传统食品。
我国还是大豆出口国,东北大豆以粒大、品质好等优点, 解放前就雄踞于国际市场。
近40 年,世界的大豆面积扩大了3倍,总产量增加了6倍,人均占有量24.3kg。
而其发源地的中国,发展却十分缓慢,大豆面积在733-867万hm2徘徊,人均占有量仅为8kg,为世界人均占有量的32.9%。
根据我国国内的需要,应大力发展大豆生产。
但由于现阶段大豆价格较低,而导致大豆种植面积减少。
大豆走出困境的最好办法是提高单产和降低生产成本,这也需要科研人员把更多的高产、优质大豆新品种推向市场。
农业集约化生产使大豆品种日趋单一,遗传基础日趋狭窄,抗逆性逐渐下降。
因此,今后大豆育种的突破和进展,应依赖于优良种质资源的拓宽、改良和应用。
考虑到目前转基因食品安全性以及转基因作物中基因漂移的问题。
我认为我国的大豆育种应以分子辅助育种以及诱变育种为主。
转基因技术、外源DNA导入技术,应作为辅助技术进行远缘或属间杂交,创造新的变异,为育种提供理论依据。
利用生物工程技术和遗传技术相结合,选育高蛋白和高油脂的大豆新品种;消除大豆的腥味, 是大豆制品能否受到市场欢迎的关键。
因此,加强对大豆脂肪氧化酶的研究,满足市场需要,也是大豆育种工作者义不容辞的责任。
参考文献[1] 刘海坤, 卫志明. 大豆遗传转化研究进展[J] . 植物生理与生物学报, 2005, 31(2) : 126- 134.[2] 刘圣君, 黄健秋, 卫志明. 影响农杆菌介导的大豆子叶节遗传转化的因素[J] . 分子细胞生物学报, 2007, 40 (5) : 286- 292.[3] 王萍, 王罡, 季静. 大豆转基因体系的研究进展[J] . 遗传, 2004, 26(6) : 969- 976.[4] 陈庆山, 张忠臣, 刘春燕, 王伟权, 李文滨. 应用Charleston×东农594重组自交系群体构建SSR 大豆遗传图谱. 中国农业科学, 2005,38(7): 1312-1316.[5] 吴晓雷, 贺超英, 王永军, 张志永, 东方阳, 张劲松, 陈受宜, 盖钧镒. 大豆遗传图谱的构建和分析. 遗传学报, 2001, 28(11):1051-1061.[6] 张志永, 盖钧镒. RFLP 在大豆种质资源及遗传连锁研究中的应用[J]1 大豆科学, 1995, 14(4) : 341- 348.[7] 陈绍江. 大豆分子标记研究进展[J]. 大豆科学, 1995, 14(4) : 334- 3401[8] 钱惠荣, 等. DNA 标记和分子育种[ J]. 生物工程进展, 1998, 18(3) : 12- 181[9] 刘洋, 等. 大豆Soja亚属内种子大小的遗传差异及半野生类型分类归属分子. 植物育种,2010,2(8): 231-239[10] 许东河, 等.中国年生野生大豆群体的遗传多样性研究[J]. 应用与环境生物学报, 1999, 5(5) : 439-443[11] 董英山, 等.中国野生大豆遗传多样中心[J]. 作物学报, 2000, 26(5) : 521-527[12] 盖钧镒, 等.中国栽培大豆和野生大豆不同生态类型群体间遗传演化关系的研[J]. 作物学报, 2000, 6(5) : 513-520[13] 丁艳来, 等.中国野生大豆的遗传多样性和生态特异性分析[J]. 生物多样性, 2008, 16(2) : 133 -142。