植物细胞的选育与改良

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1、第三章　植物细胞的选育与改良南昌大学生命科学学院罗丽萍　副教授植物细胞的筛选植物细胞的诱变植物原生质体融合植物细胞的基因重组与转移离体培养下的遗传与变异特点LarkinandScowcroft(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，因而一般来讲其繁殖群体具有较好的遗传稳定性。细胞工程

2、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，从而加速生物进化的进程。第一节离体培养下的遗传与变异特点离体培养中的遗传稳定性影响体细胞遗传与变异的因素离体培养下的变异一、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。有丝分裂的DNA半保留复制和染色体均等分裂机制，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

3、）。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，也可以即时淘汰变异。二、离体培养下变异特点变异的普遍性嵌合性变异的局限性变异的普遍性变异发生在各种培养类型中不同培养类型变异频率不同与有性重组相比，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。嵌合性：体细胞变异常以嵌合体的形式存在。嵌合体可能不同倍性的形式也有其它类型。嵌合体必须通过分离培

4、养才能纯化。三、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－－遗传背景倍性水平：处于二倍体水平上的细胞比处于单倍体水平上的细胞较为稳定。基因型：植物种内基因型间变异频率差异较大。供体植物供体植物－－生理状态以分生组织为外植体的再生植株通常可以维持供体植物的典型性，体细胞变异频率很低。以分化组织为外植体的再生植株容易发生体细胞变异，其频率与分化程度有关。供体植物培养基－－激素培养基激素浓度和不同激素配比对再生植株的染色体倍性有一定影响。激素引起的变异大多为倍性增加。少数情况下，激素引起类减数分裂而使倍性减少。培养基及培养方式培养基－－物理状态一

5、般来讲，悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异。培养基及培养方式培养类型原生质体培养的体细胞变异大于细胞培养，而细胞培养的变异又大于组织器官培养的变异。在细胞培养中，性细胞培养再生植株的变异要大于体细胞培养的植株。在因培养类型引起的变异中，不仅有染色体倍性的异常变异，同时基因突变、染色体结构变异、以及非DNA水平引起的变异亦相继增加。培养类型继代次数由继代次数引起的体细胞变异几乎在各种类型的植物中均有报道。一般来讲，继代时间越长，继代次数越多，细胞变异的机率就越高。－－烟草继代培养5年的愈伤，其再生植株与供体基因型相比，几乎没有形态正常的植株，染色体分析显示，这些植株

6、大多为非整倍体和多倍体。－－玉米从刚诱导愈伤组织中分化植株，在形态上与供体基因型基本一致，但培养3年后愈伤组织的再生能力显著下降，再生植株生长异常，细胞学分析显示出染色体断裂和带型变异。继代培养的次数培养时间越长，变异越大天南星科植物，块茎菖蒲属、海芋属、魔芋属、天南星属第二节植物细胞的筛选植物细胞的突变包括自发突变和诱发突变。植物细胞在体外培养过程中往往发生不可期的突变，且突变性状可以稳定遗传，这种变异被称为体细胞无性系变异。如防风体细胞。植物细胞培养中，自发突变频率约为10-8～10-5，而诱变处理可将频率提高到10-3，同时还能获得自发突变中很难产生的新突变。诱变方

7、法：物理法，如X射线、γ射线、紫外线、中子等，化学法：如甲基磺酸乙酯、亚硝基胍、亚硝基脲等。一、细胞筛选的方法1、小细胞团筛选法小细胞团筛选法是经常采用的常规筛选法，首先制备得到单细胞，然后在常规的培养基中经过单细胞培养，形成细胞团，通过观测细胞团的形态、颜色或者测定细胞代谢物的种类和含量，从而选出所需的细胞的选育方法。例一：在长春花的愈伤组织培养过程中，得到不同颜色的组织块，将它们分开继代培养，3周后测定不同细胞株系的长春质碱的产量，发现白色细胞株系产量最高，以白色株系为原株进行紫外诱变，选择压为色氨酸乙酯盐酸盐，因为长春质