无性系变异
植物体细胞变异
changes may remain
through cell division
for the remainder of
the cell's life and may
also last for multiple
generations. However,
there is no change in
the underlying DNA
体细胞无性系变异： 体细胞培养的任何阶段所产生的变异（细胞，原生 质体，愈伤组织，再生植株等）的统称 。
5
3.体细胞无性系变异的主要表现
A 培养细胞的形态结构及生长能力的变化
不同的培养条件下棉花细胞的形态结构
6
B 细胞器官分化或体细胞胚胎发生能力的改变
长期继代培养容易导致植物愈伤组织丧失胚胎发生能力
19
7 DNA 甲基化变化与体细胞无性系变异
➢DNA methylation: Addition of a methyl group to the 5 position of cytosine pyrimidine ring or the number 6 nitrogen of the adenine purine ring . ➢This modification can be inherited through cell division. DNA methylation is typically removed during zygote formation and reestablished through successive cell divisions during development. ➢A crucial part of normal organismal development and cellular differentiation in higher organisms.
植物体细胞无性系变异与体细胞遗传
第十二章植物体细胞无性系变异与体细胞遗传第一节 植物体细胞无性系变异概念与应用一、植物体细胞无性系及其变异概念体细胞无性系和体细胞无性系变异（somaclone and somaclonal variation ）：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。
其所产生的变异称为体细胞无性系变异。
二、植物体细胞无性系变异的应用1、体细胞无性系变异与抗病育种2、体细胞无性系变异与抗非生物胁迫（耐盐、耐铝、耐旱、抗除草剂、抗虫；种子品质改良；外源基因的整合）。
3、遗传研究4、发育生物学研究5、生化代谢途径研究第二节 植物体细胞无性系变异的遗传学基础与特点一、遗传学基础1、染色体数目变化大量研究表明，染色体变异是植物组织培养的一个基本特点。
培养时间的长短（时间延长染色体变化明显） 愈伤组织细胞染色体数目 植物种类不同而不同同一物种不同基因型同一基因型不同外植体（细胞、原生质体、器官） 同一外植体不同生理年龄李士生和张玉玲（1991）以小麦幼穗为外植体于不同培养基和不同培养时间研究愈伤组织染色体的变化如下表：培养时间延长，各培养基上愈伤组织中正常二倍体细胞的频率有逐渐上升趋势。
细胞和原生质体培养较难，尤其是禾本科植物，因此有关他们的染色体数变化的详细报道还很少，有待进一步研究。
2、染色体结构变化染色体断裂与重组。
在马铃薯、黑麦草和燕麦的体细胞无性系变异中发现染色体易位。
在黑麦草和大麦等体细胞无性系变异中发现染色体缺失、重复、到位以及其它的微小的染色体重组。
3、单基因突变4、细胞质遗传上的改变5、DNA序列的选择性扩增和丢失与核的变化6、转座子激活7、DNA甲基化8、非正常有丝分裂二、影响体细胞无性系变异的因素1．供体植物供体植物的倍性、基因型、外植体等2．培养基及培养方式不同激素浓度与染色体倍性。
3．继代培养的次数一般而言，离体培养时间越长，继代次数越多，细胞变异的几率就越高。
植物体细胞无性系变异
直接筛选
间接筛选
（四）突变体选择
直接选择
01
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。
02
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。
03
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。
1
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。
2
一、改良作物品种、拓宽种质资源
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%。
01
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%。 此外，还有丹麦无花青素原大麦Galant。
01
A
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。
B
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。
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。
1
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。
2
转座子插入诱变
植物体细胞无性系变异技术的研究进展
・２３ ・ ８
广 西 农 业科 学
２０ ０ ７年 第 ３ ８卷 第 ３期
植 物 体 细 胞 无 性 系 变异 技 术 的研 究 进 展
陆柳英 莫 饶 李开绵卜 ， ，
（． １ 中国 热 带 农 业 科 学 院 热 带 作 物 品 种 资源 研 究所 ， 海 南儋 州 ５ １ ３ ； ２ 华 南 热 带 农 业 大 学 农 学 院 ， ７ ７ ７ ．
ｍａ ｌ ｎ ａ ｉ ｔ ｎ ｃ ｍｂ ｎ ｎ ｕ ａ ｉｎ ｂ ｅ ｄｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｃｏ ｅ ｖ ｒａ ｉ ｏ ｉ ｉ ｇ ｍ ｔ ｔ ｒ ｅ ｉ ｇ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ．Ｔｈ ｓ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｓ ａ ｐ ｉｄ ｉ ｒ ｅ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｍｏ ｅ ｏ ｏ ｉ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｉ ｐ ｌ ｎ ｂ ｅ ｄ ｎ ｒ ｎ ｒ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｇ ｅ ｔｐ ｏ ｒ ｓ ｅ ａ ｅ ｂ ｅ ｃ ｅ ｅ ．Ｉ ｓａ ｈ ｅ ｅ ｎ ｓ ｈ ｖ ｎ ｉ ｆｕ ｎ ｅ ｏ ｅ ｐ ｅ Ｓ ｌ ｅ ａ ｄ ｃ ｏ ｒ ｄ ｃ ｎ ｈ ｒ ａ ｒ ｇ ｅ ｓ ｓ ｈ ｖ ｅ ｎ ａ ｈｉｖ ｄ ｔ ｃ ｉｖ ｍｅ ｔ ａ ｅ ａ ｎ ｌ ｅ ｃ ｎ ｐ ｏ ｌ ’ ｉ ｎ ｒ ｐ ｐ ｏ ｕ — ｆ
ｔｏｎ． Ｉ ｈ ｐ ｐｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ａ ｒ， ｔ ｅ ｃ ｔ ｏｇｙ，ｆ ｎｄａ ｉ ｆ ｍ ｏ ｅ ｕ ａ ｏｌ ｙ ａ ｉ ｌ ｎｃ ａ ｔ ｒ ｏ ａ ｌ ｅ ａ ｉｔｏ ｎ ｈ ｙ ｏｌ ｏｕ ｔｏｎ ｏ ｌ ｃ ｌ ｒ ｂｉ ｏｇ ｎｄ ｎｆｕｅ ｅ ｆ ｃ ｏ ｓ ｏｆｓ ｍ ｃｏｎ ｖ ｒａ ｉｎ ｉ ｐｌｎｔ ｅ ｅｂｒｅ ｌ ｎｔｏｄｕ ｅ ａ ｓｗ ｒ ｉｆｙｉ ｒ ｃ ｄ，ａ ｈｅｄｅ ｌｐｍ ｅ ｎｄ ｃ ｒ ｎ ｔ ｔ ｓ ｏ ｅ ｈｎ ｏ ｏｒｍ ｕｔ ｔｏ ｎ ｕ ａｇ ｎｅ ｉ ｎｄ ｔ ｖｅｏ ｎｔａ ｕｒ ｅ ｔｓ ａ ｕ ｆｔ ｃ ｏｌ ｇｙ ｆ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｍ ｔ ｅ ｓｓ
体细胞遗传变异
第三章
体细胞遗传变异
体细胞无性系：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。 体细胞无性系变异：由体细胞无性系表 现出来的变异。 从对生物遗传的影响而言，细胞工程技 术本身即包含了双重性：遗传稳定性和 变异性。
主要内容
离体培养中的遗传与变异特点 体细胞变异的细胞遗传学基础 体细胞变异的分子遗传学基础 体细胞无性系变异诱导与选择应用
继代次数 由继代次数引起的体细胞变异几乎在 各种类型的植物中均有报道。一般来 讲，继代时间越长，继代次数越多， 细胞变异的机率就越高。
第二节 体细胞变异的细胞遗传学基础
一、DNA核内重复复制
二、染色体断裂与重组
三、非正常有丝分裂
纺锤体 形成异 常使得 有丝分 裂不正 常是其 原因之 一。
二、离体培养下变异特点 变异的普遍性
变异的局限性 嵌合性
变异的普遍性
变异发生在各 种培养类型中
不同培养类型 变异频率不同
部分植物离体培养再生植株的表型变异频率
与有性重组相比，体细胞突变性状具 有一定局限性。
从表型上看，在不同植物类型中经常发生 的变异主要是植株形态（株高、叶形、叶 色等）、生长势、育性、某些抗性等性状 的变异。
一、诱变起始材料的选择 原则： 1）目标性状的可行性 2）试验植物的细胞培养技术水平 3）适当的细胞类型
二、自发诱变
三、细胞诱变
物理诱变 化学诱变 转座子插入诱变
物理诱变
化学诱变
转座子插入诱变
四、突变体的选择
直接选择
间接选择
直接选择
间接选择
五、体细胞变异的应用
第一节 离体培养中的遗传与变异特点 1、离体培养中的遗传稳定性
《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
果树体细胞无性系变异与品种改良
Ｙ ｕ —ｉ Ｎ ｔ ｎ ｌ ｅ ａ ｏａｏｙｏ ｎｔ ｍ ｒｖｍｅｔｎＣｏｓ Ｈ ａｈｎ ｇｉ ｌ ｒｌ ｎ ｅ ｉ ，Ｗ ｈ ｎ４ ０ ７ ） Ｉ ａＬｎ（ ａｉ ａ ＫｙＬ ｂｒｔｒ Ｃ ｅ Ｉ ｐｏｅ ｎ ｒ ， ｕｚｏｇＡ ｒ ｕ ｕａ ｉ ｒｔ Ｈ ｏ ｆ￣ ｗ ｉ ｐ ｃｔ Ｕ ｖ ｓｙ ｕ ａ ３０ ０
行果树 品种选 育 的传统 ， 现在 的许 多果 树 主要 栽 培 品种都 是 通 过 芽 变 选 种 得 到 的 ， 红 富 士 苹 果 、 像 纽
色 。Ｉｒｅ 等 通 过 离体 培 养 ， 同 代 获 得 了红 蕉 ｓ ｌ ａｉ 在
和绿蕉两 种 类 型 的再 生植 株 。他 们 还认 为香 蕉 “ ａｅ ｄｓ ” 体再 生植 株 矮 化 变 异 大 多 来 源 于 培 Ｃ ｖｎ ｉ 离 ｈ 养 茎 尖 的嵌 合构 成 ， 通 过 分 离 嵌 合 体 ， 得 了遗 并 获 传 性状 较 稳 定 的 非 矮 化 或 矮 化 无 性组 织与细 胞培 养过程 中， 细胞 无性 系变异的普遍 性 和 多样性 ， 响体 细胞 无性 系变异 的 因素和 调控措 施 ， 体 影
导致体细胞无性 系变异 可能的细胞 学与分子机制 ， 以及 体细胞无性 系变异与 果树 品种 改 良的 关 系作 了阐述 ， 并对 果树 体细
胞 无 性 系 变异 的 研 究前 景 作 了展 望 。
一
再生出植株。从理论上讲 ， 由同一外植体分化形成 的再 生植 株 在 遗 传 物质 构 成 上 是 完 全 一 致 的 。但 是 ， 来 越多 的报 道 显 示 ， 树 的 离 体 培 养 物 和 再 越 果 生植株 会 发 生形 态 学 、 细胞 学 及 遗传 物 质 （ Ｎ 的 Ｄ Ａ） 变异 ， 即体 细胞 无 性 系 变 异 （ ｏ ａｌｎ ｌ ａ ａ ｏ ） ｓｍ ｃ ａ ｖｒ ｔ ｎ 。 ｏ ｉ ｉ 而且 ， 种 变 异并 不 是 一种 偶 然 的现 象 。在 有 些 农 这 作 物种 类 中 ， 筛选 并 利用 离 体 培 养 产 生 的变 异 已成 为新 的育 种途 径 之 一 。但 在果 树 上 ， 内外 对 此 问 国 题 的研 究 与 讨 论 较 少 。本 文对 近 年 来 这 方 面 的研 究 现状 作 一 阐 述 。 １ 果树体 细 胞 无性 系变异 的普 遍性 和 多样 性 果 树 的遗 传 背 景 十分 复 杂 。在 田 间 ， 树 体 细 果 胞 突 变频 率 就相 对 较 高 ， 如温 州 蜜 柑 为 ３×１ ～ ０～ ９×１ ０～。从 古 至 今 ， 国都 有 利 用 体 细 胞 突 变 进 我
植物体细胞无性系变异研究进展
摘要
植 物体细 胞无性 系变异 是植物 组织 培养 中的普 遍现象 ，泛 指在植 物细胞 、组织 和器 官培养 过程 中． 培养 细胞 和再生
植株 中产 生的遗传 变异或表观遗传学变异 。植物体 细胞 无性 系变异的发生有其遗传学基础 ． 可从形态学 、细胞学 、生物化学和 分子生物学等 多个方 面对其 进行综合检测和鉴定 。植物体 细胞无性系变异是植物育种 的有利 资源 。 但同时也是植物微繁 和遗传 转化工作 中需 要克服 的一大难题 ，一 直被 众多研究者所关 注 。本文分别 从细胞学 和分 子生物学两个层 次综 述了植物体细胞无 性 系变异 的遗 传学基础及其鉴定方法 的研 究进展 ． 并就其在植物 品质 改 良中的应用现状 、存在 的问题和应用前景进行 了讨论 。
李晓玲 ’ 丛娟 ２ 于 晓明３ 董英 山 ’ 一， ， ，
’ 吉林 省农业 科学 院生物技 术研究 中心 。 长春 １ ０ ３ ０３ ３ 长春工 业大 学生物工 程学 院． 春 １ ０ １ 长 ０ ３ ２ 。东北师 范大学 细胞 与遗传研 究所 植物分 子表 观遗传 学实验 室 。 长春 １ ０ ２ ０４ ３
杨体 细胞无性系变异研究 中， 也发现了类似的变化（ 詹亚
收稿 日期： ０ ６ １ －０ 接受 日期： ０ ７ ０ － ７ ２ ０ ． ２３ ； ２ ０ ．４２ 基金 项 目： 国家 自然 科学基 金（ ｏ ３ ３ ０ ６ ． ０ ９ ２ ０ 、国家 ８ ３ 划（ ｏ ２ ０ Ａ ０ １ ０ 和农业 部野 生资源 保护与 利用项 目 Ｎ ． ０ ７ ７ ８ ３４ ０ ５ ） ６ 计 Ｎ ． ０ ６ Ａ１ Ｚ ２ ） ’ 通汛 作者 。Ｅ ｍａｌ ｙ ｄ ｎ ＠ｃ ａ ｓｃ ｍ — ｉ ｓ ｏ ｇ ｊａ ．ｏ ：
体细胞无性系变异技术在园艺植物育种中的应用
获得的相 关结果还 是很有 限。Ｓ ｔｏａＶ（ ９ ９ 等通 过离 体 ｏｉ ｖ １９ ） ｒ
培养番茄 “ ｒ ｔ”和“ ＇２ Ｃ ｉｙ ｓ Ｌ ４一ｌ ”两种 基因 型花粉囊 。 得 ３ 获 抗番 茄 腐 烂 病 突变 体 Ｃ ｍｍ（ ｌ ｉａｔ ｉ ｉ ｎｎｅ ｓｂｐ Ｃａ ｂｃ ｒｍ ｃ ｇ ｅｓ ｕ ｓ ｖ ｅ ｈａ ｍｉ ｉ ｎｎｅ ， ｃ ｇ ｅｓ） 在连续三代的继 代后 ， ｈａ 证明抗番茄 腐烂病 突变
观察r0植株的倍数性rl植株中表型性状的分离和r1种子的发芽力等性状结果表明不同的培养基获得的变异不同并表现出不同的性状包括白果树形状叶片黄绿叶绿素突变体及父本和母本花的花冠有锯齿边缘等突变体13
维普资讯
・
专题 综述・
北 方 园 艺 ２ ６ ）８ ５ ０ （ ： ～０ ０５ ４
园 艺 作 物 的 约 １７ ０个 品 种 中 观 察 到 变 异 。 异 类 型 包 括 果 ０ 变
性系变异可 以用于选育不 同的抗虫 、 抗病 、 除草剂的 品种， 抗 是一种有效的育种工具。虽然体细胞无性 系的机制还未完全 清楚， 不过已经有一些研究表 明， 因的改 变、 基 点突变、 因重 基 排、 ＮＡ改变、 Ｄ 编码插入或 者换 位丢失及 Ｄ ＮＡ甲基化等都是 可能的因素。 尽管体细胞无性系变异 有诸多 的优点， 已经在 大 田和 且 观赏植物作物育种 中取 得了可喜 的进展， 不过在 园艺作 物上
体 胞 性 变 技 在 艺 物 种 的 用 细 无 系 异 术 园 植 育 中 应 张源自 硕 ， 明 方 ， 景 华 张 杨
（ 浙江大学农业 与生物技术学院。 州 ３０ ２ ） 杭 １０ ９
摘
要： 综述 了因艺作物 中体 细胞 无性 系变异诱 变技术在育种 中的应 用， 以及利 用离体诱 导技 术结合物
细胞工程第九章 植物体细胞无性系变异与突变体的筛选
（2)在植物细胞大规模培养生产次生代谢物的 应用 筛选高产突变株
5、植物体细胞无性系突变体筛选的局限性 （ 1)筛选方式 （2）变异表达的特异性 （3）植株再生困难 （4）非目标变异的干扰
谢谢大家！
11.7
5
80.7
16.8
2.5
13
4.8
79.5
6.6
9.1
17
9.7
81.5
7.90.9Fra bibliotek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
降低变异频 无明显影响 率
对最初9代callus染色体变异无 明显影响
长期培养
加大超倍体细胞频率 9代之后，低浓度蔗糖时，亚倍 体细胞频率明显减少
DNA在核内重复复制－－同源多倍体
硬粒小麦中胚轴培养中DNA值的变化
培养天数
不同DNA值细胞比例（％）
<2C
2c~4c
<8c
8c or >8c
0
88.3
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）。
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(包括形态、生理生化、育性、抗性等 方面)，称为体细胞无性系变异（somaclonal variation）。
（2)离体筛选与常规 育种相结合
植物体细胞无性系变异及其育种上的应用
植物体细胞无性系变异及其育种上的应用在Schleiden和Schwann的细胞学基础上，1902年德国Haberlandt提出植物细胞具有全能性（totipotent）的理论，直到二十世纪四十年代，组织培养得以建立。
经众多科学家和学者的不断努力，植物组织培养技术得以完善，被应用于植物生产的众多领域。
植物组织培养（plant tissue culture）是指植物的一个细胞、器官或组织，在无菌条件下，经人工培养，使其最终形成完整的新植株的过程。
虽然植物细胞、器官或组织具有分化成完整的植株的能力已广为人知，但是在未来的几十年里，这仍然被视为科学界的重大问题之一[1]。
1980年，Shepard等[2]发现利用可无性繁殖的植物——马铃薯（Solanumtuberosum）栽培品种“Russet Burbank”的叶肉原生质体培养，可获得突变频率较高的突变体。
随后，Larkin和Scowcroft[3]将这种现象命名为体细胞无性系变异（somaclonal variation）来描述植物细胞组织培养过程中的再生细胞存在的大量变异现象，为体细胞无性系的筛选和新变异来源做了铺垫。
目前，对于体细胞无性系变异的研究已有很多，但仍有许多没有研究清楚的地方，有待后人在这一方面做出更多贡献，并大规模推广应用。
1.体细胞无性系变异的遗传基础体细胞无性系变异是具有遗传基础的，具体表现在染色体变异、基因突变以及转座子激活等方面[4]。
在水稻[5]、小麦[6]和大蒜[7]等植物愈伤组织培养过程中，均发现了染色体数目倍性变异的现象；组培大蒜愈伤组织[8]，再生黑麦根尖细胞[9]，均发现其中发生了不同类型的染色体结构变异。
袁云香等[10]用含Ac/Ds转座元件的愈伤组织组培，结果6%的再生植株仅含Ac，而Ds因切离而丢失，表明组织培养可获得突变体。
此外，组织培养还会造成植物DNA甲基化的变异，经组织培养的香蕉[11]和豌豆[12]等，研究表明其DNA甲基化水平上升；而在大豆[13]、大麦[14]和草莓[15]上发现，DNA甲基化水平降低。
第9章植物体细胞无性系变异
AUX1、AUX2；番茄抗病基因Df9等。
3．发育生物学研究
植物的个体发育是一个渐进过程，每一个器官和组织 的分化都是一个复杂的调控过程。利用体细胞突变策 略对植物发育的基因调控研究取得了突破性进展。特 别是利用拟南芥和金鱼草等模式植物，已分离出一大
批不同发育阶段和组织类型的突变体，包括顶端分生
组织、根、开花转变、花序、花分生组织、胚胎发育
第9章 体细胞无性系变异
一、植物体体细胞无性系变异的概念及筛选
二、影响体细胞无性系变异的因素 三、植物体细胞无性系变异的机理 四、植物体细胞无性系变异的应用
一、植物体体细胞无性系变异的概念及筛选
概念：由任何形式的组织或细胞培养所获得的再 生植株中所表现出来的变异，称为~
该种变异广泛存在于各种再生途径的组培中。
继代培养多次后，植株再生能力减弱
一些变异经经自交或杂交后，表现不稳定
变异无可预见性，产生的变异不一定符合育种需要。
二、影响植物体细胞无性系变异的因子
供体植株
包括外植体的类型、生理状态、倍性水
平、基因型、外植体细胞的分化程度。
培养基及培养方式
培养基的成分、物理状态及培养类型
原生质体培养的体细胞变异大于细胞培养的变
异；而细胞培养的变异又大于组织器官培养的
变异。
继代培养的次数
一般来讲，继代时间越长、继代次 数越多，细胞变异的几率就越大。
三、植物体细胞无性系变异的机理
基因的变异表达 染色体数目变化 点突变 体细胞染色体交换及姐妹染色单体交换 DNA复制和缺失 转座因子的活化ຫໍສະໝຸດ 抑制变异可从以下几点考虑：
体细胞无性系变异产生的来源和机理
从总体上讲，组织培养后植株变异的原因有三：一是由源植株中预先存在的变异的表达，二是组织培养过程中引起的可遗传的变异（DNA改变），三是由外遗传及生理作用引起。
（一）外植体中预先存在变异的表达研究表明，某些体细胞无性系变异是由于外植体中细胞预先存在的变异的表达。
一般说来，除非采用单细胞或原生质体，否则，对由不同类型细胞组成的多细胞外植体进行培养会导致再生植株表型的不一致性。
预先存在变异包括内复制造成的细胞间染色体倍性差异，体细胞突变及DNA甲基化状态的变化等。
由不定芽再生导致的嵌合体的分离（破坏、丢失或重排）是最明显的预先存在变异的表现。
嵌合体一般可分为扇形嵌合体、部分周缘嵌合体和周缘嵌合体三种。
前两种在常规繁殖中不稳定，而周缘嵌合体在常规繁殖中较为稳定，但即使是周缘嵌合体，利用组织培养进行快速繁殖或不定繁殖时，也会引起大部分嵌合体破坏（＞30%）。
颜色、形态和生理习性嵌合体是可见的，而细胞嵌合体（染色体或染色体组不同的细胞）通常是难以直接观察到的，只对植株的营养价值、同工酶谱等表现有很小的影响。
另一方面，由于病毒在植物体内不均匀分布，利用植物组织培养手段（分生组织培养、不定芽再生或原生质体培养等）可脱除植物病毒，从而也可引起性状的改变。
通常植物（指二倍体植物）的分生组织中都是二倍体细胞，所以采用顶端分生组织或幼嫩组织或器官作外植体进行启动培养，再生植株表型和倍性水平的稳定性远大于其他类型外植体培养获得的植株。
（二）培养中诱导产生的变异培养中诱导产生的变异主要受培养类型（或植株再生方式）、外植体类型（或组织来源）、生长调节物质、培养物的年龄（或继代培养时间）、遗传组成（或基因型）等因素的影响。
1. 培养类型（或植株再生方式）一般而言，一个已分化的细胞经历变化剧烈的脱分化和再分化很容易产生变异，因而愈伤组织培养常与体细胞无性系变异联系在一起；另一方面，愈伤组织通常从切口处产生，因而与活体中的伤口反应极为类似，容易激发转座子的活动，以及胁迫刺激诱导产生某种酶类或特异性附产物。
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。
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二、变异主要涉及两个方面：表型变异（形态特征、生长习性、抗性等。
染色体变异数目、结构
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，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
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，突变率高，选择机会多。
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
（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
（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
（三）诱变物理诱变化学诱变转座子插入常用的化学诱变剂：
- 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
（四）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。
（五）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。
（四）突变体选择直接筛选间接筛选直接选择
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。
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℃
（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
第二节影响植物体细胞无性系变异的因素
一、供体植物—生理状态以分生组织为外植体的再生植株通常可以维持供体植物的典型性，体细胞变异频率很低。
以分化组织为外植体的再生植株容易发生体细胞变异，其频率与分化
程度有关。
一、供体植物—遗传背景基因型：植物种基因型间变异频率差异较大。
倍性水平：多倍体和染色体数目较多的植物其变异频率比二倍体和单倍体高。
二、培养基—激素培养基激素浓度和不同激素配比对再生植株的染色体倍性有一定的影响。
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。
四、继代次数由继代次数引起的体细胞变异普遍存在。
一般来说，继代时间越长，继代次数越多，细胞变异的机率就越高。
－烟草继代培养５年的愈伤组织，其再生植株与供体基因型相比，几乎没有形态正常的植株。
染色体分析表明其大多为非整倍体和多倍体。
－玉米从刚诱导的愈伤组织中分化的植株，在形态上与供体基因型基本一致，但培养３年后愈伤组织的再生能力显著下降，再生植株生长异常。
细胞学分析显示染色体断裂和带型变异。
第三节植物体细胞无性系变异的机理
预先存在的变异表达、染色体数目变化、点突变、体细胞染色体变换及姐妹染色单体交换、ＤＮＡ复制和缺失、转座因子的活化、ＤＮＡ甲基化
第四节植物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
一、改良作物品种、拓宽种质资源据统计，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。
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%。
此外，还有丹麦无花青素原大麦Galant。
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。
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。
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。
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。
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
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。
近年来，通过体细胞突变研究激素、次生代谢产物等代谢途径的研究已有许多报道。
如番茄推迟成熟的突变体Nr，与乙烯应答基因突变有关；玉米胚乳皱缩型突
变sh可能涉及蔗糖代谢的相关酶基因的突变。