8 多倍体与单倍体植物

直接鉴定法： （2）染色体计数法：将细胞固定制片、染色后观察染色 体个数。由于染色体制片技术比较成熟，因此该方法仍 是目前鉴定多倍体倍性的一种直观、准确的方法，缺点 是比较费时。
（3）DNA含量测定：可以测定单个细胞的DNA含量， 再根据细胞DNA比较来推断出细胞的倍性。如果发现 杂种的DNA含量是其亲本的一倍半，就可以确定这些杂种 是三倍体。DNA含量测定法快速准确，能测出嵌合体，但 是缺点是需要专门仪器，如核酸检测仪。
（4）营养成分高：碳水化合物、蛋白质、维生素等含量都会增加。
但是多倍体动物少，并多为同源多倍体。
4倍体葡萄
3倍体无籽西瓜
多倍体菊花
小麦：2倍体与6倍体
多倍体人参
烟草2倍体，4倍 体和8倍体叶片表 皮细胞、气孔的比较
细胞工程
Chapter 8
Copyright © 2011 Wang Weidong, All rights reserved.
秋水仙素处理方法
①处理部位：只有处理正在分裂的细胞才能获得多 倍体。通常以植物茎端分生组织或发育期的幼胚 为材料。
②处理方式：秋水仙素一般用0.1-0.5%水溶液，选择 处理方法：浸渍法、涂抹法、喷雾法、注射法、药剂 培养基法等。以前两种方法最常用，见P76.
浸渍法：种子浸泡催芽，胚根露白时， 0.1-0.5%秋水仙素 处理24h，冲洗，播种。 涂抹法：涂抹在芽生长点上，早晚各1次。
细胞工程 Chapter 8
4 纯合二倍体植物的形成
◆ 对鉴定后的单倍体植株应尽早进行染色体加倍处理，可 获得可育的纯合二倍体植株。 ◆常用秋水仙素处理方法： ①浸泡法：禾本科在分蘖期将分蘖节以下部分浸泡在0.1%左 右秋水仙素2-3d，流水冲洗0.5h，移栽，鉴定。 ②涂抹法：木本植物用0.2%左右秋水仙素棉球涂抹顶芽或腋 芽生长点，处理2-3d，鉴定萌发枝条倍性。 ③组培期处理：在培养基中加入秋水仙素或事先浸泡处理后 再培养。 细胞工程 Chapter 8
细胞工程 Chapter 8
细胞工程
Chapter 8
Chapter 8
Copyright © 2011 Wang Weidong, All rights reserved.
（3）单倍体的筛选
◆ 培养产物：单倍体、二倍体（药壁）、多倍体和 非整倍体。 ◆筛选方法： 形态鉴定法：观察植株形态，准确性低。 结实性鉴定：单、三、非倍体不结实，二倍体结实。 染色体数目鉴定：压片法显微镜检查根/茎尖染色体。 生化标记鉴定：单倍体同工酶带数1条，杂合体多条。 分子标记鉴定： RFLP、RAPD、SSR、STS、AFLP
（2）植株再生培养
◆ 再生途径：
①器官发生途径：由花粉脱分化形成愈伤组织（即分化程序很 低的薄壁细胞团），再由愈伤组织再分化出根和芽，最后形成
植株。
②胚状体途径：由花粉分裂直接形成胚状体（不是由合子发育 成的胚叫胚状体），或先形成胚性愈伤组织再分化出胚状体，
然后由胚状体长成植株。
◆培养方法：直接培养、看护培养等 培养基种类：MS、B5、NTH
③药剂浓度：不同植物对秋水仙素的敏感性不 同。实践证明，秋水仙素的有效浓度一般在 0.01-0.5%，以0.2%左右的浓度最为常用。
④处理时间：一般不少于24h。过于幼嫩、浓度 高时处理时间可相应短些。间歇处理比持续处理 效果好。处理时间过长会使分生组织停长死亡。 ⑤处理温度：一般在18-25℃之间。高温成功率大。
B 生物法
杂交法：主要指体细胞，利用染色体加倍个体与未加倍 个体杂交繁殖多倍体后代，经常与化学和物理方法结合 使用。 异源多倍体一个代表性的例子是人工培育的小黑麦。
胚乳培养法：胚乳培养可获得三倍体植株，Why?。
胚乳=3n（一个染色体组来自雄配 子，2个来自雌配子，故加倍后可获 得三倍体。
♀
♂
八倍体小黑麦
细胞工程
Chapter 8
（1）花药和花粉的制备
◆ 花药：采集未开放花蕾，消毒，剥取花药，接种。 ◆ 花粉制备：
①自然释放法：花药接种于聚蔗糖溶液中漂浮培养1-7d，药 壁开裂释放出花粉，过滤收集，接种培养。
②机械分离法： 分离：用注射器或磁力搅拌器挤压花药（溶解在蔗糖或培养 液中），释放出花粉。 过筛：用30-50目筛网过滤释放出的花粉混合液。 清洗：离心2-3次（用蔗糖或培养液悬浮），收集花粉沉淀， 最后用培养液稀释到适当密度。接种培养。
§8.3 单倍体与纯合二倍体
1、单倍体概念：细胞中含有正常体细胞的一半染色 体数，即具有配子染色体数目的个体。 思考：单倍体是不是就是一倍体？ 水稻是二倍体,其单倍体是一倍体(n=x=12)
普通烟草是异源四倍体，单倍体是二倍体（ n=2x=Ts=24） 普通小麦是异源六倍体 单倍体是三倍体（ n=3x=ABD=21）
成两个子细胞，于是就形成染色体数目加倍的细 胞。
（2）多倍体诱导方法
A 化学诱导法
细胞松弛素B：能抑制肌动蛋白聚合成微丝，从而抑制细 胞分裂。 秋水仙素：分子式为C22H25O6•12H2O，是从一种百合科秋水 仙属植物器官中提取的一种生物碱。能特异性地与细胞中 的微管蛋白质分子结合，从而使正在分裂的细胞中的纺锤 丝合成受阻，导致复制后的染色体无法向细胞两极移动， 最终形成染色体加倍的核。细胞可以在药剂去除后恢复正 常分裂。 秋水仙素是目前诱导植物多倍体应用最为广泛的诱导剂。
细胞工程
Chapter 8
单倍体大大缩短育种周期
细胞工程
Chapter 8
3、单倍体植物的培养
途径：花药和花粉培养 （Anther and pollen culture） 指离体培养花药和花粉（雄配 子，n ），形成花粉植株，从 中鉴定出单倍体植株，经染 色体二倍化后获得的纯合二 倍体植物。属于 雄核发育(Androgenesis)或孤雄生殖：卵细胞不受精， 卵核消失，或卵细胞受精前失活，由精核在卵细胞内 单独发育成单倍体，因此只含有一套雄配子染色体。 这类单倍体的发生频率很低。
2.多倍体植物特点
（1）形态上的巨大性：表现在果实、种子、茎、叶、气孔等。
多倍体植物一般光合效率高、生长速度快。
（2）育性低：同源多倍体常表现出高度不育（Why?)，可获无籽， 可通过无性繁殖；但异源多倍体是可育的，自交亲和，结实率较高。
（3）抗逆性强：多倍体新陈代谢旺盛，对逆境的耐抗性方面增强。
2.多倍体植物特点
（1）形态上的巨大性：表现在果实、种子、茎、叶、气孔等。
多倍体植物一般光合效率高、生长速度快。
（2）育性低：同源多倍体常表现出高度不育（Why?)，可获无籽， 可通过无性繁殖；但异源多倍体谢旺盛，对逆境的耐抗性方面增强。
思考问题：为什么多倍体植株高度不育呢？
同源多倍体在减数分裂联会期，同源染色体配紊乱， 多数不能形成正常配子。
3n(n=3) 以有 3个染色体组的三倍体香蕉为例 在同源染色体联汇时可能有四种取向的排列方式：
四种中只有A形成 的配子具有完整染 色组的单倍体或者 二倍体完整染色体 的配子。占25%。 其余3种组合所形成 的配子都是非整倍 体染色体的配子， 这种配子由于剂量 不同，一般不成活。
§8.2 多倍体植物
1、定义
多倍体（polyploid）：是指个体细胞中含有超过正常染色 体组数的个体。
同源多倍体（autopolyploid）：多倍体的染色体来自于同 一物种或在原有染色组的基础上加倍而成。 异源多倍体（allopolyploid）：多倍体的染色体来自于不 同一物种。自然界中存在的多倍体大多是异源多倍体。 常见多倍体有三、四、五、六和八倍体。在被子植物中， 至少有1/3的物种是多倍体。例如，普通小麦、棉花、烟草 、苹果、梨、菊、水仙等都是多倍体 。马铃薯是四倍体 ， 普通小麦是六倍体 。
细胞工程 Chapter 8
水稻花药培养程序
旗叶鞘用70％酒精擦洗一遍 左手持穗， 右手用镊子 取出花药， 无菌培养皿 中 用接种环接种到 培养基上
细胞工程 Chapter 8
剥去旗叶鞘， 取出稻穗
70％酒精 手洗两遍
10％NaCl 10 min， 无菌水洗5次。
培养5天后，花药变黑褐色， 20天花药裂开，长出淡黄色 的花粉愈伤组织，先形成芽， 后长出根，形成幼苗。
2、单倍体特点

单倍体高度不育：减数分裂联会紊乱-没有配对的同源染色体。
由于单倍体只具有一套染色体，染色体上的每个基因都

能表现相应的性状，所以极易发现所产生的突变，尤其
是隐性突变，所以单倍体是进行染色体遗传分析的理想
实验材料。

由于通过人工方法使单倍体的染色体加倍就可以获得纯 合二倍体，可缩短育种年限，因此在育种上具有极高价值。
2.整倍体（euploid）
体细胞内含有完整的染色体组的类型为整倍体。 以小麦属为例，普通小麦 n=7，6n=42， 是六倍体。
3.非整倍体（aneuploid）
体细胞内的染色体数目不是染色体组的完整倍 数的称为非整倍体。多或少一个以至若干个染 色体，如2n+1。
4.染色体变异
染色体变异可体现在染色体数目和结构两个方面。 染色体数目能以单个染色体或以染色体组为单位的 增加或减少。 染色体组数量改变：成倍性增减。 染色体结构改变：包括基因删除、重排、倒位及异 染色质化。
（4）营养成分高：碳水化合物、蛋白质、维生素等含量都会增加。
但是多倍体动物少，并多为同源多倍体。
3 多倍体产生原理与诱导方法
（1）多倍体产生原理 主要是体细胞在有丝分裂的过程中，染色体完成
了复制，但是细胞受到外界环境条件(如温度骤变
)或生物内部因素的干扰，纺锤体的形成受到破坏
，以致染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂
培育出的八倍体小黑麦具有许多新的特点：穗子、籽粒显 著大于小麦，增产效果明显，同时能抗寒冷、干旱、贫瘠 等不良条件，营养价值（如蛋白质）也有较大改善。