1700_植物染色体工程.pptx
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多倍体：细胞中含有三个或更多染色体组的个体 单倍体：细胞中含有正常体细胞的一半染色体数
非整倍体变化：
染色体减少：单体（减1条）、缺体（减1对） 染色体增加：三体（加1条）、四体（加1对） 染色体代换：同种代换、异种代换
一、 植物染色体倍性改造
1. 人工诱导植物多倍体的意义 2. 染色体加倍技术 3. 植物的多倍体育种 4. 植物的单倍体育种
阻止细胞分裂过程中的纺缍体的形成。 特点：化学药物价格昂贵，有毒性
三倍体无籽西瓜的生产
母本
父本
母本
去雄授粉
父本
四倍体
二倍体
有籽 西瓜
花粉刺激 （提供生长素）
种下去
三倍ຫໍສະໝຸດ Baidu植株
普通西瓜植株 无籽西瓜
用秋水仙素诱导植物多倍体 注意事项
处理部位：正在分裂的细胞 处理方式：用水溶液，也可混入羊毛 脂、琼脂或凡士林中。 药剂浓度：一般在0.01%－0.4% 处理时间：一般不少于24h 处理温度：一般18－25℃
正常小麦、 单体小麦、 缺体小麦 （2N=42） （2N=41） （2N=40）
有目标地替换染色体
小麦抗病品种： 20II+6BIIRR； 不抗病6B单体： 20II+ 6BIIrr；
20II+ 6BIr；x 20II+6BIIRR 20II+6BIIRr（双体抗病） 20II+6BIR （单体抗病）
基本培养基选择 植物激素的调节 糖浓度调节
完整植物体的形成再生小植株的驯化和移植
（4）单倍体植物的染色体加倍
加倍方法：
用得最多的是化学诱变法 秋水仙素、富民农、对二氯苯、8-羟基喹
啉等
加倍技术
小苗浸泡法 生长锥处理 培养基加倍
二、染色体非整倍体变化
1. 个别染色体的削减和添加 2. 染色体代换
1、个别染色体的削减和添加
单体（2n-1）与缺体（2n-2）的制备
以小麦为例：2N=42，AABBDD 1）单倍体小麦ABD 自交（配子中有N=20；N=21） 正常小麦、 单体小麦、 缺体小麦 （2N=42） （2N=41） （2N=40）
2）单倍体小麦与二倍体小麦 正常小麦、单体小麦
3）单体小麦（2N=41）自交 自交（配子中有N=20；N=21）
20II+6BIIRR
第17章 植物染色体工程
(Plant Chromosome Engineering)
◆ 植物染色体倍性改造 ◆ 植物染色体非整倍体改造
定义
染色体工程: 是人们按照一定的设 计,有计划地消减、添加或代换同种 或异种染色体的技术。
广义上讲它还包括染色体内部的部 分遗传操作技术。
染色体数目变异
整倍变化：
1）克服杂种分离，缩短杂交育种年限 2）排除显、隐性基因干扰，提高选择效率 3）单倍体是诱变育种的良好材料 4）能克服远缘杂交的不孕性，创造生物新类型 5）利用单倍体对栽培品种进行纯化
（2）植物单倍体育种方法
异源花粉授粉 延迟授粉 未授粉子房培养和花粉培养
种间或属间远缘杂交
栽培大麦(Hordeum vudare, 2n=2x=14)与野生球茎大麦(H. bulbosus, 2n=2x=14)杂种胚发育过程中，两物种染色体的行 为不协调可导致球茎大麦的染色体逐渐丢失(称为染色体消 减现象)，可获得大麦的单倍体植株
高品质树木培育
多倍体桑树：体细胞较大、叶肉厚、叶质较好、抗 寒性强
三倍体毛白杨
2. 染色体加倍技术
A、化学诱导方法 B、生物学方法
A、化学方法
1. 细胞松驰素B(cytochalasin)
能抑制肌动蛋白聚合成微丝，从而抑制细胞质分 裂，使用最早、最广泛，其诱导效果也最突出。
2. 秋水仙素(colchicine)
（AABBDD 2n=42）
（RR 2n =14）
杂种一代 不孕 （ABDR 4x=28)
人工加倍染色体
八倍体小黑麦 （AABBDDRR 8x=56)
4. 植物单倍体育种
植物减数分裂后形成的雌雄配子，其染 色体数目为体细胞的一半。将这种具有单套 染色体的细胞称为单倍体细胞
单倍体细胞在人工离体条件下培养，使 其单性发育成植物体。这种具有单套染色体 的植物称为单倍体植物
1. 人工诱导植物多倍体的意义
多倍体(polyploidy): 植物的性状比原来的 二倍体气孔、花、果实和种子比二倍体者 为大，叶肉较厚，茎秆也较粗壮
烟草2倍体， 4倍体和8倍 体叶片表皮 细胞的比较
多倍体育种的重要应用
新型农业食品资源
无籽西瓜：没有籽、品质好、食用方便、高产抗病 异源多倍体小黑麦：产量高、品质好
B、生物学方法 1——远缘杂交
B、生物学方法 2——体细胞杂交 （原生质体融合）
3. 植物的多倍体育种
二倍体 AA
(2n=2x)
二倍体 BB
(2n=2x)
同源三倍体 AAA
(2n=3x)
染色体加倍
染色体加倍
同源异源八倍体 AAAABBB (2n=8x)
同源四倍体 AAAA (2n=4x)
异源四倍体 AABB (2n=4x)
高等植物孢子体与配子体 世代交替
（1）单倍体育种的概念
将具有单套染色体的单倍体植物，经人 工染色体加倍，使其成为纯合二倍体。 从中选出具有优良性状的个体，直接繁 育成新品种；或选出具有单一优良性状 的个体，作为杂交育种的原理材料，称 为单倍体育种
3、单倍体育种的优越性
植物单倍体育种: 由于单倍体只有一套染色体，染色 体上的每个基因都能显示相应的性状，所以极易发现 所产生的突变，尤其是隐性突变，在表型上可以直接 表现出来，所以单倍体是研究基因或基因效应、进行 染色体遗传分析的理想实验材料
染色体加倍
无籽西瓜的育成：
二倍体西瓜 秋水仙素加倍 2n=2x=22
四倍体西瓜 2n=4x=44
四倍体西瓜 2n=4x=44
x
二倍体西瓜 2n=2x=22
配子：n=2x=22
配子：n=X=11
三倍体西瓜 2n=3x=33
异源八倍体小黑麦的培育
植物异源多倍体——八倍体小黑麦的人工培育
普通小麦品种间杂种♀ × ♂黑麦
花药培养获得单倍体
染色体消减获得单倍体大麦
（3）花粉单倍体植物的培养程序
材料准备
顺利通过污染关 选用适宜发育时期的花粉 逆境处理对促进小孢子脱分化和再分化的效应
诱导花粉脱分化形成愈伤组织或胚状体
小孢子脱分化和再分化的时间 诱导小孢子形成胚状体和愈伤组织的技术关键
愈伤组织的植株分化或胚状体的正常生长
非整倍体变化：
染色体减少：单体（减1条）、缺体（减1对） 染色体增加：三体（加1条）、四体（加1对） 染色体代换：同种代换、异种代换
一、 植物染色体倍性改造
1. 人工诱导植物多倍体的意义 2. 染色体加倍技术 3. 植物的多倍体育种 4. 植物的单倍体育种
阻止细胞分裂过程中的纺缍体的形成。 特点：化学药物价格昂贵，有毒性
三倍体无籽西瓜的生产
母本
父本
母本
去雄授粉
父本
四倍体
二倍体
有籽 西瓜
花粉刺激 （提供生长素）
种下去
三倍ຫໍສະໝຸດ Baidu植株
普通西瓜植株 无籽西瓜
用秋水仙素诱导植物多倍体 注意事项
处理部位：正在分裂的细胞 处理方式：用水溶液，也可混入羊毛 脂、琼脂或凡士林中。 药剂浓度：一般在0.01%－0.4% 处理时间：一般不少于24h 处理温度：一般18－25℃
正常小麦、 单体小麦、 缺体小麦 （2N=42） （2N=41） （2N=40）
有目标地替换染色体
小麦抗病品种： 20II+6BIIRR； 不抗病6B单体： 20II+ 6BIIrr；
20II+ 6BIr；x 20II+6BIIRR 20II+6BIIRr（双体抗病） 20II+6BIR （单体抗病）
基本培养基选择 植物激素的调节 糖浓度调节
完整植物体的形成再生小植株的驯化和移植
（4）单倍体植物的染色体加倍
加倍方法：
用得最多的是化学诱变法 秋水仙素、富民农、对二氯苯、8-羟基喹
啉等
加倍技术
小苗浸泡法 生长锥处理 培养基加倍
二、染色体非整倍体变化
1. 个别染色体的削减和添加 2. 染色体代换
1、个别染色体的削减和添加
单体（2n-1）与缺体（2n-2）的制备
以小麦为例：2N=42，AABBDD 1）单倍体小麦ABD 自交（配子中有N=20；N=21） 正常小麦、 单体小麦、 缺体小麦 （2N=42） （2N=41） （2N=40）
2）单倍体小麦与二倍体小麦 正常小麦、单体小麦
3）单体小麦（2N=41）自交 自交（配子中有N=20；N=21）
20II+6BIIRR
第17章 植物染色体工程
(Plant Chromosome Engineering)
◆ 植物染色体倍性改造 ◆ 植物染色体非整倍体改造
定义
染色体工程: 是人们按照一定的设 计,有计划地消减、添加或代换同种 或异种染色体的技术。
广义上讲它还包括染色体内部的部 分遗传操作技术。
染色体数目变异
整倍变化：
1）克服杂种分离，缩短杂交育种年限 2）排除显、隐性基因干扰，提高选择效率 3）单倍体是诱变育种的良好材料 4）能克服远缘杂交的不孕性，创造生物新类型 5）利用单倍体对栽培品种进行纯化
（2）植物单倍体育种方法
异源花粉授粉 延迟授粉 未授粉子房培养和花粉培养
种间或属间远缘杂交
栽培大麦(Hordeum vudare, 2n=2x=14)与野生球茎大麦(H. bulbosus, 2n=2x=14)杂种胚发育过程中，两物种染色体的行 为不协调可导致球茎大麦的染色体逐渐丢失(称为染色体消 减现象)，可获得大麦的单倍体植株
高品质树木培育
多倍体桑树：体细胞较大、叶肉厚、叶质较好、抗 寒性强
三倍体毛白杨
2. 染色体加倍技术
A、化学诱导方法 B、生物学方法
A、化学方法
1. 细胞松驰素B(cytochalasin)
能抑制肌动蛋白聚合成微丝，从而抑制细胞质分 裂，使用最早、最广泛，其诱导效果也最突出。
2. 秋水仙素(colchicine)
（AABBDD 2n=42）
（RR 2n =14）
杂种一代 不孕 （ABDR 4x=28)
人工加倍染色体
八倍体小黑麦 （AABBDDRR 8x=56)
4. 植物单倍体育种
植物减数分裂后形成的雌雄配子，其染 色体数目为体细胞的一半。将这种具有单套 染色体的细胞称为单倍体细胞
单倍体细胞在人工离体条件下培养，使 其单性发育成植物体。这种具有单套染色体 的植物称为单倍体植物
1. 人工诱导植物多倍体的意义
多倍体(polyploidy): 植物的性状比原来的 二倍体气孔、花、果实和种子比二倍体者 为大，叶肉较厚，茎秆也较粗壮
烟草2倍体， 4倍体和8倍 体叶片表皮 细胞的比较
多倍体育种的重要应用
新型农业食品资源
无籽西瓜：没有籽、品质好、食用方便、高产抗病 异源多倍体小黑麦：产量高、品质好
B、生物学方法 1——远缘杂交
B、生物学方法 2——体细胞杂交 （原生质体融合）
3. 植物的多倍体育种
二倍体 AA
(2n=2x)
二倍体 BB
(2n=2x)
同源三倍体 AAA
(2n=3x)
染色体加倍
染色体加倍
同源异源八倍体 AAAABBB (2n=8x)
同源四倍体 AAAA (2n=4x)
异源四倍体 AABB (2n=4x)
高等植物孢子体与配子体 世代交替
（1）单倍体育种的概念
将具有单套染色体的单倍体植物，经人 工染色体加倍，使其成为纯合二倍体。 从中选出具有优良性状的个体，直接繁 育成新品种；或选出具有单一优良性状 的个体，作为杂交育种的原理材料，称 为单倍体育种
3、单倍体育种的优越性
植物单倍体育种: 由于单倍体只有一套染色体，染色 体上的每个基因都能显示相应的性状，所以极易发现 所产生的突变，尤其是隐性突变，在表型上可以直接 表现出来，所以单倍体是研究基因或基因效应、进行 染色体遗传分析的理想实验材料
染色体加倍
无籽西瓜的育成：
二倍体西瓜 秋水仙素加倍 2n=2x=22
四倍体西瓜 2n=4x=44
四倍体西瓜 2n=4x=44
x
二倍体西瓜 2n=2x=22
配子：n=2x=22
配子：n=X=11
三倍体西瓜 2n=3x=33
异源八倍体小黑麦的培育
植物异源多倍体——八倍体小黑麦的人工培育
普通小麦品种间杂种♀ × ♂黑麦
花药培养获得单倍体
染色体消减获得单倍体大麦
（3）花粉单倍体植物的培养程序
材料准备
顺利通过污染关 选用适宜发育时期的花粉 逆境处理对促进小孢子脱分化和再分化的效应
诱导花粉脱分化形成愈伤组织或胚状体
小孢子脱分化和再分化的时间 诱导小孢子形成胚状体和愈伤组织的技术关键
愈伤组织的植株分化或胚状体的正常生长