第7章_花药培养及单倍体育种

➢ 二，认为小孢子发育过程中花药内源激素平衡在 不断改变，随花药的成熟，激素平衡变得不适合 小孢子的生长和分裂，或脱分化必须的一些物质 被消耗尽，从而引起培养效果不佳。
花粉发育时期的确定
•鉴定花粉发育时期的方法可用涂片法来进行。 •为方便起见，可找出与花粉发育时期相对应的形 态学指标。
（3） 花药预处理
体植株的技术。（属于器官培养的范畴。）
➢ 花粉培养（pollen culture）或小孢子培养 （microspore culture）： 是将处于一定发育阶段的花粉细胞从花药 中分离出来，加以离体培养获得单倍体植株的 技术。（属于细胞培养的范畴。）
两者的异同点
共同点：培养目的相同，获得单倍体植株。 不同点：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，易于观察雄核发育的全过程，技术更复 杂。
隐性性状易于表现。 遗传的变异性。
3、单倍体在遗传和育种中的应用价值
（1）迅速获得纯合型材料，缩短的育种年限。 与常规的杂育种相比，单倍体育种技术可以
加速纯系的获得，缩短4-5年的育种年限。
（2） 排除显、隐性干扰，提高选择效率，有 利于筛选隐性突变体，消除致死基因。
当有 n 对独立遗传的隐性基因及重组体分离 时，这些隐性性状及其重组体的出现几率在单倍
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）。大量 试验证明，花药培养前的预处理可以提高诱导频 率与分化率。
预处理方法：主要是对花药进行适度的逆境处理， 包括物理因素处理和化学因素处理。
Ⅰ：物理因素处理
①低温处理：是最常用的一种预处理方法。
（5）单倍体作为遗传工程受体更为有效。
基因工程上：花药和花粉培养系统可用于转基因。 染色体工程上：可以创造二体附加系、代换系。
（6）单倍体用作基础遗传研究的各个领域。
基因定位、绘制遗传图谱。
第二节、花药培养和花粉培养
➢ 花药培养（anther culture）： 以花药为外植体进行离体培养，获得单倍
一、花粉的发育过程
造孢细胞（分裂） 花粉母细胞（小孢子母细胞）分裂 二分体 四分体 单核花粉粒（小孢子）
单核早期 单核中期 单核晚期 成熟花粉（两核花粉、三核花粉）
花药的发育阶段
幼花粉囊 成熟花粉囊
单核花粉粒（小孢子）的形成
雄配子体（成熟花粉粒）及 雄配子（精子）的形成
成熟的花粉粒即为雄配子体，其中的精细胞为 有性生殖中的雄配子。
不能进入有性世代。
2、单倍体的来源
自然产生 人工诱发
孤雌生殖 孤雄生殖 无配子生殖 体细胞减数分裂
单倍体细胞离体培养 植物体上诱发单倍体
花药培养 花粉培养 未授粉子房/
胚珠培养
双单倍体(Double Haploid, DH)
指单倍体经过自然加倍或人工诱导加倍所获 得的纯合二倍体。
双二倍体(Double Diploid)
指杂交F1代个体经过人工诱导加倍所获得的 纯合多倍体（双亲的单套染色体组均加倍）。
二、单倍体育种
1、概念
单倍体育种：是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，作为杂交育种的原始材料，称为单 倍体育种。
2、单倍体的优点
遗传的稳定性，经人为加倍，可得到纯和 的二倍体 。
第一节 单倍体及单倍体育种
一、单倍体的概念及其来源
1、概念 单倍体(haploid)：是指具有配子体染色体数（n） 的孢子体(植物个体)。 单倍体有一元单倍体和多元单倍体。
南瓜的单倍体和二倍体 的雄花和雌花
单倍体植物的特点：
体细胞染色体数减半； 生长发育弱，体形小、各器
官明显减小； 雌、雄配子严重败育，有的
育
二、花药培养
花药培养的一般程序
材料准备 花药接种及诱导培养 分化培养 生根、壮苗培养及驯化移植 单倍体植株的鉴定及其二倍化
1、材料准备
（1）供体材料选择： 供试材料的遗传背景：选择易培养的材料、
杂合性的材料。 供试材料的生理状态：开花期的早晚、生长
环境、营养状态等。
（2）花粉的发育时期选择：
只有花粉发育到一定时期对离体培养最敏感，才 可能被诱导产生愈伤或胚状体。
一般情况下，对大多数植物来说，在单核期的花 粉比较容易培养成功。
单核中晚期到有丝分裂期是最适培养时期。
No Image 花粉发育简图
对花药培养适宜时期的解释
➢ 一，认为小孢子有丝分裂形成成熟花粉的初期是 胚胎形成的临界期，若在接种时花药发育已超过 了此阶段，胚状体就不能形成。
大多数被子植物(约70%)发育到2-细胞花粉粒 时期花粉粒即发育成熟，如百合、棉花等。
也有少数植物其生殖细胞再进行一次有丝分裂 形成2个精细胞，即花粉粒成熟时含有3个细胞，为 3-细胞花粉粒，如向日葵、小麦等。
No Image
2细胞花粉
3细胞花粉粒
No
Image
烟草
拟南芥
No
雄茄子 ✓ 水稻 ✓ 柑橘 ✓ 马铃薯 ✓ 小麦
3～5°C 10°C
3°C 4°C 1～3°C
3d 10～14d
5～10d 2d 7～14d
低温处理的作用
降低了小孢子新陈代谢，延长花粉的寿命,中断正常的配 子体发育，促进花药营养成分的转运； 低温能改变纺锤丝的轴向, 破坏纺锤丝的微管蛋白而阻 止纺锤丝形成，打破有丝分裂正常过程, 导致细胞分化； 阻止了细胞在预处理时的细胞周期，一旦培养在25度-28 度下重新返回有丝分裂； 低温、饥饿胁迫作用。
②高温预处理：
✓ 小麦：32-33°C，培养3～8d，再转到2628°C正常培养。
✓ 油菜：30°C，培养2～3d ✓ 玉米：30°C，14d，再转到27°C培养，能促
体育种中将比常规的二倍体育种法高 2ⁿ 倍，
大大提高了选择效率。
（3）单倍体是诱变育种、突变体筛选 的良好材料。
与诱变育种相结合可以提高诱变频率，遗 传类型丰富；
也可在花药培养过程中进行抗病、耐盐碱 等方面进行细胞水平的突变体筛选。
（4）单倍体在远缘杂交中的利用。
✓与细胞融合相结合 二倍体。 ✓克服远缘杂交不育性：远缘杂交后代高度不 育，但可产生部分有活性的花粉。