公开教学)第五章植物花药和花粉培养

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1、第五章植物花药和花粉培养主讲：洪森荣（生命科学学院）植物单倍体培养方法:花药培养、花粉培养胚珠或子房培养（未受精）植物花药/花粉培养历史Guha和Maheshwari（1964）曼陀罗花药培养Nitsch和Norreel(1973)烟草花粉培养（游离小孢子培养）Chu（1973）小麦花粉培养（早期花药培养主要依靠小孢子的自然胚胎发生产生单倍体，能自发形成胚胎发生的基因频率较低，效率极低）80年代后期到90年代期间，花培技术迅速发展。许多作物小孢子培养已经成功。十字花科、麦类、水稻、玉米等。90年代，一些先前被认为是不易进行小孢子培养的基因型也相续成功。概念：花药和花粉培养：指在合成培

2、养基上，改变花粉的发育途径，使其不形成配子，而像体细胞一样进行分裂、分化、最终发育成完整植株。该发育途径被称为“花粉小孢子体发育途径”或“雄核发育”。油菜成熟花药的结构花粉囊花粉囊壁成熟花粉粒花药裂口（一）花粉发育时期：1、适宜时期：单核期，尤其是单核中、晚期(单核靠边期)雄配子体的发育营养细胞生殖细胞精子花粉粒形态：花粉粒即雄配子体。为2细胞花粉或3细胞花粉2--细胞花粉3--细胞花粉两者的异同点培养目的相同，均获得小孢子植株。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；可计数小孢子产胚率；可观察雄核发育的全过程；单倍体产量高。但技术更复杂。花药或花粉培

3、养的作用：供体植株小孢子（n）花培花粉植株（n）雄核发育自然加倍人工加倍纯合植株DH（2n）一年内获得纯系1、作物育种（1）缩短育种周期：常规育种需4-6年获得纯系，而小孢子培养仅需一年。例子：二倍体供体植株基因型为AaBb，若要从后代中选择基因为AAbb的纯合单株常规方法：AAbb出现的概率为1/16，并且不能将AAbb与Aabb、aAbb区分开。（2）提高了目标基因型的选择效率ABaBAbabABAABBAaBBAABbAaBbaBaABBaaBBaABbaaBbAbAabBAabBAAbbAabbabaAbBaabBaAbbaabb例子：二倍体供体植株基因型为AaBb，若要从后

4、代中选择基因为AAbb的纯合单株单倍体方法：AAbb出现的概率为1/4。（2）提高了目标基因型的选择效率单倍体二倍体AB-------------------------->AABBaB---------------------------->aaBBAb---------------------------->AAbbab---------------------------->aabb供体亲本AaBb花培植株不受显隐性的影响，在诱变育种中能在当代及时获得突变个体，加倍后成为稳定的纯系。（3）诱变育种中的作用2、物种进化研究可探索亲本染色体组的构成。分析单倍体植物减数分裂时，形成二

5、价体的数目和形状，能确定染色体组内是否存在同源染色体。3、遗传分析单倍体植株中基因不受显隐性的影响，每一个基因的作用均能表现出来。能用来研究基因的性质及其作用。还可用于基因的剂量效应分析。4、构建连锁图谱双单倍体（DH）群体是永久性群体，能有效地用于遗传图谱的构建。5、用于遗传转化能直接表达外源基因，不受显隐性影响。花粉孢子体发育途径（雄核发育）一、花粉发育的阶段花粉离体培养时，雄核发育最适宜的时期一般是第一次有丝分裂或之前。二、雄核发育途径1、A途径小孢子第一次有丝分裂为不均等分裂，形成营养细胞和生殖细胞。（1）A-V途径由营养细胞重复分裂形成单倍体（2）A-G途径由生殖细胞重复

6、分裂形成单倍体（3）A-VG途径（E途径）由营养细胞和生殖细胞各自独立分裂，共同形成单倍体（4）C途径营养细胞和生殖细胞通过核融合，形成多倍体植株2、B途径小孢子第一次有丝分裂为均等分裂，形成大小相近的两个细胞。然后由这两细胞连续分裂形成单倍体植株，或者核融合形成多倍体植株。D为自然条件下小孢子的第2次有丝分裂，形成淀粉粒并萌发出花粉管。1、雄核发育与P花粉的形成P-花粉：具胚胎发生潜能的花粉。也称小花粉（S-花粉）或不染色花粉（NS-花粉）（Potentialembryogenicpollen）（Smallpollen）（Nostainpollen）2、雄核发育与饥饿处理饥饿处理改

7、变了小孢子的配子体发育方向，启动雄核发育。WHY?三、雄核发育启动机理小孢子→雄核和营养核母体内：雄核→很快→S期→DNA复制→DNA达到2C水平营养核→保持1C水平→停留在G1期或G0期离体培养时：饥饿处理→营养核→很快→DNA复制→DNA达到2C水平→形成花粉胚胎饥饿处理为什么会引起营养核启动复制？1、引起细胞质正常形成过程中止；2、引起含有中心球结构的花粉粒（C-type）形成→前期胚状体3、引起液泡花粉粒（Vacuole-type，简称V--typ