观赏植物学结课论文
———生物技术在花卉中的应用
任教老师：王雪莲
姓名：张蕾
学号：2013507012 院系：化工院应化系一班
生物技术在花卉中的应用
摘要：本文介绍了生物技术领域中细胞工程和基因工程在花卉研究方面的应用，同时展望了生物技术的发展前景。以及用花卉新品种的培育。生物技术使花卉在设计中得到更好，更广泛的应用，不仅局限在造型、体态上面，从内在基因、细胞、组织上改变花卉，得到更加高品质，高存活率的奇异花卉。 关键词：花卉、生物技术、应用、培育、细胞工程、基因工程
1.生物技术与植物培养
生物技术（biotechnology），是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。现代生物技术综合基因工程、分子生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、胚胎学、免疫学、有机化学、无机化学、物理化学、物理学、信息学及计算机科学等多学科技术，可用于研究生命活动的规律和提供产品为社会服务等。
生物技术在园艺植物的研究和培育上有着重大的意义。生物技术在园艺科学上的研究主要内容包括园艺植物组织培养，园艺植物细胞工程，园艺植物染色体工程，园艺植物基因工程和园艺植物分子标记。
组织培养技术给花卉植物带来了很大的变革。从以前的单一色彩，单一种类，变化到多种色彩，多种形态。给设计提供了很多的便捷资源。组织培养技术提高了花卉植物的质量，也提高了生产的效率。给设计师们带来了新的构思。花卉的种类繁多，色彩艳丽，培养方式的多样化，在园林景观中起着非常重要的作用。组织培养技术使花卉的应用形式越来越多样化。花卉植物不仅给人们带来优美舒适的生活环境，更重要的是创造了是与人类生存的生态环境。花卉植物在现代社会中的应用越来越多，在绿化景观环境中体现的愈发明显。
2.花卉发展
世界花卉业把花卉作为一种商品进行大规模生产是在第二次世界大战以后，现已形成了一项重要产业．据联合国贸易组织的统计资料显示，世界花卉市场年销售额每年以10％至13％的速度递增，1989年为300亿美元，1991年为1000亿美元，1997年为1400亿美元，到2000年已达2000亿美元．1995年产量和产值居世界前5位的依次是：日本、荷兰、美国、意大利、德国．花卉出口国居前4位的为：荷兰、哥伦比亚、比利时、卢森堡，其中荷兰占总量的60％．传统上，新品种一般是从自然变异或人工诱导的变异植株中筛选或通过具有优良性状的植株杂交等方式获得，但这些传统方式面临着许多难以克服的障碍，如变异频率不高、杂交不亲和、育种周期长以及盲目性大等．生物技术的发展为育种技术提供了新观念、新方法和新手段，给花卉业注入了巨大活力．因此，世界各国对花卉生物技术展开了广泛的研究，对促进世界花卉新品种的增加，品质的提高以及花卉产业化的发展均起到了重要作用．
3.基因工程在花卉中的应用
基因工程是指运用分子生物学技术，将目的基因或DNA片段通过载体或直接导入受体细胞，使受体细胞遗传物质重新组合，经细胞复制增殖，新的基因在受体细胞中表达，最后从转化细胞中筛选有价值的新类型，继而它再生为工程植株，从而创造新品种的一种定向育种技术。它是在基因水平上来改造植物的遗传物质，因此更具有科学性和精确性，同时育种速度也大大加快能定向改造植物的遗传性状，提高了育种的目的性与可操作性，植物基因工程大大地扩展了育种的范围，打破了物种之间的生殖隔离障碍，实现了基因在生物界的共用性，丰富了基因资源及植物品种。
基因工程已广泛应用于月季、香石竹、菊花、郁金香、百合、扶郎花、火鹤花、金鱼草、石斛、草原龙胆、唐菖蒲和满天星等几乎各种重要花卉。
下面主要就基因工程对花卉花色、花型、株型、花香、花期、延长鲜花寿命以及和提高抗性等方面做一论述。基因工程改变花色自然界中的花色虽然种类繁多，但是一些重要花卉却有限，如玫瑰、康乃馨、郁金香等缺乏蓝色和紫色，天竺葵、仙客来、非洲紫罗兰等缺乏黄色，球根鸳尾、仙客来、紫罗兰等缺乏猩红色或砖红色。因此，花色的改良是育种工作者的重要目标。
目前通过基因工程技术改变花色的方法有4种。（1）抑制类黄酮或类胡萝卜素生物合成基因的活性，从而导致中间产物的积累和花色改变。反义RNA技术可以抑制类黄酮或类胡萝卜素生物合成基因的活性，就是将所研究的反义链连接在另一个启动子后面，再用它去转化花卉，抑制了靶基因的活性，但内源靶基因不发生改变。（2）利用共抑制。共抑制法是指在植物体内导入内源基因的额外拷贝，抑制该内源基因转录产物mRNA的积累，从而抑制该内源基因的表达。利用共抑制作用已获得多种新花色的花卉，如红色玫瑰变成粉红，粉红色香石竹变成浅粉。（3）引入新基因来补充某些品种缺乏合成某些颜色的能力。如玫瑰、香石竹等不具有合成蓝色翠雀素必需的F3\'5\'H酶基因，可将从其他花卉中克隆到的F3\'5\'H酶基因转到玫瑰和香石竹中，从而获得蓝色玫瑰或香石竹。（4）引入生物合成的转录调控因子来改良花色。如花色素苷生物合成的许多转录因子已被克隆，并将转录调控因子引入矮牵牛中，在原来不产生花青素的组织中发现花青素的形成。
2．基因技术改变花型对某些花卉而言，花型是主要性状，因此改良花卉形态长期以来一直也是科学工作者研究的重点之一。花卉形态改良包括花朵的大小、花朵的分布状态等。转基因育种研究在改变形态方面也取得了重大进展。到目前为止，转化方法仍局限于农杆菌介导法和微粒子轰炸法。但也有研究者将二者结合起来使用。德国研究人员将一种基因导入蔷薇，使植株的花枝数和每枝上的花朵数量大幅度增加。研究人员还发现，金鱼草和兰花的花朵不具辐射对称是由控制花卉形状的基因所控制。现在，人们已能通过生物工程技术将雄蕊转换为花瓣，或是将萼片转为叶片等。这一系列进展为人类利用基因工程手段修饰花卉的形态打下了良好的基础
3．基因工程改变株型株型既是花卉的观赏性状也是重要的经济性状之一。通过基因工程技术对植物形态和结构的修饰将对花卉业的发展带来巨大推动作用。法国科研人员通过发根农杆菌介导转化法，把野生型Ri质粒导入柠檬天竺葵，使其原有的节间长、生长不整齐的株型发生了改变，获得了节间缩短、分枝和叶片增加、株形优良的转化株。他们还成功地运用转基因技术，使蔷薇不发生矮化而让其枝数增加2～3倍，大大提高了切花产量。Dolgov等将细胞分裂素具糖苷酶(RolC)基因导入菊花中，获得了矮化的、多分枝的植株。日本研究人员利用Ti质粒把ROLC基因导入植株，育成株矮、花芽多的土耳其桔梗和牵牛花，在土耳其桔梗上效果特别明显，表现为节间缩短，株高矮化20%～60%。基因工程在花卉的形态与结构上的改良在生产中具有较大的潜在的利用价值。
5.细胞工程在花卉中的应用 1快速繁殖技术
20世纪60年代，法国的Morel用茎尖培养的方法大量繁殖兰花，并获得成功．植物快速繁殖技术、试管苗工厂化生产和无病毒种苗生产技术在20世纪70年代得到了快速的发展．通过离体培养获得小植株并且具有快速繁殖潜力的植物已有100多科、l000种以上，有的已经发展成为工业化生产的商品．当前盆花试管苗的种类有百合、泥润、朱顶红、水仙、风信子、大丽花、万年青等；切花试管苗有非洲菊、安祖花、月季、六出花、补血草、龙胆、菊花、翠菊等．美国、法国、意大利、荷兰等欧美国家试管苗的年产量均在数千万株眦上，并且以每年7％-8％的速度增加．中国快速繁殖和无病毒种苗生产的研究始于20世纪70年代。“六五”期间主要是研究、积累阶段，到“七五”期问研究成果开始向应用转化并大见成效．兰花、香石竹、月季、菊花、唐菖蒲、百合、花烛、非洲菊、蒲包花、大花萱草、非洲紫罗兰、大岩桐、重瓣玉簪、花叶芋、瑞香、橡皮树、草莓、茶花、桉树、杨树、苹果、柑桔、枣树、枸杞、醋栗、葡萄、木薯、无籽西瓜已进行规模化生产或中间实验．试管苗的年产量已由20世纪90年代初期的2 000万株左右发展到近几年的5000万到1亿株以上． 2突变体的诱导
新奇和特异是花卉观赏价值的重要组成，因此通过突变体的诱导和筛选确是一种良好的途径，突变体的诱导主要有化学诱导、物理诱导与离体培养诱导三种方式“J．化学诱导和物理诱导的突变因缺乏专化性和常常受到嵌合体的干扰而
效率不高．由组织培养再生的植株中，存在广泛的变异，如兰花、倒挂金钟、香石竹、水晶掌和锦带花等重要观赏植物的再生植株中，都观察到这种现象，有的变异频率可达30％～70％，并且绝大多数变异可以遗传，这些变异的细胞(植株)因不同筛选因子的存在，而形成不同特性的无性系．因此，用细胞代替植株进行筛选，可将细胞水平表达的各种突变体与单细胞培养等技术结合，可得到常规育种中不易得到的遗传变异．创建新的种质资源．离体培养所产生的突变体种类。植株形态、花瓣性状、果实颜色各异．日本获得了百合、西瓜、大丁草、草莓和
兰属的新品种及抗病性水稻、番茄和烟草品系．泰国获得了改良型香蕉和菊花新品种。
原生质体培养与体细胞杂交
1原生质体培养植物原生质体(protoplasf)是脱去了细胞壁的一个由质膜包裹的裸露的植物细胞，同种植物组织可获得大量的遗传上一致的原生质体群，而不同种植物的原生质体在诱导条件下可彼此融合。并接受外来信息，如细胞核、细胞器、DNA片段等．目前，这一方面的研究已成为生物工程中最活跃的领域之一．自从Cooking第一次用酶解法大量分离出原生质体以来，已建立了从材料选择-预处理-脱壁-原生质体-分离原生质体-培养愈伤组织和植株再生的一整套技术．1971年，日本的Takebe和N89ata首次利用烟草叶片分离原生质体并获得再生植株．到l976年，有12种植物的原生质体能再生植株，1983年增加到70种，1986年超过80种，到20世纪90年代初期达到100种以上．
2细胞融合与体细胞杂交原生质体没有细胞壁，可进行体细胞融合而获得体细胞杂种．与有性杂交相比，体细胞融合大大拓展了可用于杂交的亲本的组合范围，从而能大大丰富现有的植物种质资源，即通过综合不同物种的遗传信息而产生新物种．第一棵体细胞杂种植株是在1972年建立的，美国的carkon诱导粉蓝烟草和郎氏烟草的原生质体融合并获得了杂种植株．早期主要集中在茄科的烟草属、曼陀罗属和矮牵牛属，以后逐渐转移到茄属、番茄属、颠茄属和十字花科的芸苔属、拟南芥属和伞形科的胡萝h属、欧芹属．随着重要粮油作物的原生质体再生植株的成功获得．用于融合的亲本细胞也由最初的品种间进展到种间、属间甚至科间。20世纪80年代以来，许多花卉的原生质体培养获得了成功．分离出了
3种百合花粉的原生质体并启动了细胞分裂，从玫瑰原生质体获得了再生植株，诱导中国水仙花粉原生质体并产生了愈伤组织．另外，植物原生质体还可以进行移植、染色体转移、基因转移等遗传操作，为现有品种资源的创新提供了新的途径，如将野生型的抗性基因转移到栽培型上，创造出一个集杂种优势于一体的新品种。
正是由于生物技术在花卉中的应用，现代花卉才能发展的品种繁多，颜色新奇，大放异彩，生物技术不仅推动了花卉的发展进程，同时带给人类更多的设计灵感，培育出一代一代新型花卉，这些花卉不仅增加了视觉的美观享受，更为人类带来更多有利的作用，在未来的发展中，生物技术与花卉的发展必然密不可分。
参考文献：
[1]园艺植物生物技术/巩振辉主编。北京：科学出版社，2009 [2]园林植物组织培养技术/王金刚，张兴主编。北京：中国农业科学技术出版社。2008.8 [3] 朱至清.植物生物技术简介(一)——经济植物快速繁殖[J].生命世界，1984[4]赵爽、陈国菊，蔬菜作物抗病毒基因工程研究进展[J].中国蔬菜,2006 [5]李向辉等，植物遗传操作技术，科学出版社，1989 [6] 园林花卉应用设计·配置篇耿欣、程伟、马娱、主编。武汉：华中科技大学出版社，2009.7
