植物花粉花药培养课件

1、植物花粉花药培养1 第六章第六章 植物花粉花药培养植物花粉花药培养 Rice androgenesis. 植物花粉花药培养2 一、花粉及花药培养一、花粉及花药培养（Pollen Culture and Pollen Culture and Anther CultureAnther Culture） 离体条件下对植物的花粉或花药进行培养获得单倍离体条件下对植物的花粉或花药进行培养获得单倍 体植株的技术。体植株的技术。 最早是在最早是在19641964年由印度植物学家年由印度植物学家Guha Guha 和和 MaheshiwariMaheshiwari在毛叶曼佗罗（在毛叶曼佗罗（Datura in

2、noxia)Datura innoxia)的花药的花药 培养中成功获得单倍体植株。培养中成功获得单倍体植株。 目前已在目前已在250250多种植物中由花药或花粉培养获得单多种植物中由花药或花粉培养获得单 倍体植株。倍体植株。 植物花粉花药培养3 植物花粉花药培养4 植物花粉花药培养5 （1 1）基础理论上研究的利用）基础理论上研究的利用 （2 2）单倍体育种）单倍体育种 A. A. 获得纯合二倍体；获得纯合二倍体； B. B. 缩短育种年限；缩短育种年限； C. C. 远缘杂种的培育；远缘杂种的培育； D. D. 与诱变育种结合获得新品种。与诱变育种结合获得新品种。 花粉花药培养的技术应用：花

3、粉花药培养的技术应用： 植物花粉花药培养6 植物花粉花药培养7 植物花粉花药培养8 （一）花药培养（一）花药培养: :Anther culture is the process of using anthers to culture haploid plantlets. 植物花粉花药培养9 植物花粉花药培养10 固体培养固体培养液体培养液体培养 A.A.液体培养：液体培养： B.B.双层培养：双层培养： C.C.分步培养：分步培养： D.D.条件培养：条件培养： 1 1、培养方式：、培养方式： 植物花粉花药培养11 2. 2. 培养条件：培养条件： （1 1）培养基类型）培养基类型 MSMS、

4、MillerMiller、NitshNitsh、H H、N6N6、W14W14等。等。 （2 2）激素及生长调节剂）激素及生长调节剂 早期要求生长素促进分裂，早期要求生长素促进分裂， 后期细胞分裂素促进后期细胞分裂素促进 花粉植株的形成。花粉植株的形成。 （3 3）碳源及其他成分）碳源及其他成分 高浓度蔗糖等，要求较低的铵态氮、氨基酸等。高浓度蔗糖等，要求较低的铵态氮、氨基酸等。 （4 4）温度和光照：）温度和光照：前期要求高温，光照条件要求前期要求高温，光照条件要求 不高。不高。 植物花粉花药培养12 植物花粉花药培养13 植物花粉花药培养14 醋酸洋红染色镜检花粉发育时期。大多数醋酸洋红染

5、色镜检花粉发育时期。大多数 植物以单核后期花粉适宜花药培养。植物以单核后期花粉适宜花药培养。 3.3.选择适宜的花粉发育时期：选择适宜的花粉发育时期： 植物花粉花药培养15 植物花粉花药培养16 植物花粉花药培养17 植物花粉花药培养18 植物花粉花药培养19 植物花粉花药培养20 4. 4. 花粉植株的诱导：花粉植株的诱导： （1 1）胚状体途径）胚状体途径 直接形成胚状体直接形成胚状体 （2 2）愈伤组织途径）愈伤组织途径 形成愈伤组织然后分化出不定芽等器官，最后形成愈伤组织然后分化出不定芽等器官，最后 发育成完整植株。发育成完整植株。 植物花粉花药培养21 植物花粉花药培养22 Figu

6、re - Segmentation pattern of in vitro wheat pollen observed from the 1st to 14th day of anther culture. The figure shows that a uninucleated microspore may degenerate before division, (a) or may give rise, by mitosis, to normal binucleated grain presenting vegetative and generative nuclei (b). Ident

7、ical nuclei are formed in low frequency (c). The first mitotic division occurs at the 4th day of culture. The normal binucleated pollen may follow the normal in situ developmental pattern forming starch and then, degenerate (d). The second mitotic division takes place at the 6-8th and at the 10th da

8、y of culture. In the androgenetic pollen, the vegetative, generative or both nuclei are able to divide giving rise to an embryo (e, f, g). In pollen with identical nuclei, both cells contribute to androgenesis (h). Pollen degeneration can occur in any step of this process. At the 14th day, multicell

9、ular structures can be seen (i). 植物花粉花药培养23 Figure - Synthetic model for androgenesis. Stress operating at two changing points can modify the normal development of pollen grain, that became competent for embryogenesis. This potential would be dependent on sporophytic information kept in the cytoplas

10、m, which normally are eliminated at meiosis and at the uninucleated vacuolate stage of pollen grain. 植物花粉花药培养24 Figure - P-pollen with two identical nuclei. Figure - Wheat p-pollen in vivo showing several nuclei similar to multicellular structures in vitro. 植物花粉花药培养25 离体小孢子发育途径（雄核发育，离体小孢子发育途径（雄核发育，A

11、ndrogenesisAndrogenesis）：）： A A途径：小孢子第一次途径：小孢子第一次不均等分裂不均等分裂。 根据第二次及以后的分裂不同又分为：根据第二次及以后的分裂不同又分为： A-VA-V：营养核分裂；：营养核分裂； A-GA-G：生殖核分裂；：生殖核分裂； A-VGA-VG：营养和生殖核均分裂；：营养和生殖核均分裂； C C：分裂中出现融合加倍等现象等。：分裂中出现融合加倍等现象等。 B B途径：小孢子第一次途径：小孢子第一次均等分裂均等分裂 形成大小相似的细胞，然后有单一类细胞组成多核形成大小相似的细胞，然后有单一类细胞组成多核 花粉细胞。花粉细胞。 植物花粉花药培养26

12、（1 1）自然加倍：）自然加倍： 自发形成二倍体，愈伤组织途径较多发生。自发形成二倍体，愈伤组织途径较多发生。 （2 2）人工加倍：）人工加倍： 利用秋水仙素等利用秋水仙素等 化学药剂处理单倍体化学药剂处理单倍体 植株加倍。使用浓度植株加倍。使用浓度 0.0006%-3%,0.0006%-3%,以以0.2%0.2% 应用较普遍。应用较普遍。 此外，抗微管形成的除草剂也可以用于染色体加倍，此外，抗微管形成的除草剂也可以用于染色体加倍， 如如OryzalinOryzalin、trifluralintrifluralin、APMAPM等。等。 5.5.单倍体植株的加倍：单倍体植株的加倍： 植物花粉花

13、药培养27 植物花粉花药培养28 植物花粉花药培养29 6.6.单倍体植株的倍性鉴定：单倍体植株的倍性鉴定： 单倍体单倍体35.5%35.5%，二倍体，二倍体53.4%53.4%，多倍体，多倍体 5.2%5.2% 鉴定方法：鉴定方法： （1 1）染色体直接技术法：）染色体直接技术法：需对根尖或茎尖细需对根尖或茎尖细 胞染色体进行显微观察鉴定。胞染色体进行显微观察鉴定。 （2 2）间接鉴定法：）间接鉴定法：植株形态鉴定、细胞形态植株形态鉴定、细胞形态 鉴定、流式细胞仪鉴定、高低温胁迫鉴定、杂鉴定、流式细胞仪鉴定、高低温胁迫鉴定、杂 交鉴定、分子标记鉴定等。交鉴定、分子标记鉴定等。 植物花粉花药培

14、养30 植物花粉花药培养31 （二）花粉培养：（二）花粉培养：花粉培养是将花粉从花药中分花粉培养是将花粉从花药中分 离出来成为分散的或游离的状态，通过培养使花粉启动离出来成为分散的或游离的状态，通过培养使花粉启动 脱分化，进而发育成完整植株的一种技术脱分化，进而发育成完整植株的一种技术, ,易获得单倍易获得单倍 体植株。体植株。 植物花粉花药培养32 植物花粉花药培养33 植物花粉花药培养34 1.1.材料的预处理：材料的预处理： 花粉培养中材料的预处理方法有花粉培养中材料的预处理方法有黑暗处理黑暗处理、光照光照 处理、高渗处理处理、高渗处理（蔗糖、甘露醇等）（蔗糖、甘露醇等）、药物处理药物处

15、理（秋（秋 水仙素、乙稀利、水仙素、乙稀利、EMSEMS等）等）、温度处理以及射线处理、温度处理以及射线处理 （r r射线）射线）等。等。 温度处理又包括温度处理又包括低温处理和高温处理低温处理和高温处理，接种前的，接种前的 处理和接种后的处理等，采用较多的方式是把取来的处理和接种后的处理等，采用较多的方式是把取来的 材料放在冰箱里材料放在冰箱里310 310 0 0C C下进行下进行115115天天的低温处理。的低温处理。 也常采用接种后预处理的方法。也常采用接种后预处理的方法。 植物花粉花药培养35 2.2.材料的消毒与无菌操作：材料的消毒与无菌操作： 与悬浮细胞培养相似，要求高。与悬浮细

16、胞培养相似，要求高。 3.3.花粉的分离与清洗：花粉的分离与清洗： (1)(1)花药漂浮培养自然释放法：花药漂浮培养自然释放法：把花药接种在液体把花药接种在液体 培养基上，花药漂浮于液体表面经培养基上，花药漂浮于液体表面经1717天的培养，天的培养， 药壁开裂，花粉自然散落下来及时将花药壁从培药壁开裂，花粉自然散落下来及时将花药壁从培 养瓶小取出来，留下的花粉继续培养。养瓶小取出来，留下的花粉继续培养。 植物花粉花药培养36 (2)(2)机械分离法机械分离法 A.A.分离：分离：把花药放在玻璃容器中，加入一定量适把花药放在玻璃容器中，加入一定量适 当浓度的蔗糖溶液，直接加入适量液体培养基，用当

17、浓度的蔗糖溶液，直接加入适量液体培养基，用 注射器内径轻轻挤压花药把花粉挤出来。或用磁力注射器内径轻轻挤压花药把花粉挤出来。或用磁力 搅拌器把花药搅裂使花粉散出来。搅拌器把花药搅裂使花粉散出来。 B.B.过筛：过筛：把上述的花药残渣和花粉的混合液把上述的花药残渣和花粉的混合液 经经一定孔径的不锈钢网或尼龙网过滤。花粉滤液一定孔径的不锈钢网或尼龙网过滤。花粉滤液 注入离心管。注入离心管。 C.C.清洗：清洗：花粉药壁混合液置于花粉药壁混合液置于100100一一10001000转分转分 的速度下离心的速度下离心11一一5 5分钟，上清夜再离心，最后悬分钟，上清夜再离心，最后悬 浮花粉。密度为浮花粉。密度为10104 4-10-105 5/ml/ml。