第十章植物体细胞无性系变异讲义

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植物体细胞无性系变异的遗传基础及主要影响因素

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体细胞无性系变异

染色体的结构变异

主要包括缺失、重复、倒位及易位等结构变异频率随染色体的不同而不同

基因突变（Gene mutation）

由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变，而引起的基因结构的改变，就叫做基因突变狭义仅指“点突变” 按照基因结构改变的类型，突变可分为碱基置换、移码、缺失和插入4种。按照遗传信息的改变方式，突变又可分为错义、无义两类按照表型效应，突变型可以区分为形态突变型、生化突变型以及致死突变型等，对于基础理论研究及遗传改良具有重要意义
3 培养基

培养基成分对体细胞无性系变异有影响如：

豌豆根尖培养物加激动素（KT）和酵母浸出液，可以诱导4倍体的分裂纤细单冠菊的细胞培养中，添加2，4-D，可以诱导 2倍体成为4倍体

细胞质基因组的改变

主要是指独立于核基因组之外的细胞器（如叶绿体、线粒体等）的遗传物质的变异常见的如白化苗、雄性不育等
三影响体细胞无性系变异的因素

基因型外植体培养基继代培养时间温度组织原有倍数性
1 基因型

体细胞无性系变异的频率与植物种类和基因型有关如麝香百合具有较强遗传稳定性，而甘蓝等则出现各种倍性的嵌合体如燕麦幼胚组织培养，愈伤组织继代4个月后， Tippecanoe 有12%染色体变异，而Lodi则达到50%

3）原生质体融合的过程包括？其成败关键是？

异种原生质体—膜融合形成共同的质膜—胞质融合—产生细胞壁—核融合细胞核的融合是异种原生质体融合的关键

4）利用体细胞杂交技术获得再生植株的过程包括那些步骤？

植物体细胞无性系变异技术的研究进展

维普资讯
・２３・８
广西农业科学
２００７年第３８卷第３期
植物体细胞无性系变异技术的研究进展
陆柳英莫饶李开绵卜，，
（．１中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，海南儋州５１３；２华南热带农业大学农学院，７７７．
ｍａｌｎａｉｔｎｃｍｂｎｎｕａｉｎｂｅｄｎｅｈｏｏｙｃｏｅｖｒａｉｏｉｉｇｍｔｔｒｅｉｇｔｃｎｌｇ．Ｔｈｓｔｃｎｌｇｓａｐｉｄｉｒｅｉｇｍｏｅａｄｍｏｅｏｏｉｅｈｏｏｙｉｐｌｎｂｅｄｎｒｎｒｅａｄｔｅｇｅｔｐｏｒｓｅａｅｂｅｃｅｅ．ＩｓａｈｅｅｎｓｈｖｎｉｆｕｎｅｏｅｐｅＳｌｅａｄｃｏｒｄｃｎｈｒａｒｇｅｓｓｈｖｅｎａｈｉｖｄｔｃｉｖｍｅｔａｅａｎｌｅｃｎｐｏｌ ’ ｉｎｒｐｐｏｕ — ｆ
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植物体细胞无性系

⑵非整倍体变异在离体培养中，经常也会出现奇数（n、3n等）的变异。这可能是因为核融合，或者多被体细胞有丝分裂期间染色体发生错配造成的。染色体结构变异
李耿光等报道的玉米等再生植株中染色体结构的变化频率显著高于染色体数目的异常,主要是染色体断裂所引起的缺失以及粘合后出现的易位、倒位、重排等引起的。
• 后代稳定快
一般无性系二代就可获得稳定株系,这是优良性状选择的关键时期,从而大大缩短育种年限。但也有少部分无性系是杂合体,要继续分离,不过多属简单分离,像株高,芒性等, 分离程度与供体植株的遗传背景有关,如水稻稳定无性系
• 能基本保持原品种的优良特性仅改变1-2个性状，这就可以根据育种目标 , 针对现有品种的个别缺点进行选育,以期在短期（2-3d）内筛选出所需的性状,避免基因重组带来的麻烦。刁现民等认为 ,虽然利用无性系变异在短时间内创造有很大突破的全新品种可能性比较小,但针对现有品种在株高、株型、抽穗期、粒型、熟性、抗病性等单个性状进行有针对性的改善是非常有效的。
体细胞无性系变异的提出
Larkin和Scowcroft对有关植株变异的研究结果进行总结，正式提出了植物细胞无性系变异这一术语。
体细胞无性系变异的类型
遗传变异：自发变异，也有一部分是外植体中预先存在的变异（个体发育中自然发生）
生理适应非遗传变异后生遗传变异
体细胞无性变异的类型
1）生理适应是指由于某种外界条件存在而引起的性状变异，这种变异会随着外界因素的消失而消失。 2）后生遗传变异是指在基因的DNA序列没有发生变化的情况下，基因功能发生了可遗传的变化，并最终导致了表型变化，它是由基因表达调控发生变化，并不涉及基因结构的改变。后生遗传变异在细胞水平上可遗传的，在诱发条件消除后，也能通过细胞分裂在一定时间内继续存在，但不能通过再生植株的有性生殖传递给后代植株，也不能继续表现在再生植株的二次培养物中。

(第九章)第十章体细胞无性系变异及突变体筛选详解

第一节体细胞无性系变异
六、体细胞无性系变异的特点
3、能基本保持原品种特性因为体细胞无性系变异大部为单一性状变异，做能基本保持原品种的特性。 4、潜在隐性性状活化在体细胞无性系后代中，常见一些原供体植株所没有的隐性性状变异，象雄性不育性、矮杆、叶绿体突变等，有些隐性特性对育种实践具有重大利用价值。由于体细胞无性系变异具有上述4个特点，因此，在育种上的应用日益受到重视。
第一节体细胞无性系变异
三、体细胞无性变异的表现及类型
2、育性上的变异变异表现为全不育或半不育，如水稻、番茄等。 3、生长势上的变异（1）抽穗期：早于或迟于原供体植株，如水稻，玉米。（2）花期：早于或迟于原供体植株（3）成熟期：早于或迟于原供体植株（4）杂种优势：生长势强于原供体植株，如玉米。
第一节体细胞无性系变异
七、影响体细胞无性系变异的因素
影响体细胞无性系变异频率的因素很多，主要有： 1、植物的繁殖类型： 2、外植体的来源部位： 3、植物再生的方式： 4、继代培养次数和培养时间： 5、生长调节剂浓度的影响：
第一节体细胞无性系变异
七、影响体细胞无性系变异的因素
第一节体细胞无性系变异
三、体细胞无性变异的表现及类型
1、植株外部形态的变异
（1）株高：高于或矮于原供体植株，如水稻、小麦，烟草等；（2）叶形：1）大于或小于原供体植株； 2）形状不同于原供体植株，如烟草；（3）叶色：1）有叶片条纹，如燕麦； 2）叶片缺绿（白化苗），如玉米（4）茎色：茎有条纹，如甘蔗，茎有黄色条纹（呈黄绿相间），像一种竹（斑竹）。（5）穗型：1）大于或小于原供体植株； 2）密于或疏于原供体植株。（6）粒型：1）大于或小于原供体植株； 2）大于或短于原供体植株。（7）粒色：不同于原供体植株。（8）芒性：1）芒有无；2）芒长短。

植物体细胞无性系变异及其育种上的应用

植物体细胞无性系变异及其育种上的应用在Schleiden和Schwann的细胞学基础上，1902年德国Haberlandt提出植物细胞具有全能性（totipotent）的理论，直到二十世纪四十年代，组织培养得以建立。

经众多科学家和学者的不断努力，植物组织培养技术得以完善，被应用于植物生产的众多领域。

植物组织培养（plant tissue culture）是指植物的一个细胞、器官或组织，在无菌条件下，经人工培养，使其最终形成完整的新植株的过程。

虽然植物细胞、器官或组织具有分化成完整的植株的能力已广为人知，但是在未来的几十年里，这仍然被视为科学界的重大问题之一[1]。

1980年，Shepard等[2]发现利用可无性繁殖的植物——马铃薯（Solanumtuberosum）栽培品种“Russet Burbank”的叶肉原生质体培养，可获得突变频率较高的突变体。

随后，Larkin和Scowcroft[3]将这种现象命名为体细胞无性系变异（somaclonal variation）来描述植物细胞组织培养过程中的再生细胞存在的大量变异现象，为体细胞无性系的筛选和新变异来源做了铺垫。

目前，对于体细胞无性系变异的研究已有很多，但仍有许多没有研究清楚的地方，有待后人在这一方面做出更多贡献，并大规模推广应用。

1.体细胞无性系变异的遗传基础体细胞无性系变异是具有遗传基础的，具体表现在染色体变异、基因突变以及转座子激活等方面[4]。

在水稻[5]、小麦[6]和大蒜[7]等植物愈伤组织培养过程中，均发现了染色体数目倍性变异的现象；组培大蒜愈伤组织[8]，再生黑麦根尖细胞[9]，均发现其中发生了不同类型的染色体结构变异。

袁云香等[10]用含Ac/Ds转座元件的愈伤组织组培，结果6%的再生植株仅含Ac，而Ds因切离而丢失，表明组织培养可获得突变体。

此外，组织培养还会造成植物DNA甲基化的变异，经组织培养的香蕉[11]和豌豆[12]等，研究表明其DNA甲基化水平上升；而在大豆[13]、大麦[14]和草莓[15]上发现，DNA甲基化水平降低。

第十章植物体细胞无性系变异

• 以突变体为工具，还从组织学和细胞学角度分析鉴定了一些基因的表达与植物发育的关系。
• 在烟草、玉米中均通过质体突变体分离鉴定了与植
物叶绿体发育有关的核基因。玉米黄化突变体pun
是一个在光照下不可逆转的突变体，分析显示，该突变体为一核单基因隐性突变，该基因的突变扰乱了叶绿体基因编码的蛋白质积累，进而使叶绿体膜系统发育不足，类囊体相关蛋白不能积累。
小
结
• 细胞工程技术对培养细胞具有遗传稳定性和变异性的双重影响
• 体细胞变异在培养类型中具有普遍性，在变异性状上具有局限性
• 体细胞变异可自发产生也可通过理化因子诱导产生
• 体细胞变异包括染色体数量和结构变异，但大多数可利用变异多为基因突变；
• 利用体细胞变异可以直接培育品种也可作为生物学相关研究的基础材料
（三）诱变
物理诱变化学诱变
转座子插入
化学诱变
常用的化学诱变剂： - 烷化剂如DES，可改变DNA结构而引起突变； - 碱基类似物，核酸复制时，可掺入到新合成的DNA分子中引起错配； - 移码诱变剂，如ICR化合物。
转座子插入诱变
• 转座子插入诱变是近年来利用分子生物学技术发展起来的新的体细胞诱变方法。转座子既可直接将外源基因带入细胞内获得新性状，又可以独立插入通过其转座功能诱导变异。
• 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。
二、培养基—物理状态
• 一般来讲，悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异。
三、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。

体细胞无性系变异产生的来源和机理

从总体上讲，组织培养后植株变异的原因有三：一是由源植株中预先存在的变异的表达，二是组织培养过程中引起的可遗传的变异（DNA改变），三是由外遗传及生理作用引起。

（一）外植体中预先存在变异的表达研究表明，某些体细胞无性系变异是由于外植体中细胞预先存在的变异的表达。

一般说来，除非采用单细胞或原生质体，否则，对由不同类型细胞组成的多细胞外植体进行培养会导致再生植株表型的不一致性。

预先存在变异包括内复制造成的细胞间染色体倍性差异，体细胞突变及DNA甲基化状态的变化等。

由不定芽再生导致的嵌合体的分离（破坏、丢失或重排）是最明显的预先存在变异的表现。

嵌合体一般可分为扇形嵌合体、部分周缘嵌合体和周缘嵌合体三种。

前两种在常规繁殖中不稳定，而周缘嵌合体在常规繁殖中较为稳定，但即使是周缘嵌合体，利用组织培养进行快速繁殖或不定繁殖时，也会引起大部分嵌合体破坏（＞30%）。

颜色、形态和生理习性嵌合体是可见的，而细胞嵌合体（染色体或染色体组不同的细胞）通常是难以直接观察到的，只对植株的营养价值、同工酶谱等表现有很小的影响。

另一方面，由于病毒在植物体内不均匀分布，利用植物组织培养手段（分生组织培养、不定芽再生或原生质体培养等）可脱除植物病毒，从而也可引起性状的改变。

通常植物（指二倍体植物）的分生组织中都是二倍体细胞，所以采用顶端分生组织或幼嫩组织或器官作外植体进行启动培养，再生植株表型和倍性水平的稳定性远大于其他类型外植体培养获得的植株。

（二）培养中诱导产生的变异培养中诱导产生的变异主要受培养类型（或植株再生方式）、外植体类型（或组织来源）、生长调节物质、培养物的年龄（或继代培养时间）、遗传组成（或基因型）等因素的影响。

1. 培养类型（或植株再生方式）一般而言，一个已分化的细胞经历变化剧烈的脱分化和再分化很容易产生变异，因而愈伤组织培养常与体细胞无性系变异联系在一起；另一方面，愈伤组织通常从切口处产生，因而与活体中的伤口反应极为类似，容易激发转座子的活动，以及胁迫刺激诱导产生某种酶类或特异性附产物。

《体细胞无性系变异》课件

未来研究方向
在未来，研究人员将进一步探索体细胞无性系变异的分子机制和应用领域。
总结
1 体细胞无性系变异的重要性
体细胞无性系变异在遗传学和分子生物学领域具有重要的理论和应用价值。
2 需要进一步深入研究和应用的方向
未来的研究应该聚焦于体细胞无性系变异的机制、调控以及在医学和农业领域的应用。
《体细胞无性系变异》 PPT课件
体细胞无性系变异是指体细胞中染色体在无性繁殖过程中发生的异常变化。本课件将介绍体细胞无性系变异的概述、分类、诱发因素、检测和诊断、应用以及体细胞无性系变异是指体细胞中染色体在无性繁殖过程中发生的异常变化。
为什么会发生体细胞无性系变异
应用
1
体细胞无性系变异在医学上的应用
体细胞无性系变异的研究为遗传疾病的治疗和基因编辑技术的发展提供了重要的依据。
2
体细胞无性系变异在农业上的应用
体细胞无性系变异的研究为改良农作物的耐性和产量提供了新的途径。
研究进展
相关学科的发展趋势
随着生物学和基因组学的进展，体细胞无性系变异的研究正日益受到重视。
2 辐射
高能辐射，如X射线和γ射线，可能会导致细胞染色体的结构和数量异常。
3 病毒感染
某些病毒感染可能会引起细胞染色体的变异，以及遗传信息的改变。
检测和诊断
常用的检测技术
• 核酸杂交技术 • 染色体核型分析 • 荧光原位杂交技术
临床诊断应用
体细胞无性系变异的检测和诊断在遗传疾病的预防和治疗中具有重要的意义。
体细胞无性系变异发生的原因可能涉及化学物质、辐射和病毒感染等多种因素。
分类
染色体数目变异
染色体结构变异
- 多染色体综合征 - 单染色体缺失 - 单染色体重复 - 倒位重组 - 染色体环形结构 - 染色体片段缺失或重复

植物体细胞无性系变异与育种

材料基因型和外植体的选择
预处理或不处理（χ、γ射线、紫外线、EMS、SA等）
诱导愈伤组织或悬浮细胞均一稳定性实验单纯继代胁迫与正常交替继代再生植株抗性鉴定抗性突变体自交、遗传分析获得后代、保存利用选择
图10-2 植物抗病突变体离体筛选技术程序（顾玉成，2004）

早在1973年，Carlson 以烟草野火病（Pseudomonas tabaci）毒素类似物MSO （Methionine sulfoxi-mine，磺氧化亚胺蛋氨酸）为选择剂，从经EMS处理的烟草原生质体和细胞培养物中筛选出抗性突变体，引起了人们的重视。

•
•
Gentile等（1992 ，1993）和Deng等（1995）分别利用柠檬干枯病的病原菌Phoma tracheiphila产生的毒素选择压，筛选其愈伤组织和原生质体，获得抗性愈伤组织及其再生植株；抗性材料接种病原菌后能自主地向胞内和胞间产生和释放过量的几丁质酶（一种PR蛋自质）和葡聚糖酶，从而达到抗病的目的；抗病体细胞无性系变异柠檬的抗病等级同柠檬抗病栽培品种Monachello相同。
植物体细胞无性系变异与育种
1体细胞无性系变异具有重要的理论和实践意义

植物体细胞无性系变异是指植物细胞经组织培养产生的遗传变异。体细胞无性系变异是植物组织培养中的普遍现象（朱至清，1991）。为在细胞和组织水平上研究遗传变异机制提供了良好的试验体系；为遗传育种、突变体筛选提供了新的突变源，扩大了变异幅度；因而具有重要的理论和实践意义。

世界上有大面积盐渍土。抗盐作物品种的育种可使目前荒芜的大面积盐渍土得到利用，为解决粮食问题做出贡献。

•

植物无性系遗传的细胞学基础

体细胞无性系变异的细胞学基础
汇报人：李隆刚
一、染色体变异
在自然和人为条件影响下，染色体的结构或数目发生变化，从而导致生物性状改变的变异叫做染色体变异。体细胞无性系再生植株的细胞学变异包括染色体数目的变异和染色体结构的变异。染色体数目的变异包括倍性变异和非倍性变异。
1、染色体数目的变异
2、染色体结构的变异
在一种二倍体马铃薯 (Solanumbrevidens)中，除了观察到染色体数目变异外，还发现了缺失和互换等结构变异；在一粒小麦 (Triticummonococcum)的悬浮培养细胞中，双着丝点染色体可在细胞群体中繁殖达一年之久；单冠毛菊 (Haplopappustenuisectus)培养细胞系中双着丝点染色体在有丝分裂中形成断裂— 融合—桥；在三倍体黑麦草组培苗中发现染色体相互易位、缺失、倒位；六倍体小麦幼胚培养获得的再生植株中，有70％的植株具有正常六倍体染色体组(2n-6x-42)，但观察到染色体结构变异，包括缺失、互换、着丝粒合并、等臂染色体结等
2n，n，x表示的含义。2n是指体细胞所含的染色体数目，如黑麦体细胞中含有14条染色体，则2n=14表示；n指配子的染色体则 n=7；x表示染色体组，如小黑麦体细胞中含有8个染色体组，1.缺失染色体中某一片段的缺失例如，猫叫综合征是人的第5号染色体部分缺失引起的遗传病，因为患病儿童哭声轻，音调高，很像猫叫而得名。猫叫综合征患者的两眼距离较远，耳位低下，生长发育迟缓，而且存在严重的智力障碍；果蝇的缺刻翅的形成也是由于一段染色体缺失造成的 2.重复染色体增加了某一片段果蝇的棒眼现象就是X染色体上的部分重复引起的 3.倒位染色体某一片段的位置颠倒了180度，造成染色体内的重新排列如女性习惯性流产（第9号染色体长臂倒置） 4.易位染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上或同一条染色体上的不同区域如惯性粒白血病（第14号与第 22号染色体部分易位，夜来香也经常发生这样的变异

第10章-植物生物学ppt课件

这些变化在诱发条件消除以后，也能通过细
胞分裂在一定时间内继续存在，但不能通过再生植
株的有性生殖传给后代植株，也不能继续表现在由
再生植株产生的二次培养物中。
6
mutant
wild type
野生型是指在自然种群中占绝大多数常被视为正常的基因型或个体。
9
形成多倍体或单倍体数目变异
染色体突变（最常见）形成非整倍体
非整倍体变异：在正常染色体数（2n）的基础上，体细胞中的染色体数目增加或减少1条至数条的现象。
11
Types of multisite mutations
Inversions: ACBDEF Duplications ABCDEEF Deletions: ABCD-F Insertions: ABCDSEF Substitutions: ATCDEF
mosaic callus will undoubtedly be of different
genetic makeup.
18
10.2.2 在离体培养中自发产生
Genetic Variation arising during culture ( naturally occurring)
离体培养条件下的自发变异要远远高于活体或植株水平。
23
在玉米的再生植株中，发现Ac因子有3% 的转座活性，而在原始植株中Ac是没有活性的。在苜蓿再生植株中也观察到由转座子活化所引起的花色变异。
24
逆转座子的转座需要通过RNA为中介通过DNA转录为RNA后,再经逆转录成为
cDNA，并插入到基因组的新位点上的因子。
逆转座子是植物中主要的转座因子，在植物中的拷贝数一般会比转座子高。已经有许多受逆境（如组织培养，病毒侵染等）激活的逆转座子被分离。

植物的无性生殖课件

、压条、嫁举例
接、组织培养
绿色开花植物
相同点
都能产生新个体繁殖后代。
低级的生殖方式。无性生殖是一种比较________ 这种生殖方式繁殖的后代，与亲代的遗传信一致。息________ 常见的用无性生殖的方式繁殖植物体的方法扦插、________ 压条嫁接有_______ 、_________ 。接穗砧木嫁接成功的关键是将________ 和_________ 的形成层紧密地结合在一起。
3. 某城市因绿化需要，想在短时间内繁殖大量的稀有花卉，你认为较为理想的方法是（ B） A种子繁殖 B.组织培养 C.扦插 D.压条 4. 下列各项中，属于植物的营养繁殖的是（C） A.撒播小麦种子繁殖小麦 B.野生水果落地后萌发出幼苗 C.用土豆芽繁殖出新植株 D.埋下鸡冠花种子后，种子发芽
扦插
压条
将植株上的枝条向下弯曲，把枝条中部的树皮剥去下部半圈，埋进土壤并固定，让枝条的顶端露出地面，等埋进土中的枝条长出不定根和新叶后，在与母体分开的一种繁殖方式。
嫁接：
把一种植物的芽或枝接在另一株植物体上，使接在一起的两部分长成一个完整的植物体的一种繁殖方式。
嫁接保持接穗的优良性状
草莓
一株草莓依靠它沿地“爬走”的匍匐茎,一年内就能长出数百株草莓苗。
长从出落的地新生植根物的体叶。上
落地生根
扦插
剪取某些植物的茎、叶、根、芽等，插入土中、沙中，或浸泡在水中，等到生根后栽种，使之成为新的植株。
为了保证扦插的成活率，事先还要进行杀菌处理，有的还要使用生长调节剂（如生根粉），促进扦插的枝条生根等。

练一练

水蜜桃味甜，毛桃的味酸。现将水蜜桃接到毛桃上，请问： 1、接穗是（水蜜桃），砧木是(毛桃 ) 2、嫁接成活后，结出的成熟果实味道是（ B ）。 A.酸味的 B.甜味的 C.酸甜适中 D.果实一半酸味，一半甜味

植物的无性繁殖与变异

变异的原因
基因突变：由于 DNA的复制错误或突变导致基因序列的变化
染色体变异：染色体数量或结构的异常变化
基因重组：在植物的繁殖过程中，基因的重新组合导致遗传物质的变化
环境因素：如辐射、化学物质等外部因素引起的基因突变
变异的类型
基因突变：由于基因内部的DNA序列发生改变而引起的变异
组织培养：通过无菌操作将植物的细胞、组织或器官培养成新的植株，如蝴蝶兰、
大花蕙兰等。
农作物无性繁殖的应用
保持优良品种的性状
加快繁殖速度
克服远缘杂交不亲和障碍
转基因技术的应用
珍稀植物的保护与繁育
珍稀植物保护的意义和价值
无性繁殖技术在珍稀植物保护中的应用
珍稀植物的定义和分类
植物园和种子库在珍稀植物保护中的作用
Part Four
植物的变异现象
变异的概念
变异是指生物体在遗传和环境因素的综合影响下，在形态、生理、生化等方面发生的可遗传的变异。
变异分为可遗传变异和不可遗传变异，可遗传变异包括基因突变、基因重组和染色体变异。
变异是生物进化的基础，是生物多样性的重要来源。
变异对于生物适应环境和繁衍生存具有重要意义。
无性繁殖对植物变异的影响
无性繁殖能够保持植物的遗传稳定性，减少变异的发生。无性繁殖过程中，植物细胞的全能性得以表达，促进变异的发生。无性繁殖可以加快植物的进化速度，增加变异的多样性。
无性繁殖产生的变异在植物种群中得以保留和传播，对植物的进化产生重要影响。
变异在无性繁殖过程中的表现
变异类型：基因突变、染色体变异等变异来源：遗传物质变异、环境因素等变异表现：形态特征、生理特性等方面的变化变异与无性繁殖的关系：变异可能导致无性繁殖后代出现新的特征或性状

植物体细胞无性系变异与体细胞遗传

第十二章植物体细胞无性系变异与体细胞遗传第一节植物体细胞无性系变异概念与应用一、植物体细胞无性系及其变异概念体细胞无性系和体细胞无性系变异（somaclone and somaclonal variation ）：植物细胞、组织、器官在无菌条件下进行离体人工培养，经过脱分化和再分化过程，重新形成愈伤组织和完整植株，称为体细胞无性系。

其所产生的变异称为体细胞无性系变异。

二、植物体细胞无性系变异的应用1、体细胞无性系变异与抗病育种2、体细胞无性系变异与抗非生物胁迫（耐盐、耐铝、耐旱、抗除草剂、抗虫；种子品质改良；外源基因的整合）。

3、遗传研究4、发育生物学研究5、生化代谢途径研究第二节植物体细胞无性系变异的遗传学基础与特点一、遗传学基础1、染色体数目变化大量研究表明，染色体变异是植物组织培养的一个基本特点。

培养时间的长短（时间延长染色体变化明显）愈伤组织细胞染色体数目植物种类不同而不同同一物种不同基因型同一基因型不同外植体（细胞、原生质体、器官）同一外植体不同生理年龄李士生和张玉玲（1991）以小麦幼穗为外植体于不同培养基和不同培养时间研究愈伤组织染色体的变化如下表：培养时间延长，各培养基上愈伤组织中正常二倍体细胞的频率有逐渐上升趋势。

细胞和原生质体培养较难，尤其是禾本科植物，因此有关他们的染色体数变化的详细报道还很少，有待进一步研究。

2、染色体结构变化染色体断裂与重组。

在马铃薯、黑麦草和燕麦的体细胞无性系变异中发现染色体易位。

在黑麦草和大麦等体细胞无性系变异中发现染色体缺失、重复、到位以及其它的微小的染色体重组。

3、单基因突变4、细胞质遗传上的改变5、DNA序列的选择性扩增和丢失与核的变化6、转座子激活7、DNA甲基化8、非正常有丝分裂二、影响体细胞无性系变异的因素1．供体植物供体植物的倍性、基因型、外植体等2．培养基及培养方式不同激素浓度与染色体倍性。

3．继代培养的次数一般而言，离体培养时间越长，继代次数越多，细胞变异的几率就越高。

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三、遗传学研究
• 突变体直接用于基因功能鉴定 • 突变DNA序列用作分子标记进行遗传研究
• 利用突变体策略已分离出一些功能基因和抗病基
因，如玉米乙醇脱氢酶基因ADH，赤霉素合成相
关基因、生长素敏感性基因等。
四、发育生物学研究
• 利用体细胞突变策略对植物发育的基因调控研究已在模式植物拟南芥和金鱼草等植物中广泛开展，并分离出一大批不同发育阶段和
二、变异主要涉及两个方面：
• 表型变异
包括形态特征、生长习性、抗性等
• 染色体变异
数目、结构（缺失、互换、易位、倒位）
பைடு நூலகம்
三、体细胞变异的优缺点：
• 优点：适用于各种组培植物；持续快速提供变异源；消除优良品种的一个或几个缺陷；
提供新型变异株系。
• 缺点：继代多次后，植株再生能力减弱；变异不稳定，经杂交或自交后发生变化；变异没有可预见性，常产生不适变异。

（五）突变体稳定性鉴定
•突变细胞或组织鉴定
•在正常培养基上继代培养几次进行鉴定。
•突变植株鉴定
•当代鉴定或自交后代鉴定
二、体细胞无性系变异的应用
改良作物品种拓宽种质资源
加强外源基因向栽培种的渐渗
遗传学研究
发育生物学研究
代谢研究
一、改良作物品种、拓宽种质资源
• 据统计，诱导突变已被用来改良诸如小麦、
水稻、大麦、棉花、花生和菜豆这些种子繁
殖的重要作物。
• 在全世界50多个国家中已发放了1000多个
由直接突变获得的或由这些突变相互杂交而
衍生的品种。
在各国现有通过体细胞诱变选育的谷类作物品种中，品质得到不同程度改良的占34.3%。 • 在水稻方面，国外至少育成了12个米质优良的品种。如法国选育的Delta，以其良好的籽粒品质占该国水稻总面积的20%。
步骤：
诱变材料的选择
自发变异
细胞诱变
突变体筛选
突变体稳定性鉴定
（一）诱导起始材料的选择
目标性状的可行性选择起始材料原则
试验植物细胞培养技术水平
适当的细胞类型
（二）自发突变
一般来讲，长期营养繁殖的植物、培养时间较长或继代次数多等，均容易出现较高的变异率。另外，培养类型中，原生质体、细胞、愈伤组织培养等所出现的变异频率要高于组织或器官培养的变异。
第十章植物体细胞无性系变异
第一节植物体细胞无性系变异的变异及其应用
一、概念
•LarkinScowcroft（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）。
• 在培养阶段发生变异，进而导致再生植株亦发生遗传改变的现象，称为体细胞无性系变异（somaclonal variation）。
产物等代谢途径的研究已有许多报道。如番茄
推迟成熟的突变体Nr，与乙烯应答基因突变有关；玉米胚乳皱缩型突变sh可能涉及蔗糖代谢的相关酶基因的突变。
• 此外，还有丹麦无花青素原大麦Galant。
• 据不完全统计，诱变品种中大约有1/4是抗病品种，其中80%左右为抗真菌品种。
• 耐盐、抗旱、抗寒变异也已筛选出众多中间
材料，有的已进入区域试验，有的已用于生
产。
二、加强外源基因向栽培种的渐渗
• 对远缘杂交的体细胞杂种、单体异附加系和异代换系等材料进行组织培养，能使它们发生遗传交换，提高外源基因向栽培种渐渗。

间接选择
间接选择是一种借助于与突变表现有关的性状作为选择指标的筛选方法。

Dorffling等以羟脯氨酸（HYP）为选择剂，获得了耐HYP的体细胞变异系，其抗寒性比供体亲本增强，且能稳定遗传。林定波等将锦橙株心细胞愈伤组织的悬浮细胞经γ 射线照射，然后在高浓度脯氨酸培养基中培养筛选，获得了抗寒体细胞变异愈伤组织，其再生植株抗寒性比供体植株提高2.4℃。
（四）突变体选择
直接筛选
间接筛选

直接选择
其方法是用一种含有特定物质的选择培养基，在此培养基上只有突变细胞能够生长，非突变细胞不能生长，从而直接筛选出突变性。

贾敬芬等以小麦幼胚愈伤组织为材料，在含有
1.4%NaCl的N6培养基上直接筛选出小麦耐盐系。郑企成等曾将小麦“京花1号”花药经γ射线处理后，再经0.5NaCl培养基直接筛选出耐盐再生株系。
组织类型的突变体。
• 以突变体为工具，还从组织学和细胞学角度分析鉴
定了一些基因的表达与植物发育的关系。 • 在烟草、玉米中均通过质体突变体分离鉴定了与植物叶绿体发育有关的核基因。玉米黄化突变体pun 是一个在光照下不可逆转的突变体，分析显示，该
突变体为一核单基因隐性突变，该基因的突变扰乱
了叶绿体基因编码的蛋白质积累，进而使叶绿体膜系统发育不足，类囊体相关蛋白不能积累。
物理诱变
（三）诱变
化学诱变
转座子插入
化学诱变
常用的化学诱变剂：
- 烷化剂如DES，可改变DNA结构而引起突变；
- 碱基类似物，核酸复制时，可掺入到新合成的DNA分子中引起错配； - 移码诱变剂，如ICR化合物。
转座子插入诱变
• 转座子插入诱变是近年来利用分子生物学技术
发展起来的新的体细胞诱变方法。转座子既可直接将外源基因带入细胞内获得新性状，又可以独立插入通过其转座功能诱导变异。
五、代谢途径研究
• 突变体作为代谢活动调控研究的工具，具有十
分便利和高效的优势。可根据需要建立某一代
谢途径中每一个调节点的突变体，也可以与基
因工程相结合，对一些关键调控过程进行修饰
和改造，使代谢过程按照人类需要进行。因此而发展起来的新型学科领域称之为代谢工程。
• 近年来，通过体细胞突变研究激素、次生代谢
四、体细胞无性系变异的诱导与离体筛选
体细胞无性系变异的筛选有以下明显的优点：－可以小空间内对大量个体进行选择；
－筛选可以在几个细胞周期内完成，且不受季节限制；
－诱变和筛选条件可精确控制，试验重复性好；－突变体来源于单细胞，避免了植株出现嵌合体；－在细胞培养系统中，诱变剂可较均匀地接触细胞，突变率高，选择机会多。
•目前，使用较多的转座子体系是玉米的Ac/Ds系统。首先采用基因转化的方法将Ac/Ds导入受体细胞，再通过体细胞培养或再生植株的自交或测交使Ac因子切除，由于转座子插入的随机性，即可在切除Ac的植株中筛选出不同变异。利用这一途径已在苜蓿、马铃薯、番茄、甘蓝等多种植物上获得可利用的体细胞变异植株。