第五章人工诱发单倍体及其应用ppt课件

1、第五章第五章 人工诱发单倍体及其运用人工诱发单倍体及其运用培育对象培育对象 花药培育、花粉培育花药培育、花粉培育 子房培育、胚珠培育、胚培育、胚乳培育子房培育、胚珠培育、胚培育、胚乳培育 离体受精离体受精第一节第一节 花药和花粉培育花药和花粉培育一、一、 概述概述概念概念花药培育花药培育: :把发育到一定阶段的花药接种在人工培育把发育到一定阶段的花药接种在人工培育基上基上, ,使其发育和分化成为植株的过程使其发育和分化成为植株的过程. .花粉培育花粉培育( (小孢子培育小孢子培育):):从花药中分别出花粉粒从花药中分别出花粉粒, ,使使之成为分散的或游离形状之成为分散的或游离形状, ,经过培育

2、使花粉粒脱分经过培育使花粉粒脱分化化, ,进而发育成完好植株的过程进而发育成完好植株的过程. .花药培育和花粉培育是获花药培育和花粉培育是获是植物单倍体的有效方法之一是植物单倍体的有效方法之一二倍体(diploid )植物其单倍体haploid即一倍体monoploid 如， 玉米 2n = 2x = 20 n= x = 10； 水稻 2n = 2x = 24 n= x = 12四倍体(tetraploid)植物其haploid为dihaploid如，马铃薯 2n = 4x = 48， n = 2x = 24六倍体(hexaploid)植物其haploid为triploid 如，普通小麦2n

3、= 6x = 42， n = 3x = 21八倍体(octoploid)植物其haploid为tetraploid如，草莓 2n = 8x = 56 ，n = 4x = 28单倍体单倍体(haploid)是不是就是一倍体呢？是不是就是一倍体呢？单倍体单倍体(haploid)指具有配子体指具有配子体gametophyte染染色体数的孢子体色体数的孢子体(植物个体植物个体)(sporophyte)。 体细胞染色体数减半；体细胞染色体数减半；单倍体植物与二倍体相比较，有三个明显的特点：单倍体植物与二倍体相比较，有三个明显的特点： 生长发育弱，体形小、各器官明显减小；生长发育弱，体形小、各器官明显减小

4、； 雌雄配子严重败育，有的甚至不能进入有性雌雄配子严重败育，有的甚至不能进入有性 世代。世代。 二花药或花粉培育在作物育种中的作用：二花药或花粉培育在作物育种中的作用：供体植株小孢子N花粉培育花粉植株N雄核发育自然加倍人工加倍纯合植株2N1 1缩短育种年限：常规育种需缩短育种年限：常规育种需4-64-6年获得纯年获得纯系，而小孢子培育仅需系，而小孢子培育仅需1-21-2年。年。一年内获得纯系例：例：二倍体供体植株基因型为二倍体供体植株基因型为AaBb，假设要从后，假设要从后代中选择基由于代中选择基由于AAbb的纯合单株的纯合单株常规方法：常规方法： AAbb出现的概率为出现的概率为1/16，并

5、且不，并且不能将能将AAbb与与Aabb、aAbb区分开。区分开。ABaBAbabABAABBAaBBAABbAaBbaBaABBaaBBaABbaaBbAbAabBAabBAAbbAabbabaAbBaabBaAbbaabb例：例：二倍体供体植株基因型为二倍体供体植株基因型为AaBbAaBb，假设要从后代，假设要从后代中选择基由于中选择基由于AAbbAAbb的纯合单株的纯合单株单倍体方法：单倍体方法： AAbb AAbb出现的概率为出现的概率为1/41/4。 单倍体单倍体 二倍体二倍体AB- - AABBaB- aaBBAb- AAbbab- - aabb供体亲本供体亲本AaBb花粉花粉培育

6、培育 植株不受显隐性的影响，在诱变育种中能植株不受显隐性的影响，在诱变育种中能在当代及时获得突变个体，加倍后成为稳定的在当代及时获得突变个体，加倍后成为稳定的纯系。利于挑选隐性突变体纯系。利于挑选隐性突变体 提高诱变效率。提高诱变效率。3 3诱变育种中的作用诱变育种中的作用4 4 利于获得优良植株利于获得优良植株 如：芦笋全雄系的培育如：芦笋全雄系的培育5 5用作根底研讨的各个领域用作根底研讨的各个领域花花药药的的结结构构及及花花粉粉管管的的形形成成花药的构造及花粉粒的发育2NN减数分裂 四分体 4个单核花粉粒细胞壁薄、细胞质浓、核位于细胞中央 营养细胞大 单核花粉粒单核靠边期 两者仅以质膜相

7、隔 精细胞 生殖细胞小 有丝分裂 2-细胞花粉粒 精细胞 (3-细胞花粉粒N双核早期三花药和花粉培育中雄核发育的途径三花药和花粉培育中雄核发育的途径 1、A途径途径 小孢子第一次有丝分裂为不均等分裂，小孢子第一次有丝分裂为不均等分裂，构成营养细胞和生殖细胞构成营养细胞和生殖细胞 1A-V途径途径 由营养细胞反复分裂构成单倍由营养细胞反复分裂构成单倍体体 2A-G途径途径 由生殖细胞反复分裂构成单倍由生殖细胞反复分裂构成单倍体体 3A-VG途径途径E途径途径 由营养细胞和生殖由营养细胞和生殖细胞各自独立分裂，共同构成单倍体细胞各自独立分裂，共同构成单倍体 4C途径途径 营养细胞和生殖细胞经过核交

8、融，营养细胞和生殖细胞经过核交融，构成多倍体植株构成多倍体植株2、B途径途径 小孢子第一次有丝分裂为均等分小孢子第一次有丝分裂为均等分裂，构成大小相近的两个细胞。然后由这裂，构成大小相近的两个细胞。然后由这两细胞延续分裂构成单倍体植株，或者核两细胞延续分裂构成单倍体植株，或者核交融构成多倍体植株。交融构成多倍体植株。三花药和花粉培育中雄核发育的途径三花药和花粉培育中雄核发育的途径四花药培育与花粉培育的异同点四花药培育与花粉培育的异同点 培育目的一样，均获得小孢子植株。培育目的一样，均获得小孢子植株。 花药培育属于器官培育；而花粉培育属于细胞花药培育属于器官培育；而花粉培育属于细胞培育。培育。

9、花粉培育没有药壁组织干扰，单倍体产量高。花粉培育没有药壁组织干扰，单倍体产量高。一研讨历史：首先报道经过花药培育获得单倍体植株胜利的是印度学者Guha和Maheshwari (1964, 1966)。 2019年的统计数听阐明,已有至少250多种植物花药培育胜利。 花药培育获得单倍体的技术途径已在禾本科作物、茄科作物、十字花科作物的育种中广泛运用。二、二、 花药培育技术花药培育技术二花药培育的根本程序是：二花药培育的根本程序是：外植体选择消毒外植体选择消毒剥取花药剥取花药接种接种诱导培诱导培育育植株再生植株再生q外植体的选择：q供试资料的遗传背景，供试资料的生理形状，花粉的发育时期等。 四分体

10、 4个单核花粉粒细胞壁薄、细胞质浓、核位于细胞中央 营养细胞大 单核花粉粒单核靠边期 两者仅以质膜相隔 精细胞 生殖细胞小 有丝分裂 2-细胞花粉粒 精细胞 (3-细胞花粉粒N双核早期 选择花药时，普统统过镜检来确定其中的花粉选择花药时，普统统过镜检来确定其中的花粉能否处于适宜的发育期。能否处于适宜的发育期。 最常用的方法有醋酸洋红法。但是，某些植物最常用的方法有醋酸洋红法。但是，某些植物的花粉细胞核不易着色，需采用焙花青的花粉细胞核不易着色，需采用焙花青- -铬矾法，铬矾法，这种方法能将花粉细胞核染成蓝黑色。这种方法能将花粉细胞核染成蓝黑色。Different flower stages a

11、s used in anther culture. Stage 2 is the optimum stage of developmentfor use in tobacco anther culture二花药培育的根本程序是：二花药培育的根本程序是：外植体选择消毒外植体选择消毒剥取花药剥取花药接种接种诱导培诱导培育育植株再生植株再生q花药的剥取：花药的剥取：q防止花药遭到损伤，由于损伤常会刺激花药壁防止花药遭到损伤，由于损伤常会刺激花药壁组织的发育，构成二倍体的愈伤组织。组织的发育，构成二倍体的愈伤组织。p花药预处置花药预处置p 大量实验结果阐明，花药培育前给予一大量实验结果阐明，花药培育前

12、给予一定的低温处置是非常必要的。定的低温处置是非常必要的。q 花药培育常用的根本培育基：花药培育常用的根本培育基：q N6：高硝态氮，低铵态氮，广泛用于禾本科植物：高硝态氮，低铵态氮，广泛用于禾本科植物的花药培育的花药培育q B5、MS、White、Nitch 等。等。q C17王培等，王培等，1986：适于小麦花药培育，提：适于小麦花药培育，提高高 出愈率。出愈率。激素：相对较低的激素程度激素：相对较低的激素程度蔗糖：普通蔗糖：普通2-3%，高浓度对禾谷类较有利，高浓度对禾谷类较有利 番茄花药培育对蔗糖浓度的诱导反响蔗糖浓度 2 3 4 6 10 13 17诱导频率 5 10 12 18 2

13、5 45 8q培育条件温度和光照：培育条件温度和光照：三、花粉培育技术三、花粉培育技术 1、取材时期：四分体时期到单核早期。、取材时期：四分体时期到单核早期。 2、花粉的分别：、花粉的分别： 3、小孢子纯化：、小孢子纯化： 对获得的小孢子混合物进对获得的小孢子混合物进展分级过筛、梯度离心处置纯化小孢子展分级过筛、梯度离心处置纯化小孢子 4、花粉的培育、花粉的培育1自然散落法自然散落法(漂浮培育自然释放法漂浮培育自然释放法) ： 将花药接将花药接种在预处置液或液体培育基上，待花粉自动散落种在预处置液或液体培育基上，待花粉自动散落后，搜集培育。后，搜集培育。2机械游离法机械游离法 a.磁搅拌法：用

14、磁力搅拌器低速搅拌培育液中的磁搅拌法：用磁力搅拌器低速搅拌培育液中的花药，使花粉游离出来；花药，使花粉游离出来； b.挤压法：在烧杯或研钵中挤压花药，将花粉挤挤压法：在烧杯或研钵中挤压花药，将花粉挤出后搜集培育。出后搜集培育。花粉培育方法花粉培育方法 1、平板培育：花粉置琼脂固化培育基上培育。、平板培育：花粉置琼脂固化培育基上培育。 2、液体培育：、液体培育： 花粉悬浮在液体培育基中培育，花粉悬浮在液体培育基中培育，需震荡，以利通气。需震荡，以利通气。 3、双层培育：先铺一层琼脂固体培育基参与、双层培育：先铺一层琼脂固体培育基参与失活花药的浸提液，凝固后，在外表参与少量失活花药的浸提液，凝固后

15、，在外表参与少量液体培育基培育。液体培育基培育。 4、看护培育：利用花药或花药愈伤组织释放出、看护培育：利用花药或花药愈伤组织释放出的活性物质促进花粉小孢子发育。的活性物质促进花粉小孢子发育。 5、微室培育：利用小的盖玻片和凹穴载玻片构、微室培育：利用小的盖玻片和凹穴载玻片构成微室进展花粉培育。成微室进展花粉培育。看护培育图解1 1、胚状体发育途径：小孢子阅历胚发生的各、胚状体发育途径：小孢子阅历胚发生的各个阶段，最后子叶展开，构成花粉植株。个阶段，最后子叶展开，构成花粉植株。四、花粉植株的形状发生方式烟草花药培育烟草花药培育经过胚状体途径再生构成小植株经过胚状体途径再生构成小植株1 1、胚状

16、体发育途径：小孢子阅历胚发生的各、胚状体发育途径：小孢子阅历胚发生的各个阶段，最后子叶展开，构成花粉植株。个阶段，最后子叶展开，构成花粉植株。2 2、愈伤组织发育途径：小孢子分裂数次构成、愈伤组织发育途径：小孢子分裂数次构成愈伤，再分化构成花粉植株。此途径产生的愈伤，再分化构成花粉植株。此途径产生的植株会出现变异且倍性复杂。植株会出现变异且倍性复杂。四、花粉植株的形状发生方式愈伤组织转接种到再生培育基愈伤组织分化构成再生植株部分花药产生愈伤组织接种在平板上的水稻花药水稻花药培育的愈伤化发生途径五、花粉植株的倍性及染色体加倍五、花粉植株的倍性及染色体加倍1. 对花粉再生植株群体进展鉴定的必要性：

17、对花粉再生植株群体进展鉴定的必要性：体细胞干扰体细胞干扰生殖细胞的自发加倍生殖细胞的自发加倍2. 花粉植株的倍性：花粉植株的倍性： 单倍体、二倍体、多倍体、非整倍体单倍体、二倍体、多倍体、非整倍体3. 影响非整倍体植株出现的频率的要素：影响非整倍体植株出现的频率的要素：植株的种类植株的种类接种花粉的发育时期接种花粉的发育时期培育基中激素的浓度和种类培育基中激素的浓度和种类花粉植株发生的方式花粉植株发生的方式愈伤组织继代培育时间长短愈伤组织继代培育时间长短五、花粉植株的倍性及染色体加倍五、花粉植株的倍性及染色体加倍五、花粉植株的倍性及染色体加倍五、花粉植株的倍性及染色体加倍4. 单倍体植株的鉴定单倍体植株的鉴定 1形状学鉴定形状学鉴定 2染色体分析染色体分析5. 单倍体植株