植物花药和花粉的培养
[工学]花药和花粉培养
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4.花药培养
（1）培养方法
琼脂固体培养法
培养基中加入0.5-0.7%琼脂，呈半固体状 态，花药1/3浸入培养基中而不沉没为宜
液体培养法
直接将花药接入呈液体状态的培养基中
注意事项
少量加液体培养基成一薄层，
通气状况 使花药浮于液面，与空气接触
加入聚蔗糖，增加比重，使 花药不下沉浮于液面上
及时转移沉入底部的长大的愈伤组 织，否则会影响再分化培养效果
种的工作效率
二、培养方法
1.途径
花粉植株
愈伤组织再分 化形成植株
通过胚状体 形成植株
脱分化到再分化，变异率 提高，混倍现象明显
取决于培养基中激素的 种类、浓度配比
程序简单，不需再 分化，一次成苗
技术还没有完全掌握
花苞 花药
胚 状 原胚 体 发 生 途胚 径
小植株
花药培养
愈伤发生 愈
伤
组
织
发
生
单倍体 愈伤
未开 消毒 花 的花 灭菌 药
固体培 养基
液体培 养基
裂开，花 粉散落
移走花药 花粉培养
花粉 散落
过滤 离心 浓缩
接种 培养
操作简单，但效率低 适用于少量花粉培养
挤压法
无菌 花药
液培养基 玻棒挤压 研钵研磨
花粉+碎 片混合物
级联过筛 花粉 200转/分 弃上清， 滤液 离心 花粉沉淀
200转/分
不同植物最适诱导期不同 曼陀罗、烟草属、水稻---单核早期、双核期 均可诱导，以单核中、晚期效果最好 小麦、玉米---只有单核中期才能诱导 大麦---单核晚期最佳
一般采用单核中-晚期的花粉培养
处于单核期的花粉培
第六章植物的花药与花粉培养
三、单倍体育种的应用 ① 缩短育种年限，加速F1代杂合体的纯化。 ②利用单倍体易于检测突变和恢复重组，发现隐性突变体， 研究遗传分析的良好技术。 ③对于二倍体植物加倍变成四倍体或倍数更高的多倍体，可 以改善原来植物的某些经济性状，满足人类的要求。 ④对异花授粉植物的单倍体植株进行加倍，可迅速获得自交 系，免去人工自交的过程，节省大量的时间和人力。
孤雌生殖：由胚囊中未受精的卵细胞发育成胚，进一步发育成单倍体 植物。
孤雄生殖：在传粉后卵细胞退化消失，由精细胞单性发育成为单倍体 植物。
无融合生殖：由胚囊中卵细胞以外的其它细胞，发育成的 单倍体植株。如反足细胞、助细胞等。 人工诱发单倍体： 途径：
1966年前: 人工生产单倍体方法，有激素处理、远缘杂交、 延迟受粉、用照射花粉授粉。 B. 目前: ⑴离体花粉或花药培养，诱发小孢子单性发育成单倍体植物。 ⑵离体培养未受精的子房和胚珠，诱导卵细胞单性发育成植物 体。
一、花药和花粉培养的概念
1. 花药培养的概念：是指将花粉发育到一定
阶段的完整花药接种到培养基上，诱导形成
单倍体再生植株的技术。
2. 花粉培养的概念：是指将离体的花粉粒接 种到培养基上，诱导形成单倍体再生植株的 技术。
二、 花药和花粉培养的意义
研究减数分裂，花粉生长机制的生理、生化、遗
传等基础理论的最好方法
快速获得纯合二倍体植株（纯系） 有利于尽早淘汰隐性的有害个体，筛选出具有优
良性状的个体
第二节 单倍体的概念及发生方式
一、植物单倍体的概念
1、单倍体（Haploid）： 指具有配子体染色体组的孢子体。 2、单倍体细胞： 具有体细胞一半染色体的细胞。 3、单倍体植株： 单倍体细胞在离体条件下进行培养，使其发育成植株。 二、单倍体的发生方式
花药和花粉培养课件
合理使用
合理使用实验成果，避免侵犯他人的知识产 权，确保实验成果的合法使用和传播。
应用领域拓展
花药和花粉培养技术的应用范围将进一步 拓展，不仅局限于育种领域，还可应用于
生物制药、生物能源等领域。
遗传稳定性研究
将深入研究遗传稳定性问题，寻求解决染 色体变异的有效方法，获得遗传一致的纯 种。
政策支持
随着科技的不断进步和社会对生物技术的 关注度提高，政府将出台更多政策支持花 药和花粉培养技术的发展和应用。
发展历程与现状
发展历程
花药和花粉培养技术自20世纪50年代开始发展，经过多年的研究和实践，技术不断改 进和完善。目前，该技术在许多植物中已经获得成功应用，并取得了一系列重要的研究
成果。
现状
目前，花药和花粉培养已经成为植物繁殖和育种的重要手段之一。在许多领域，如园艺 、农作物、林业等，该技术已经得到了广泛应用。同时，随着基因组学、分子生物学等 学科的发展，花药和花粉培养技术也在不断改进和创新，为植物的遗传改良和新品种的
花药和花粉培养课件
目录
CONTENTS
• 花药和花粉培养的基本概念 • 花药和花粉培养的技术与方法 • 花药和花粉培养的应用与实例 • 花药和花粉培养的挑战与前景 • 实验设计与操作技巧 • 相关法律法规与伦理问题
01 花药和花粉培养的基本概 念
定义与分类
定义
花药和花粉培养是指通过人工方法，将植物的花药和花粉进行离体培养，使其 发育成单倍体植株的过程。
濒危植物保护
利用花药和花粉培养技术，成功保存了濒危植物的种质资源，为植物多样性的保 护和可持续利用提供了有效途径。
04 花药和花粉培养的挑战与 前景
当前面临的挑战
技术难度大
植物花药和花粉培养
五、影响雄核发育和花粉花药培养的因素
（一）基因型 植物基因型是影响雄核发育的最重要
的因素之一。同一物种中的不同基因型对 小孢子离体诱导反应差异较大。
如在水稻中，籼稻花粉培养力远低于 糯稻。
芸苔属植Байду номын сангаасBrassica napus不同基因型的小孢子产胚率比较
基因型
Topas Westar Delta Bounty
（4）C途径 营养细胞和生殖细胞通过核融合，形成非单倍 体植株。在获得的花粉植株群体中，有二倍体、 三倍体、四倍体、非整倍体等非单倍体植株。
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（或游离核）。然后由这两细胞 （或游离核）继续分裂形成单一类细胞组成的多 细胞花粉或多核花粉。
1个小孢子
有丝 分裂
营养细胞
花 花粉管细胞核 双
粉 粒
生殖细胞核
核 期
生殖细胞
精子
花药和花粉培养
指在合成培养基上，改变花粉的正常发育 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“花粉孢子体发育途径” 或“雄核发育”。
花粉和花药培养的异同点： 共同点
第七章 植物花药和花粉培养
第一节 植物花药和花粉培养的概念和应用
一、花药和花粉培养的概念 花药：植物花的雄性器官，包括二倍性的 组织和单倍性的雄性性细胞。
花粉：由花粉母细胞经过减数分裂形 成的单倍体的生殖细胞。
药壁和药隔组织 （2n） 花粉粒 （n）
花粉粒的形成：
花粉母细胞 减数 4个小孢子 进入 （小孢子母细胞）分裂 （四分体时期）单核期
3.激素 4.氨基酸 5.活性碳 6.pH
(第七章)第八章植物花药(花粉)培养
第四节
花药培养
（2）材料生理状态 花药供体植株的生理状态，对花粉愈伤组织的诱导 率有直接影响。 对水稻、小麦和大麦等禾本科植物而言，大田植株 比温室植株、主茎穗比分蘖穗花粉愈伤组织的诱导率都 明显的要高。不同季节接种的花药愈伤组织诱导率也有 显著变化，例如：水稻，早造比晚造接种的愈伤组织诱 导率要高；烟草，开花早期比开花晚期的花药可产生更 多的花粉植株；小麦，早期接种比晚期接种的材料愈伤 组织诱导率可提高2～3倍。说明供体植株的生态环境， 特别是温度和光周期可能对花粉发育及其对离体培养的 反应有重要影响。
第二节
花药和小孢子的发育
（以烟草花粉发育过程为例，说明被子植物花粉发 育过程，P222） 第一期：小孢子母细胞经减数分裂形成孢子四 分体，随胼胝质分解，4个小孢子分离。 第二期：小孢子为球形细胞，核大，有液泡， 挤核靠边（单核靠边期），期末细胞明显增大，细 胞壁特化，小孢子进行第一次花粉细胞有丝分裂 （不对称），形成2个不均等的细胞。 第三期：小孢子细胞中有2个核。 在离体培养条件下，花粉发育偏离正常发育途 径，第一次花粉细胞有丝分裂是对称的，结果形成 两个形态和体积相等的细胞，把此作为B型。
第四节
花药培养
2、材料预处理 对所取用的穗子或花蕾，进行低温、激素（生长 素）或其他方法预处理，能有效提高愈伤组织诱导 率和苗分化率。 （1）低温预处理： 一般是将材料置于冰箱5～10℃下冷藏一定时 间再接种。处理时间视不同植物而定，水稻在5～ 10℃时为5～8天，烟草在7～9℃时为7～14天。 同种植物不同品种的要求也有差异，需作试验比较 才能确定。
第四节
花药培养
3、材料灭菌： 取回的材料，在接种前必须进行表面灭菌。一 般方法是先用70～75%酒精擦洗穗子和花蕾的外 部苞叶，然后用0.1%升汞浸泡7～10分钟（水稻、 玉米等需剥取穗子浸入消毒液）或用饱和漂白粉溶 液浸泡10～20分钟以灭菌，最后用无菌水冲洗3～ 5次，供接种用。 材料灭菌是花药培养成功与否的一个重要环节， 此关不过，谈不上什么培养。
教学目的：掌握花药培养和花粉培养技术，掌握花药和花粉培养在单倍
教学目的：掌握花药培养和花粉培养技术，掌握花药和花粉培养在单倍体育种中的重要应用，了解我国单倍体育种成就。
职业教学技能点：具有进行花药培养和花粉培养的基本能力，具有单倍体育种认知，初步具备查阅资料收集信息基础能力。
教学时间：4学时教学重点：花药培养方法，花粉培养方法，单倍体育种上应用教学难点：花药培养与花粉培养的取材时期，单倍体植物缩短育种年限教学内容：第一节花药培养和花粉培养技术一、概念1．概念花药培养其外植体是植物雄性生殖器官的一部分，就培养方法和技术来讲，属于器官培养的范畴。
花粉培养的精确定义是：将处于一定发育阶段的花粉从花药中分离出来，再加以离体培养。
有时花粉培养也称为小孢子培养(microspore culture)。
从培养方法和技术方面来讲，它属于细胞培养的范畴。
二、花药培养首先报道通过花药培养获得单倍体植株成功的是印度学者Guha、Maheshwari (1964, 1966)。
目前已有250多种植物花药培养成功。
目前，花药培养获得单倍体的技术途径已在禾本科作物、茄科作物、十字花科作物的育种中广泛应用。
花药培养可诱导花粉发育形成单倍体，快速获得纯系；缩短育种周期，利于隐性突变体筛选、提高选择效率；与二倍体融合成体-配杂种。
花药培养的基本程序是：外植体选择－外植体(花蕾)预处理—外植体消毒—剥取花药—接种—诱导培养—分化培养（一）花药培养方法1、材料的选取：大多数植物的花药培养，成功率最高的是单核期或单核中晚期。
花粉发育时期的检测一般将植物的花药置于载玻片上压碎，加醋酸洋红1～2滴染色，再进行镜检以确定花粉发育时期。
水稻等植物的花粉，处于单核期时尚未积累淀粉，在进入三核期后的花粉开始积累淀粉，因此可用碘—碘化钾染色鉴定。
花粉发育时期与花蕾或幼穗大小、颜色等特征之间有一定的对应关系。
花药培养的成功与供试材料的遗传背景、供试材料的生理状态、花粉的发育时期有关。
花粉发育时期图示如下：四分体—小孢子—单核花粉—双核花粉最适期2、材料与处理与灭菌3-5℃低温处理3-10天-（大花蕾将萼片剥掉）-酒精几秒-0.1%升汞10min-无菌水冲洗。
第九章 植物花药和花粉培养
具有高度的相关性。
植株形态学鉴定法
单倍体植株瘦弱，叶片窄小，花小柱头长，
花粉粒小，不结实。
9.7.2 染色体加倍
9.7.2.1 茎段培养
（为什么要进行加倍？）
将单倍体植株的茎段进行培养，诱导愈伤 组织形成。由于单倍体愈伤组织在培养过程中
会有一定频率的核内有丝分裂，从而形成二倍
体细胞，分化出纯合的二倍体植株。
9.5 白化苗现象
白化苗的重要特性:
生殖生长和雌蕊的发育均不正常，不能完成有
性世代和获得白化苗的种子，无法用这种方法
证明它是否是一种可遗传性状。
在花粉白化苗的细胞中，常发现有微核存在。
白化苗叶肉细胞的细胞质中，无正常发育的
成熟叶绿体，只存在前质体到近乎正常叶绿
体的各种形态的质体。
花粉白化苗和绿苗在蛋白质、RNA和DNA
挤压法
在烧杯或研钵中用玻棒等挤压花药，
将花粉挤出后收集培养。
磁搅拌法 用磁力搅拌器搅拌培养液
中的花药， 使花粉游离出来；
超速旋切法
通过搅拌器中的高速旋转刀具
破碎花蕾、穗子、花药，使小孢子游离出来 （此法应用最广）。 4）甘露醇处理法（0.3 mol/L甘露醇中25℃暗培养3～4 d ）
5）小孢子纯化 子。
图9-4 小麦花药培养一步成苗
与多级成苗相比，一步成苗有以下几个优点：
1） 一步成苗简化了培养程序，降低了培养成本，加
快了成苗速度。
2）一步成苗提高了花药培养效率。（提高绿苗率，
主要通过胚状体成苗）
3）一步成苗中绿苗的质量明显提高。（生长快而健
壮）
4）一步成苗简化了培养过程，减少了愈伤组织形成
过程中的细胞变异，有效降低了白化苗产生频率。
花药和花粉的离体培养
植物所与山东烟草研 究所合 作 ， 成功 培育成 烟草新 品 种并大面积推广 ， 这是 世界上 第 一个 用单倍体 育种 方
株都是单倍 体。 花粉培养 比花 药培 养难 度 大 。在 诱 导 培养 过 程 中， 因激素等条件 的不同 ， 使花粉植株 的形成有 两条途 径： 一是 由小孢 子的异 常发 育形 成 花粉 胚 （ 胚状 体 ） ， 再 由花粉胚循着与合 子胚相 似 的发 育顺 序发育 ， 长成
性性细胞 。
伤组织进一步器官 分化 ， 成芽、 ， 后形 成完 整植 形 根 最
株。
花药和花粉 离体培 养的特点见表 １ 。 花药 内 的花粉 母细胞 （ ｎ 经减数 分裂产 ２）
表 １ 比较 花药和花粉 的离体培 养 花药培养 培养对象 花药 操作水平 器 官培养 难 易程度 较 困难 花粉培养 花粉 细胞培养 较花药培养难度更大
育种的必要措施。培养过程 中不 同发育 阶段 的单倍体
细胞可 以 自发加倍 ， 自然加倍率很低 ， 但 多数情况需 人
工加倍 。人工加倍 多用化 学诱变 法 ， 常用 的诱 变剂 有
秋水仙素 、 对二氯苯 、 氟乐灵等。加倍处 理时需注意的
植体选 择（ 以其 中的花粉 处于单 核中 、 晚期为 宜） 一预
是， 秋水仙 素 同 时也 是一 种诱 变 剂 ， 易使 细胞 多倍 容
化 。因此 ， 对处理 的植 株要 经过一 到几 个生 活 周期 的 营养价值 高的雄株 ， 可通过 花药 或花粉 的离体 培养方
选择 ， 能得到正常纯 合加倍 植株。 才 ４ ２ 单倍 性的意义 单倍体植株 高度不育 ， ． 从植物 体 生产繁 殖角度看 ， 意义不 大 ， 但在 遗传 研究 ， 速育 种 加
植物组织培养第五章 花药和花粉培养
殖，它的花粉给不育系授粉，能使不育系当代结实
并在F1代恢复育性正常的品系。是杂交种子的父本。
不育系（母本）×同型保持系（父本） ↓ 不育系（母本）×恢复系（父本） ↓
F1代种子—生产上杂交种子
1、克服后代分离、缩短育种年限 常规育种中，杂交F2代起会出现性状分离，到 F6代才开始选择，育成一个品种需8-10年。单倍 体育种将F1或F2代花药进行培养，对所获得的单 倍体植株进行加倍处理，获得稳定的纯合二倍体， 下一代植株性状基本稳定，育种只需3-5年。
（二）花粉培养
1．取材时期的确定 四分体—单核早期—单核晚期—双核早期—双核晚期—三核期 小孢子 花粉培养 花粉粒 花药培养
2、花粉预处理
低温处理花蕾，或单核后期离心预处理。
3、花粉分离
适合的花蕾-消毒-取出花药-烧杯壁中挤压花 药-尼龙网过滤-花粉液离心-花粉粒沉淀-培养基 稀释-纯净花粉群体。
C途径：在获得的花粉植株群体中，除单倍 体外，常有相当比例的二倍体、三倍体、四倍 体、非整倍体等非单倍体植株，即小孢子培养 过程中自发加倍现象。此途径中，生殖核与营 养核共同参与了花粉植株的形成。`Fra bibliotek2、B途径
小孢子第一次有丝分裂为均等分裂，形成两个 大小相近的细胞（或游离核）。以后，由这两个细 胞连续分裂产生单一类细胞组成的多细胞花粉或多 核花粉。 （二）雄核发育的启动机理（不讲）
（一）花药培养方法 1、材料的选取
大多数园艺植物的花药培养，成功率最高的是
单核期或单核中晚期。
花粉的发育时期：
四分体 — 小孢子 — 单核花粉 — 双核花粉
最适期
2、材料与处理与灭菌
3-5℃低温处理3-10天-（大花蕾将萼片剥掉） -酒精几秒-0.1%升汞10min-无菌水冲洗。 3、接种培养 镊子剥去花瓣-花药均匀接种于培养基上，常 用培养基MS、N6和马铃薯培养基。 蔗糖5-10%，20-30℃，光照12h。
花粉与花药的培养
湿度调节
保持培养环境适宜的湿度，防 止培养基干燥或过于潮湿影响
花粉的生长。
培养方法
将处理好的花粉均匀撒在培养 基表面，然后进行密封培养， 定期观察并记录生长情况。
生长过程观察与记录
生长情况观察
定期观察花粉的萌发、生 长情况，包括萌发率、生 长速度、生长形态等指标。
数据记录与分析
详细记录观察结果，对数 据进行统计分析，了解花 粉生长的规律及影响因素。
湿度对培养的影响及优化策略
湿度对花粉萌发的影响
01
适宜的湿度可以促进花粉萌发，过高或过低的湿度则会抑制花
粉萌发。
湿度对花药开裂的影响
02
适宜的湿度可以促进花药开裂，释放花粉，但过高的湿度也会
导致花粉失活。
优化策略
03
根据植物种类和生长环境，调整培养湿度，使其处于适宜花粉
萌发和花药开裂的范围内。
其他因素对培养的影响及优化策略
生长异常处理
如发现花粉生长异常或污 染等情况，及时进行处理 并调整培养条件，以保证 实验的顺利进行。
03
花药培养
花药来源与选择
适宜的花药来源
选择健康、无病虫害的植物作为 花药来源，确保花药的遗传品质 和生理活性。
花药的选择时期
在植物生长的适宜时期采集花药 ，通常是花朵刚开放或即将开放 时，此时花药内的花粉发育成熟 ，易于培养。
培养基的配制
按照一定比例将各种成分混合均 匀，调节pH值至适宜范围，然后 进行灭菌处理。
培养条件与方法
01
02
03
04
温度控制
保持适宜的培养温度，一般为 25℃左右，避免过高或过低的 温度对花粉生长产生不良影响。
光照条件
花粉与花药的培养
花粉的培养
花粉培养发育形成胚的途径：
1. 花粉核分裂产生营养核和生殖核，以后生 殖核退化，营养核则继续分裂2~3周，形成多 核花粉，由此形成多核的原胚；
2. 花粉核直接分裂，再形成胚。
花粉的培养
复习思考题 ❖ (1)花药培养和花粉培养有何区别? ❖ (2)花药培养时选择什么发育时期的花药?
N6+2，4-D的培养基→经10~30d→诱导生成愈伤组织（或 少数生成胚状体） →愈伤组织增殖到1~3mm左右→分化 培养基（附加细胞分裂素和微量生长素） →再经20~30d，
可获花粉植株。
花药的培养
❖ 胚状体为类似于胚的组织，它经过原胚、球形
胚、心形胚、鱼形胚、子叶期的顺序继续分化形成 小植株。
第六章 花药和花粉的培养
本章主要内容 ❖ 花药和花粉的培养的意义 ❖ 花药的培养 ❖ 花粉粒的培养
花药和花粉的培养——意义
第一节 花药和花粉培养的意义
花药是植物花的雄性器官，包括体细胞性质的药壁 和药隔组织，以及雄性性细胞的花粉粒。按染色体的倍 性来看，前者为二倍体细胞，后者为单倍体细胞。
因此，花药培养属器官培养，花粉培养属细胞培养， 但花药培养和花粉培养的目的一样，都是要诱导花粉细 胞发育成单倍体细胞，最后发育成单倍体植株。
成愈伤组织或胚状体，进而分化成再生植株。 4. 花粉均等分裂途径
花粉进行均等分裂形成两个均等的子核，以后二核 间产壁，形成两个子细胞，由两个子细胞形成多细胞 团，迅速生长，穿破药壁而形成胚状体或愈伤组织。
第二节 花粉的培养
花粉培养是指把花粉从花药中分离出来， 以单个花粉粒作为外植体进行离体培养的技术。
第二章(10)植物花药(花粉)培养
第二章(10)植物花药(花粉)培养1 花药培养是将花粉发育至一定阶段的花药接种到人工培养基上进行培养，以形成花粉胚或愈伤组织进而分化成植株的技术。
2 花粉培养是将花粉从花药中分离出来,接种到人工培养基上进行培养，以形成花粉胚或愈伤组织进而分化成植株的过程。
3 花药培养过程3.1 预处理低温冷藏是最常用的方法。
烟草7～9℃，7～14d；黑麦1～3℃，7～14d。
3.2 表面消毒用70%酒精喷洒或擦拭花器或包被着麦穗的叶鞘表面，即可以达到灭菌的要求。
3.3 接种在无菌的条件下把雄蕊上的花药从花丝上摘下，水平地放在培养基上进行培养。
不要使花药受到损伤，否则会刺激花药壁形成二倍体愈伤组织。
接种的“密度效应”，要有一个合理的群体数量。
3.4 培养形成花粉植株。
花粉---愈伤组织---苗；花粉---胚状体---苗。
培养方式：①琼脂固化培养基表面培养；② 30%Ficoll的液体培养基表面漂浮培养；③固-液双层培养。
4 花药培养脱毒1974年日本：花药培养可以脱除草莓病毒；4.1花药采取时期单核期：花蕾4～6mm，花药1mm.4.2花药诱导愈伤组织培养基MS+IAA4mg/L+BA2mg/L+KT2mg/L+蔗糖30g+琼脂7g/L4.3增殖分化培养基MS+GA1mg/L+IBA0.2mg/L+BA1mg/L+蔗糖30g+琼脂7g/L4.4生根培养基1/2MS+IBA0.2mg/L+活性炭3g/L+蔗糖20g+琼脂7g/L5 单倍体植株染色体加倍的方法5.1 自然加倍花粉细胞核有丝分裂或核融合，染色体可自然加倍，获得纯合二倍体。
5.2人工加倍用秋水仙素处理单倍体植物，可使染色体加倍（溶液浸苗、处理愈伤组织和用含0.4%秋水仙素的羊毛脂涂抹单倍体植株的顶芽、腋芽，可得到能结实的二倍体植株）5.3将单倍体植株诱导的愈伤组织反复继代培养，再分化可得到二倍体植株。
6 花药和花粉培养的应用6.1克服后代分离，缩短育种周期；6.2有利于筛选隐性突变体，选择效率高;6.3有利于隐性基因控制性状的选择;6.4快速获得自交系的超雄株.本节小结：在单倍体细胞中只有1个染色体组，表现型和基因型是一致的，一旦发生突变，无论是显性还是隐性，在当代都可以表现出来，因此单倍体是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。
花药和花粉培养
单倍体植物与它们的二倍体相比 较，有三个明显的特点： 1.体细胞染色体数减半； 2.生长发育弱，体形小、各器官 明显减小； 3.雌雄配子严重败育，有的甚至 不能进入有性世代。
四.单倍体的应用潜力
1.迅速获得纯合型材料，缩短育种年限；
2.获得育种中间材料；
3.突变体选育；
4.体细胞融合；
5.作为遗传工程受体更为有效
单核期的确定• 根据细胞观察推测，双核期的花粉中开始积累淀
粉，不能使花粉发育成植株。• 通常采用醋酸洋红或碘化钾染色， 再压片镜检，以确定花粉的发育时期。但是接种前不可能把所有 的花粉都进行一次发育时期的镜检，• 通常是按照花蕾长度大小与 花粉发育年龄的相关性，• 在实际操作中取一定大小的花蕾进行的。 如马铃薯在花冠露出萼片一半时大多数花粉处于单核晚期。
重要。在进行花药和花粉培养时，应选择那些容易
培养成功的材料来做。
不同苹果品种的花药培养胚状体的诱导率
品种 接种花药数 产生胚状体数 诱导率（%）
元帅 赤阳 国光 金冠
978 1410 1073 1302
21 10 7 7
2.1 0.7 0.6 0.5
(2) 生理状态的选择 花药和花粉供体植株的生理状态，对花粉愈
6.是研究减数分裂，花粉生长机制的生理、生化、遗
传等基础理论的最好方法。
第二节 花药与花粉培养技术
一.花药培养
花药培养是指改变花粉的发育程序，使其分裂形
成细胞团，进而分化成胚状体，产生再生植株，
或形成愈伤组织，由愈伤组织再分化成植株。 目前已有250多种植物花药培养成功。花药培养获 得单倍体的技术途径已在禾本科作物、茄科作物、 十字花科作物的育种中广泛应用。
丝）→接种在诱愈培养基上（每瓶3－5个花药）。
11.6 花粉和花药培养的比较
花粉和花药培养的比较花药和花粉培养：指在合成培养基上，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“花粉孢子体发育途径”或“雄核发育”。
小麦花药胚状体发生一、植物花药和花粉培养的概念（一）花药培养通过无菌操作技术，把发育到一定阶段的花药，接种在人工培养基上，进行诱导、分化，最终形成完整植株的技术。
草莓花药愈伤组织,花药植株（二）花粉培养将处于一定发育阶段的花粉从花药中分离出来，再加以离体培养，也叫小孢子培养。
1964年：Guha&Maheshwari南洋金花花药培养发育成胚；1967年：Bourgin&Nitsch花药培养获得烟草植株；1973年：我国首次报道了小麦花药培养获得再生植株；目前：许多农作物及经济植物通过花粉培养都能诱导成植株。
二、花药培养历史通过花药培养育成的甜椒新品种：海花三号相同点：培养目的相同，均获得小孢子植株。
不同点：（一）花药培养离体操作技术简单，而且，药壁组织有时可作为条件因子促进小孢子的发育。
辣椒花药吊竹花粉粒三、两者的异同点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。
（二）花药培养属于组织培养；而花粉培养属于细胞培养。
1.花药培养容易受药壁、花丝、药隔等体细胞组织的影响，再生的植株中会出现不同倍性的个体，所以花药培养在诱导单倍体方面有一定的局限性，而分离的花粉粒培养可以克服这一不足。
2.由于去除了药壁和其它连接组织的干扰，因此能更好地调节控制雄核发育的各种因子，而且能直接从单细胞开始观察整个雄核发育的过程。
四、花粉培养的优点3.花粉是真正的单细胞单倍体，均能匀质地接受各种化学的、物理的因子处理，是突变体筛选及外源基因导入研究的有用材料，对育种有很大的意义。
4.一个花药中就有成千上万个小孢子，从花粉培养能得到更多的花粉植株。
七叶树花粉粒思考题1.简述花粉和花药培养的概念；2.花粉培养的特点是什么？3.花药培养的特点是什么？参考文献与网站Thank You!。
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AABB AaBB AABb AaBb
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植物花药和花粉的培养
（2）提高了目标基因型的选择效率
植物花药和花粉的培养
二、花粉培养
(一)花粉的分离与纯化
1、自然散落法(漂浮培养散落小孢子收集法) 将花药接种在预处理液或液 体培养基上，待花粉自动散落后，收集培养。 2、挤压法 在烧杯或研钵中挤压花药，将花粉挤出后收集培养。 3、机械游离 （1）磁搅拌法 用磁力搅拌器搅拌培养液中的花药，使花粉游离出来； （2）超速旋切法 通过搅拌器中的高速旋转刀具破碎花蕾、穗子、花药，使 小孢子游离出来（此法应用最广）。 4、小孢子纯化 对上述方法获得的小孢子混合物进行分级过筛、梯度离心 处理纯化小孢子
（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Konzak (1999) 。
植物花药和花粉的培养
花药或花粉培养的作用：
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。
供体植株
花培
花粉植
小孢子（n） 雄核发育 株（n）
自然加倍 人工加倍
纯合植株DH （2n）
一年内获得纯系
植物花药和花粉的培养
（2）提高了目标基因型的选择效率
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
植物花药和花粉的培养
概念：
• 花药和花粉培养：指在合成培养基上，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“花粉孢子体发育途径”或 “雄核发育”。
• 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。
第七章 植物花药和花粉培养
植物花药和花粉的培养
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）
植物花药和花粉的培养
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
植物花药和花粉的培养
水稻花药培养
愈伤组织转接种到再生培养基
愈伤组织分化形成再生植株
植物花药和花粉的培养
花药和花粉培养方法
植物花药和花粉的培养
一、花药培养
1、取材 镜检，根据花粉的发育时期，选取大小适宜的花蕾。 2、消毒 70％酒精擦洗花蕾表面，或70％酒精浸泡30-60s后在1％ 次氯酸钠溶液中浸泡10-20min或在0.1％的氯化汞溶液中消毒3-10min， 无菌水冲洗3-5次。 3、培养 固体或液体培养基均可。先进行脱分化培养，至小孢子大 量分裂形成胚或愈伤，并突破花药壁表面，形成突出物（2-3周）； 后转入分化培养基培养，形成小植株。
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 单倍体方法： AAbb出现的概率为1/4。
供体亲本 AaBb
花培
单倍体
二倍体
AB------ --------------------> AABB
aB----------------------------> aaBB
2、雄核发育与饥饿处理 饥饿处理改变了小孢子的配子体发育方向，启动雄核 发育。
植物花药和花粉的培养
四、花粉植株形态发生方式
1、胚状体发育途径 小孢子经历胚发生的各个阶段， 最后子叶展开，形成花粉植株。
2、愈伤组织发育途径 小孢子分杂。
植物花药和花粉的培养
胚状体发育途径
烟草花药培养
部分花药通过胚状体途径形成小植株
植物花药和花粉的培养
烟草花药培养
通过胚状体途径再生形成小植株
植物花药和花粉的培养
胚状体发育途径
芸苔属小孢子培养
a) 球形胚
d) 鱼雷形胚
植物花药和花粉的培养
愈伤组织发育途径
水稻花药培养
接种在平板上的水稻花药
部分花药产生愈伤组织
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。然后由这两细胞边续分裂形成单倍体植株，或者核融合 形成多倍体植株
植物花药和花粉的培养
植物花药和花粉的培养
三、雄核发育启动机理
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）
Ab----------------------------> AAbb
ab-- --------------------------> aabb
植物花药和花粉的培养
（3）诱变育种中的作用 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。
植物花药和花粉的培养
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
植物花药和花粉的培养
花粉孢子体发育途径 （雄核发育）
植物花药和花粉的培养
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 一次有分裂或之 前。
植物花药和花粉的培养
二、雄核发育途径
1、A途径 小孢子第一次有丝分裂为均等分裂，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，