植物体细胞无性系变异PPT课件
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体细胞无性系变异
染色体的结构变异
主要包括缺失、重复、倒位及易位等 结构变异频率随染色体的不同而不同
基因突变（Gene mutation）
由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变， 而引起的基因结构的改变，就叫做基因突变 狭义仅指“点突变” 按照基因结构改变的类型，突变可分为碱基置换、 移码、缺失和插入4种。 按照遗传信息的改变方式，突变又可分为错义、无 义两类 按照表型效应，突变型可以区分为形态突变型、生 化突变型以及致死突变型等，对于基础理论研究及 遗传改良具有重要意义
3 培养基
培养基成分对体细胞无性系变异有影响 如：
豌豆根尖培养物加激动素（KT）和酵母浸出液，可 以诱导4倍体的分裂 纤细单冠菊的细胞培养中，添加2，4-D，可以诱导 2倍体成为4倍体
细胞质基因组的改变
主要是指独立于核基因组之外的细胞器（如叶绿 体、线粒体等）的遗传物质的变异 常见的如白化苗、雄性不育等
三 影响体细胞无性系变异的因素
基因型 外植体 培养基 继代培养时间 温度 组织原有倍数性
1 基因型
体细胞无性系变异的频率与植物种类和基因型有关 如麝香百合具有较强遗传稳定性，而甘蓝等则出现 各种倍性的嵌合体 如燕麦幼胚组织培养，愈伤组织继代4个月后， Tippecanoe 有12%染色体变异，而Lodi则达到50%
3）原生质体融合的过程包括？其成败关键 是？
异种原生质体—膜融合形成共同的质膜—胞质融 合—产生细胞壁—核融合 细胞核的融合是异种原生质体融合的关键
4）利用体细胞杂交技术获得再生植株的过程 包括那些步骤？
《体细胞无性系变异》课件
未来研究方向
在未来，研究人员将进一步探索体细胞无性系变 异的分子机制和应用领域。
总结
1 体细胞无性系变异的重要性
体细胞无性系变异在遗传学和分子生物学领域具有重要的理论和应用价值。
2 需要进一步深入研究和应用的方向
未来的研究应该聚焦于体细胞无性系变异的机制、调控以及在医学和农业领域的应用。
《体细胞无性系变异》 PPT课件
体细胞无性系变异是指体细胞中染色体在无性繁殖过程中发生的异常变化。 本课件将介绍体细胞无性系变异的概述、分类、诱发因素、检测和诊断、应 用以及体细胞无性系变异是指体细胞中染色体在无性繁殖过程中发生的异常变化。
为什么会发生体细胞无性系变异
应用
1
体细胞无性系变异在医学上的应用
体细胞无性系变异的研究为遗传疾病的治疗和基因编辑技术的发展提供了重要的依据。
2
体细胞无性系变异在农业上的应用
体细胞无性系变异的研究为改良农作物的耐性和产量提供了新的途径。
研究进展
相关学科的发展趋势
随着生物学和基因组学的进展，体细胞无性系变 异的研究正日益受到重视。
2 辐射
高能辐射，如X射线和γ射线，可能会导致细胞染色体的结构和数量异常。
3 病毒感染
某些病毒感染可能会引起细胞染色体的变异，以及遗传信息的改变。
检测和诊断
常用的检测技术
• 核酸杂交技术 • 染色体核型分析 • 荧光原位杂交技术
临床诊断应用
体细胞无性系变异的检测和诊断在遗传疾病的 预防和治疗中具有重要的意义。
体细胞无性系变异发生的原因可能涉及化学物质、辐射和病毒感染等多种因素。
分类
染色体数目变异
染色体结构变异
- 多染色体综合征 - 单染色体缺失 - 单染色体重复 - 倒位重组 - 染色体环形结构 - 染色体片段缺失或重复
植物体细胞无性系
⑵非整倍体变异 在离体培养中，经常也会出现奇数（n、3n等）的变异。这 可能是因为核融合，或者多被体细胞有丝分裂期间染色体 发生错配造成的。 染色体结构变异
李耿光等报道的玉米等再生植株中染色体结构 的变化频率显著高于染色体数目的异常,主要是染 色体断裂所引起的缺失以及粘合后出现的易位、 倒位、重排等引起的。
• 后代稳定快
一般无性系二代就可获得稳定株系,这是优良性状选择的 关键时期,从而大大缩短育种年限。但也有少部分无性系 是杂合体,要继续分离,不过多属简单分离,像株高,芒性等, 分离程度与供体植株的遗传背景有关,如水稻稳定无性系
• 能基本保持原品种的优良特性 仅改变1-2个性状，这就可以根据育种目标 , 针对现有品种的个别缺点进行选育,以期在短期 （2-3d）内筛选出所需的性状,避免基因重组带来 的麻烦。刁现民等认为 ,虽然利用无性系变异在 短时间内创造有很大突破的全新品种可能性比较 小,但针对现有 品种在株高、株型、抽穗期、粒 型、熟性、抗病性等单个性状进行有针对性的改 善是非常有效的 。
体细胞无性系变异的提出
Larkin和Scowcroft对有关植株变异的研 究结果进行总结，正式提出了植物细胞无 性系变异这一术语。
体细胞无性系变异的类型
遗传变异：自发变异，也有一部分是外植体中预先 存在的变异（个体发育中自然发生）
生理适应 非遗传变异 后生遗传变异
体细胞无性变异的类型
1） 生理适应是指由于某种外界条件存在而引起的性 状变异，这种变异会随着外界因素的消失而消失。 2） 后生遗传变异是指在基因的DNA序列没有发生变 化的情况下，基因功能发生了可遗传的变化，并最终导致 了表型变化，它是由基因表达调控发生变化，并不涉及基 因结构的改变。 后生遗传变异在细胞水平上可遗传的，在诱发条件消 除后，也能通过细胞分裂在一定时间内继续存在，但不能 通过再生植株的有性生殖传递给后代植株，也不能继续表 现在再生植株的二次培养物中。
11细工第10章
第九章 植物体细胞无性系变异
与突变体的筛选
本章学习重点
影响体细胞无性系变异的因素； 体细胞无性系突变体的筛选程序。
第一节 植物体细胞无性系变异
一、体细胞无性系变异的普遍性 二、体细胞无性系变异的类型 三、体细胞无性系变异的遗传基础 四、体细胞无性系变异的诱导
一、体细胞无性系变异的普遍性
（一）基本原理
离体材料在液氮中几乎所有的细 胞代谢活动、生长基本处于停止的状 态，当解冻后，又能恢复再生能力。
超低温保存时，降温冷冻和解冻 过程中容易引起植物材料的伤害：
n 细胞脱水过度，引起“溶液效应”； n 细胞液态水减少，引起质膜系统受损； n 细胞内水分结冰，形成冰晶，直接破坏细
胞结构。
链接
三、低温保存法
一种缓慢生长保存方法，是通过控制
培养温度来限制培养物各种生长因子的作
用，使培养物生长减少到最低限度，延长
继代的时间间隔。
一般在1-9℃（一些热带、亚热带植
物在10-20℃）下培养，一般一年继代一
次。
三、超低温保存
是指将植物的离体材料经过一 定的方法处理后在超低温（-196℃ 液氮）条件下进行保存的方法。
基因突变
DNA碱基序列中单个或多个碱基对发生 的变化，包括碱基序列替换、插入、缺失等。
基因突变被认为是体细胞无性系变异的 重要来源之一。植物组织和细胞经离体培养 后，在愈伤组织的脱分化和再分化过程中常 常会引起基因发生突变。
基因扩增
细胞内某些特定基因的拷贝数专 一性地大量增加的现象，是细胞在短 期内为满足某种需要而产生足够的基 因产物的一种调控手段。
6.超低温保存后细胞或组织活力检测
细胞活力检测 再培养的存活率 遗传稳定性检测
与突变体的筛选
本章学习重点
影响体细胞无性系变异的因素； 体细胞无性系突变体的筛选程序。
第一节 植物体细胞无性系变异
一、体细胞无性系变异的普遍性 二、体细胞无性系变异的类型 三、体细胞无性系变异的遗传基础 四、体细胞无性系变异的诱导
一、体细胞无性系变异的普遍性
（一）基本原理
离体材料在液氮中几乎所有的细 胞代谢活动、生长基本处于停止的状 态，当解冻后，又能恢复再生能力。
超低温保存时，降温冷冻和解冻 过程中容易引起植物材料的伤害：
n 细胞脱水过度，引起“溶液效应”； n 细胞液态水减少，引起质膜系统受损； n 细胞内水分结冰，形成冰晶，直接破坏细
胞结构。
链接
三、低温保存法
一种缓慢生长保存方法，是通过控制
培养温度来限制培养物各种生长因子的作
用，使培养物生长减少到最低限度，延长
继代的时间间隔。
一般在1-9℃（一些热带、亚热带植
物在10-20℃）下培养，一般一年继代一
次。
三、超低温保存
是指将植物的离体材料经过一 定的方法处理后在超低温（-196℃ 液氮）条件下进行保存的方法。
基因突变
DNA碱基序列中单个或多个碱基对发生 的变化，包括碱基序列替换、插入、缺失等。
基因突变被认为是体细胞无性系变异的 重要来源之一。植物组织和细胞经离体培养 后，在愈伤组织的脱分化和再分化过程中常 常会引起基因发生突变。
基因扩增
细胞内某些特定基因的拷贝数专 一性地大量增加的现象，是细胞在短 期内为满足某种需要而产生足够的基 因产物的一种调控手段。
6.超低温保存后细胞或组织活力检测
细胞活力检测 再培养的存活率 遗传稳定性检测
第10章-植物生物学ppt课件
这些变化在诱发条件消除以后，也能通过细
胞分裂在一定时间内继续存在，但不能通过再生植
株的有性生殖传给后代植株，也不能继续表现在由
再生植株产生的二次培养物中。
6
mutant
wild type
野生型是指在自然种群中占绝大多数 常被视为正常的基因型或个体。
9
形成多倍体或单倍体 数目变异
染色体突变 （最常见） 形成非整倍体
非整倍体变异：在正常染色体数（2n）的基础 上，体细胞中的染色体数目增加或减少1条至 数条的现象。
11
Types of multisite mutations
Inversions: ACBDEF Duplications ABCDEEF Deletions: ABCD-F Insertions: ABCDSEF Substitutions: ATCDEF
mosaic callus will undoubtedly be of different
genetic makeup.
18
10.2.2 在离体培养中自发产生
Genetic Variation arising during culture ( naturally occurring)
离体培养条件下的自发变异要远远高于活 体或植株水平。
23
在玉米的再生植株中，发现Ac因子有3% 的转座活性，而在原始植株中Ac是没有活性的。 在苜蓿再生植株中也观察到由转座子活化所引 起的花色变异。
24
逆转座子的转座需要通过RNA为中介 通过DNA转录为RNA后,再经逆转录成为
cDNA，并插入到基因组的新位点上的因子。
逆转座子是植物中主要的转座因子，在植 物中的拷贝数一般会比转座子高。已经有许多 受逆境（如组织培养，病毒侵染等）激活的逆 转座子被分离。
第十章 植物体细胞无性系变异
• 以突变体为工具，还从组织学和细胞学角度分析鉴 定了一些基因的表达与植物发育的关系。
• 在烟草、玉米中均通过质体突变体分离鉴定了与植
物叶绿体发育有关的核基因。玉米黄化突变体pun
是一个在光照下不可逆转的突变体，分析显示，该 突变体为一核单基因隐性突变，该基因的突变扰乱 了叶绿体基因编码的蛋白质积累，进而使叶绿体膜 系统发育不足，类囊体相关蛋白不能积累。
小
结
• 细胞工程技术对培养细胞具有遗传稳定性和变异性 的双重影响
• 体细胞变异在培养类型中具有普遍性，在变异性状 上具有局限性
• 体细胞变异可自发产生也可通过理化因子诱导产生
• 体细胞变异包括染色体数量和结构变异，但大多数 可利用变异多为基因突变；
• 利用体细胞变异可以直接培育品种也可作为生物学 相关研究的基础材料
（三）诱变
物理诱变 化学诱变
转座子插入
化学诱变
常用的化学诱变剂： - 烷化剂如DES，可改变DNA结构而引起突变； - 碱基类似物，核酸复制时，可掺入到新 合成的DNA分子中引起错配； - 移码诱变剂，如ICR化合物。
转座子插入诱变
• 转座子插入诱变是近年来利用分子生物学技术发 展起来的新的体细胞诱变方法。转座子既可直接 将外源基因带入细胞内获得新性状，又可以独立 插入通过其转座功能诱导变异。
• 激素引起的变异大多为倍性增加。 • 少数情况下激素引起类减数分裂而使倍性
减少。
二、培养基—物理状态
• 一般来讲，悬浮培养的细胞较半固体培养 的细胞易产生变异。
三、培养类型
• 原生质体培养的体细胞变异大于细胞培养， 而细胞培养的变异又大于组织器官培养的 变异。在细胞培养中，性细胞培养再生植 株的变异要大于体细胞培养的植株。
植物体细胞无性系变异
• 二、物种和基因型
• 体细胞无性系变异具有对物种和基因型的依赖
性，即无论再生模式如何，物种和基因型都影响 着体细胞无性系变异的发生o。5个大蒜品种经愈
伤组织培养以后，由体细胞胚胎发生途径产生再 生植株，对其中35株进行RAPD分析，发现变异 频率随品种而异：2个无性系SolenWhite和 CaliforniaLate的变异率接近1％，而另外3个无 性系Chineses·、LongKeeper和Madena约为 0.35％；用2个菠萝品种Kew、Queen和1个杂交 种KewXQueen的腋芽作为外植体进行再生，发
500个无性系中有5个对早疫病抗性增强， 800个无性系中有20个对晚疫病的抗性提高， 还有至少4个无性系表则为多抗。
• 培养禾谷类作物的未成熟组织，获得的再生植株 也发生了变异(图8—1)。观察这些再生引株的种 子后代特性，就能够确定这些变异的遗传性。在 墨西哥小麦品系Yaqui 50E的再生植株中观察到 大量的体细胞无性系变异，包括数量性状如高度、 分蘖数等和质量性状如子粒颜色、α—淀粉酶、 麦醇溶蛋白等。尽管大部分变异性状会在再生植 株自交后表现分离，但仍有一些变异性状是不分 离的，因此认为前者变异的·基因型是杂和态的， 后者是纯合态的。此外，相似的变异如株高、分 蘖数、谷粒数份蘖、单粒重、白化苗率等，在水 稻、玉米及其他禾谷类作物中也有报道。
第三节 植物体细胞无性系变异的机理
• 目前一些可能的机理包括：①预先存在的 变异表达；②染色体数目变化；③点突变； ④体细胞染色体交换及姐妹染色单体交换； ⑤DNA复制和缺失；⑥转座因子的活化； ⑦DNA甲基化；⑧胞质DNA的变化；⑨外 遗传变异。
一、预先存在的变异表达
• 预先存在的变异有两种形式：①来源于不同组织、 染色体倍性存在差异的细胞，或称为多细胞外植 体(multicellularexplant)，如韧皮部细胞、薄壁 细胞、木质部细胞等。这些细胞在不同组织内的 分化和生长是非同步的，当外界条件改变(如不同 生长调节剂条件下)时，这些细胞的发育就会改变 方向，从而产生变异。②嵌合体(chimeras)。 Harmann(1983)认为：嵌合体的存在主要是由于 “构成组织的细胞遗传背景不同，或者是分生组
细胞工程课件第九章 植物体细胞无性系变异与突变体的筛选
X,α,β,γ 射线及紫外线
碱基类似物
烷化剂
DNA分子结构 插入物
DNA复制中，“以假乱真”， 如5-溴尿嘧啶(BU)、2-氨基 嘌呤等
带有不稳定烷基，能改变DNA的 化学结构。甲基磺酸乙酯
二、植物体细胞无性系突变体的筛选 1、突变体筛选的一般原则
（1)多种检测手段相结合，初筛与复筛相结 合
（2)离体筛选与常规 育种相结合
学习的目标与要求：
了解体细胞无性系变异的意义、掌握体细胞无性系 变异的诱导方法和筛选方法，了解体细胞无性系变异 的遗传机理。
一、植物体细胞无性系变异
1、体细胞无性系变异的表现和普遍性
植物细胞、组织、器官在无菌条件下进行离体人 工培养，经过脱分化和再分化过程，重新形成愈伤组 织和完整植株称为体细胞无性系（somaclones）。
5
80.7
16.8
2.5
13
4.8Βιβλιοθήκη 79.56.69.1
17
9.7
81.5
7.9
0.9
染色体断裂与重组－－非整倍体、四倍体 产生染色体结构变异的一般不能正常生长
染色体畸变中出现的双着丝粒染色体在细胞分 裂后期如不能被拉断，就会在两核之间形成染色 体桥，出现四倍体。
3、人工诱发变异
人工诱变
物理诱变
化学诱变
2、体细胞无性系变异的类型及遗传基础
（1）体细胞无性系变异的类型 遗传变异(genetic variation)：是获得新种质的有效
途径。 非遗传变异 生理适应(physiologic adaptation)：由于某种外
界条件存在而引起的性状变异，会随着外界因素的消失而 消失
后生遗传变异(epigenetic variation)：遗传物质没 有发生改变，只是基因的表达调控发生改变而引起的变异。
植物生物技术 第四章 植物体细胞无性系变异与植物改良
现稳定的Adh1(玉米乙醇脱氢酶)位点变异体
第三节
（二）、碱基修饰
DNA甲基化(DNA methylation) 是活体细胞中最常见的一种碱基修饰形 式
DNA甲基化是指由甲基转移酶介导，以S-腺苷-甲硫氨酸为甲基供体，在 胞嘧啶(C)5 位碳原子上加入一甲基基团，使之变成5-甲基胞嘧啶的化学反 应
第一节
二、体细胞无性系变异的分类
依据变异来源进行分类： 1. 自发型变异
离体的茎、叶或芽等培养中，由胚状体或原生质体再生的植株会出现某些形 态、性状等方面的变异，这种变异可能与取材部位及同一部位不同细胞自发 变异有关。
一般来讲，长期营养繁殖的植物、培养时间较长或继代次数多等，均容 易出现较高的变异率。另外，培养类型中，原生质体、细胞、愈伤组织 培养等所出现的变异频率要高于组织或器官培养的变异
第一节
按照细胞全能性学说，植物的每一个体细胞都具有相同的遗传信息，由它们 分化再生的植株应当在遗传上是完全相同的，仍保持母体植株的遗传稳定性
从外植体直接产生腋芽或不定 芽而形成的再生植株时，这一 结论是正确的
当从愈伤组织中诱导出不定芽时或者通过体细胞 胚胎发生诱导植株再生时，常常产生一些异常的 再生植株
第一节
第一节 体细胞无性系变异的分类及特点
一、概念
早期提出把来源于愈伤组织和原生质体的再生植株称为愈伤组织无性系 (calliclones)和原生质体无性系(protoclones) Larkin 和Scowcroft(1981)提出由任何形式细胞培养所得的再生植株统称为体细 胞无性系(somaclones)
第二节
三、玉米
由未成熟胚的愈伤组织再生的植株中表现有节数、叶序和穗形的变异
郑银洲等从不同来源的玉米纯系的幼雄穗组织培养获得了正常结实的再生植株， 而其后代出现广泛的变异，这些变异包括分蘖、分枝、叶型、叶鞘颜色、粒型、 粒色、穗型及生育期等，直到SC3，有的变异稳定，有的仍在分离
第三节
（二）、碱基修饰
DNA甲基化(DNA methylation) 是活体细胞中最常见的一种碱基修饰形 式
DNA甲基化是指由甲基转移酶介导，以S-腺苷-甲硫氨酸为甲基供体，在 胞嘧啶(C)5 位碳原子上加入一甲基基团，使之变成5-甲基胞嘧啶的化学反 应
第一节
二、体细胞无性系变异的分类
依据变异来源进行分类： 1. 自发型变异
离体的茎、叶或芽等培养中，由胚状体或原生质体再生的植株会出现某些形 态、性状等方面的变异，这种变异可能与取材部位及同一部位不同细胞自发 变异有关。
一般来讲，长期营养繁殖的植物、培养时间较长或继代次数多等，均容 易出现较高的变异率。另外，培养类型中，原生质体、细胞、愈伤组织 培养等所出现的变异频率要高于组织或器官培养的变异
第一节
按照细胞全能性学说，植物的每一个体细胞都具有相同的遗传信息，由它们 分化再生的植株应当在遗传上是完全相同的，仍保持母体植株的遗传稳定性
从外植体直接产生腋芽或不定 芽而形成的再生植株时，这一 结论是正确的
当从愈伤组织中诱导出不定芽时或者通过体细胞 胚胎发生诱导植株再生时，常常产生一些异常的 再生植株
第一节
第一节 体细胞无性系变异的分类及特点
一、概念
早期提出把来源于愈伤组织和原生质体的再生植株称为愈伤组织无性系 (calliclones)和原生质体无性系(protoclones) Larkin 和Scowcroft(1981)提出由任何形式细胞培养所得的再生植株统称为体细 胞无性系(somaclones)
第二节
三、玉米
由未成熟胚的愈伤组织再生的植株中表现有节数、叶序和穗形的变异
郑银洲等从不同来源的玉米纯系的幼雄穗组织培养获得了正常结实的再生植株， 而其后代出现广泛的变异，这些变异包括分蘖、分枝、叶型、叶鞘颜色、粒型、 粒色、穗型及生育期等，直到SC3，有的变异稳定，有的仍在分离
第九章植物体细胞无性系变异
另外： 另外： 在继代中可以采用逐步提高 筛选压力法， 筛选压力法，也可以采用同样筛 选压力下多次继代法。 选压力下多次继代法。
3、变异性状的稳定性鉴定 、 鉴定原因： 鉴定原因：选择培养基上存活的细胞并非都是突 变细胞；体细胞无性系变异并非都可以稳定遗传。 变细胞；体细胞无性系变异并非都可以稳定遗传。 鉴定方法： 鉴定方法： （1）选择出来的细胞或组织放在正常培养基继代 ） 几次，仍表现变异性状者为突变体； 几次，仍表现变异性状者为突变体； （2）再生植株水平鉴定； ）再生植株水平鉴定； （3）再生植株后代鉴定。 ）再生植株后代鉴定。
第九章 植物体细胞无性系变异
一、体细胞无性系变异的概念 二、体细胞无性系变异体的筛选 三、影响体细胞无性系变异的因素 四、体细胞无性系变异的机理 五、体细胞无性系变异的应用
一、体细胞无性系变异的概念 1、概念：培养物在培养阶段发生 、概念： 变异， 变异，导致再生植株也发生遗传改变 的现象。 的现象。胚胎发生和器官发生途径都 会出现这种现象。 会出现这种现象。
什么是体细胞无性系变异？ 什么是体细胞无性系变异？ 为什么要进行体细胞无性系变异的研究？ 为什么要进行体细胞无性系变异的研究？
谢谢大家
五、体细胞无性系变异的应用
改良作物品种个别缺点， 改良作物品种个别缺点，简便快速 利用丰富变异， 利用丰富变异，拓宽种质资源 离体培养远缘杂种， 离体培养远缘杂种，利用组培过程中非同 源染色体的联会和交换， 源染色体的联会和交换，实现野生种的染 色体片断向栽培种的导入。 色体片断向栽培种的导入。
思考题
植株水平鉴定可以进行形态、 植株水平鉴定可以进行形态、 生理生化鉴定，也可以进行 生理生化鉴定，也可以进行DNA 水平、RNA水平和蛋白质水平鉴 水平、 水平和蛋白质水平鉴 定。
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诱变 化学诱变
转座子插入
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化学诱变
常用的化学诱变剂： - 烷化剂如DES，可改变DNA结构而引起突变； - 碱基类似物，核酸复制时，可掺入到新 合成的DNA分子中引起错配； - 移码诱变剂，如ICR化合物。
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转座子插入诱变
• 转座子插入诱变是近年来利用分子生物学技术发 展起来的新的体细胞诱变方法。转座子既可直接 将外源基因带入细胞内获得新性状，又可以独立 插入通过其转座功能诱导变异。
•目前，使用较多的转座子体系是玉米的Ac/Ds系统。首 先采用基因转化的方法将Ac/Ds导入受体细胞，再通过体 细胞培养或再生植株的自交或测交使Ac因子切除，由于转 座子插入的随机性，即可在切除Ac的植株中筛选出不同变 异。利用这一途径已在苜蓿、马铃薯、番茄、甘蓝等多种 植物上获得可利用的体细胞变异植株。
变率高，选择机会多。
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步骤：
诱变材料的选择
自发变异
细胞诱变
突变体筛选
突变体稳定性鉴定
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（一）诱导起始材料的选择
选择 起始 材料 原则
目标性状 的可行性
试验植物 细胞培养 技术水平
适当的 细胞类型
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（二）自发突变
一般来讲，长期营养繁殖的植物、培养时间较长或 继代次数多等，均容易出现较高的变异率。另外，培养 类型中，原生质体、细胞、愈伤组织培养等所出现的变 异频率要高于组织或器官培养的变异。
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五、代谢途径研究
• 突变体作为代谢活动调控研究的工具，具有十 分便利和高效的优势。可根据需要建立某一代 谢途径中每一个调节点的突变体，也可以与基 因工程相结合，对一些关键调控过程进行修饰 和改造，使代谢过程按照人类需要进行。因此 而发展起来的新型学科领域称之为代谢工程。
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（四）突变体选择
直接筛选
间接筛选
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直接选择
其方法是用一种含有特定物质的选择培养基，在 此培养基上只有突变细胞能够生长，非突变细胞 不能生长，从而直接筛选出突变性。
贾敬芬等以小麦幼胚愈伤组织为材料，在含有 1.4%NaCl的N6培养基上直接筛选出小麦耐盐系。
郑企成等曾将小麦“京花1号”花药经γ射线处理后， 再经0.5NaCl培养基直接筛选出耐盐再生株系。
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三、遗传学研究
• 突变体直接用于基因功能鉴定 • 突变DNA序列用作分子标记进行遗传研究
• 利用突变体策略已分离出一些功能基因和抗病基
因，如玉米乙醇脱氢酶基因ADH，赤霉素合成相
关基因、生长素敏感性基因等。
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四、发育生物学研究
• 利用体细胞突变策略对植物发育的基因调控 研究已在模式植物拟南芥和金鱼草等植物中 广泛开展，并分离出一大批不同发育阶段和 组织类型的突变体。
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间接选择
间接选择是一种借助于与突变表现有关的性状 作为选择指标的筛选方法。
Dorffling等以羟脯氨酸（HYP）为选择剂，获得 了耐HYP的体细胞变异系，其抗寒性比供体亲本增 强，且能稳定遗传。
林定波等将锦橙株心细胞愈伤组织的悬浮细胞经γ 射线照射，然后在高浓度脯氨酸培养基中培养筛选， 获得了抗寒体细胞变异愈伤组织，其再生植株抗寒 性比供体植株提高2.4℃。
第一节 植物体细胞无性系变异的变异及其应用
一、概念
•LarkinScowcroft（1981）提出把由任何形式的 细胞培养所产生的植株统称为体细胞无性系 （somaclones）。
• 在培养阶段发生变异，进而导致再生植株亦发 生遗传改变的现象，称为体细胞无性系变异 （somaclonal variation）。
• 据统计，诱导突变已被用来改良诸如小麦、 水稻、大麦、棉花、花生和菜豆这些种子繁 殖的重要作物。
• 在全世界50多个国家中已发放了1000多个 由直接突变获得的或由这些突变相互杂交而 衍生的品种。
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在各国现有通过体细胞诱变选育的谷类作物品 种中，品质得到不同程度改良的占34.3%。
• 在水稻方面，国外至少育成了12个米质优良 的品种。如法国选育的Delta，以其良好的 籽粒品质占该国水稻总面积的20%。
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四、体细胞无性系变异的诱导与离体筛选
体细胞无性系变异的筛选有以下明显的优点： －可以小空间内对大量个体进行选择； －筛选可以在几个细胞周期内完成，且不受季节限制； －诱变和筛选条件可精确控制，试验重复性好； －突变体来源于单细胞，避免了植株出现嵌合体； －在细胞培养系统中，诱变剂可较均匀地接触细胞，突
• 此外，还有丹麦无花青素原大麦Galant。
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• 据不完全统计，诱变品种中大约有1/4是抗 病品种，其中80%左右为抗真菌品种。
• 耐盐、抗旱、抗寒变异也已筛选出众多中间 材料，有的已进入区域试验，有的已用于生 产。
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二、加强外源基因向栽培种的渐渗
• 对远缘杂交的体细胞杂种、单体异附加系和 异代换系等材料进行组织培养，能使它们发 生遗传交换，提高外源基因向栽培种渐渗。
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• 以突变体为工具，还从组织学和细胞学角度分析鉴 定了一些基因的表达与植物发育的关系。
• 在烟草、玉米中均通过质体突变体分离鉴定了与植
物叶绿体发育有关的核基因。玉米黄化突变体pun
是一个在光照下不可逆转的突变体，分析显示，该 突变体为一核单基因隐性突变，该基因的突变扰乱 了叶绿体基因编码的蛋白质积累，进而使叶绿体膜 系统发育不足，类囊体相关蛋白不能积累。
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二、变异主要涉及两个方面：
• 表型变异
包括形态特征、生长习性、抗性等
• 染色体变异
数目、结构（缺失、互换、易位、倒 位）
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三、体细胞变异的优缺点：
• 优点： 适用于各种组培植物； 持续快速提供变异源； 消除优良品种的一个或几个缺陷； 提供新型变异株系。
• 缺点： 继代多次后，植株再生能力减弱； 变异不稳定，经杂交或自交后发生变化； 变异没有可预见性，常产生不适变异。
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（五）突变体稳定性鉴定
•突变细胞或组织鉴定
•在正常培养基上继代培养几次进行鉴定。
•突变植株鉴定
•当代鉴定或自交后代鉴定
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二、体细胞无性系变异的应用
改良作物品种 拓宽种质资源
加强外源基因向 栽培种的渐渗
遗传学研究
发育生物学研究
代谢研究
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一、改良作物品种、拓宽种质资源
转座子插入
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化学诱变
常用的化学诱变剂： - 烷化剂如DES，可改变DNA结构而引起突变； - 碱基类似物，核酸复制时，可掺入到新 合成的DNA分子中引起错配； - 移码诱变剂，如ICR化合物。
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转座子插入诱变
• 转座子插入诱变是近年来利用分子生物学技术发 展起来的新的体细胞诱变方法。转座子既可直接 将外源基因带入细胞内获得新性状，又可以独立 插入通过其转座功能诱导变异。
•目前，使用较多的转座子体系是玉米的Ac/Ds系统。首 先采用基因转化的方法将Ac/Ds导入受体细胞，再通过体 细胞培养或再生植株的自交或测交使Ac因子切除，由于转 座子插入的随机性，即可在切除Ac的植株中筛选出不同变 异。利用这一途径已在苜蓿、马铃薯、番茄、甘蓝等多种 植物上获得可利用的体细胞变异植株。
变率高，选择机会多。
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步骤：
诱变材料的选择
自发变异
细胞诱变
突变体筛选
突变体稳定性鉴定
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（一）诱导起始材料的选择
选择 起始 材料 原则
目标性状 的可行性
试验植物 细胞培养 技术水平
适当的 细胞类型
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（二）自发突变
一般来讲，长期营养繁殖的植物、培养时间较长或 继代次数多等，均容易出现较高的变异率。另外，培养 类型中，原生质体、细胞、愈伤组织培养等所出现的变 异频率要高于组织或器官培养的变异。
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五、代谢途径研究
• 突变体作为代谢活动调控研究的工具，具有十 分便利和高效的优势。可根据需要建立某一代 谢途径中每一个调节点的突变体，也可以与基 因工程相结合，对一些关键调控过程进行修饰 和改造，使代谢过程按照人类需要进行。因此 而发展起来的新型学科领域称之为代谢工程。
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（四）突变体选择
直接筛选
间接筛选
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直接选择
其方法是用一种含有特定物质的选择培养基，在 此培养基上只有突变细胞能够生长，非突变细胞 不能生长，从而直接筛选出突变性。
贾敬芬等以小麦幼胚愈伤组织为材料，在含有 1.4%NaCl的N6培养基上直接筛选出小麦耐盐系。
郑企成等曾将小麦“京花1号”花药经γ射线处理后， 再经0.5NaCl培养基直接筛选出耐盐再生株系。
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三、遗传学研究
• 突变体直接用于基因功能鉴定 • 突变DNA序列用作分子标记进行遗传研究
• 利用突变体策略已分离出一些功能基因和抗病基
因，如玉米乙醇脱氢酶基因ADH，赤霉素合成相
关基因、生长素敏感性基因等。
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四、发育生物学研究
• 利用体细胞突变策略对植物发育的基因调控 研究已在模式植物拟南芥和金鱼草等植物中 广泛开展，并分离出一大批不同发育阶段和 组织类型的突变体。
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间接选择
间接选择是一种借助于与突变表现有关的性状 作为选择指标的筛选方法。
Dorffling等以羟脯氨酸（HYP）为选择剂，获得 了耐HYP的体细胞变异系，其抗寒性比供体亲本增 强，且能稳定遗传。
林定波等将锦橙株心细胞愈伤组织的悬浮细胞经γ 射线照射，然后在高浓度脯氨酸培养基中培养筛选， 获得了抗寒体细胞变异愈伤组织，其再生植株抗寒 性比供体植株提高2.4℃。
第一节 植物体细胞无性系变异的变异及其应用
一、概念
•LarkinScowcroft（1981）提出把由任何形式的 细胞培养所产生的植株统称为体细胞无性系 （somaclones）。
• 在培养阶段发生变异，进而导致再生植株亦发 生遗传改变的现象，称为体细胞无性系变异 （somaclonal variation）。
• 据统计，诱导突变已被用来改良诸如小麦、 水稻、大麦、棉花、花生和菜豆这些种子繁 殖的重要作物。
• 在全世界50多个国家中已发放了1000多个 由直接突变获得的或由这些突变相互杂交而 衍生的品种。
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在各国现有通过体细胞诱变选育的谷类作物品 种中，品质得到不同程度改良的占34.3%。
• 在水稻方面，国外至少育成了12个米质优良 的品种。如法国选育的Delta，以其良好的 籽粒品质占该国水稻总面积的20%。
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四、体细胞无性系变异的诱导与离体筛选
体细胞无性系变异的筛选有以下明显的优点： －可以小空间内对大量个体进行选择； －筛选可以在几个细胞周期内完成，且不受季节限制； －诱变和筛选条件可精确控制，试验重复性好； －突变体来源于单细胞，避免了植株出现嵌合体； －在细胞培养系统中，诱变剂可较均匀地接触细胞，突
• 此外，还有丹麦无花青素原大麦Galant。
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• 据不完全统计，诱变品种中大约有1/4是抗 病品种，其中80%左右为抗真菌品种。
• 耐盐、抗旱、抗寒变异也已筛选出众多中间 材料，有的已进入区域试验，有的已用于生 产。
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二、加强外源基因向栽培种的渐渗
• 对远缘杂交的体细胞杂种、单体异附加系和 异代换系等材料进行组织培养，能使它们发 生遗传交换，提高外源基因向栽培种渐渗。
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• 以突变体为工具，还从组织学和细胞学角度分析鉴 定了一些基因的表达与植物发育的关系。
• 在烟草、玉米中均通过质体突变体分离鉴定了与植
物叶绿体发育有关的核基因。玉米黄化突变体pun
是一个在光照下不可逆转的突变体，分析显示，该 突变体为一核单基因隐性突变，该基因的突变扰乱 了叶绿体基因编码的蛋白质积累，进而使叶绿体膜 系统发育不足，类囊体相关蛋白不能积累。
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二、变异主要涉及两个方面：
• 表型变异
包括形态特征、生长习性、抗性等
• 染色体变异
数目、结构（缺失、互换、易位、倒 位）
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三、体细胞变异的优缺点：
• 优点： 适用于各种组培植物； 持续快速提供变异源； 消除优良品种的一个或几个缺陷； 提供新型变异株系。
• 缺点： 继代多次后，植株再生能力减弱； 变异不稳定，经杂交或自交后发生变化； 变异没有可预见性，常产生不适变异。
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（五）突变体稳定性鉴定
•突变细胞或组织鉴定
•在正常培养基上继代培养几次进行鉴定。
•突变植株鉴定
•当代鉴定或自交后代鉴定
2021
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二、体细胞无性系变异的应用
改良作物品种 拓宽种质资源
加强外源基因向 栽培种的渐渗
遗传学研究
发育生物学研究
代谢研究
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一、改良作物品种、拓宽种质资源