第六、七章-倍性育种、诱变育种课件.ppt
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- 第六 育种 诱变 课件
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1、第六章第六章 倍性育种倍性育种染色体组(染色体组(Genome)单倍体(单倍体(Haploid)二倍体(二倍体(Diploid)多倍体(多倍体(Polyploid)菊属菊属Dendranthema2n=2x=18香叶菊香叶菊 D.aromaticum菊花脑菊花脑 D.nakingense2n=4x=36甘菊甘菊 D.lavandulaefolium野菊野菊 D.indicum2n=6x=54毛华菊毛华菊 D.vestitum紫花野菊紫花野菊 D.zawadskii2n=8x=72D.orantum(Hemsl)Kitam2n=10 x=90矶菊矶菊 D.pacificum第一节第一节 多倍体育
2、种多倍体育种选育细胞核中具有选育细胞核中具有 3 套以上染色套以上染色体的优良新品种。体的优良新品种。园艺植物的多倍体现象园艺植物的多倍体现象2n=4x=40Fvirginiana Duch 现代草莓主要是八倍体凤梨草莓(弗州草莓现代草莓主要是八倍体凤梨草莓(弗州草莓+智利草莓)智利草莓)裸子植物的多倍体裸子植物的多倍体l裸子植物的染色体大而整齐,染色体基数裸子植物的染色体大而整齐,染色体基数的变化也较小,的变化也较小,x=11或或12,只有少数论是,只有少数论是例外。裸子植物的多倍体不普遍。例外。裸子植物的多倍体不普遍。l松柏科中的多倍体只有三种:松柏科中的多倍体只有三种:北美红杉北美红杉(
3、6n)泼非氏桧柏泼非氏桧柏(4n)金钱松金钱松(4n,44)果树植物的多倍体果树植物的多倍体l果树中的多倍体也很普遍。如:草莓、香蕉、果树中的多倍体也很普遍。如:草莓、香蕉、李子、樱桃、菠萝、柑桔、枣、葡萄、苹果、李子、樱桃、菠萝、柑桔、枣、葡萄、苹果、梨。梨。l目前全世界经过染色体鉴定的果树,包括目前全世界经过染色体鉴定的果树,包括36科,科,70属,属,800余种。其中多倍体余种。其中多倍体20科,科,35属,属,400余种。余种。园艺植物属内倍性系列园艺植物属内倍性系列属名属名基数(基数(x)2x3x4x5x6x7x8x苹果属苹果属1734516885柑橘属柑橘属918273645茄属茄
4、属1224364860728496菊属菊属918273645546372一、多倍体的概念与类型一、多倍体的概念与类型 1 多倍体的概念多倍体的概念 l在一个植物属内,以染色体数目最少的二倍体在一个植物属内,以染色体数目最少的二倍体种的配子染色体数为准,作为全属植物的染色种的配子染色体数为准,作为全属植物的染色体基数,包括这一基数的染色体称为一个染色体基数,包括这一基数的染色体称为一个染色体组,用体组,用 x 表示。表示。l凡体细胞含有凡体细胞含有 3 套及套及 3 套以上染色体组的生物套以上染色体组的生物个体称之为个体称之为 多倍体(多倍体(polyploid)。2 多倍体的类型多倍体的类型
5、l同源多倍体:形成多倍体的染色体组来自同一物同源多倍体:形成多倍体的染色体组来自同一物种。种。l异源多倍体:由两个或两个以上不同物种的染色异源多倍体:由两个或两个以上不同物种的染色体组组成。体组组成。l异数多倍体(非整数多倍体):细胞中染色体的异数多倍体(非整数多倍体):细胞中染色体的数目不为基数的整倍性。数目不为基数的整倍性。二、多倍体的特点二、多倍体的特点 1 巨大性巨大性 l在体形和细胞上都表现出明显的巨大性:在体形和细胞上都表现出明显的巨大性:l叶片变宽增厚、茎粗壮;叶片变宽增厚、茎粗壮;l花、果实、种子增大;花、果实、种子增大;l气孔与花粉增大等。气孔与花粉增大等。夏腊梅夏腊梅(si
6、nocalycanthus chinensis)二倍体与四倍体的花和气孔比较二倍体与四倍体的花和气孔比较2 其它形态及生理特征其它形态及生理特征 l叶色浓绿,花色鲜艳;叶色浓绿,花色鲜艳;l生长缓慢,发育延迟;生长缓慢,发育延迟;l呼吸和蒸腾作用减弱,光合效率高;呼吸和蒸腾作用减弱,光合效率高;l适应性强。适应性强。3 育性育性 l同源多倍体表现很大程度的不育性;同源多倍体表现很大程度的不育性;l三倍体高度不育三倍体高度不育 l异数多倍体存在一定程度的不育异数多倍体存在一定程度的不育 l异源多倍体具有高度的可育性异源多倍体具有高度的可育性4 遗传变异性遗传变异性 l遗传性比较丰富;遗传性比较丰
7、富;l分离现象幅度加大;分离现象幅度加大;l变异范围广泛变异范围广泛;-尤其是异源多倍体尤其是异源多倍体大丽花花色基因控制大丽花花色基因控制Y基因基因黄色类黄酮黄色类黄酮I基因基因H基因基因A基因基因B基因基因花色素苷花色素苷少量少量大量大量大丽花花色遗传的一般规律大丽花花色遗传的一般规律影响花色的基因之间的关系(影响花色的基因之间的关系(19601960,巴利斯、汉尼、威尔逊),巴利斯、汉尼、威尔逊)W W 有色的有色的 ww ww 白色的白色的In In 非象牙白色非象牙白色 iviv iviv 象牙白色象牙白色Y Y 非黄色非黄色 yy yy 黄色黄色B B 紫红或黄紫色紫红或黄紫色 b
8、b bb 蓝色蓝色P P 紫红或黄紫色紫红或黄紫色 pp pp 粉红、蔷薇色、红色粉红、蔷薇色、红色Did Did 使色彩加浓使色彩加浓 did did 使色彩变淡使色彩变淡上述六个基因的上下位关系是:上述六个基因的上下位关系是:WInYBPDidWInYBPDid。三、多倍体育种的意义三、多倍体育种的意义 l多倍体具有花大、重瓣性强、花色浓艳、抗多倍体具有花大、重瓣性强、花色浓艳、抗逆性强等优点。逆性强等优点。l多倍体在植物进化中起着重要作用:多倍体多倍体在植物进化中起着重要作用:多倍体在自然界普遍存在,被子植物中在自然界普遍存在,被子植物中 1/3以上为以上为多倍体。多倍体。l多倍体是克服
9、远缘杂交不亲和性及远缘杂种多倍体是克服远缘杂交不亲和性及远缘杂种难稔性的重要手段。难稔性的重要手段。小黑麦:小黑麦:异源八倍体异源八倍体(AABBDDRR,2n=56)抗逆性强,适应干冷气候,抗白粉病,蛋白质氨基酸含量抗逆性强,适应干冷气候,抗白粉病,蛋白质氨基酸含量高。作为粮食和饲料,在高。作为粮食和饲料,在50多个国家广泛栽培。多个国家广泛栽培。(很可惜(很可惜,萝卜甘蓝的根像甘蓝萝卜甘蓝的根像甘蓝,叶像萝卜叶像萝卜,没有经济价值。没有经济价值。但是但是,这却提供了种间或属间杂交在短期内这却提供了种间或属间杂交在短期内(只需两代只需两代)创造创造新种的方法。)新种的方法。)F1是高度不育是
10、高度不育萝卜甘蓝四四、多倍体形成的原理与途径、多倍体形成的原理与途径 l在自然条件下,温度的剧变,紫外线照射,在自然条件下,温度的剧变,紫外线照射,恶劣多变的气候条件是产生多倍体细胞的恶劣多变的气候条件是产生多倍体细胞的重要原因。重要原因。多倍体形成的主要途径多倍体形成的主要途径l1 无性阶段染色体加倍,即体细胞有丝无性阶段染色体加倍,即体细胞有丝分裂过程中发生核内有丝分裂导致染色体分裂过程中发生核内有丝分裂导致染色体加倍(无性多倍化加倍(无性多倍化)。)。l2 有性阶段染色体加倍,即小孢子母细有性阶段染色体加倍,即小孢子母细胞或大孢子母细胞在减数分裂过程中不减胞或大孢子母细胞在减数分裂过程中
11、不减数产生数产生 2n 配子(有性多倍化)。配子(有性多倍化)。2n 配子形成的主要途经:配子形成的主要途经:l 1)性母细胞减数分裂前染色体加倍;性母细胞减数分裂前染色体加倍;l 2)减数分裂失败形成重组核;减数分裂失败形成重组核;l 3)减数第一次分裂后,第二次分裂前染色体减数第一次分裂后,第二次分裂前染色体 DNA 复制;复制;l4)减数第二次分裂时形成平行纺锤体或纺锤体融减数第二次分裂时形成平行纺锤体或纺锤体融合;合;l 5)不正常的胞质分裂;不正常的胞质分裂;l 6)减数分裂后染色体加倍;减数分裂后染色体加倍;l 7)无孢子生殖。无孢子生殖。五、五、人工诱导多倍体的方法人工诱导多倍体
12、的方法 l物理方法:温度剧变、机械损伤、射线物理方法:温度剧变、机械损伤、射线处理、高速离心处理、高速离心 l化学方法:化学方法:秋水仙素秋水仙素、细胞松弛素、细胞松弛素B、富民隆(对甲苯磺硫苯氨基苯汞)、萘富民隆(对甲苯磺硫苯氨基苯汞)、萘嵌戊烷、一些除草剂等嵌戊烷、一些除草剂等 l生物方法:杂交、组织培养生物方法:杂交、组织培养(胚乳培养)1 多倍体诱导材料的选择多倍体诱导材料的选择 l选用综合性状优良,遗传基础好的材料选用综合性状优良,遗传基础好的材料 l选择染色体倍性较低,染色体数少的植物选择染色体倍性较低,染色体数少的植物 l选用异花授粉植物及杂种后代选用异花授粉植物及杂种后代 l选
13、择可利用营养器官进行繁殖的植物选择可利用营养器官进行繁殖的植物 2 秋水仙素诱导多倍体的处理方法秋水仙素诱导多倍体的处理方法 l秋水仙素的作用机理秋水仙素的作用机理:细胞分裂时,抑:细胞分裂时,抑制纺锤丝的形成,使正常分离的染色体制纺锤丝的形成,使正常分离的染色体不能拉向细胞的两极;同时抑制细胞板不能拉向细胞的两极;同时抑制细胞板的形成,从而导致加倍。的形成,从而导致加倍。l秋水仙素的处理方法秋水仙素的处理方法:l1)浸渍法:处理种子、枝条等)浸渍法:处理种子、枝条等 l2)滴涂法:处理幼苗顶芽、植株侧芽的生长点)滴涂法:处理幼苗顶芽、植株侧芽的生长点 l3)注射法:将秋水仙素溶液注射到作用部
14、位)注射法:将秋水仙素溶液注射到作用部位 l4)包埋法)包埋法 l5)毛细管法)毛细管法 l6)离体诱导(培养基法)离体诱导(培养基法)秋水仙碱诱导蔬菜四倍体的方法秋水仙碱诱导蔬菜四倍体的方法影响诱导效果的因素:影响诱导效果的因素:l1)秋水仙素的浓度)秋水仙素的浓度 有效浓度:有效浓度:0.001%1.0%,0.2%0.4%用的多。用的多。l2)处理时期与持续时间)处理时期与持续时间 l3)环境温度()环境温度(25-28)六、多倍体的鉴定及后代选育六、多倍体的鉴定及后代选育 1 多倍体的鉴定多倍体的鉴定 l1)直接鉴定)直接鉴定染色体计数:检查花粉母细胞或根尖、染色体计数:检查花粉母细胞或
15、根尖、芽等分生组织细胞的染色体数目芽等分生组织细胞的染色体数目流式细胞术流式细胞术:利用流式细胞光度仪测定:利用流式细胞光度仪测定单个细胞的单个细胞的 DNA 含量,再根据含量,再根据 DNA 含含量比较推断出细胞的倍性。量比较推断出细胞的倍性。l2)间接鉴定:)间接鉴定:核体积测定核体积测定根据植株形态特征、生长特性、细胞学根据植株形态特征、生长特性、细胞学特性、育性等进行判断。特性、育性等进行判断。l确定不同倍性国庆一号细胞直径的关系确定不同倍性国庆一号细胞直径的关系G1G62G(m)4G(m)28.7336.6229.0622.80D(m)22.8028.7329.0636.624G2G
16、4G2GG1G6工作原理:让荧光染色的细胞在稳定的液流推动装置作用下通工作原理:让荧光染色的细胞在稳定的液流推动装置作用下通过直径为过直径为50-100um的小孔并排列成单行,每个细胞依次而且的小孔并排列成单行,每个细胞依次而且恒速通过激光束的照射区,细胞受激光照射后产生散射光和荧恒速通过激光束的照射区,细胞受激光照射后产生散射光和荧光。通过检测散射光可知细胞的体积,检测荧光可知细胞光。通过检测散射光可知细胞的体积,检测荧光可知细胞DNA或或RNA的含量。根据所规定的参量可把指定的细胞亚群的含量。根据所规定的参量可把指定的细胞亚群从整个群体中分选出来,以便进一步的研究分析。从整个群体中分选出来
17、,以便进一步的研究分析。2 多倍体后代的选育多倍体后代的选育 l无性繁殖植物:直接选择、固定无性繁殖植物:直接选择、固定 l一、二年生草花:进一步杂交选择,克一、二年生草花:进一步杂交选择,克服某些缺点,逐步消除不孕性服某些缺点,逐步消除不孕性 l注意嵌合体的分离注意嵌合体的分离 第二节第二节 单倍体育种单倍体育种 一、单倍体的概念与特点一、单倍体的概念与特点 1 单倍体的概念单倍体的概念 l狭义:细胞体内只含有一个染色体组的植物。如:狭义:细胞体内只含有一个染色体组的植物。如:牡丹二倍体牡丹二倍体 2n=2x=10,单倍体,单倍体 n=x=5。l广义:具有该植物配子染色体数的植物。广义:具有
18、该植物配子染色体数的植物。如:菊花如:菊花2n=6x=54,单倍体为,单倍体为n=3x=27“半倍体半倍体”“多倍单倍体多倍单倍体”2 单倍体的特点单倍体的特点 l1)与二倍体形态基本相似:植株矮小,叶薄,)与二倍体形态基本相似:植株矮小,叶薄,花器较小花器较小 l2)生活力较弱)生活力较弱 l3)高度不孕)高度不孕 l4)加倍后成为纯合二倍体,恢复育性)加倍后成为纯合二倍体,恢复育性二、单倍体育种的概念和意义二、单倍体育种的概念和意义 1 概念概念 l指利用诱发单性生殖(如花药培养)的方指利用诱发单性生殖(如花药培养)的方法,使杂交后代的异质配子形成单倍体植法,使杂交后代的异质配子形成单倍体
19、植株,经染色体加倍成为纯系,然后进行选株,经染色体加倍成为纯系,然后进行选育获得新品种的方法。育获得新品种的方法。2 意义意义 l1)克服杂种分离,缩短育种年限)克服杂种分离,缩短育种年限 l2)提高选择的正确性和效率)提高选择的正确性和效率 l3)节省田间试验的土地与劳力)节省田间试验的土地与劳力 l4)克服远缘杂种不育性与分离的困难)克服远缘杂种不育性与分离的困难 l5)快速培育异花授粉植物的自交系)快速培育异花授粉植物的自交系 l6)利用单倍体植物进行辐射和化学诱变)利用单倍体植物进行辐射和化学诱变 l7)直接利用其不育性)直接利用其不育性 三、获得单倍体的途径与方法三、获得单倍体的途径
20、与方法 1 自然界产生单倍体的方式自然界产生单倍体的方式 l1)孤雌生殖孤雌生殖 即由植物胚囊中的卵细胞与极核不经受精,单即由植物胚囊中的卵细胞与极核不经受精,单性发育成植株。性发育成植株。l2)孤雄生殖孤雄生殖 l3)无配子生殖)无配子生殖 由胚囊中的反足细胞与助细胞不经受精发育而来。由胚囊中的反足细胞与助细胞不经受精发育而来。2 人工获得单倍体的途径人工获得单倍体的途径 l1)诱导孤雌生殖:)诱导孤雌生殖:利用远缘的异属花粉授粉;利用远缘的异属花粉授粉;弱化花粉授粉弱化花粉授粉/延迟授粉;延迟授粉;用高剂量射线照射的花粉授粉;用高剂量射线照射的花粉授粉;化学药剂处理;化学药剂处理;异常变温
21、处理;异常变温处理;机械刺激子房等。机械刺激子房等。l2)离体诱导)离体诱导 花药培养(器官培养);花药培养(器官培养);花粉培养(细胞培养);花粉培养(细胞培养);胚珠培养;胚珠培养;未授粉子房培养。未授粉子房培养。四、花药培养的程序与技术四、花药培养的程序与技术 花粉培养的发育途径花粉培养的发育途径 :l花粉进行多次细胞内分裂,形成多细胞花花粉进行多次细胞内分裂,形成多细胞花粉粒粉粒-花粉粒破裂,形成类似胚胎发育花粉粒破裂,形成类似胚胎发育的的“胚状体胚状体”-分化出根和芽。分化出根和芽。l花粉形成愈伤组织(脱分化过程)花粉形成愈伤组织(脱分化过程)-愈愈伤诱导形成单倍体植株(再分化过程)
22、。伤诱导形成单倍体植株(再分化过程)。多数植物表现的途径。多数植物表现的途径。2 花药培养的程序花药培养的程序 1)培养材料的选择)培养材料的选择 l选用优良的杂种一代或杂种二代中选出选用优良的杂种一代或杂种二代中选出的优良植株的花药进行培养的优良植株的花药进行培养 l选用易于诱导的材料选用易于诱导的材料 l选用优良杂交组合的后代选用优良杂交组合的后代 2)花药的离体培养)花药的离体培养 l外植体的选择外植体的选择 l外植体的预处理外植体的预处理 l培养基(大量元素、微量元素、有机成分、培养基(大量元素、微量元素、有机成分、Fe 盐、蔗糖、固化剂、激素等)盐、蔗糖、固化剂、激素等)l外植体的消
23、毒与接种外植体的消毒与接种 l培养条件(光照、温度)培养条件(光照、温度)l3)花粉植株的移栽)花粉植株的移栽 l4)单倍体的鉴定)单倍体的鉴定 直接鉴定:染色体计数直接鉴定:染色体计数 间接鉴定:形态特征、育性、分子标记等间接鉴定:形态特征、育性、分子标记等 l5)染色体加倍)染色体加倍 自然加倍自然加倍 人工加倍:秋水仙素、组培继代、扦插繁人工加倍:秋水仙素、组培继代、扦插繁殖等殖等 3 花药培养的基本操作技术花药培养的基本操作技术 l1)玻璃器皿的准备与洗涤)玻璃器皿的准备与洗涤 l2)培养基的配制及灭菌)培养基的配制及灭菌 l3)花药的接种与培养)花药的接种与培养 l4)花粉愈伤组织的
24、诱导与分化)花粉愈伤组织的诱导与分化 四分体四分体-小孢子小孢子-单核花粉单核花粉-双核花粉双核花粉(最适最适期期)五、影响花药培养效果的因素五、影响花药培养效果的因素 l小孢子发育时期小孢子发育时期 l预处理预处理 l培养基培养基 l接种密度接种密度 l培养条件培养条件 l培养方法培养方法Sunderland(1971)对烟草不同花粉发育对烟草不同花粉发育时期的培养反应进行了观察时期的培养反应进行了观察第七章第七章 诱变育种诱变育种l第一节第一节 诱变育种的意义和特点诱变育种的意义和特点l第二节第二节 诱变的方法诱变的方法l第三节第三节 诱变育种的方法与程序诱变育种的方法与程序l第四节第四节
25、 提高诱变育种效率的方法提高诱变育种效率的方法第一节第一节 诱变育种的意义和特点诱变育种的意义和特点诱变育种诱变育种:人为的利用物理和化:人为的利用物理和化学因素诱导农作物发生变异,通过学因素诱导农作物发生变异,通过选择培育出新品种的方法。选择培育出新品种的方法。包括:包括:物理诱变物理诱变和和化学诱变化学诱变诱变育种的发展概况诱变育种的发展概况 l1895 年,伦琴发现年,伦琴发现 X 射线射线 l1936 年,年,WE Demol 用用 X 射线处理射线处理 Tulip,经,经 10 余年育成突变新余年育成突变新品种品种法腊迪法腊迪。l1970 年,全球诱变品种年,全球诱变品种 101 个
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