1700-植物染色体工程

第17章植植物染色色体工程程(PlantChromosomeEngineering)◆植物染色色体倍性性改造◆植物物染色体体非整倍倍体改造造染色体工工程:是人们按按照一定定的设计计,有计划地地消减、、添加或或代换同同种或异异种染色色体的技技术。广义上讲讲它还包包括染色色体内部部的部分分遗传操操作技术术。定义义染色体数数目变异异整倍变化化：多倍体：：细胞中含含有三个个或更多多染色体体组的个个体单倍体：：细胞中含含有正常常体细胞胞的一半半染色体体数非整倍体体变化：：染色体减少少：单体（减1条）、缺体（减1对）染色体增加加：三体（加1条）、四体（加1对）染色体代换换：同种代换、、异种代换换一、植物物染色体倍倍性改造1.人工诱导植植物多倍体体的意义2.染色体加倍倍技术3.植物的多倍倍体育种4.植物的单倍倍体育种1.人工诱导植植物多倍体体的意义多倍体(polyploidy):植物的性状状比原来的的二倍体气气孔、花、、果实和种种子比二倍倍体者为大大，叶肉较较厚，茎秆秆也较粗壮壮烟草2倍体，4倍体和8倍体叶片表表皮细胞的的比较多倍体育种种的重要应应用新型农业食食品资源无籽西瓜：：没有籽、、品质好、、食用方便便、高产抗抗病异源多倍体体小黑麦：：产量高、、品质好高品质树木木培育多倍体桑树树：体细胞胞较大、叶叶肉厚、叶叶质较好、、抗寒性强强三倍体毛白白杨2.染色体加倍倍技术A、化学诱导导方法B、生物学方方法A、化学方法法1.细胞松驰素素B(cytochalasin)能抑制肌动动蛋白聚合合成微丝，，从而抑制制细胞质分分裂，使用用最早、最最广泛，其其诱导效果果也最突出出。2.秋水仙素(colchicine)阻止细胞分分裂过程中中的纺缍体体的形成。。特点点：：化学学药药物物价价格格昂昂贵贵，，有有毒毒性性三倍倍体体无无籽籽西西瓜瓜的的生生产产母本本父本本四倍倍体体二倍倍体体有籽籽西西瓜瓜父本本母本本去雄雄授授粉粉普通通西西瓜瓜植植株株种下下去去三倍倍体体植植株株无籽籽西西瓜瓜花粉粉刺刺激激（提提供供生生长长素素））用秋秋水水仙仙素素诱诱导导植植物物多多倍倍体体注注意意事事项项处理理部部位位：：正在在分分裂裂的的细细胞胞处理理方方式式：：用水水溶溶液液，，也也可可混混入入羊羊毛毛脂脂、、琼琼脂脂或或凡凡士士林林中中。。药剂剂浓浓度度：：一般般在在0.01%－0.4%处理理时时间间：：一般不少于24h处理温度：一般18－25℃B、生物学方法法1——远缘杂交B、生物学方法法2——体细胞杂交（原生质体融融合）3.植物的多倍体体育种二倍体AA(2n=2x)二倍体BB(2n=2x)同源三倍体AAA(2n=3x)同源异源八倍倍体AAAABBB(2n=8x)同源四倍体AAAA(2n=4x)异源四倍体AABB(2n=4x)染色体加倍染色体加倍染色体加倍无籽西瓜的育育成：二倍体西瓜2n=2x=22秋水仙素加倍倍四倍体西瓜2n=4x=44四倍体西瓜2n=4x=44x二倍体西瓜2n=2x=22配子：n=2x=22配子：n=X=11三倍体西瓜2n=3x=33异源八倍体小小黑麦的培育育植物异源多倍倍体——八倍体小黑麦麦的人工培育育普通小麦品种种间杂种♀×♂黑麦（AABBDD2n=42）（（RR2n=14）杂种一代不不孕（ABDR4x=28)人工加倍染色色体八倍体小黑麦麦（AABBDDRR8x=56)4.植物单倍体育育种植物减数分裂裂后形成的雌雌雄配子，其其染色体数目目为体细胞的的一半。将这这种具有单套套染色体的细细胞称为单倍倍体细胞单倍体细胞在在人工离体条条件下培养，，使其单性发发育成植物体体。这种具有有单套染色体体的植物称为为单倍体植物物高等植物孢子子体与配子体体

世代交替替（1）单倍体育种种的概念将具有单套染染色体的单倍倍体植物，经经人工染色体体加倍，使其其成为纯合二二倍体。从中中选出具有优优良性状的个个体，直接繁繁育成新品种种；或选出具具有单一优良良性状的个体体，作为杂交交育种的原理理材料，称为为单倍体育种植物单倍体育育种:由于单倍体只只有一套染色色体，染色体体上的每个基基因都能显示示相应的性状状，所以极易易发现所产生生的突变，尤尤其是隐性突突变，在表型型上可以直接接表现出来，，所以单倍体体是研究基因因或基因效应应、进行染色色体遗传分析析的理想实验验材料1）克服杂种分分离，缩短杂杂交育种年限限2）排除显、隐隐性基因干扰扰，提高选择择效率3）单倍体是诱诱变育种的良良好材料4）能克服远缘缘杂交的不孕孕性，创造生生物新类型5）利用单倍体体对栽培品种种进行纯化3、单倍体育种种的优越性（2）植物单倍体体育种方法异源花粉授粉粉延迟授粉未授粉子房培培养和花粉培培养种间或属间远远缘杂交栽培大麦(Hordeumvudare,2n=2x=14)与野生球茎大大麦(H.bulbosus,2n=2x=14)杂种胚发育过过程中，两物物种染色体的的行为不协调调可导致球茎茎大麦的染色色体逐渐丢失失(称为染色体消减现现象)，可获得大麦麦的单倍体植植株花药培养获得得单倍体染色体消减获获得单倍体大大麦（3）花粉单倍体体植物的培养养程序材料准备顺利通过污染染关选用适宜发育育时期的花粉粉逆境处理对促促进小孢子脱脱分化和再分分化的效应诱导花粉脱分分化形成愈伤伤组织或胚状状体小孢子脱分化化和再分化的的时间诱导小孢子形形成胚状体和和愈伤组织的的技术关键愈伤组织的植植株分化或胚胚状体的正常常生长基本培养基选选择植物激素的调调节糖浓度调节完整植物体的的形成再生小小植株的驯化化和移植（4）单倍体植物物的染色体加加倍加倍方法：用得最多的是是化学诱变法法秋水仙素、富富民农、对二二氯苯、8-羟基喹啉等加倍技术小苗浸泡法生长锥处理培养基加倍二、染色体非非整倍体变化化1.个别染色体的的削减和添加加2.染色体代换1、个别别染色色体的的削减减和添添加单体（（2n-1）与缺缺体（（2n-2）的制制备以小麦麦为例例：2N=42，AABBDD1）单倍倍体小小麦ABD自交（（配子子中有有N=20；N=21）正常小小麦、、单单体小小麦、、缺缺体体小麦麦（2N=42）（（2N=41）（（2N=40）2）单倍倍体小小麦与与二倍倍体小小麦正常小小麦、、单体体小麦麦3）单体体小麦麦（2N=41）自交交自交（（配子子中有有N=20；N=21）正常小小麦、、单单体小小麦、、缺缺体体小麦麦（2N=42）（（2N=41）（（2N=40）有目标标地替替换染染色体体小麦抗抗病品品种：：20II+6BIIRR；不抗病病6B单体：：20II+6BIIrr；20II+6BIr；x20II+6BIIRR20II+6BIIRr（双体体抗病病）20II+6BIR（单体体抗病病）20II+6BIIRR小麦：：AABBDDRRxAABBDDAABBDD+R（7I）（2n+1）：AABBDD+I1RAABBDD+I2R…….…ABD+IRxABD-IT20II+IT+IR（异代换系系）20IIT+IIR异附加系：：AABBDD+II1R………………缺体21II––6DIIx20II+6DIIrr20II+6DIR20II+6DIIRR个别染色体体的削减和和添加三体、四体体的制备三倍体二二倍体体（配子中出出现的N+1类型）（（配配子=N）杂交产生三体植植物（2N+1)三体小麦（（2N+1）自交产生正常小小麦、三体体小麦、四四体小麦2、染色体代代换