第十章-倍性育种课件.ppt

1、第十章_倍性育种一一 多倍体的种类、起源及特点多倍体的种类、起源及特点多倍体多倍体（polyploid）：是指体细胞中有：是指体细胞中有3个或个或3个以上个以上染色体染色体 组的植物个体。组的植物个体。l广泛分布于植物界；广泛分布于植物界；l被子植物中有被子植物中有50%以上、禾本科有以上、禾本科有75%物种是多倍物种是多倍体；体；l很多农作物、蔬菜、果树为多倍体，如小麦（六倍很多农作物、蔬菜、果树为多倍体，如小麦（六倍体）、棉花（四倍体）、油菜（四倍体）、花生体）、棉花（四倍体）、油菜（四倍体）、花生（四倍体）、马铃薯（四倍体）等。（四倍体）、马铃薯（四倍体）等。多倍体的发展阶段：多倍体的发

2、展阶段：l两性细胞的受精结合；两性细胞的受精结合；l细胞分裂时，染色体不分离。细胞分裂时，染色体不分离。(1)(1)多倍体的来源多倍体的来源 由二倍体染色体数目加倍形成，途径由二倍体染色体数目加倍形成，途径 包括：包括：a 合子染色体数目加倍合子染色体数目加倍 b 分生组织染色体加倍分生组织染色体加倍 c 不减数配子的受精结合不减数配子的受精结合 二倍体种（二倍体种（2X=14）野生一粒小麦）野生一粒小麦拟斯卑尔脱山羊草拟斯卑尔脱山羊草 (AA)(BB)(AB)染色体加倍染色体加倍 四倍体种（四倍体种（4X=28）野生二粒小麦野生二粒小麦 粗山羊草粗山羊草 (AABB)(DD)(ABD)染色体

3、加倍染色体加倍 六倍体种（六倍体种（6X=42）普通小麦普通小麦 （AABBDD）图图 小麦可能的进化途径小麦可能的进化途径(2)(2)多倍体的类别多倍体的类别a a 同源多倍体同源多倍体：指体细胞中染色体组相同的多倍指体细胞中染色体组相同的多倍 体，如同源四倍体黑麦（体，如同源四倍体黑麦（RRRR）。）。自然界发生频率很低。自然界发生频率很低。来来 源源 AA（2n)AAAA（4n）同源四倍体）同源四倍体 AAAA（4n）AA（2n）AAA（3n）同源三倍体）同源三倍体 人工加倍人工加倍 同源多倍体同源多倍体与二倍体相比，具有如下特征：与二倍体相比，具有如下特征：l 无性繁殖无性繁殖、多年生

4、的；、多年生的；l 基因型种类比二倍体多；基因型种类比二倍体多；l 育性差，结实率低；育性差，结实率低；l 达到遗传平衡的时间长；达到遗传平衡的时间长；l 生物学性状的巨型化。生物学性状的巨型化。基因型复杂基因型复杂 二倍体基因型 三倍体基因型 四倍体基因型减数分裂形成多价体导致染色体行为异常，形成不育配子。减数分裂形成多价体导致染色体行为异常，形成不育配子。基因剂量大基因剂量大 玉米同源四倍体的籽实蛋白质含量比二倍体原种增加玉米同源四倍体的籽实蛋白质含量比二倍体原种增加43%43%；大麦同源四倍体的籽实蛋白质含量比二倍体原种提高大麦同源四倍体的籽实蛋白质含量比二倍体原种提高10-12%10-

5、12%；三倍体甜菜产量高，含糖量高。三倍体甜菜产量高，含糖量高。高度不育高度不育 尤其是奇数倍多倍体尤其是奇数倍多倍体培育无籽瓜果。培育无籽瓜果。2 N4 N二倍体与同源多倍体细胞核比较二倍体与同源多倍体细胞核比较 4 N 2 N 特点：个体巨型、根系发达、叶大色深、特点：个体巨型、根系发达、叶大色深、花粉粒大、花瓣大、果实大花粉粒大、花瓣大、果实大 巨型化巨型化b 异源多倍体异源多倍体：由：由两个或两个以上两个或两个以上不同染色体组所形不同染色体组所形 成的可育杂种后代。成的可育杂种后代。来源来源l不同种属间个体杂交得到的不同种属间个体杂交得到的F1经染色体加倍而成；经染色体加倍而成；l天然

6、异源多倍体是由二倍体天然杂交进化而来；天然异源多倍体是由二倍体天然杂交进化而来；（如六倍体普通小麦和四倍体油菜等）（如六倍体普通小麦和四倍体油菜等）l通过远缘杂交。通过远缘杂交。特点：减数分裂时，染色体能正常配对，特点：减数分裂时，染色体能正常配对，形成的形成的 配子是可育的，结实率高配子是可育的，结实率高。c 区段异源多倍体区段异源多倍体：如：如B1B1B2B2，马铃薯。，马铃薯。d 同源异源多倍体同源异源多倍体：如：如AAAABB，梯牧草。，梯牧草。二二 多倍体的诱导与育种多倍体的诱导与育种1 1 人工诱导多倍体的途径人工诱导多倍体的途径(1)(1)物理因素诱导物理因素诱导 指利用温度激变

7、、机械创伤、电离辐射、指利用温度激变、机械创伤、电离辐射、非电离辐射等方法诱导染色体加倍。非电离辐射等方法诱导染色体加倍。早期多倍体育种主要采用该诱导技术。早期多倍体育种主要采用该诱导技术。例：用例：用43-4543-45处理玉米结合子，获得四倍体。处理玉米结合子，获得四倍体。(2)(2)化学因素诱导化学因素诱导 指利用指利用秋水仙碱、富民隆秋水仙碱、富民隆等诱导处理正在等诱导处理正在分裂的细胞诱导染色体加倍产生多倍体，目前分裂的细胞诱导染色体加倍产生多倍体，目前最常用。最常用。秋水仙碱秋水仙碱：淡黄色粉末；具麻醉作用；诱导效应比：淡黄色粉末；具麻醉作用；诱导效应比 物理因素大得多。物理因素大

8、得多。处理对象处理对象：植物：植物茎端分生组织茎端分生组织和发育初期的和发育初期的幼胚幼胚为为 主，也有分生组织。主，也有分生组织。影响秋水仙碱诱发多倍体成功的因素：影响秋水仙碱诱发多倍体成功的因素：l处理时间：处理时间：24h以上以上；l诱导浓度：诱导浓度：0.01-0.50%，以，以0.2%左右左右应用最多；应用最多；l处理时的温度：处理时的温度：18-25；l处理方式：处理方式：水溶液水溶液或制成或制成羊毛脂膏、琼脂及凡士林羊毛脂膏、琼脂及凡士林；l处理方法：浸渍法、滴液法、涂抹法等。处理方法：浸渍法、滴液法、涂抹法等。(3)(3)生物因素诱导生物因素诱导 指利用胚乳培养、指利用胚乳培养

9、、体细胞杂交体细胞杂交等技术产生等技术产生多倍体。这一技术尚处于探索阶段，有待进一多倍体。这一技术尚处于探索阶段，有待进一步研究。步研究。体细胞杂交体细胞杂交2 2 多倍体育种多倍体育种(1)(1)多倍体育种的意义多倍体育种的意义：多倍体在表现型上有多倍体在表现型上有巨大型效应巨大型效应，生理特，生理特性上也有可利用的性上也有可利用的优良性状优良性状，因此，开展多倍，因此，开展多倍体育种，对于农作物品种改良具有重要意义。体育种，对于农作物品种改良具有重要意义。（2 2）多倍体育种的要点）多倍体育种的要点a.a.选用合适的选用合适的二倍体二倍体原始材料诱导产生多倍体；原始材料诱导产生多倍体；n扩

10、大诱导范围扩大诱导范围，选择优良类型；，选择优良类型；c.c.采用有效的采用有效的诱导方法诱导方法；d d选择适宜的选择适宜的倍性水平倍性水平；e e解决解决嵌合体嵌合体问题；问题；f f确定多倍体群体的确定多倍体群体的选育方法选育方法。三三 人工多倍体在生产上的应用人工多倍体在生产上的应用1 1 同源多倍体同源多倍体(1)(1)谷类作物谷类作物 同源四倍体结实率低，不饱满，分蘖差。同源四倍体结实率低，不饱满，分蘖差。l同源四倍体高粱已在四倍体水平完成三系配套；同源四倍体高粱已在四倍体水平完成三系配套；l用秋水仙碱已诱导出水稻的四倍体，从中选出用秋水仙碱已诱导出水稻的四倍体，从中选出 不育株，

11、正开展三系配套的选育。不育株，正开展三系配套的选育。其他：其他：同源四倍体黑麦、四倍体荞麦、四倍体芝同源四倍体黑麦、四倍体荞麦、四倍体芝 麻、四倍体饲料玉米、四倍体亚洲棉等。麻、四倍体饲料玉米、四倍体亚洲棉等。四倍体荞麦四倍体荞麦 (2)(2)同源三倍体同源三倍体 三倍体甜菜三倍体甜菜 l二倍体加倍成二倍体加倍成四倍体与二倍体杂交四倍体与二倍体杂交；l染色体不平衡，染色体不平衡，完全不育或育性很低完全不育或育性很低；l生长繁茂，块根生长繁茂，块根产量高产量高，含糖量高含糖量高；l育成育成双丰双丰303 303、双丰、双丰304304、双丰、双丰305305（面积最大）（面积最大）等品种。等品种

12、。三倍体西瓜三倍体西瓜 三倍体开花时，授给二倍体花粉，三倍体开花时，授给二倍体花粉，子房发育成果子房发育成果实，胚珠不发育成种子实，胚珠不发育成种子，形成，形成无籽西瓜无籽西瓜。三倍体毛白杨人工林三倍体毛白杨人工林 三倍体松树三倍体松树三倍体桑葚三倍体桑葚 二倍体二倍体三倍体三倍体2 2 异源多倍体异源多倍体 人工合成的异源多倍体人工合成的异源多倍体小黑麦。小黑麦。主要类型：主要类型：l六倍体小黑麦（六倍体小黑麦（AABBRRAABBRR）：国外栽培多，由四：国外栽培多，由四 倍体和二倍体杂交而成。倍体和二倍体杂交而成。八倍体小黑麦八倍体小黑麦（AABBDDRRAABBDDRR）：在云贵高在云

13、贵高 原和黑龙江、内蒙交界推广。原和黑龙江、内蒙交界推广。普通小麦普通小麦 黑麦黑麦P 配子配子子代子代高度不育高度不育秋水仙素处理幼苗秋水仙素处理幼苗异源八倍体小黑麦异源八倍体小黑麦四四 单倍体育种单倍体育种1 1 单倍体产生的途径单倍体产生的途径 单倍体单倍体(haploid)：指具有配子染色体组的：指具有配子染色体组的个体。个体。类型：类型：l一倍体：由二倍体植物产生，仅有一倍体：由二倍体植物产生，仅有一个一个染色染色 体组；体组；l多元单倍体：由异源多倍体植物产生，有多元单倍体：由异源多倍体植物产生，有几几 个不同的个不同的染色体组。染色体组。产生单倍体的途径：产生单倍体的途径：（1

14、1）自然发生：）自然发生：包括孤雌生殖包括孤雌生殖(0.1%)(0.1%)、孤雄生殖、孤雄生殖 (0.01%)(0.01%)和无配子生殖等方式。和无配子生殖等方式。发现单倍体的植物：发现单倍体的植物：曼陀罗、玉米、小麦、水稻、烟草、棉花、曼陀罗、玉米、小麦、水稻、烟草、棉花、黑黑麦、亚麻、油菜等麦、亚麻、油菜等7070个属、个属、206206种植物。种植物。（2 2）人工诱导途径）人工诱导途径 细胞和组织离体培养细胞和组织离体培养 a a 花粉（花药）离体培养花粉（花药）离体培养 l原理：细胞全能型；原理：细胞全能型；l我国在我国在小麦、水稻、玉米、烟草、甜菜、油菜等小麦、水稻、玉米、烟草、甜

15、菜、油菜等 40多种植物中获得花粉单倍体植株，其中多种植物中获得花粉单倍体植株，其中19种首创。种首创。b b 未受精子房（胚珠）培养未受精子房（胚珠）培养l首例为大麦，水稻、烟草均成功。首例为大麦，水稻、烟草均成功。远缘杂交远缘杂交 通过不同种、属间植物杂交来诱发孤雌生通过不同种、属间植物杂交来诱发孤雌生殖是产生单倍体的有效途径。殖是产生单倍体的有效途径。例：例：四倍体马铃薯（四倍体马铃薯（4X=484X=48）富瑞亚薯（富瑞亚薯（2X=242X=24）；）；甘蓝型油菜甘蓝型油菜白菜型油菜（白菜型油菜（0.83-1.25%0.83-1.25%）。利用球茎大麦体细胞染色体消失法产生大麦的单倍体

16、利用球茎大麦体细胞染色体消失法产生大麦的单倍体 染色体消失染色体消失 大麦大麦 球茎大麦球茎大麦 利用半配合生殖利用半配合生殖 精核进入卵细胞后，不与雌核结合，精核进入卵细胞后，不与雌核结合，分别进行分分别进行分裂裂，所形成的胚是由雌、雄核同时各自分裂发育而成。，所形成的胚是由雌、雄核同时各自分裂发育而成。长成的植株，多为长成的植株，多为嵌合体的单倍体嵌合体的单倍体。特点：简单易行，性状稳定。特点：简单易行，性状稳定。例如：例如：海岛棉海岛棉Pimas-1Pimas-1种发现单倍体，经加倍后获得加种发现单倍体，经加倍后获得加 倍单倍体倍单倍体D.H.57-4D.H.57-4，其自交后代可获得，

17、其自交后代可获得31-60%31-60%的的 单倍体。单倍体。从双生苗种选择从双生苗种选择 1 1粒种子上长出粒种子上长出2 2株苗或多株苗成为株苗或多株苗成为双胚苗双胚苗或或多胚苗多胚苗。类型：类型：n/nn/n、n/2nn/2n、n/3nn/3n、2n/2n2n/2n。例如：小麦属（双生苗率为例如：小麦属（双生苗率为0.034%0.034%）、玉米（双生苗率）、玉米（双生苗率 为为0.1%0.1%）。）。辐射以及化学诱导辐射以及化学诱导l父本花粉经父本花粉经x x射线处理后，再授粉，可产生单倍体；射线处理后，再授粉，可产生单倍体；l化学药物刺激卵细胞，如化学药物刺激卵细胞，如2 2，4-D

18、4-D、NAANAA、6BA6BA等。等。2 2 单倍体的鉴定方法单倍体的鉴定方法（1 1）细胞学鉴定：即检查）细胞学鉴定：即检查体细胞体细胞中的染色体数及中的染色体数及花粉花粉母细胞母细胞中的染色体数目及配对情况。中的染色体数目及配对情况。（2 2）形态特征进行鉴定：与正常植株相比，单倍体有）形态特征进行鉴定：与正常植株相比，单倍体有明显的明显的“小型化小型化”特征。特征。（3 3）单倍体的育性鉴定）单倍体的育性鉴定 单倍体单倍体高度不育高度不育，可鉴定花粉育性。，可鉴定花粉育性。例：密穗小麦例：密穗小麦普通小麦，单倍体花粉普通小麦，单倍体花粉95-99%95-99%败败 育，二倍体仅有育，

19、二倍体仅有3-7%3-7%。3 3 单倍体在育种上的应用价值单倍体在育种上的应用价值（1 1）克服杂种分离，缩短育种年限）克服杂种分离，缩短育种年限 可缩短可缩短3-43-4个世代。个世代。（2 2）克服远缘杂交的不亲和性）克服远缘杂交的不亲和性 例：马铃薯的栽培品种的单倍体与野生种杂交相对容易。例：马铃薯的栽培品种的单倍体与野生种杂交相对容易。（3 3）提高诱变育种的效率）提高诱变育种的效率l单倍体较易发生变异；单倍体较易发生变异；l变异后当代即表现，便于识别。变异后当代即表现，便于识别。（4 4）合成育种新材料）合成育种新材料 远缘杂种产生多元单倍体，加倍获得异源多倍体。远缘杂种产生多元单

20、倍体，加倍获得异源多倍体。4 4 单倍体育种的主要步骤单倍体育种的主要步骤 选择材料选择材料 获得单倍体获得单倍体 染色体加倍染色体加倍 后代选育后代选育l单倍体育性低，本身没有直接利用价值，必须在转入有性单倍体育性低，本身没有直接利用价值，必须在转入有性世代前，进行加倍；世代前，进行加倍；加倍方法：加倍方法：l自然加倍：玉米约自然加倍：玉米约10%10%单倍体通过自然加倍产生自交种；单倍体通过自然加倍产生自交种；l人工加倍：秋水仙碱加倍（时间短、危害小、效果好）。人工加倍：秋水仙碱加倍（时间短、危害小、效果好）。5 5 单倍体育种的问题与展望单倍体育种的问题与展望（1 1）不同杂交组合之间诱导频率有差异）不同杂交组合之间诱导频率有差异例：例：小麦用小麦用MSMS培养基培养，（新曙光培养基培养，（新曙光1 1号号8189)F8189)F2 2形成愈伤形成愈伤 组织的频率为组织的频率为3.2%3.2%，而（新曙光，而（新曙光1 1号号毛阿夫毛阿夫)却为却为0 0。（2 2）愈伤组织及绿苗的诱导频率偏低）愈伤组织及绿苗的诱导频率偏低例：例：水稻、小麦花粉愈伤组织的诱导频率比较低，水稻平均水稻、小麦花粉愈伤组织的诱导频率比较低，水稻平均 为为16.29%16.29%，且并不全能成苗。，且并不全能成苗。声明：本章图片均源于网路声明：本章图片均源于网路