花药培养及单倍体育种

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1、第七章植物花药和花粉培养及单倍体育种第一节单倍体及单倍体育种第二节花药培养和花粉培养一、单倍体的概念及其来源1、概念单倍体(haploid)：是指具有配子体染色体数（n）的孢子体(植物个体)。单倍体有一元单倍体和多元单倍体。第一节单倍体及单倍体育种南瓜的单倍体和二倍体的雄花和雌花单倍体植物的特点：体细胞染色体数减半；生长发育弱，体形小、各器官明显减小；雌、雄配子严重败育，有的不能进入有性世代。2、单倍体的来源孤雌生殖孤雄生殖无配子生殖体细胞减数分裂自然产生人工诱发单倍体细胞离体培养植物体上诱发单倍体花药培养花粉培养未授粉子房/胚珠培养双单倍体

2、(DoubleHaploid,DH)指单倍体经过自然加倍或人工诱导加倍所获得的纯合二倍体。双二倍体(DoubleDiploid)指杂交F1代个体经过人工诱导加倍所获得的纯合多倍体（双亲的单套染色体组均加倍）。二、单倍体育种1、概念单倍体育种：是将具有单套染色体的单倍体植物，经人工染色体加倍，使其成为纯合二倍体，从中选出具有优良性状的个体，作为杂交育种的原始材料，称为单倍体育种。2、单倍体的优点遗传的稳定性，经人为加倍，可得到纯和的二倍体。隐性性状易于表现。遗传的变异性。3、单倍体在遗传和育种中的应用价值（1）迅速获得纯合型材料，缩短的育种年限。

3、与常规的杂育种相比，单倍体育种技术可以加速纯系的获得，缩短4-5年的育种年限。（2）排除显、隐性干扰，提高选择效率，有利于筛选隐性突变体，消除致死基因。当有n对独立遗传的隐性基因及重组体分离时，这些隐性性状及其重组体的出现几率在单倍体育种中将比常规的二倍体育种法高2ⁿ倍，大大提高了选择效率。与诱变育种相结合可以提高诱变频率，遗传类型丰富；也可在花药培养过程中进行抗病、耐盐碱等方面进行细胞水平的突变体筛选。（3）单倍体是诱变育种、突变体筛选的良好材料。（4）单倍体在远缘杂交中的利用。与细胞融合相结合二倍体。克服远缘杂交不育性：远缘杂交后代高度不

4、育，但可产生部分有活性的花粉。基因工程上：花药和花粉培养系统可用于转基因。染色体工程上：可以创造二体附加系、代换系。（6）单倍体用作基础遗传研究的各个领域。基因定位、绘制遗传图谱。（5）单倍体作为遗传工程受体更为有效。第二节、花药培养和花粉培养花药培养（antherculture）：以花药为外植体进行离体培养，获得单倍体植株的技术。（属于器官培养的范畴。）花粉培养（pollenculture）或小孢子培养（microsporeculture）：是将处于一定发育阶段的花粉细胞从花药中分离出来，加以离体培养获得单倍体植株的技术。（属于细胞培养的范畴

5、。）两者的异同点共同点：培养目的相同，获得单倍体植株。不同点：花药培养属于器官培养；而花粉培养属于细胞培养；花粉培养没有药壁组织干扰，易于观察雄核发育的全过程，技术更复杂。一、花粉的发育过程造孢细胞（分裂）花粉母细胞（小孢子母细胞）分裂二分体四分体单核花粉粒（小孢子）单核早期单核中期单核晚期成熟花粉（两核花粉、三核花粉）花药的发育阶段幼花粉囊成熟花粉囊单核花粉粒（小孢子）的形成雄配子体（成熟花粉粒）及雄配子（精子）的形成成熟的花粉粒即为雄配子体，其中的精细胞为有性生殖中的雄配子。大多数被子植物(约70%)发育到2-细胞花粉粒时期花粉粒即发育成

6、熟，如百合、棉花等。也有少数植物其生殖细胞再进行一次有丝分裂形成2个精细胞，即花粉粒成熟时含有3个细胞，为3-细胞花粉粒，如向日葵、小麦等。烟草拟南芥2细胞花粉3细胞花粉粒雄配子体的发育二、花药培养花药培养的一般程序材料准备花药接种及诱导培养分化培养生根、壮苗培养及驯化移植单倍体植株的鉴定及其二倍化1、材料准备（1）供体材料选择：供试材料的遗传背景：选择易培养的材料、杂合性的材料。供试材料的生理状态：开花期的早晚、生长环境、营养状态等。（2）花粉的发育时期选择：只有花粉发育到一定时期对离体培养最敏感，才可能被诱导产生愈伤或胚状体。一般情况下，对

7、大多数植物来说，在单核期的花粉比较容易培养成功。单核中晚期到有丝分裂期是最适培养时期。花粉发育简图对花药培养适宜时期的解释一，认为小孢子有丝分裂形成成熟花粉的初期是胚胎形成的临界期，若在接种时花药发育已超过了此阶段，胚状体就不能形成。二，认为小孢子发育过程中花药内源激素平衡在不断改变，随花药的成熟，激素平衡变得不适合小孢子的生长和分裂，或脱分化必须的一些物质被消耗尽，从而引起培养效果不佳。花粉发育时期的确定鉴定花粉发育时期的方法可用涂片法来进行。为方便起见，可找出与花粉发育时期相对应的形态学指标。（3）花药预处理预处理目的：是改变小孢子的发育方

8、向，使尽可能多的小孢子从配子体发育途径转向孢子体发育途径（即成为具胚胎发生潜力的小孢子）。大量试验证明，花药培养前的预处理可以提高诱导频率与分化率。预