第九章:原生质体培养与体细胞杂交

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(2)酚藏花红染色法(0.01%) :无活力
的原生质体能被染成红色,有活力的原生
质体这中染料,因此呈现无色。

(3)伊凡蓝染色法(0.025%):已受损伤
的的原生质体能摄取这种染料呈现蓝色,
而完整的具活力的原生质体不被染色。
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六、原生质体的培养 与植株再生
1、培养条件
培养基成分 无机盐:低大量元素浓度;高Ca2+浓度。 有机成分:高的有机物浓度有利于细胞分裂,如 KM8P(Kao等,1975)培养基。 激素:不同种类要求差异较大; pH值:5.5-5.9 培养基渗透压:培养基渗透压与细胞渗透压等渗或略高 于细胞渗透压。 培养环境:初期培养时应臵于25-30℃、散射光或黑暗 下培养
行植物细胞的各项生理活动;
稳定性较差,渗透压稳定剂。
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二、 原生质体的分离与纯化
(一)原生质体材料的来源
叶肉细胞是分离原生质体的最好的细胞材料。
1、叶肉细胞排列疏松,易于分离; 2、含有叶绿体,为杂种细胞提供天然的选择标记;
适宜于分离原生质 体的细胞培养体系: 结构疏松;处于对 数生长期
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(二)材料的预处理


在容器底部缓慢注入20%蔗糖溶液
600rpm, 5-10min

收集两层液面之间的纯净的原生质体
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Leaves were cut in thin stripes and digested in an enzyme solution
Purification of protoplasts
Purified protoplasts
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1、原生质体的纯化方法
(3)梯度离心法:利用比重不同的溶液,经离心 后使完整无损的原生质体处在两液相的界面之间, 而细胞碎片等杂质则沉于管底。用这种方法可以 获得更为纯净的原生质体。
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原生质体的纯化步骤

用300-400目不锈钢网过滤酶解材料,弃去残渣
600rpm, 5-10min

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吸去上清 原生质体重悬于0.16mol/L CaCl2· 2H2O溶液中
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(2)酶液的pH值
酶液pH值相当重要,纤维素酶及果胶酶 单独使用时,其pH分别以4.0-5.0及5.8为宜; 混合使用时pH5.8-pH6.0为宜,降至4.8以下
则原生质体破裂。酶液配制后需以0.45μm微
孔膜过滤除菌,而不可采用加热灭菌法。
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四、原生质体的纯化
1、原生质体的纯化方法
采用40-300μm的网筛过滤细胞混合液,除去未消化的细胞、 细胞团、碎片, 收集滤液,进行以下纯化方法。 (1)沉降法:在适当溶剂内低速离心使原生质体下沉于 离心管底部,细胞碎片留在上清液中,如此收集得到的原 生质,反复3-4次。 (2)漂浮法:原生质体比重较小,能在具有一定渗透压 的溶液(如25%的蔗糖溶液)中漂浮,然后用吸管收集。


作用:改变细胞和细胞壁的生理状态;增加细 胞膜的强度;减轻酶溶液中杂酶对原生质膜的 损伤。 方法:暗处理;预培养;预质壁分离;
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(三)原生质体的分离方法
1、机械法:
原生质体得率 极低,难以大 量制备
2、酶法:
大量获得植物 原生质体的有 效方法
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(1)酶的类型
A. 纤维素酶,如Onozuka R-10及RS,国内常用的为EA3867,其中含少量果胶酶,0.5-2.0% ;

PEG,能与水、蛋白质、糖等具有正极性基团的极 性物质形成氢键,在相邻原生质体表面间作为分子 桥,使原生质体发生粘连

当PEG分子被洗脱时,膜电荷发生紊乱而重新
分配。此时,一种原生质体上带正电的基团可
能与另外一个原生质体中带负电的基团相连,
导致原生质体融合。
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2、PEG(聚乙二醇)与高pH、 高Ca2+相结合诱导融合
优点: 融合成本低,勿需特殊设备; 融合子产生的异核率较高; 愈伤组织 融合过程不受物种限制。
不定芽 缺点: 融合过程繁琐 根形成 PEG 可能对细胞有毒害。
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诱导融合方法
(二)电融合法:利用改变电场来诱导原生
质体彼此连接成串,再施以瞬间强脉冲使质膜 发生可逆性电击穿而使原生质体融合的方法。
琼脂糖珠培养
将含有原生质体的液态琼脂糖培养基用吸 管以大约50ul一滴的量滴于直径6cm的培养皿, 待其固化后向其中添加3ml液体培养基并于摇床 上低速旋转培养。培养过程中,通过调整液体 培养基的渗透压来调节培养物的渗透压以利于 其进一步的生长和发育。这种方法由于改善了 培养物的通气和营养环境,从而促进了原生质 体的分裂和细胞团的形成。
杂种细胞
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矮牵牛
混合体
融合处理
爬山虎冠瘿
原生质体
NT培养基
原生质体
NT培 养基 MS 培养基 (无激素)
矮牵牛+爬山虎
(异核体)
NT培养基
细胞团
MS 培养基 (有激素) MS 培养基 (无激素)
细胞团 细胞团
MS培养基 (无激素)
愈伤组织
死亡
死亡
愈伤组织
愈伤组织
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双荧光标记选择法
将两种原生质体用不同的荧光染料进行标记,用电
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Fusion phases of oat protoplasts (Avena sativa)
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四、融合细胞的筛选

互补选择法:指利用两个亲本具有不同遗传和
生理特性, 在特定培养条件下,只有发生互补作用 的杂种细胞才能生长的选择方法。

抗性互补选择法 叶绿体缺失互补选择法 营养代谢互补选择法 生长互补选择法
第九章 原生质体培养 与体细胞杂交
第一节 原生质体培养
一、 原生质体概述
(一)定
原生质体(protoplast)—

脱去细胞壁、裸露的植
物细胞。原生质体是为
质膜所包围的裸露细胞。
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(二)原生质体特点
原生质体无细胞壁障碍,便于 进行有关遗传操作;在诱导条件 下易发生融合,形成杂种细胞; 具全能性,能再生细胞壁,能进
拟南芥杂交后代
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◆原生质体杂交:可以克服了远缘杂交的不亲和
原生质体的选择


选择适宜的原生质体是决定原生质体融合成败 的重要因素。 原生质体选择的考虑因素 :


量多、活力强、遗传一致; 易于再生植株 ; 具有可识别的异核体标记; 亲缘关系不宜太远。
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三、融合方式
原生质体融合可分为两大类: 自发融合(spontaneous fusion)—由于 去壁的裸细胞具有彼此融合的能力,在 制备原生质体的酶解保温处理过程中, 相邻的原生质体能彼此融合形成含有多
固体平板培养
即琼脂糖包埋培养。低融点的琼脂糖与原生 质体融化混合,将含有原生质体的培养基铺于 培养皿底部,封口后进行培养。 优点: 可以跟踪观察单个原生质体的发育情 况,易于统计原生质体分裂频率。 缺点:操作要求严格,尤其是混合时的温度掌 握必需合适,温度偏高则影响原生质体的活力, 温度偏低则琼脂糖凝固太快原生质体不易混合 均匀。
原生质体的分离与纯化录相
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五、原生质体的活力测定
1、目测法
根据形态待征判断
其活力:原生质
体呈绿色(若来
源于叶片)及圆 而鼓者为活原生 质体。
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2、染色法
(1)FDA (荧光素双 醋酸酯, )染色法(0.01%) 原理:FDA本身无荧光,
无极性,能自由穿越细胞
质膜,在活细胞内,FDA 被酯酶裂解,分解形成荧 光素,荧光素不能自由穿 越细胞质膜。
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1、电融合法的原理
在直流电脉冲的诱导下,原生质体质 膜表面的电荷和氧化还原电位发生改 变,使异种原生质体黏合并发生质膜 瞬间破裂,进而质膜开始连接,直到 闭和成完整的膜形成融合体。
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2、电融合法的优点
与PEG融合比较起来,电融合有三大优点:
不存在对细胞的毒害问题;
融合技术操作简便;
3、植板密度

初始植板密度一般为: 1×104/ml~ 1×105/ml
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4、原生质体再生植株的过程
细胞壁再生
细胞分裂与生长
愈伤组织或胚状体的形成 再生植株
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A-D当归(Angelica sinensis(Oliv) Diels)原生质体培养成再生苗 E-H,红豆草(Onobrychis vicaefolia Scop) )原生质体培养再生植株
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液体-固体双层培养
在培养皿的底部铺一层琼脂糖固体培养基, 再将原生质体悬浮液滴于固体培养基表面。 优点:固体培养基中的营养物质可缓慢释放到 液体培养基中,如果在下层固体培养基中加一 定量的活性炭,则还可以吸附培养物产生的一 些有害物质,促进原生质体的分裂和细胞团的 形成。 缺点:不易观察细胞的发育过程。
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机理:

1、NaNO3诱导融合
原生质体表面带有负电荷(-10~-30mV),同性 质电荷彼此凝聚的原生质体质膜无法靠近到足 以融合的程度。 NaNO3中的钠离子能中和原生质体表面的负 电荷,使凝聚的原生质体质膜紧密接触,促进 细胞融合.

融合率 0.1%-4%。
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2、PEG(聚乙二醇)与高pH、 高Ca2+相结合诱导融合
个细胞核的融合体。
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三、融合方式
诱导融合(induced fusion)——通过诱
导剂使两个彼此相邻的原生质体相互融合的
过程,称为诱发融合。
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诱导融合方法
(一)化学诱导融合:利用化学融合剂,促
使原生质体相互靠近、粘连融合的方法。

NaNO3融合法
高pH 、高Ca2+法
聚乙二醇(PEG)法
B.半纤维素酶,如Rhozyme HP150,用于悬浮细胞、豆 科根瘤、幼苗子叶及根细胞原生质体的分离; C.果胶酶,如Macerozyme R-10 又叫离析酶,主要含果 胶酶,活力较高,其含杂酶较多,用量不超过2%,作用 时间长有毒害作用;此外亦用Pectalyase Y-23,也叫离 析软化酶,活力极高,叶片用量一般为0.1-1.0%,悬浮 细胞为0.05%; D.崩溃酶(Driselase),为一种粗酶制剂,具有纤维素 酶及果胶酶活性;
子荧光激活选择器进行自动分类。
融合效率高。
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3、电融合的基本过程
细胞膜的接触:当原生质体臵于 电导率很低的溶液中时,电场通 电后,电流即通过原生质体而不 是通过溶液,其结果是原生质体 在电场作用下极化而产生偶极子 ,从而使原生质体紧密接触排列 成串;
原生质体成串
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膜的击穿:原生质体成串排列后,立即给 予高频直流脉冲就可以使原生质膜击穿,从 而导致两个紧密接触的细胞融合在一起。
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2、培养方法
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液体浅层培养
将含有原生质体的培养液在培养皿底部铺一薄 层,封口后进行培养。 优点:操作简单,对原生质体的损伤小,且易 于添加新鲜培养基转移培养物。 缺点:原生质体分布不均匀,常常发生原生质 体之间的粘连现象而影响其进一步的生长和发 育。此外,难以跟踪观察某一个细胞的发育情 况。
A-E, 培养的欧当归(Levisticum officinale Koch))原生质体分裂再生成植株的过程 F-L, 培养过程的核变化;F.多核,G.核穿壁,H.无丝分裂,I.染色体桥,J. 2n=22,K.L.多倍体.
第二节 体细胞杂交
一、定 义


细胞融合(Cell fusion):是指使用人工方法使 两个或两个以上的细胞合并形成一个细胞的技 术。 植物体细胞杂交(Somatic hybridization): 来自不同亲本的原生质体通过人工方法诱导融 合、离体培养、再生成杂种植株的技术。

钙离子浓度决定着细胞膜的稳定性和可塑性,影响原生 质体膜的结合; 高pH又能改变质膜的表面电荷,有利于细胞融合,但对

细胞有毒害;

在高Ca2+和pH溶液的作用下,将与质膜结合的PEG分 子洗脱,将进一步加剧电荷平衡失调,从而提高融合的
几率。

融合率10-50%
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培养过程:
PEG法诱导融合的特点
矮牵牛+爬山虎融合体的选择
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抗性互补选择
抗A不抗B 型细胞 融合体
抗B不抗A 型细胞
含A、B 培养基
杂种细胞
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白化互补选择法
以矮牵牛为例: 白化苗原 生质体1
融合
杂种细胞
限定培养基
白化苗原 生质体2
绿色愈伤组织 或幼苗杂种
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营养缺陷型互补选择
Gly-型细胞 融合 Pro-型细胞
培养
Gly-、Pro-培 养基
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1978年,Melchers获得了第
一个属间细胞杂种(番茄+
马铃薯);
Tomato+Potato= Pomato
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二、研究意义

◆杂交优势:两个遗传基础不同的植物或动物 进行杂交,其杂交后代所表现出的各种性状均 优于杂交双亲,比如抗逆性强、早熟高产、品 质优良等。
性,使有性杂交根本无法获得的种间、属间、 科间远缘杂种成为现实。
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