植物花药和花粉培养

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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。
常规方法： AAbb出现的概率为1/16，并且不能将AAbb 与Aabb、aAbb区分开。
AB
Biblioteka Baidu
aB
Ab
ab
AB
AABB AaBB AABb AaBb
aB
aABB aaBB aABb aaBb
Ab
AabB AabB AAbb Aabb
ab
aAbB aabB aAbb aabb
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（2）提高了目标基因型的选择效率
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。
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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 小孢子分裂数次形成愈伤， 再分化形成花粉植株。此途径产生的植株会出现变 异且倍性复杂。
（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) 。
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
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花药和花粉培养方法
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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。
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
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花粉孢子体发育途径 （雄核发育）
（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
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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）
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
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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
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（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
第七章 植物花药和花粉培养
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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）
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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
Ab----------------------------> AAbb ab-- --------------------------> aabb
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（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。
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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。
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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
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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
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烟草花药培养
通过胚状体途径再生形成小植株
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胚状体发育途径
芸苔属小孢子培养
a) 球形胚
d) 鱼雷形胚
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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
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部分花药产生愈伤组织
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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。
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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， 共同形成单倍体