(第九章)第十章 体细胞无性系变异及突变体筛选

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
5、某些酶或同工酶发生差异 （1）α—淀粉酶，如小麦 （2）酯酶同工酶，如甘蔗 6、次生代谢物的差异
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
7、染色体结构或数量上的变异 （1）染色体结构： 1）染色体桥：如胡萝卜、单冠毛菊、烟草等 2）染色体X、2X、3X、4X、8X…… 3）落后染色体：如柳杉 （2）染色体数量： 1）非整倍体：如柳杉、常春藤、龙葵、小麦等； 2）多倍体：如五针松、西藏长叶松、烟草、大麦 等； 3）混倍体：如玉米、茄子等。
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


体细胞无性系变异主要表现在以下几个方面： （或分为几种类型） 1、植株外部形态的变异 2、育性上的变异 3、生长势上的变异 4、抗性变异 5、某些酶或同工酶发生差异 6、次生代谢物的差异 7、染色体结构或数量上的变异 8、某些基因组DNA的变异
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
8、某些基因组DNA的变异 （1）核基因突变： ①单基因突变（隐性或显性）； ②多基因突变。 （2）细胞质基因突变： ①线粒体基因变异； ②细胞质雄性不育基因突变，不育→可育
第一节 体细胞无性系变异
四、体细胞无性系变异的频率
第一节

体细胞无性系变异
八、体细胞无性系变异在育种上的应用
体细胞无性系变异在育种上应用的时间虽然不长 （从1971年开始系统研究甘蔗无性系算起，这方 面工作仅有20多年历史），但一些育种学家已利 用它有效地进行品种改良，并已育出一些新品种。 如台湾从甘蔗再生植株中选育高糖量的品种；中 国水稻研究所（赵成章）从水稻无性系中选出高产 新品种；美国的DNA植物技术研究所从番茄无性系 中选出了新品种；Shepard等和Matern等也分别 从马铃薯原生质体细胞系中选育出了一些新的高产 或抗病新类型，等等。
图： 孢子体体细胞[二倍体]无性系变异选育品种程序
待改良的品种 变异前自 然加倍 二倍体愈伤组织 变异 杂合二倍体植株（H1） 花药（粉）培养 单倍体花粉愈伤组织 变异 单倍体植株 人工加倍 纯合二倍体植株（H1） 选择变异株 变异后自然加 倍
第一节 体细胞无性系变异
八、体细胞无性系变异在育种上的应用
利用体细胞无性系变异育种有如下主要优点：（6点）
１、变异率较高；（前已讲，高于自发变异和理化诱变）

如水稻，经组培获得的突变率可达16.7%，经理、化处理的诱变 率一般为7~8%，比高2倍。 2、致死和半致死突变率低于常规诱发突变； 用常规物理诱变， 如CO60照射，致死和半致死突变率较高 3、单基因变异频率高； 利用此种变异可改变作物的个别性状而不使其它优良性状发生重 组及分离。 4、可在试管中筛选特定的变异体； 5、如采用单倍体细胞作为培养物，隐性变异可在当代（Ro）表 现，利于选择； 6、育种周期较短。
体细胞无性系变异的频率在一些作物上是非 常高的，可达10%以上。 表14-4：一些植物的体细胞无性系变异 （表型）出现的频率
表14-4：一些植物的体细胞无性系变异（表型）出现的频率
植物种 再生植株来源 表型变异频度 （%） 研究者
菠萝
幼果愈伤组织
裔芽愈伤组织 腋芽愈伤组织 冠芽愈伤组织
100
98 34 7
Wakasa(1979)
Wakasa(1979) Wakasa(1979) Wakasa(1979)
烟草
水稻 甘蔗 玉米
体细胞愈伤组 织
胚愈伤组织 幼穗愈伤组织 幼叶愈伤组织 体细胞愈伤组 织
10
71.9 97.3 >18
Popchristov和Zaganska(1977)
Oono(1978) 赵成章等（1982） Heinz(1971,1976)
1、植物的繁殖类型： 一般认为长期营养繁殖的植物变异率较高，有人认为 这是由于外植体的体细胞中已积累着遗传差异。自然 条件下，如一些果树的芽变（在无性繁殖、扦插、嫁 接等）。 2、外植体的来源部位： 不同来源部位的外植体，无性系变异频率有较大的 差异。如菠萝，来源于顶芽组织（冠芽）的较低，而 其它来源的较高。 3、植物再生的方式： 通过愈伤组织分化不定芽的方式再生的植株变异多， 通过胚状体途径再生的植株变异较少。通过茎尖或分 生组织培养增殖侧芽，可以保持基因型基本不变。
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
4、抗性变异 （1）抗病性：强于原供体植株。 ①抗玉米小斑病毒； ②抗甘蔗斐济病毒，霜病毒； ③抗水稻白叶枯病； ④抗马铃薯晚疫病、枯萎病。 （2）抗代谢物： （3）抗铝毒性：如水稻（国际水稻研究所， Swwcroft,1986） （4）耐盐性：比原供体植株耐盐。
第一节

体细胞无性系变异
一、体细胞无性系变异的定义
体细胞无性系变异（Somaclonal variation）（我们在第一章 第二节“植物细胞工程常用术语”中曾叙述到）——指在组织培 养过程中，来自体细胞的培养物及再生植株发生的变异。 此句里面还有2层意思：第一层意思是这一变异来自组织培养， 以区别于一般所指的自然变异、遗传变异和理化诱变；第二层意 思是这一变异发生在体细胞，而不是性细胞，以区别于花药（花 粉）培养。 这一定义最早来自Larkin（拉金）和Swwcroftl（斯考史罗 夫特）（1981），以后，Evanz（埃文斯）（1984）、 Larkin（1985）和朱自清（1991）等对此作过评述。1990年 又出版了Bajai（巴扎）主编的有关体细胞无性系变异的专著。 体细胞无性系变异有遗传性的和生理性的，遗传性的变异主要 为基因和染色体发生的变异，可代代遗传；生理性的变异主要是 由于环境条件的改变，使组织或细胞的某些生理功能发生变化， 一般不能遗传。（在多种植物出现同种变异，在同种植物出现多 种变异）

第一节 体细胞无性系变异
八、体细胞无性系变异在育种上的应用
体细胞无性系变异用于育种的主要程序（2种）
待改良的品种 组织或细胞 培养物变异 R0
再 次 组 织 培 养
R1群体 选择（决选） 回交 改良了的无性系 田间试验
性状稳定性评价 多点试验 品系 区域试验 新品种
测定变异的遗传基础
第一节 体细胞无性系变异
六、体细胞无性系变异的特点
主要有4点： 1、变异广泛： 2、后代稳定性： 3、能基本保持原品种特性 4、潜在隐性性状活化
第一节 体细胞无性系变异
六、体细胞无性系变异的特点
1、变异广泛： 如前所述，植物体细胞无性系变异现象相当普遍，变 异所涉及到的性状也相当广泛，包括数量性状和质量性 状的变化，染色体数目和结构的变化、DNA扩增或减 少，生化特性的变化等。 2、后代稳定性： 虽然体细胞无性系再生植物的绝大部分性状变异是生理 效应，不能遗传，但也有少数性状变异是可以遗传的， 如水稻的粒型、丛生型、抗病性等。这些可遗传的变异 通常在再生植株二代便可稳定下来，成为稳定株系。但 也有部分株系是杂合体继续产生分离。不过这种分离多 属简单分离，分离的程度与供体植株的遗传背景有关， 一般小麦稳定株系为30~50%，水稻为90%左右。
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
4、继代培养次数和培养时间： 随着愈伤组织继代培养次数和培养时间的增加， 变异率不断增高，（实为激素累积影响，“激素累 积效应”）年龄幼小的培养物再生的植株变异率低， 年龄偏老的培养物再生的植物变异率较高。 5、生长调节剂浓度的影响： 在高浓度生长调节剂作用下，细胞分裂和生长均 加快，但不正常分裂频率增高，再生植株的变异也 增多。
第一节

体细胞无性系变异
二、体细胞无性系变异的普遍性
大量资料表明，体细胞无性系变异是植物组织培养过程中出 现的普遍现象。已经观察到体细胞无性系变异的农作物有：甘 蔗（Heinz,et al, 1971）、马铃薯（Oono,1987）、小麦 （Larkin,et al,1984）玉米（Peschke,etal,1987）燕麦 （Cummings etal,1976）大麦（Deambrogio,1980）,小 黑麦（Nakamura,etal，1982）、谷子（赵连元等，私人通 信）、油菜（Hoffmann,etal.,1982）、大豆 （Freytag,etal.,1981）、兰花（魏亚鉥 ，1992）、蕃茄、 茄子、瓜类，甜菜、菊苣、烟草、草莓、桃、天竺葵、倒挂金 钟、香石竹、水晶掌和锦带花等（Bajaj,1990）。 1971年，Heinz（海因茨）和Mee（米）报道甘蔗再生植 株中存在广泛的变异，包括形态学、细胞遗传学和同工酶谱。 其中观赏植物的无性系变异可利用性很广泛，是值得注意的 新动向。 组织培养中的这种体细胞无性系变异既不限于某种物种，也 不局限于某些器官。变异所涉及的性状也相当广泛。
马铃薯 幼叶愈伤组织
100
14
Shepard(1980)
Green(1977)
第一节 体细胞无性系变异
五、体细胞无性系变异的机理
对体细胞无性变异现象，由于是在上世纪 七十年代末期才开始系统研究，所以迄今对 其起因尚未完全清楚。 总的来说不外乎两方面的原因：一是供体 组织的细胞中原已发生变异，当它们再生成 完整植株时，这种变异便表现出来。但对这 种看法目前尚无足够的实验证据。二是组织 培养循环过程诱导培养的细胞产生变异，这 点已为许多试验所证实。