大学课程植物组织培养7单倍体的产生j-组培课件.ppt

1、单倍体是指具有配子染色体数的个体。单倍体是指具有配子染色体数的个体。单倍体在遗传研究和植物育种研究中的单倍体在遗传研究和植物育种研究中的意义意义?1.1.突变表现快突变表现快2.2.得到纯合二倍体快得到纯合二倍体快单倍体在自然界出现的频率极底单倍体在自然界出现的频率极底0.001%0.001%0.01%0.01%），），为什么？为什么？人工方法中较成熟的是花药培养。人工方法中较成熟的是花药培养。首先在首先在毛曼佗罗毛曼佗罗中成功。中成功。花粉发育成单倍体孢子体的两种花粉发育成单倍体孢子体的两种解释。（详见解释。（详见p102p102，103103）1.1.任何小孢子如能遇到合适条件任何小孢子如

2、能遇到合适条件均有可能发育成单倍体植株。均有可能发育成单倍体植株。（4 4种可能性）种可能性）2.2.预成论（花粉二型性）预成论（花粉二型性）液体培养基中的花粉液体培养基中的花粉注意：注意：花药培养花药培养是指将未成熟的花药接种在人工培养是指将未成熟的花药接种在人工培养基上分化为植株的过程。基上分化为植株的过程。由于这种分化植株起源于花药中的未成熟的花由于这种分化植株起源于花药中的未成熟的花粉，所以，人们常将其冠以花粉植株并将花粉，所以，人们常将其冠以花粉植株并将花药培养和花粉培养相提并论药培养和花粉培养相提并论。（问，这样的。（问，这样的相提并论有问题吗？）相提并论有问题吗？）花药和花粉实际

3、是分属于不同的范畴，即花药是一个植花药和花粉实际是分属于不同的范畴，即花药是一个植株体上的器官，属于器官培养；而花粉则在一般意义株体上的器官，属于器官培养；而花粉则在一般意义上上 ，是一个单细胞，应该属于细胞培养的范畴。，是一个单细胞，应该属于细胞培养的范畴。（既然如此，人们为何会有上述（既然如此，人们为何会有上述“相提并论相提并论”之举动？）之举动？）1.1.取材取材确定花粉发育时期，并找出其与花蕾等外部特征的确定花粉发育时期，并找出其与花蕾等外部特征的对对应关系应关系（受条件影响）。（受条件影响）。(那么，请考虑一下，类似的对应关系在生物学领域那么，请考虑一下，类似的对应关系在生物学领域内

4、有无其他用途。内有无其他用途。)对大多数植物而言，适宜的花粉发育时期是单核期，对大多数植物而言，适宜的花粉发育时期是单核期，尤其是单核中、晚期（如水稻、小麦、玉米、烟草、尤其是单核中、晚期（如水稻、小麦、玉米、烟草、苹果、梨、核桃、草莓等）苹果、梨、核桃、草莓等）实验前应镜检期发育时期实验前应镜检期发育时期。2.2.预处理预处理适当的预处理可以提高花药的愈伤组织诱导率。适当的预处理可以提高花药的愈伤组织诱导率。方法有：低温、离心（花药）、低剂量辐射、方法有：低温、离心（花药）、低剂量辐射、化学试剂处理等。化学试剂处理等。依材料而定。依材料而定。3.3.消毒消毒由于花蕾未开放，花药处于无菌状态。

5、由于花蕾未开放，花药处于无菌状态。用用70%70%酒精棉球擦拭花被外表，使之浸润片刻酒精棉球擦拭花被外表，使之浸润片刻（如有尘土可先用流水冲洗），再用（如有尘土可先用流水冲洗），再用0.1%0.1%升升汞浸泡汞浸泡510510分钟，最后用无菌水冲洗分钟，最后用无菌水冲洗4545次次4.4.接种接种（接种中应该注意哪些问题？）（接种中应该注意哪些问题？）无菌无菌不伤花药（用镊子夹住花丝）不伤花药（用镊子夹住花丝）接种密度不宜过低接种密度不宜过低（以上问题都注意了，但是还不行呢？）（以上问题都注意了，但是还不行呢？）（雄核发育在只含无机盐、维生素和糖的简单（雄核发育在只含无机盐、维生素和糖的简单培

6、养基上即可进行，在这种培养基上孢子体组培养基上即可进行，在这种培养基上孢子体组织增殖的机会很少）织增殖的机会很少）个别材料可接种整个花序个别材料可接种整个花序这样做有没有问题？这样做有没有问题？5.5.培养方式和培养条件培养方式和培养条件方式：方式：3 3种（固化培养；表面漂浮培养；固液双层培种（固化培养；表面漂浮培养；固液双层培养）条件视材料而定养）条件视材料而定6.6.花粉植株的诱导花粉植株的诱导烟草：花药烟草：花药胚状体胚状体花粉植株花粉植株诱导愈伤组织分化芽或根，需将其转至相应的培养基。诱导愈伤组织分化芽或根，需将其转至相应的培养基。禾本科植物：花药禾本科植物：花药单倍体愈伤组织单倍体

7、愈伤组织愈伤分化愈伤分化出芽和根（两步法）出芽和根（两步法）7.7.壮苗和移栽壮苗和移栽8.8.单倍体植株的二倍化单倍体植株的二倍化（为什么要二倍化，如何进行？）（为什么要二倍化，如何进行？）单倍体植株减数分裂不能正常进行。单倍体植株减数分裂不能正常进行。染色体加倍染色体加倍3 3条途径：条途径：1 1）自然加倍自然加倍（频率低）（频率低）2 2）人工加倍）人工加倍组培中，单倍体是只具有配子体染色体组的个体、组织或细胞。组培中，单倍体是只具有配子体染色体组的个体、组织或细胞。由这种细胞分化、生长出来的植株叫单倍体植物，此种植物由这种细胞分化、生长出来的植株叫单倍体植物，此种植物不能生殖，必须使

8、其染色体组分加倍，才能继续繁殖，获得不能生殖，必须使其染色体组分加倍，才能继续繁殖，获得稳定一致的后代。稳定一致的后代。秋水仙素处理单倍体植株秋水仙素处理单倍体植株愈伤组织再生愈伤组织再生：将单倍体植株（孢子体）的茎段、叶柄、根茎：将单倍体植株（孢子体）的茎段、叶柄、根茎切下，置适宜的培养基上使之发生愈伤组织，反复继代后再切下，置适宜的培养基上使之发生愈伤组织，反复继代后再将愈伤组织转移到分化培养基上，即可获得较多二倍体植株。将愈伤组织转移到分化培养基上，即可获得较多二倍体植株。这一方法也叫这一方法也叫组织创伤法组织创伤法。原理：利用愈伤组织细胞有丝分裂频率高，长期培养能提高其原理：利用愈伤组

9、织细胞有丝分裂频率高，长期培养能提高其自动加倍的特性。自动加倍的特性。此法使烟草此法使烟草F1F1代花粉植株加倍频率达代花粉植株加倍频率达60%60%。Anthercultureandhaploid（单倍体）（单倍体）plantsregeneration(a)培养刚开始时的花药培养刚开始时的花药.(b)培养培养6天后的花药天后的花药.(c,d)培养培养30天后花药出现的天后花药出现的胚和根。胚和根。(d)根。根。(eg)具子叶的小苗具子叶的小苗(e)具叶的小苗具叶的小苗(f,g)subculturedingrowingmedium.(h)80天的花药再生植株天的花药再生植株(左左)，同龄的二倍

10、体对照同龄的二倍体对照(右右).Scalebarsin(ad),2.5mm;in(eh),5mm.pepper雄核发育：指小孢子沿孢子体途径发育成花粉植株的过程。雄核发育：指小孢子沿孢子体途径发育成花粉植株的过程。1.1.基因型基因型2.2.生理状态生理状态幼年植株的花药反应能力较好幼年植株的花药反应能力较好大田植株比温室植株花粉愈伤组织的诱导率高大田植株比温室植株花粉愈伤组织的诱导率高主茎穗比分蘖穗花粉愈伤组织的诱导率高主茎穗比分蘖穗花粉愈伤组织的诱导率高可能原因：内生激素水平变动的结果。可能原因：内生激素水平变动的结果。3.3.花粉发育时期花粉发育时期4.4.药壁因子药壁因子绒毡层起源的某

11、些物质的梯度变化对花粉粒发育成胚起着关键的绒毡层起源的某些物质的梯度变化对花粉粒发育成胚起着关键的作用。作用。5.5.培养基培养基1 1）基本培养基）基本培养基MS,Miller,NitschMS,Miller,Nitsch对花药培养普遍适用；对花药培养普遍适用；根据花药培养的特点根据花药培养的特点稻、麦、玉米的稻、麦、玉米的N N6 6培养基培养基适于小麦的适于小麦的C C1717培养基等培养基等2 2）碳源）碳源蔗糖（麦芽糖，果糖，葡萄糖）蔗糖（麦芽糖，果糖，葡萄糖）3 3）植物激素）植物激素直接形成花粉胚的不需要激素直接形成花粉胚的不需要激素经愈伤组织培养的需要激素经愈伤组织培养的需要激

12、素4 4）活性炭）活性炭1.1.花粉单倍体的诱导花粉单倍体的诱导花粉发育时期的选择，只有刚刚通过第花粉发育时期的选择，只有刚刚通过第1 1次有丝分次有丝分裂的小孢子，才能被诱导进行孢子体方式发育。裂的小孢子，才能被诱导进行孢子体方式发育。2.2.雄核发育早期过程的雄核发育早期过程的4 4种途径种途径1 1）单核小孢子进行一次均等分裂，两个等同的子细胞都参）单核小孢子进行一次均等分裂，两个等同的子细胞都参与孢子体的发育。与孢子体的发育。2 2）单核小孢子进行一次正常的非均等分裂，营养核进一步）单核小孢子进行一次正常的非均等分裂，营养核进一步分裂形成孢子体。生殖细胞不再分裂或分裂分裂形成孢子体。生

13、殖细胞不再分裂或分裂1212次后退化。次后退化。3 3）花粉胚有生殖细胞单独完成。）花粉胚有生殖细胞单独完成。4 4）单核小孢子进行一次正常的非均等分裂，）单核小孢子进行一次正常的非均等分裂，2 2个细胞都进个细胞都进一步分裂并参与孢子体的形成。一步分裂并参与孢子体的形成。3.3.雄核发育晚期过程的差异雄核发育晚期过程的差异两种途径（是否经历愈伤组织）两种途径（是否经历愈伤组织）4.4.禾谷类植物花药培养中白化苗的形成禾谷类植物花药培养中白化苗的形成叶绿体不能正常形成。叶绿体不能正常形成。受温度影响。受温度影响。花粉双核期的花药白化苗发生率较单核期的大。花粉双核期的花药白化苗发生率较单核期的大

14、。目的：得到纯合体。方法：得到分离的花粉-离心分离出具有雄核发育潜力的花粉（液泡化，在蔗糖溶液顶层）首先如何得到合适的花粉？首先如何得到合适的花粉？花药看护法花药看护法培养的难度如何，怎么应对？培养的难度如何，怎么应对？Callus and shoot induction in hexaploid(六倍体)wheat after anther culture 单倍体培养秋水仙碱秋水仙碱单倍体小苗单倍体小苗Fig.1.Isolatedpollengrainsreleasedafterprecultureoftheantherfor7days.Oneofthetwocontainsrichcyto

15、plasm,andtheotherispoor.Fig.2.Anenlargedpollengraincontainingtwoormorenucleiwithintheexine（花粉外壁）（花粉外壁）,culturedfor10days.Fig.3.Anandrogenicmassof8-16cellsextrudingoutofthebrokenexine,after10daysinculture.Fig.4.Anandrogeniccolonyafteronemonthinculture.Fig.5.Calliformedinapetridishaftertwomonthsincult

16、ure.Fig.6.Aplantletemergingfromthepollencallus,twomonthsaftertransfertotheregenerationmedium.Fig.7.Giemsa-stainedchromosomesintheroottipofaregeneratedplantlet.加倍单倍体育种法加倍单倍体育种法(Double Haploid,DH)Double Haploid,DH)主要是以不同的作物进行杂交，以达到假授精，刺主要是以不同的作物进行杂交，以达到假授精，刺激激胚珠胚珠的发育，形成单倍体种子。的发育，形成单倍体种子。最常見的例子是以玉米花粉授到

17、小麦柱头上，刺激最常見的例子是以玉米花粉授到小麦柱头上，刺激小麦结出单倍体种子。此单倍体种子可种植长成小麦结出单倍体种子。此单倍体种子可种植长成植株。之后于顶芽上，以秋水仙素或其他化学药植株。之后于顶芽上，以秋水仙素或其他化学药剂处理，使其染色体套数加倍，变成具同型结合剂处理，使其染色体套数加倍，变成具同型结合基因型的双倍体正常植株。基因型的双倍体正常植株。便于发现隐性突变；易于建立纯系。便于发现隐性突变；易于建立纯系。其成功主要局限于茄科、禾本科和十字花其成功主要局限于茄科、禾本科和十字花科。（受基因型影响）科。（受基因型影响）思考题：思考题：复习讲授内容，熟悉单倍体在作物改良中应用的实例。并进一步考虑其应用前景和技术瓶颈。