第六章 花药与花粉培养
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花药和花粉培养课件
数据分析
数据整理、统计、分析、解释
处理方法
数据清洗、数据挖掘、可视化呈现
06 相关法律法规与伦理问题
法律法规要求与遵守
法律法规要求
在进行花药和花粉培养实验时，必须遵 守国家和地方的相关法律法规，确保实 验活动的合法性。
VS
遵守要求
遵守实验室安全规定，确保实验操作符合 相关法规要求，避免任何违反法律法规的 行为。
气体控制 控制培养环境中的气体成分，如CO2浓度等，以 优化生长条件。
培养过程中的注意事项
防止污染
严格控制无菌条件，定期检查培 养基和培养环境是否有微生物污染。
观察与记录
定期观察花药和花粉的生长情况， 记录生长数据，以便及时调整培养 条件。
花药和花粉的保存
对于需要长期保存的花药和花粉， 应选择适宜的保存方法和条件。
应用领域拓展
花药和花粉培养技术的应用范围将进一步 拓展，不仅局限于育种领域，还可应用于
生物制药、生物能源等领域。
遗传稳定性研究
将深入研究遗传稳定性问题，寻求解决染 色体变异的有效方法，获得遗传一致的纯 种。
政策支持
随着科技的不断进步和社会对生物技术的 关注度提高，政府将出台更多政策支持花 药和花粉培养技术的发展和应用。
基因工程研究
花药和花粉培养产生的单倍体植株可用于基因工程研究，如 基因敲除、基因沉默等，以深入了解基因功能和植物生长发 育机制。
药物筛选
利用花药和花粉培养技术产生的单倍体细胞系可用于药物筛 选，如抗病、抗虫、抗除草剂等，为新药研发提供有力支持。
实际应用案例分析
水稻育种
通过花药和花粉培养技术，成功获得了大量单倍体植株，经过筛选得到了抗病、 抗虫、高产等优良性状的水稻新品种，为我国水稻生产提供了有力支持。
数据整理、统计、分析、解释
处理方法
数据清洗、数据挖掘、可视化呈现
06 相关法律法规与伦理问题
法律法规要求与遵守
法律法规要求
在进行花药和花粉培养实验时，必须遵 守国家和地方的相关法律法规，确保实 验活动的合法性。
VS
遵守要求
遵守实验室安全规定，确保实验操作符合 相关法规要求，避免任何违反法律法规的 行为。
气体控制 控制培养环境中的气体成分，如CO2浓度等，以 优化生长条件。
培养过程中的注意事项
防止污染
严格控制无菌条件，定期检查培 养基和培养环境是否有微生物污染。
观察与记录
定期观察花药和花粉的生长情况， 记录生长数据，以便及时调整培养 条件。
花药和花粉的保存
对于需要长期保存的花药和花粉， 应选择适宜的保存方法和条件。
应用领域拓展
花药和花粉培养技术的应用范围将进一步 拓展，不仅局限于育种领域，还可应用于
生物制药、生物能源等领域。
遗传稳定性研究
将深入研究遗传稳定性问题，寻求解决染 色体变异的有效方法，获得遗传一致的纯 种。
政策支持
随着科技的不断进步和社会对生物技术的 关注度提高，政府将出台更多政策支持花 药和花粉培养技术的发展和应用。
基因工程研究
花药和花粉培养产生的单倍体植株可用于基因工程研究，如 基因敲除、基因沉默等，以深入了解基因功能和植物生长发 育机制。
药物筛选
利用花药和花粉培养技术产生的单倍体细胞系可用于药物筛 选，如抗病、抗虫、抗除草剂等，为新药研发提供有力支持。
实际应用案例分析
水稻育种
通过花药和花粉培养技术，成功获得了大量单倍体植株，经过筛选得到了抗病、 抗虫、高产等优良性状的水稻新品种，为我国水稻生产提供了有力支持。
第六章植物的花药与花粉培养
A.
三、单倍体育种的应用 ① 缩短育种年限，加速F1代杂合体的纯化。 ②利用单倍体易于检测突变和恢复重组，发现隐性突变体， 研究遗传分析的良好技术。 ③对于二倍体植物加倍变成四倍体或倍数更高的多倍体，可 以改善原来植物的某些经济性状，满足人类的要求。 ④对异花授粉植物的单倍体植株进行加倍，可迅速获得自交 系，免去人工自交的过程，节省大量的时间和人力。
孤雌生殖：由胚囊中未受精的卵细胞发育成胚，进一步发育成单倍体 植物。
孤雄生殖：在传粉后卵细胞退化消失，由精细胞单性发育成为单倍体 植物。
无融合生殖：由胚囊中卵细胞以外的其它细胞，发育成的 单倍体植株。如反足细胞、助细胞等。 人工诱发单倍体： 途径：
1966年前: 人工生产单倍体方法，有激素处理、远缘杂交、 延迟受粉、用照射花粉授粉。 B. 目前: ⑴离体花粉或花药培养，诱发小孢子单性发育成单倍体植物。 ⑵离体培养未受精的子房和胚珠，诱导卵细胞单性发育成植物 体。
一、花药和花粉培养的概念
1. 花药培养的概念：是指将花粉发育到一定
阶段的完整花药接种到培养基上，诱导形成
单倍体再生植株的技术。
2. 花粉培养的概念：是指将离体的花粉粒接 种到培养基上，诱导形成单倍体再生植株的 技术。
二、 花药和花粉培养的意义
研究减数分裂，花粉生长机制的生理、生化、遗
传等基础理论的最好方法
快速获得纯合二倍体植株（纯系） 有利于尽早淘汰隐性的有害个体，筛选出具有优
良性状的个体
第二节 单倍体的概念及发生方式
一、植物单倍体的概念
1、单倍体（Haploid）： 指具有配子体染色体组的孢子体。 2、单倍体细胞： 具有体细胞一半染色体的细胞。 3、单倍体植株： 单倍体细胞在离体条件下进行培养，使其发育成植株。 二、单倍体的发生方式
三、单倍体育种的应用 ① 缩短育种年限，加速F1代杂合体的纯化。 ②利用单倍体易于检测突变和恢复重组，发现隐性突变体， 研究遗传分析的良好技术。 ③对于二倍体植物加倍变成四倍体或倍数更高的多倍体，可 以改善原来植物的某些经济性状，满足人类的要求。 ④对异花授粉植物的单倍体植株进行加倍，可迅速获得自交 系，免去人工自交的过程，节省大量的时间和人力。
孤雌生殖：由胚囊中未受精的卵细胞发育成胚，进一步发育成单倍体 植物。
孤雄生殖：在传粉后卵细胞退化消失，由精细胞单性发育成为单倍体 植物。
无融合生殖：由胚囊中卵细胞以外的其它细胞，发育成的 单倍体植株。如反足细胞、助细胞等。 人工诱发单倍体： 途径：
1966年前: 人工生产单倍体方法，有激素处理、远缘杂交、 延迟受粉、用照射花粉授粉。 B. 目前: ⑴离体花粉或花药培养，诱发小孢子单性发育成单倍体植物。 ⑵离体培养未受精的子房和胚珠，诱导卵细胞单性发育成植物 体。
一、花药和花粉培养的概念
1. 花药培养的概念：是指将花粉发育到一定
阶段的完整花药接种到培养基上，诱导形成
单倍体再生植株的技术。
2. 花粉培养的概念：是指将离体的花粉粒接 种到培养基上，诱导形成单倍体再生植株的 技术。
二、 花药和花粉培养的意义
研究减数分裂，花粉生长机制的生理、生化、遗
传等基础理论的最好方法
快速获得纯合二倍体植株（纯系） 有利于尽早淘汰隐性的有害个体，筛选出具有优
良性状的个体
第二节 单倍体的概念及发生方式
一、植物单倍体的概念
1、单倍体（Haploid）： 指具有配子体染色体组的孢子体。 2、单倍体细胞： 具有体细胞一半染色体的细胞。 3、单倍体植株： 单倍体细胞在离体条件下进行培养，使其发育成植株。 二、单倍体的发生方式
第6章 花粉与花药的培养
花粉的培养
一、材料的预处理
花粉经过预处理不但有利于改变正常的发育途径，而 且还可以促进花粉植株的形成。 处理方法： 处理方法： 1. 低温处理 花蕾剪下放入水中，在4~5℃下保持3~4d。 2. 重力的作用 在烟草花粉培养中，在从花蕾中取出花药 前1h，在5℃条件下进行低温离心机离心，可提高单倍体 的诱导率。
花药的培养
第二节 花药培养 一、培养基的选择 二、花药材料的选择 三、材料的处理与培养 四、花粉发育途径
花药的培养
一、培养基的选择
基本培养基： MS、N6、B5等 诱导愈伤组织的培养基：添加2，4-D(1~3mg/L ) 。 诱导愈伤组织的培养基： 分化培养基： 分化培养基：添加6-BA ( 2~3mg／L )和IAA (0.2~0.5mg／L) 生根培养基： 生根培养基：单独添加生长素(0.5~lmg／L)。
第二节 花粉的培养
花粉培养是指把花粉从花药中分离出来， 花粉培养是指把花粉从花药中分离出来， 以单个花粉粒作为外植体进行离体培养的技术。 以单个花粉粒作为外植体进行离体培养的技术。 由于花粉已是单倍体细胞，诱发它经愈伤 组织或胚状体发育成的植株都是单倍体植株。且 不受花药的药隔、药壁、花丝等体细胞的干扰。 但缺点是培养难度大。
花药的培养
四、花粉的发育过程
1. 营养细胞发育途径 由营养细胞经多次分裂增生形成愈伤组织或胚状体， 由营养细胞经多次分裂增生形成愈伤组织或胚状体， 进而分化成再生植株。 进而分化成再生植株。 2. 生殖细胞发育途径 由生殖核经多次分裂发育形成愈伤组织或胚状体， 由生殖核经多次分裂发育形成愈伤组织或胚状体， 进而分化成再生植株。 进而分化成再生植株。
花粉的培养
三、培养基成分 基本培养基选用Nitsch培养基 培养基 基本培养基选用 培养基中可添加一些物质，诸如硝酸钙、 硫酸、柠檬酸铁、酵母浸出液和椰子胚乳等， 有促进生长的作用。
教学目的：掌握花药培养和花粉培养技术，掌握花药和花粉培养在单倍
教学目的：掌握花药培养和花粉培养技术，掌握花药和花粉培养在单倍体育种中的重要应用，了解我国单倍体育种成就。
职业教学技能点：具有进行花药培养和花粉培养的基本能力，具有单倍体育种认知，初步具备查阅资料收集信息基础能力。
教学时间：4学时教学重点：花药培养方法，花粉培养方法，单倍体育种上应用教学难点：花药培养与花粉培养的取材时期，单倍体植物缩短育种年限教学内容：第一节花药培养和花粉培养技术一、概念1．概念花药培养其外植体是植物雄性生殖器官的一部分，就培养方法和技术来讲，属于器官培养的范畴。
花粉培养的精确定义是：将处于一定发育阶段的花粉从花药中分离出来，再加以离体培养。
有时花粉培养也称为小孢子培养(microspore culture)。
从培养方法和技术方面来讲，它属于细胞培养的范畴。
二、花药培养首先报道通过花药培养获得单倍体植株成功的是印度学者Guha、Maheshwari (1964, 1966)。
目前已有250多种植物花药培养成功。
目前，花药培养获得单倍体的技术途径已在禾本科作物、茄科作物、十字花科作物的育种中广泛应用。
花药培养可诱导花粉发育形成单倍体，快速获得纯系；缩短育种周期，利于隐性突变体筛选、提高选择效率；与二倍体融合成体-配杂种。
花药培养的基本程序是：外植体选择－外植体(花蕾)预处理—外植体消毒—剥取花药—接种—诱导培养—分化培养（一）花药培养方法1、材料的选取：大多数植物的花药培养，成功率最高的是单核期或单核中晚期。
花粉发育时期的检测一般将植物的花药置于载玻片上压碎，加醋酸洋红1～2滴染色，再进行镜检以确定花粉发育时期。
水稻等植物的花粉，处于单核期时尚未积累淀粉，在进入三核期后的花粉开始积累淀粉，因此可用碘—碘化钾染色鉴定。
花粉发育时期与花蕾或幼穗大小、颜色等特征之间有一定的对应关系。
花药培养的成功与供试材料的遗传背景、供试材料的生理状态、花粉的发育时期有关。
花粉发育时期图示如下：四分体—小孢子—单核花粉—双核花粉最适期2、材料与处理与灭菌3-5℃低温处理3-10天-（大花蕾将萼片剥掉）-酒精几秒-0.1%升汞10min-无菌水冲洗。
花药和花粉培养课件
如何选择适宜的植物材料进行花药和花粉培养？
答：选择适宜的植物材料是进行花药和花粉培养的关键，通常选择处 于适宜发育阶段的花蕾，以保证花药和花粉的质量和活性。
如何对植物材料进行预处理？
答：预处理包括对植物材料的低温、干燥、激素处理等，以促进花药 和花粉的萌发。
应用问题及解答
花药和花粉培养在育种中的应用有哪 些？
。
04
实验结果与分析
根据观察和记录的数据，分析 花药和花粉在培养基上的生长
情况。
比较不同植物的花药和花粉在 相同培养基上的生长表现，分
析其适应性。
根据实验结果，评估花药和花 粉培养在植物繁殖和育种中的 应用价值。
结合实验结果，提出改进和完 善花药和花粉培养技术的建议 。
06
问题与解答
常见问题及解答
调整培养基的pH值和渗透压，以 维持花药和花粉的正常生理状态 。
花药和花粉的采集与处理
采集时间
选择适宜的采集时间，以保证花药和花粉的活 力。
采集部位
选择健康的花朵，并确保采集的花药和花粉无 病虫害。
花药和花粉的分离与处理
将花药和花粉从花朵上分离下来，并进行适当的消毒处理。
培养方法与条件
培养方法
根据具体情况选择合适的培养方法，如单倍体育 种、基因转移等。
环境因素影响
温度、湿度、光照等因素可能影响 培养效果。
04
未来的发展方向
优化培养条件
通过研究，不断优化花药和花粉培养的条件 ，提高成功率。
基因编辑技术的应用
利用基因编辑技术，定向改造花药和花粉的 遗传性状。
高通量分析方法
开发高通量分析方法，实现大规模的花药和 花粉培养。
拓展应用领域
花药和花粉的离体培养
植物所与山东烟草研 究所合 作 ， 成功 培育成 烟草新 品 种并大面积推广 ， 这是 世界上 第 一个 用单倍体 育种 方
株都是单倍 体。 花粉培养 比花 药培 养难 度 大 。在 诱 导 培养 过 程 中， 因激素等条件 的不同 ， 使花粉植株 的形成有 两条途 径： 一是 由小孢 子的异 常发 育形 成 花粉 胚 （ 胚状 体 ） ， 再 由花粉胚循着与合 子胚相 似 的发 育顺 序发育 ， 长成
性性细胞 。
伤组织进一步器官 分化 ， 成芽、 ， 后形 成完 整植 形 根 最
株。
花药和花粉 离体培 养的特点见表 １ 。 花药 内 的花粉 母细胞 （ ｎ 经减数 分裂产 ２）
表 １ 比较 花药和花粉 的离体培 养 花药培养 培养对象 花药 操作水平 器 官培养 难 易程度 较 困难 花粉培养 花粉 细胞培养 较花药培养难度更大
育种的必要措施。培养过程 中不 同发育 阶段 的单倍体
细胞可 以 自发加倍 ， 自然加倍率很低 ， 但 多数情况需 人
工加倍 。人工加倍 多用化 学诱变 法 ， 常用 的诱 变剂 有
秋水仙素 、 对二氯苯 、 氟乐灵等。加倍处 理时需注意的
植体选 择（ 以其 中的花粉 处于单 核中 、 晚期为 宜） 一预
是， 秋水仙 素 同 时也 是一 种诱 变 剂 ， 易使 细胞 多倍 容
化 。因此 ， 对处理 的植 株要 经过一 到几 个生 活 周期 的 营养价值 高的雄株 ， 可通过 花药 或花粉 的离体 培养方
选择 ， 能得到正常纯 合加倍 植株。 才 ４ ２ 单倍 性的意义 单倍体植株 高度不育 ， ． 从植物 体 生产繁 殖角度看 ， 意义不 大 ， 但在 遗传 研究 ， 速育 种 加
第六章植物花药和花粉培养
利用Fl的花粉进行离体培养，当年即可获 得单倍体植株，并进行人工染色体加倍，使其 成为稳定纯合二倍体并获得种子。翌年，进行 性状鉴定，择其优良者繁殖，并参加品种比较 试验，仅需2～3年，然后参加生产和区域性试 验定名推广，从花粉植株培养到新品种育成仅 需4～5年时间。单倍体育种可节约从F2～F6代 株系稳定的时间 。
小孢子细胞经A途径发育的示意图
小孢子发育过程中的变化
生殖核的行为: ①生殖核以游离核的状态存在一个 时期后退化。②生殖核分裂1次至数次，作为花粉 中的另一个细胞系，存在于多核花粉的一侧，有的 直至球胚形成时，仍然存在。说明生殖核并不参与 花粉孢子体的形成。 细胞质的变化：营养细胞分裂之前，细胞质发生一 系列的变化。蛋白质和 RNA下降，核糖体、线粒 体及其他细胞器很清晰。当营养细胞第一次分裂形 成两个子细胞后，在子细胞中立刻呈现稠密的核糖 体、线粒体、类酯点、高尔基体并同时作相应的复 制，整个过程抑制淀粉的形成。
二、花药和花粉培养的应用
利用花药和花粉离体培养获得的 再生植株，是由不同基因型的配子发 育而来，具有十分丰富的变异类型， 选择出有利的变异类型，进行扩大繁 殖，经过经济性状鉴定后，可选育出 优良品种。
(一)控制杂种分离缩短育种周期
利用单倍体育种，可控制杂种分离,缩短 育种周期只需要2年时间就能获得纯系。
花 粉
6
愈 伤
5
组 织
4
蔗糖
导 率 比 较
8周 后 石 刁
诱 导3 率
2
葡萄糖
(%)
柏 多
1
细 胞
0 02 5
8 11 14
糖浓度(%)
培养基中蔗糖的功能是双重的，即作为碳源及 调节渗透压。不同的植物种类其所需的最适蔗糖浓 度可以相差很大。一般说来，对于花粉在成熟散落 时为二核期的植物种类，以2%～4%为宜；而对于 花粉成熟时为三核期的植物，要求较高浓度的蔗糖， 常以6%～12％为宜。
小孢子细胞经A途径发育的示意图
小孢子发育过程中的变化
生殖核的行为: ①生殖核以游离核的状态存在一个 时期后退化。②生殖核分裂1次至数次，作为花粉 中的另一个细胞系，存在于多核花粉的一侧，有的 直至球胚形成时，仍然存在。说明生殖核并不参与 花粉孢子体的形成。 细胞质的变化：营养细胞分裂之前，细胞质发生一 系列的变化。蛋白质和 RNA下降，核糖体、线粒 体及其他细胞器很清晰。当营养细胞第一次分裂形 成两个子细胞后，在子细胞中立刻呈现稠密的核糖 体、线粒体、类酯点、高尔基体并同时作相应的复 制，整个过程抑制淀粉的形成。
二、花药和花粉培养的应用
利用花药和花粉离体培养获得的 再生植株，是由不同基因型的配子发 育而来，具有十分丰富的变异类型， 选择出有利的变异类型，进行扩大繁 殖，经过经济性状鉴定后，可选育出 优良品种。
(一)控制杂种分离缩短育种周期
利用单倍体育种，可控制杂种分离,缩短 育种周期只需要2年时间就能获得纯系。
花 粉
6
愈 伤
5
组 织
4
蔗糖
导 率 比 较
8周 后 石 刁
诱 导3 率
2
葡萄糖
(%)
柏 多
1
细 胞
0 02 5
8 11 14
糖浓度(%)
培养基中蔗糖的功能是双重的，即作为碳源及 调节渗透压。不同的植物种类其所需的最适蔗糖浓 度可以相差很大。一般说来，对于花粉在成熟散落 时为二核期的植物种类，以2%～4%为宜；而对于 花粉成熟时为三核期的植物，要求较高浓度的蔗糖， 常以6%～12％为宜。
花粉与花药的培养
湿度调节
保持培养环境适宜的湿度，防 止培养基干燥或过于潮湿影响
花粉的生长。
培养方法
将处理好的花粉均匀撒在培养 基表面，然后进行密封培养， 定期观察并记录生长情况。
生长过程观察与记录
生长情况观察
定期观察花粉的萌发、生 长情况，包括萌发率、生 长速度、生长形态等指标。
数据记录与分析
详细记录观察结果，对数 据进行统计分析，了解花 粉生长的规律及影响因素。
湿度对培养的影响及优化策略
湿度对花粉萌发的影响
01
适宜的湿度可以促进花粉萌发，过高或过低的湿度则会抑制花
粉萌发。
湿度对花药开裂的影响
02
适宜的湿度可以促进花药开裂，释放花粉，但过高的湿度也会
导致花粉失活。
优化策略
03
根据植物种类和生长环境，调整培养湿度，使其处于适宜花粉
萌发和花药开裂的范围内。
其他因素对培养的影响及优化策略
生长异常处理
如发现花粉生长异常或污 染等情况，及时进行处理 并调整培养条件，以保证 实验的顺利进行。
03
花药培养
花药来源与选择
适宜的花药来源
选择健康、无病虫害的植物作为 花药来源，确保花药的遗传品质 和生理活性。
花药的选择时期
在植物生长的适宜时期采集花药 ，通常是花朵刚开放或即将开放 时，此时花药内的花粉发育成熟 ，易于培养。
培养基的配制
按照一定比例将各种成分混合均 匀，调节pH值至适宜范围，然后 进行灭菌处理。
培养条件与方法
01
02
03
04
温度控制
保持适宜的培养温度，一般为 25℃左右，避免过高或过低的 温度对花粉生长产生不良影响。
光照条件
第六章花药和花粉培养
低温预处理（Nitsch和Norreel 1973）
可能机理：细胞均等分裂 保持花粉活力
离心预处理（Tanaka 1973） 乙烯利处理（Bennett， Hughes 1972） 高温处理（Chuong， Bersdorf 1985） 甘露醇处理（卫志明 1986） 射线处理
预处理目的：
是改变小孢子的发育方向，使尽可能多的小孢子从配子 体发育途径转向孢子体发育途径（即成为具胚胎发生潜 力的小孢子）。适当的预处理能使绿苗产量大量增加。
二、单倍体植物在生产实践中的价值
1. 筛选到纯合二倍体，后代性状不分离。提高常规育种的 选择效率，缩短育种年限，提高育种效率。
2. 单倍体植株中由隐性基因控制的性状，虽经染色体加倍, 但由于没有显性基因的掩盖而容易显现
3. 转基因技术中单倍体植株用作受体，可获得稳定的转基 因植株
4. 有单倍体获得的纯合二倍体可用于遗传变异规律的研究， 基因定位，性状分子标记等
组。如果原物种本身为多倍体，那么它的单倍体 的体细胞中含有的染色体组数一定多于一个。如 四倍体水稻的单倍含两个染色体组，六倍体小麦 的单倍体含三个染色体组。
• 单倍体育种：指将具有单倍染色体的植株， 经人工染色体加倍，使其成为纯合二倍体， 从中筛选出优良个体，直接繁育出新品种， 或选出单一优良性状的个体，作为杂交育 种的原始材料。
• 2、影响花药培养成功率的因素 ① 供体的基因型 ② 供体植株的生理状况
开花早期、长势好、长期氮饥饿、高海拔、高纬度情况 下花粉的培养成功率高，
③ 花粉的发育时期
多数植物单核中、晚期花粉最易诱导
不同物种诱导胚胎发生的最佳小孢子发育时期
发育时期
物种
减数分裂期
草莓、番茄
可能机理：细胞均等分裂 保持花粉活力
离心预处理（Tanaka 1973） 乙烯利处理（Bennett， Hughes 1972） 高温处理（Chuong， Bersdorf 1985） 甘露醇处理（卫志明 1986） 射线处理
预处理目的：
是改变小孢子的发育方向，使尽可能多的小孢子从配子 体发育途径转向孢子体发育途径（即成为具胚胎发生潜 力的小孢子）。适当的预处理能使绿苗产量大量增加。
二、单倍体植物在生产实践中的价值
1. 筛选到纯合二倍体，后代性状不分离。提高常规育种的 选择效率，缩短育种年限，提高育种效率。
2. 单倍体植株中由隐性基因控制的性状，虽经染色体加倍, 但由于没有显性基因的掩盖而容易显现
3. 转基因技术中单倍体植株用作受体，可获得稳定的转基 因植株
4. 有单倍体获得的纯合二倍体可用于遗传变异规律的研究， 基因定位，性状分子标记等
组。如果原物种本身为多倍体，那么它的单倍体 的体细胞中含有的染色体组数一定多于一个。如 四倍体水稻的单倍含两个染色体组，六倍体小麦 的单倍体含三个染色体组。
• 单倍体育种：指将具有单倍染色体的植株， 经人工染色体加倍，使其成为纯合二倍体， 从中筛选出优良个体，直接繁育出新品种， 或选出单一优良性状的个体，作为杂交育 种的原始材料。
• 2、影响花药培养成功率的因素 ① 供体的基因型 ② 供体植株的生理状况
开花早期、长势好、长期氮饥饿、高海拔、高纬度情况 下花粉的培养成功率高，
③ 花粉的发育时期
多数植物单核中、晚期花粉最易诱导
不同物种诱导胚胎发生的最佳小孢子发育时期
发育时期
物种
减数分裂期
草莓、番茄
花药和花粉培养
（一）供试材料
1.材料的基因型 材料的基因型
材料的遗传背景不同， 材料的遗传背景不同，诱导难易程度不同
茄科番茄、蔓陀罗、烟草易成功 茄科番茄、蔓陀罗、 禾本科 水稻优于小麦
亚种 水稻粳亚种(40-80%)优于籼米亚种 优于籼米亚种(2%) 水稻粳亚种 优于籼米亚种
花药培养力是可以遗传的， 花药培养力是可以遗传的，且为显性或超 显性
花粉悬浮在液体培养基中进行培养 置于摇床上震荡，使其处于良好的通气 置于摇床上震荡， 状态
4.花药培养 花药培养
（1）培养方法 ）
琼脂固体培养法
培养基中加入0.5-0.7%琼脂，呈半固体状 琼脂， 培养基中加入 琼脂 花药1/3浸入培养基中而不沉没为宜 态，花药 浸入培养基中而不沉没为宜
液体培养法
2.植株的生理状态和年龄 植株的生理状态和年龄
年幼植株花培成功率高 开花始期成功率高
烟草开花始期时花药比开花后期的更易产生花 粉植株 烟草开花期第6天，诱导率最高
与植株的营养和生长条件有关
N饥饿>高N 水稻高温，高N下，诱导率下降，白化苗提高
3.花粉发育时期 花粉发育时期
是影响花培成败的最关键因素之一
我国花培发展概况
国际公认， 国际公认，我国的花培工作处于国际领先水 我国有30多种植物进行花培试验 多种植物进行花培试验， 平。我国有 多种植物进行花培试验，20 多种获得了花粉植株， 多种获得了花粉植株，有一大部分是我国首 同时在花培方法， 创，同时在花培方法，机理等方面作了深入 研究 德著名学者Melchers：“花药培养起始于 德著名学者 ： 印度，而首先却在中国广泛应用， 印度，而首先却在中国广泛应用，就花药培 养的单倍体育种的应用而言， 养的单倍体育种的应用而言，中国在世界上 处于领先地位” 处于领先地位”
植物组织培养第七次课
（一）雄核发育途径 离体培养时，尽管雄核发育可在四分体时期和双 核花粉期被诱导，但最适宜诱导的时期是第一次 有丝分裂或之前 。（教材P87）
（二）雄核发育的启动机理 P-花粉或E-花粉（poterial embryogenic pollen） 小花粉 （small pollen,S-花粉） 不染色花粉（No stain pollen,NS-花粉）
第二节 花粉小孢子发育途径
离体培养条件下，花粉是产生花粉植株的原始细 胞，其第一次有丝分裂，在本质上与合子的第一 次孢子体分裂相似，把花粉形成植株的途径称为 “花粉孢子体发育途径”，目前，多数学者习惯 把小孢子或花粉沿孢子体途径发育成花粉植株的 途径为“雄核发育”。
一、活体小孢子发育途径
二、离体小孢子发育途径
第六章 植物花药和花粉培养
第一节 植物花药和花粉培养的概念及应用 一、花药和花粉培养的概念
概念：花药和花粉培养都指在合成培养基上，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。 目的：诱导花粉细胞发育成单倍体植株
二、花药和花粉培养的应用
一、作物育种
2、物种进化研究 3、遗传分析 4、分子生物学 5、植物基因克隆
二、花粉和花药植株的染色体加倍
（一）茎段培养 核内有丝分裂及花粉核的融合 （二）化学试剂诱变
1、秋水仙素诱导 （1）浸泡法 用0.2-0.4%的秋水仙素 （2）生长锥处理 秋水仙素水溶液直接浸生长点、棉球处理顶芽或腋芽、 羊毛脂放在顶端分生组织上 （3）培养基理 2、除草剂诱导
（二）花粉培养方式
1、平板培养 2、液体培养 3、双层培养 4、看护培养 5、微室培养 （凹穴载玻片） 6、条件培养基
五 影响雄核发育和花粉花药培养的因素
（二）雄核发育的启动机理 P-花粉或E-花粉（poterial embryogenic pollen） 小花粉 （small pollen,S-花粉） 不染色花粉（No stain pollen,NS-花粉）
第二节 花粉小孢子发育途径
离体培养条件下，花粉是产生花粉植株的原始细 胞，其第一次有丝分裂，在本质上与合子的第一 次孢子体分裂相似，把花粉形成植株的途径称为 “花粉孢子体发育途径”，目前，多数学者习惯 把小孢子或花粉沿孢子体途径发育成花粉植株的 途径为“雄核发育”。
一、活体小孢子发育途径
二、离体小孢子发育途径
第六章 植物花药和花粉培养
第一节 植物花药和花粉培养的概念及应用 一、花药和花粉培养的概念
概念：花药和花粉培养都指在合成培养基上，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。 目的：诱导花粉细胞发育成单倍体植株
二、花药和花粉培养的应用
一、作物育种
2、物种进化研究 3、遗传分析 4、分子生物学 5、植物基因克隆
二、花粉和花药植株的染色体加倍
（一）茎段培养 核内有丝分裂及花粉核的融合 （二）化学试剂诱变
1、秋水仙素诱导 （1）浸泡法 用0.2-0.4%的秋水仙素 （2）生长锥处理 秋水仙素水溶液直接浸生长点、棉球处理顶芽或腋芽、 羊毛脂放在顶端分生组织上 （3）培养基理 2、除草剂诱导
（二）花粉培养方式
1、平板培养 2、液体培养 3、双层培养 4、看护培养 5、微室培养 （凹穴载玻片） 6、条件培养基
五 影响雄核发育和花粉花药培养的因素
植物生物技术
3、甘露醇预处理：可提高成功率
。
三、花药培养
（一）培养基
碳源：高浓度蔗糖不利于体细胞的生长，但不妨碍花药
的生长
氮源：有机氮源对细胞初级培养的早期生长有利
植物生长调节剂：生长素和细胞分裂素比例适
当，能促进孢子体的小孢子发育
（二）培养条件 （三）培养过程
。
四、影响花药培养效率的因素
（一）供试材料的基因型 （二）供试材料的生理状态 （三）花粉的发育时期
花粉悬浮液
500~800r/min离心3min
弃上清
三次
花粉密度调整至1*104~5*104个/mL
离心
机械分离对花粉造成损伤较大
（二）散落花粉法：花药
液体培养基悬浮
花粉自然释放
取走花药
。
四、花粉培养的方法
花粉培养的方法主要有液体培养、双层培养பைடு நூலகம்看护培养、微室培养。
（一）液体培养
液体浅层培养法：悬浮花粉在培养皿中形成一浅薄膜 优点：易于添加新鲜培养基，可以镜检
液体悬浮培养法：花粉分散接种于液体培养基中 优点：营养吸收和环境条件好，大规模培养
（二）双层培养法：在琼脂培养基上部加入薄层液体花粉培养液进行培养。可以保持良
好湿度，利于花粉生长。
（三）看护培养：将单个花粉接种于滤纸上，再置于愈伤组织之上培养。优点是操作简
便，成功率高；缺点是不能再显微镜下直接观察。
。
五、花药单倍体植株的再生与鉴定
花药发育成小植株有愈伤组织和胚状体两种发育途径。再生 植株并非完全由小孢子发育而来。
鉴定再生植株的来源： ➢遗传学，一般是通过染色体数量来确定植物的倍性 ➢形态学层次，观察不同倍体植株生长发育时的形态特征差异，间接确定植物倍 性 ➢分子生物学层次，流式细胞仪测定基因组DNA含量，直接确定再生植株倍性 ➢细胞学层次，染色体计数直接鉴定法和叶片保卫细胞叶绿体计数间接鉴定法
植物花粉花药培养ppt课件
ห้องสมุดไป่ตู้
mitotic division takes place
at the 6-8th and at the 10th
day of culture. In the
androgenetic pollen, the
vegetative, generative or
both nuclei are able to
25
5.单倍体植株的加倍：
（1）自然加倍：
自发形成二倍体，愈伤组织途径较多发生。
（2）人工加倍：
利用秋水仙素等
化学药剂处理单倍体
植株加倍。使用浓度
0.0006%-3%,以0.2%
应用较普遍。
此外，抗微管形成的除草剂也可以用于染色体加倍，
如Oryzalin、trifluralin、APM等。
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27
28
6.单倍体植株的倍性鉴定：
单倍体35.5%，二倍体53.4%，多倍体 5.2%
鉴定方法：
（1）染色体直接技术法：需对根尖或茎尖细 胞染色体进行显微观察鉴定。
（2）间接鉴定法：植株形态鉴定、细胞形态 鉴定、流式细胞仪鉴定、高低温胁迫鉴定、杂 交鉴定、分子标记鉴定等。
29
30
（二）花粉培养：花粉培养是将花粉从花药中分
温度处理又包括低温处理和高温处理，接种前的处 理和接种后的处理等，采用较多的方式是把取来的材 料放在冰箱里3—10 0C下进行1—15天的低温处理。 也常采用接种后预处理的方法。
34
2.材料的消毒与无菌操作：
与悬浮细胞培养相似，要求高。
3.花粉的分离与清洗：
(1)花药漂浮培养自然释放法：把花药接种在液体培 养基上，花药漂浮于液体表面经1—7天的培养，药 壁开裂，花粉自然散落下来．及时将花药壁从培养 瓶小取出来，留下的花粉继续培养。
mitotic division takes place
at the 6-8th and at the 10th
day of culture. In the
androgenetic pollen, the
vegetative, generative or
both nuclei are able to
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5.单倍体植株的加倍：
（1）自然加倍：
自发形成二倍体，愈伤组织途径较多发生。
（2）人工加倍：
利用秋水仙素等
化学药剂处理单倍体
植株加倍。使用浓度
0.0006%-3%,以0.2%
应用较普遍。
此外，抗微管形成的除草剂也可以用于染色体加倍，
如Oryzalin、trifluralin、APM等。
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6.单倍体植株的倍性鉴定：
单倍体35.5%，二倍体53.4%，多倍体 5.2%
鉴定方法：
（1）染色体直接技术法：需对根尖或茎尖细 胞染色体进行显微观察鉴定。
（2）间接鉴定法：植株形态鉴定、细胞形态 鉴定、流式细胞仪鉴定、高低温胁迫鉴定、杂 交鉴定、分子标记鉴定等。
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（二）花粉培养：花粉培养是将花粉从花药中分
温度处理又包括低温处理和高温处理，接种前的处 理和接种后的处理等，采用较多的方式是把取来的材 料放在冰箱里3—10 0C下进行1—15天的低温处理。 也常采用接种后预处理的方法。
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2.材料的消毒与无菌操作：
与悬浮细胞培养相似，要求高。
3.花粉的分离与清洗：
(1)花药漂浮培养自然释放法：把花药接种在液体培 养基上，花药漂浮于液体表面经1—7天的培养，药 壁开裂，花粉自然散落下来．及时将花药壁从培养 瓶小取出来，留下的花粉继续培养。
第六章花药与花粉培养PPT资料
5.接种
• 在无菌接种室或超净工作台上进行接种操作， 采用直径3cm的试管，每管接种花药30～60 粒。
• 必须注意：在操作过程中，不应使花药受到损 伤，因为损伤常常会刺激花药壁形成二倍体的 愈伤组织。损伤的花药要淘汰。
6.脱分化培养
• 根据材料不同，选取适宜的基本培养基、 适当的生长素比例和最适的温度进行培养， 经10～30天可诱导愈伤组织形成。
B5：被广泛用于十字花科及豆科植物的花药培养。 这个途径在南洋金花中相当普遍
倍 体
从未经任何预培养或预处理的新鲜花药中分离花粉粒，直接接种到培养基中进行培养的方法为直接培养。
3营养细胞和生殖细胞并进发育途径多次分裂
植
第四，用于细胞诱变选择。
生殖细胞 株 小的多细胞团 花粉培养(pollen culture)是指把花粉从花药中剥离出来，在无菌的人工环境中，以单个花粉粒作为外植体进行离体培养使其进一步生长 胚状体 发育的技术。
第四期：三核期
二、花药培养时花粉发育途径
1、营养细胞发育途径（A型）
花粉 生殖核（小）------不分裂或分裂几次后退化 营养核（大）-----经多次分裂而形成多细胞团，并迅速增殖
而突破花粉壁，细胞持续分裂形成类胚体或愈 伤组织，最后形成单倍体植株
常见的植物：烟草、大麦、光叶曼陀罗、小麦、小黑麦和辣椒
一、花药培养的一般操作程序
1.培养基的选择 2.材料选取 3.材料预处理 4.材料消毒 5.接种 6.脱分化培养 7.再分化培养 8.花粉植株移植 9.染色体加倍
花药培养.sw f
1.培养基的选择
➢ Nitsch H、MS被广泛用于双子叶植物的花药培养。 ➢ B5：被广泛用于十字花科及豆科植物的花药培养。 ➢ 禾谷类植物的花药培养，早期多采用Miller培养基、
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9.染色体加倍
• 人工方法：用0.02～0.4%秋水仙素处理植 株，双子叶植物处理生长点或腋芽，禾本 科植物在分蘖期处理。
• 单倍体植株可以通过自发的核内有丝分裂 产生的二倍体。
花药培养.swf
二、花药培养的方法
琼脂固体培养法
在培养基中加入0.5～0.7%琼脂，使培养基呈半固体状态。加 入的琼脂量因琼脂质量而定。
技术将成熟或未成熟的花药接种在人工培养 基上，诱导花粉单性发育形成植株的过程。
一、花药培养的一般操作程序
1.培养基的选择 2.材料选取 3.材料预处理 4.材料消毒 5.接种 6.脱分化培养 7.再分化培养 8.花粉植株移植 9.染色体加倍
花药培养.swf
1.培养基的选择
Nitsch H、MS被广泛用于双子叶植物的花药培养。 B5：被广泛用于十字花科及豆科植物的花药培养。 禾谷类植物的花药培养，早期多采用Miller培养基、
MS培养基、N6培养基和马铃薯2号培养基。 Sunderland(1984)设计了C17培养基，用于水稻、小
麦、大麦、小黑麦、黑麦、玉米和甘蔗等禾谷类作物 的花药培养。
2.材料选取 不同植物花药培养的合适花粉发育时期
植
物
种
减数分裂 中期
减数分裂 晚前期
四分体
水
稻
小
麦
玉
米
油
菜
大
麦
番
茄0
茄
子
辣
椒
拟南芥菜
小的多细胞团
植
胚状体
株
DNA复制
2 两种营养核
发生融合
发育
2n、3n或4n胚状体
只见于南洋金花中
4、花粉均等分裂途径
花 均等分裂 营养核 粉
生核核
营养细胞
多次分裂
发育
生殖细胞
多细胞团
愈伤组织
单 倍 体
胚状体 植
株
这个途径在南洋金花中相当普遍
第三节 花药培养
概念： 花药培养（anther culture）：指用无菌操作
琼脂浓度一般以花药有1/3浸入而又不沉没于琼脂中为宜。
液体培养法
液体培养的培养基厚约0.5cm,若能让花药漂浮在液 面上,效果最好。
加入聚蔗糖(Ficoll),可使花药不下沉而漂浮在液面 上。
第四节 花粉培养
含义：
花粉培养(pollen culture)是指把花粉从花药中剥离出来，在无菌的人工环境 中，以单个花粉粒作为外植体进行离体培养使其进一步生长发育的技术。
第一期:四分孢子形成期
第二期:单核期 特点：特化的细胞壁逐渐形成。 可分为：单核早、中、晚（靠边） 第三期：双核期
第四期：三核期
二、花药培养时花粉发育途径
1、营养细胞发育途径（A型）
花粉 生殖核（小）------不分裂或分裂几次后退化 营养核（大）-----经多次分裂而形成多细胞团，并迅速增殖
而突破花粉壁，细胞持续分裂形成类胚体或愈 伤组织，最后形成单倍体植株
常见的植物：烟草、大麦、光叶曼陀罗、小麦、小黑麦和辣椒
2、生殖细胞发育途径
营养细胞
完全不再分裂
只分裂有限几次即停止
单发育
愈伤组织 胚状体
倍 体 植
株
只在天仙子中出现
3、营养细胞和生殖细胞并进发育途径
有两种情况
多次分裂
营养细胞
大的多细胞团
愈伤组织 单
1
同时发育
倍
体
多次分裂
生殖细胞
优点：
在于花粉已是单倍体细胞，诱发它经愈伤组织或胚状体发育成的小植株都是 单倍体植株，不会因药壁、花丝、药隔等体细胞组织的干扰而形成体细胞植 株。
花粉是研究细胞分化条件、胚胎发生和形态发生机制的较为理想的材料。建 立花粉培养实验系统也可为深入开展细胞工程、遗传工程和分子生物学的研 究提供技术基础。
5.接种
• 在无菌接种室或超净工作台上进行接种操作， 采用直径3cm的试管，每管接种花药30～60粒。
• 必须注意：在操作过程中，不应使花药受到损 伤，因为损伤常常会刺激花药壁形成二倍体的 愈伤组织。损伤的花药要淘汰。
6.脱分化培养
• 根据材料不同，选取适宜的基本培养基、 适当的生长素比例和最适的温度进行培养， 经10～30天可诱导愈伤组织形成。
第六章 花药与花粉培养
第一节 概述
图8.1 花药（A）和花粉（P）培养的雄核发育和单倍体植株的各种方式图解
第二节 小孢子的形成和花粉的发育途径
一、小孢子的正常发育
二、花药培养时花粉发育途径
1营养细胞发育途径（A型） 2生殖细胞发育途径 3营养细胞和生殖细胞并进发育途径 4花粉均等分裂途径
一、小孢子的正常发育
一、花粉培养的一般操作程序
• 花粉培养与花药培养的一般操作程序基本相同。 • 花粉培养在材料消毒后要将花粉从花药中分离出
来，再进行接种，其基本操作程序可参照花药培 养。
二、花粉的分离方法
自然散落法
把花药从未开的花中在无菌条件下取出，直接插接在无菌培养 基上，当花药自动裂开时，花粉散落在培养基上，移走花药， 让花粉继续培养生长。如果是液体培养基，可接种大量花药， 经1～2天，大量花粉散落入培养基中，经离心浓缩收集，再 接种培养。
0
甘
蓝
苹
果
葡
萄
烟
草
0
小黑麦
小黑麦×羊
茅
杨
树
单核期
0 0 0 0 0
0 0
0 0 0 0 0
0
双核期
0 0
成熟期
0 0
3.材料预处理
• 低温： • 高温 • 生长素 • 其他方法处理 常能提高愈伤组织和苗分化的频率。
4.材料消毒
取回的材料，在接种前进行表面灭菌，一般 用70～75％酒精，将表面擦洗即可。
7.再分化培养
• 愈伤组织增殖到1～3mm大小时，应及时进 行再分化培养以获得花粉植株。
• 要选择含适当激素水平的培养基进行培养， 约经20～30天就能诱导苗的分化。
8.花粉植株移植
• 当花粉植株的根系生长良好时，就要及时 进行炼苗并移至苗床或大田。
• 试管中花粉植株的移植是一个由异养转变 为自养的过程，必须细心管理，保持幼苗 的水分平衡和促进新根的发生。
机械挤压法
优点：操作简便 缺点：花粉中混杂有体细胞并且所得的悬浮液中花
粉密度也不易控制。
三、花粉培养的方法
直接培养法
从未经任何预培养或预处理的新鲜花药中分离花粉粒，直接接种到培 养基中进行培养的方法为直接培养。
预培养法
将花药在基本培养基中预培养3～6天，然后取出花粉，经离心冲洗后， 在液体培养基中进行培养，密度为105个/ml。培养三周后，可见到各 个阶段的花粉胚；4～5周后，可发育成小植株。
看护培养法
先把植物的完整花药放在半固体琼脂培养基表面，然后在花药上覆盖 一张滤纸小圆片，用移液管吸取0.5ml花粉悬浮液，密度是每毫升含 有20个花粉粒，滴在滤纸圆片上，置于26℃下培养。