离体培养下的遗传与变异

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1、第三章离体培养下的遗传与变异Larkin和Scowcroft（1981）提出把由任何形式的细胞培养所产生的植株统称为体细胞无性系（somaclones），而把这些植株所表现出来的变异称之为体细胞无性系变异（somaclonalvariation）。从对生物遗传的影响而言，细胞工程技术本身即包含了双重性：遗传稳定性和变异性。对于单纯的繁殖技术而言，离体培养的技术操作是细胞或组织或个体的不断复制。然而因为起始培养的材料、培养基成分以及培养时间的不同，使其产生的无性后代的遗传稳定性也有了一定差异，这些变异是因为在培养过程中产生的，属

2、于随机性变异。细胞工程还有一类技术操作，其目的就在于创造变异，如体细胞人工突变、基因转移、体细胞融合等。这些离体操作技术，在某种程度上说具有一定的目的性和方向性，可以在短期内获得从自然界可能要经过几年乃至上百年的进化才能获得的性状，从而加速了生物进化的进程。离体培养中的遗传与变异特点体细胞变异的细胞遗传学基础体细胞无性系变异诱导与选择应用体细胞变异的分子遗传学基础1离体培养中的遗传稳定性2离体培养下变异3影响体细胞遗传与变异的因素第一节离体培养中的遗传与变异特点一.离体培养中的遗传稳定性离体培养的细胞学基础是有丝分裂，有丝分裂

3、的DNA半保留复制和染色体的均等分裂机制，从理论上可以保证离体培养物在一般情况下的遗传稳定性。在准确选择培养方式的前提下，离体无性繁殖可以具有较高的遗传稳定性（Phillip等，1994）。正是基于这一理论，利用离体培养技术建立了多种植物的无性繁殖体系。离体培养的遗传稳定性表现的另一个方面是即使发生某些变异，只需根据需要选择适当的培养方式进行离体繁殖，即可以淘汰或选择变异、或分离纯合体。离体培养下的变异均属于无性变异，即使变异发生，从个体的角度讲只会发生在少数性状上，因此，很容易从群体中剔除变异个体，从而可以维持离体培养群体的

4、遗传稳定性。快速繁殖即是采用这一技术途径来保持所繁殖对象的品种典型性。变异也可以通过离体培养选择保留并快速纯化，这亦是离体培养遗传稳定性利用的途径之一。二.离体培养下变异特点变异的普遍性变异的局限性（特点）嵌合性部分植物离体培养再生植株的表型变异频率植物种类再生植株来源变异频率(%)烟草体细胞愈伤组织10水稻胚愈伤组织71.9甘蔗幼叶愈伤组织>18玉米体细胞愈伤组织14大麦花粉植株10-15马铃薯叶肉原生质体100菠萝冠芽愈伤组织7腋芽愈伤组织34幼果愈伤组织100就单个变异体来讲，离体培养中变异性状往往是单一的，或少数几个性

5、状的变异。分析水稻种子愈伤组织起源的植株变异显示，在来自75个愈伤组织的1121个再生植株中，发生变异的植株，与供体品种比较只有1个性状表现差异的占72％，2个以上性状表现差异的只占28％。然而就同一培养体系的再生群体而言，变异又具有多样性。黑云杉(shan)（P.mariana）65个系的7047个体细胞胚植株和白云杉（P.glauca）22个系的3995个体细胞植株的表型变异分析显示，尽管两个种的体细胞胚植株变异频率分别只有1.0%和1.6%，但分析发生变异的植株变异范围确较大，按形态变异即可分为9类，仅在矮化型变异一个性

6、状上也表现出一系列程度上的显著不同，生长4－5年后其植株高度呈现一系列变异类型，一些极度生长限制型矮化的株高只有几厘米，最矮类型的株高只有2－3cm，与有性重组相比，体细胞突变性状具有一定局限性从表型上看，在不同植物类型中经常发生的变异主要是植株形态（株高、叶形、叶色等）、生长势、育性、某些抗性等性状的变异。从生理生化特性上看容易出现同功酶谱、次生代谢的消长等变异。一些单基因控制的性状不仅发生隐形突变，也发生显性突变。嵌合性是指同一有机体中同时存在有遗传组成不同的细胞，它是组织培养中常见的现象。实际上，愈伤组织在大多数情况下是

7、一种具有不同染色体数和遗传变异程度不同的细胞组成的嵌合体，这些细胞各自进行不同步的分裂。硬粒小麦(Triticumdurum)6个无性系植株体细胞染色体数(括号外为个体数，括号内为染色体数)序号2n<142n=142n=15～272n=282n=29～552n=562n>5811(7)737(16～24,26)768(29,39,40)42235(17,20,23)111(33)135(9,11,12)621(15,18,21～27)33343(7)14(16,21,22,27)22351(11)65(15,22,26)141

8、(32)62(12)118(18,20～26)211(40)2影响体细胞遗传与变异的因素供体植物培养基和培养方式继代培养的次数供体植物的遗传背景对体细胞变异具有直接影响。供体植株原有的倍性水平在培养细胞多倍化过程中起着重要作用，处于二倍体水平上的细胞比处于单倍体水平上的细胞较