花药培养和花粉培养
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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。
第九章 植物花药和花粉培养
具有高度的相关性。
植株形态学鉴定法
单倍体植株瘦弱，叶片窄小，花小柱头长，
花粉粒小，不结实。
9.7.2 染色体加倍
9.7.2.1 茎段培养
（为什么要进行加倍？）
将单倍体植株的茎段进行培养，诱导愈伤 组织形成。由于单倍体愈伤组织在培养过程中
会有一定频率的核内有丝分裂，从而形成二倍
体细胞，分化出纯合的二倍体植株。
9.5 白化苗现象
白化苗的重要特性:
生殖生长和雌蕊的发育均不正常，不能完成有
性世代和获得白化苗的种子，无法用这种方法
证明它是否是一种可遗传性状。
在花粉白化苗的细胞中，常发现有微核存在。
白化苗叶肉细胞的细胞质中，无正常发育的
成熟叶绿体，只存在前质体到近乎正常叶绿
体的各种形态的质体。
花粉白化苗和绿苗在蛋白质、RNA和DNA
挤压法
在烧杯或研钵中用玻棒等挤压花药，
将花粉挤出后收集培养。
磁搅拌法 用磁力搅拌器搅拌培养液
中的花药， 使花粉游离出来；
超速旋切法
通过搅拌器中的高速旋转刀具
破碎花蕾、穗子、花药，使小孢子游离出来 （此法应用最广）。 4）甘露醇处理法（0.3 mol/L甘露醇中25℃暗培养3～4 d ）
5）小孢子纯化 子。
图9-4 小麦花药培养一步成苗
与多级成苗相比，一步成苗有以下几个优点：
1） 一步成苗简化了培养程序，降低了培养成本，加
快了成苗速度。
2）一步成苗提高了花药培养效率。（提高绿苗率，
主要通过胚状体成苗）
3）一步成苗中绿苗的质量明显提高。（生长快而健
壮）
4）一步成苗简化了培养过程，减少了愈伤组织形成
过程中的细胞变异，有效降低了白化苗产生频率。
花药培养和花粉培养
梯度离心前 （小孢子形态、活力不一致）
30%蔗糖梯度离心后 （获得均一的小孢子群体）
(二)花粉培养方式
1、平板培养 花粉置琼脂固化培养基上培养。 2、液体培养 花粉悬浮在液体培养基中培养，需震荡，以利通气。 3、双层培养 花粉置固体-液体双层培养基上培养。培养基制作方法： 先铺一层琼脂固体培养基，凝固后，在表面加入少量液体培养基。 4、看护培养 利用花药或花药愈伤组织释放出的活性物质促进花粉 小孢子发育。 5、微室培养 利用小的盖玻片和凹穴载玻片形成微室进行花粉培养 6、条件培养基培养 利用培养过花药的液体培养基或含失活花药提 取物的培养基上培养。花药条件培养基、子房条件培养等。
双单倍体（DH）群体是永久性群体，能有效
例如：水稻、小麦、大麦等禾本科植物，主茎穗比分蘖穗花药愈伤组织的诱导率明显地提高，同步化程度高。
左手持穗，右地手用用镊子于取遗出花传药，图无谱菌培的养皿构中建
1、影响花药诱导频率的因素
5、用于遗传转化 能直接表达外源基因，不受显隐性影响
花药培养简史
1964年：印度学者古哈(Guha)和马斯瓦瑞 （Maheswari ） 将南洋金花花药培养发育成胚 1967年：包金(Bourgin)和尼奇(Nitsch)花药培养获得烟草植 株 1973年：我国首次报道了小麦花药培养获得再生植株 目前：许多农作物及经济植物通过花粉培养都能诱导成植 株
〔优选〕花药培养和花粉培养
花的结构
处于不同发育时期的烟草小孢子
四分体: 醋酸洋红染色
四分体: Alexander’s 染 色
单核期
双核期
成熟花粉粒
一、概 述
花药是花的雄性器官，花药培养属器官培养； 花粉是单倍体细胞，花粉培养与单细胞培养相似 花药和花粉都可以在培养过程中诱导单倍体细胞系和单倍 体植株。 单倍体植株经过染色体加倍就成为纯合二倍体植株，这样 可缩短育种周期，获得纯系。花培已成为植物育种的一种 重要手段。
花药培养
二、花粉和花药培应用
迅速获得纯合型材料，缩短育种年限 迅速获得纯合型材料，缩短育种年限GO 获得育种中间材料 与诱变育种相结合可以提高诱变频率 与细胞融合相结合， 与细胞融合相结合，使这一育种途径更具有 实际应用意义 作为遗传工程受体更为有效 用作基础遗传研究的各个领域
大大缩短育种周期。 大大缩短育种周期。
2.花药供体植株的生长条件 花药供体植株的生长条件
水稻、小麦、大麦等禾本科植物， 水稻、小麦、大麦等禾本科植物，主茎穗 比分蘖穗花药愈伤组织的诱导率明显地提 高。 同步化程度高。 同步化程度高。
3.培养基 培养基
① 我国科学工作者对水稻、小麦的花药培养基做了改 进，研制出N6培养基。在N6培养基上，水稻花粉的 出愈率大幅度提高。N6培养基的特点是铵离子浓度 较低 ② 随后，进一步降低铵盐和硝酸盐浓度，同时附加生 物素，研制出C17和W14培养基，它们可以大幅度提 高小麦的花药出愈率。 ③ 多采用液体培养基
7.单倍体植株的二倍化 7.单倍体植株的二倍化
花粉植株染色体可自发加倍 人工措施染色体加倍。 人工措施染色体加倍。 传统方法是用秋水仙素处理。 传统方法是用秋水仙素处理。较大浓度的秋水 仙素溶液处理单倍体植株，时间为24 24仙素溶液处理单倍体植株，时间为24-96 h。 方法：浸泡试管苗方法、处理芽方法、 方法：浸泡试管苗方法、处理芽方法、浸根 方法
4.糖的种类 糖的种类
朱至清等(1990)报道在过滤灭菌的条 报道在过滤灭菌的条 朱至清等 件下，若以 件下，若以0.21 mg/L葡萄糖取代液体培 葡萄糖取代液体培 养基中同等浓度的蔗糖， 养基中同等浓度的蔗糖，小麦花粉胚的诱 导频率可增加2-10倍。 倍 导频率可增加
5.低温预处理 低温预处理
第五章花药和花粉培养
第五章花药和花粉培养一、概况1.概念花粉培养：指把花粉从花药中分离出来，以单个花粉作为外植体培养，形成花粉胚或愈伤组织，最终发育成花粉植株（单倍体）的技术.花药培养:指应用植物组织培养技术，把花粉发育到一定时期的花药接种到人工培养基上，以改变花药内花粉的发育途径，形成花粉胚或花粉愈伤组织，随后由胚状体直接发育成植株或由愈伤组织分化形成植株的培养方式异同点区别: 花药培养属于器官培养范畴，花粉培养属于细胞培养范畴共同点:在培养过程中都是花粉发育，均可获得单倍体细胞系或单倍体植株2.发展概况1964年印度Gula和Maheshwari成功地从毛叶曼陀罗花药培养获得许多胚状体，并证明胚状体直接起源于花粉粒，最终从胚状体进一步发育得到单倍体植株日本、法国、丹麦、德国等相继开展花培研究工作，目前已有10个科，24个属、34个种、250多种高等植物的花药培养获得成功花粉培养始于50年代，Tulecke首先培养银杏的成熟花粉粒得到愈伤组织，随后人们进行了很多研究，在许多植物上进行花粉培养，同时随着培养技术的逐步完善（看护培养、条件培养…)，获得愈伤组织、胚状体、有的还获得单倍体植株我国花培发展概况始于70年代，将花培与传统育种手段相结合，先后培育出一大批具有研究和应用价值的品种。
如烟草、小麦、玉米、甜椒等花培新品系、品种1974年，中科院植物所与山东烟草研究所合作，成功育成烟草新品种，并大面积推广，这是世界上第一个用单倍体方法培养出来的新品种国际公认，我国的花培工作处于国际领先水平。
我国有30多种植物进行花培试验，20多种获得了花粉植株，有一大部分是我国首创，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，中国在世界上处于领先地位”3.意义a.基础理论研究方面研究减数分裂，花粉生长机制的重要方法用来进行生理、生化、遗传等基础理论的研究花粉粒体积小，数量多，形状、内含物成份基本一致，是比较均一的起始材料，便于在人工控制条件下研究它们的生长、分化、遗传等变化过程b.遗传育种=单倍体育种中的意义可获得纯合二倍体，大大缩短育种周期具有选择效率高的优点用于远缘杂交育种，克服杂种不育性便于隐性突变体的筛选，大大提高突变育种的工作效率二、培养方法1.途径愈伤组织再分化形成植株(脱分化到再分化，变异率提高，混倍现象明显取决于培养基中激素的种类、浓度配比) 花粉植株通过胚状体形成植株花粉植株()2.花粉培养优点:不存在体细胞干扰，没有混倍现象缺点:培养技术难度大花粉分离自然散落法：机械挤压法：优点⏹操作简便⏹适于双子叶植株，不适于禾谷类，易损伤花粉粒缺点⏹花粉中易混有体细胞⏹悬浮液中花粉密度不易控制注意：液体培养基中加蔗糖或甘露醇，调节渗透压，避免花粉吸水胀裂三、影响花培成功的因素有些难培养植物诱导频率很低，有些植物（裸子植物）至今没有获得真正的花培植株花药培养虽然是一项成功的技术，但要获得良好的效果，还需克服许多困难诱导植株成功与否以及诱导频率受多种因素影响（一）供试材料1.材料的基因型材料的遗传背景不同，诱导难易程度不同茄科番茄、蔓陀罗、烟草易成功禾本科水稻优于小麦亚种水稻粳亚种(40-80%)优于籼米亚种(2%)花药培养力是可以遗传的，且为显性或超显性2.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——是影响花培成败的最关键因素之一四分体时期单核期---早、中、晚期双核期三核期#不同植物最适诱导期不同曼陀罗、烟草属、水稻---单核早期、双核期均可诱导，以单核中、晚期效果最好小麦、玉米---只有单核中期才能诱导大麦---单核晚期最佳一般采用单核中-晚期的花粉培养不同植物花培的合适花粉发育时期处于单核期的花粉培养最有利于诱导成苗小孢子发育第三期是胚胎形成的临界期，超过了这一时期胚状体就不能形成在小孢子发育过程，花药内激素水平正在不断改变，由于花药的成熟使激素平衡变得不适合，或为花粉发育所必需的其他一些养分已经耗尽，从而影响了诱导率培养前应确定花粉发育时期镜检：醋酸-洋红、I-KI染色（禾本科、茄科）、焙花青-烙矾法（木本、番茄）利用相应的形态学指标对于花培没有成功的植物最好选取花粉发育各个时期的花粉进行培养，确定最佳时期4.材料的预处理——试验证明，有几种预处理方法能有效提高诱导率低温预处理烟草：7-9℃，7-14天番茄：6-8 ℃，8-12天水稻：10℃，2-14天小麦、黑麦：1-3 ℃，2-20天常温下N饥饿预处理乙烯、高糖、离心预处理（二）培养基1.基本培养基MS应用最多，N6、B5、Nitsch也有应用不同植物种类，适用的培养基不同双子叶：Nitsch、MS十字花科、豆科：B5水稻等禾谷类：N62.碳源蔗糖应用最广，既是最好的碳源，又起调节渗透压的作用不同植物种类、不同诱导时期最适碳源浓度不同，通常以2-5%为宜烟草：2%诱导胚状体小麦：8-10%愈伤；5-8%分化水稻：4-6%愈伤；2-3%分化玉米：12-15%愈伤3.激素关键决定于激素种类、浓度、配比实例小麦：2mg/L 2.4-D 愈伤；< 2mg/L 胚状体4.其它添加物有机附加物、水解乳蛋白、水解酪蛋白、酵母提取物、肌醇、谷氨酰胺等活性炭（0.5-1%)吸附了琼脂中不利于细胞生长的某些杂质吸附了培养基高压灭菌蔗糖产生5-羟甲基糠醛吸附了激素，降低了激素水平（三）培养方法和培养条件1.材料的接种保证完全无菌条件、注意接种密度（104-105粒/ml为好），花药组织分泌的活性物质相互作用有利于诱导密度太高，养分消耗太快；密度太低，诱导率下降。
植物组织培养第五章 花药和花粉培养
殖，它的花粉给不育系授粉，能使不育系当代结实
并在F1代恢复育性正常的品系。是杂交种子的父本。
不育系（母本）×同型保持系（父本） ↓ 不育系（母本）×恢复系（父本） ↓
F1代种子—生产上杂交种子
1、克服后代分离、缩短育种年限 常规育种中，杂交F2代起会出现性状分离，到 F6代才开始选择，育成一个品种需8-10年。单倍 体育种将F1或F2代花药进行培养，对所获得的单 倍体植株进行加倍处理，获得稳定的纯合二倍体， 下一代植株性状基本稳定，育种只需3-5年。
（二）花粉培养
1．取材时期的确定 四分体—单核早期—单核晚期—双核早期—双核晚期—三核期 小孢子 花粉培养 花粉粒 花药培养
2、花粉预处理
低温处理花蕾，或单核后期离心预处理。
3、花粉分离
适合的花蕾-消毒-取出花药-烧杯壁中挤压花 药-尼龙网过滤-花粉液离心-花粉粒沉淀-培养基 稀释-纯净花粉群体。
C途径：在获得的花粉植株群体中，除单倍 体外，常有相当比例的二倍体、三倍体、四倍 体、非整倍体等非单倍体植株，即小孢子培养 过程中自发加倍现象。此途径中，生殖核与营 养核共同参与了花粉植株的形成。`Fra bibliotek2、B途径
小孢子第一次有丝分裂为均等分裂，形成两个 大小相近的细胞（或游离核）。以后，由这两个细 胞连续分裂产生单一类细胞组成的多细胞花粉或多 核花粉。 （二）雄核发育的启动机理（不讲）
（一）花药培养方法 1、材料的选取
大多数园艺植物的花药培养，成功率最高的是
单核期或单核中晚期。
花粉的发育时期：
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。 3、接种培养 镊子剥去花瓣-花药均匀接种于培养基上，常 用培养基MS、N6和马铃薯培养基。 蔗糖5-10%，20-30℃，光照12h。
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
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
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用于基因的剂量效应分析。 4、构建连锁图谱 双单倍体（DH）群体是永久性群体，能有效
地用于遗传图谱的构建 5、用于遗传转化 能直接表达外源基因，不受显隐性影响
花药培养简史
1964年：印度学者古哈(Guha)和马斯瓦瑞 （Maheswari ）
将南洋金花花药培养发育成胚
1967年：包金(Bourgin)和尼奇(Nitsch)花药培养获得烟草植
构建永久性分离群体－双单倍体系（Doubled haploid)，用于基因定位。
双单倍体：是指单倍体细胞（花粉或卵细胞）经过人工或自发加倍后得 到双单倍体细胞，细胞经诱导分化可发育为单双倍体植株。
花粉植株形态发生方式
1、胚状体发育途径
小孢子经历胚发生的各个阶
段，最后子叶展开，形成花粉植株。
2、愈伤组织发育途径
目只有体细胞的一半，叫做单倍体细胞(haploid cell)。
花粉和花药的培养(pollen and anther culture)是指花粉在培
养基上改变其正常发育和机能，不经受精而发生细胞分裂，
由单个花粉粒发育成完整植株的技术。 用离体培养花药的方法使花粉发育成一个完整的植株，叫 做单倍体植物(haplobiont)。
小孢子分裂数次形成愈伤，
再分化形成花粉植株。此途径产生的植株会出现变
异且倍性复杂。
胚状体发育途径
烟草花药培养
部分花药通过胚状体途径形成小植株
烟草花药培养
通过胚状体途径再生形成小植株
胚状体发育途径
芸苔属小孢子培养
a) 球形胚
d) 鱼雷形胚
愈伤组织发育途径
水稻花药培养
接种在平板上的水稻花药
部分花药产生愈伤组织
量分裂形成胚或愈伤，并突破花药壁表面，形成突出物（2-3周）； 后转入分化培养基培养，形成小植株。
花粉培养
(一)花粉的分离与纯化
1、自然散落法(漂浮培养散落小孢子收集法)
体培养基上，待花粉自动散落后，收集培养。 2、挤压法 3、机械游离 （1）磁搅拌法 （2）超速旋切法
将花药接种在预处理液或液
在烧杯或研钵中挤压花药，将花粉挤出后收集培养。 用磁力搅拌器搅拌培养液中的花药，使花粉游离出来； 通过搅拌器中的高速旋转刀具破碎花蕾、穗子、花药，
教学目的与要求
(1) 掌握花药培养和花粉培养的区别
(2) 了解花药最佳接种时期
(3) 掌握花药培养的大致过程 (4) 掌握花粉发育的途径 (5) 掌握花粉培养的大致过程
花的结构
处于不同发育时期的烟草小孢子
四分体: 醋酸洋红染色
单核期
双核期
成熟花粉粒
四分体: Alexander’s 染 色
一、概
述
花药是花的雄性器官，花药培养属器官培养；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
花粉是单倍体细胞，花粉培养与单细胞培养相似
花药和花粉都可以在培养过程中诱导单倍体细胞系和单倍
体植株。
单倍体植株经过染色体加倍就成为纯合二倍体植株，这样
可缩短育种周期，获得纯系。花培已成为植物育种的一种
重要手段。
一、概
述
植物的花粉是花粉母细胞经减数分裂形成的，其染色体数
水稻花药培养
愈伤组织转接种到再生培养基
愈伤组织分化形成再生植株
花药培养
1、取材
镜检，根据花粉的发育时期，选取大小适宜的花蕾。
2、消毒
70％酒精擦洗花蕾表面，或70％酒精浸泡30-60s后在1
％次氯酸钠溶液中浸泡10-20min或在0.1％的氯化汞溶液中消毒310min，无菌水冲洗3-5次。
3、培养 固体或液体培养基均可。先进行脱分化培养，至小孢子大
花药培养 是将花粉发育至一定阶段的花药接种到人工培养基 上进行培养，以形成花粉胚或愈伤组织进而分化成 植株的技术。
两者的异同点 培养目的相同，均获得小孢子植株。 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；可计数小孢子产胚率；可观察雄 核发育的全过程；单倍体产量高。但技术更复杂。
（2）提高了目标基因型的选择效率 例子： 二倍体供体植株基因型为AaBb，若要从后代中选择基因为AAbb的纯合 单株 常规方法： AAbb出现的概率为1/16，并且不能将AAbb与Aabb、aAbb区 分开。
AB aB Ab ab
AB AABB aABB AabB aAbB
aB AaBB aaBB AabB aabB
（3）诱变育种中的作用
植株不受显隐性的影响，在诱变育种中能在当代及时获得突变个体， 加倍后成为稳定的纯系。
2、物种进化研究
可探索亲本染色体组的构成。分析单倍体植
物减数分裂时，形成二价体的数目和形状，能确定染色体组内是
否存在同源染色体。 3、遗传分析 单倍体植株中基因不受显隐性的影响，每一个基
因的作用均能表现出来。能用来研究基因的性质及其作用。还可
花药或花粉培养的作用：
1、作物育种 （1）缩短育种周期：常规育种需4-6年获得纯系，而小 孢子培养仅需一年。
供体植株 小孢子（n）
花培 雄核发育
花粉植 株（n）
自然加倍 人工加倍
纯合植株DH （2n）
一年内获得纯系
大大缩短育种周期
通 过 多 次 自 交 或 近 交 获 得 的 几 乎 是 同 质 结 合 的 品 系 单 水倍 仙体 素植 处株 理再 ）通 从过 而某 使种 植手 物段 恢使 复染 正色 常体 染组 色加 体倍 数（ 如 秋
株 1973年：我国首次报道了小麦花药培养获得再生植株 目前：许多农作物及经济植物通过花粉培养都能诱导成植 株
花药培养与单倍体育种
花药培养的主要目的，是培育花粉粒的单倍体植株，并使单倍体加倍，
作为育种材料的来源。 利用杂种花药离体培养获得的再生植株，由不同基因型的配子发育而来， 具有丰富的变异类型，选择出有利的变异类型，经过经济性状鉴定后， 选出优良者直接用于生产或配制杂交组合，获得优良杂交种子。
Ab AABb aABb AAbb aAbb
ab AaBb aaBb Aabb aabb
（2）提高了目标基因型的选择效率 例子： 二倍体供体植株基因型为AaBb，若要从后代中选择基因为AAbb的纯合 单株 单倍体方法： AAbb出现的概率为1/4。
单倍体 供体亲本 AaBb 花培
二倍体
AB------ --------------------> AABB aB----------------------------> aaBB Ab----------------------------> AAbb ab-- --------------------------> aabb
地用于遗传图谱的构建 5、用于遗传转化 能直接表达外源基因，不受显隐性影响
花药培养简史
1964年：印度学者古哈(Guha)和马斯瓦瑞 （Maheswari ）
将南洋金花花药培养发育成胚
1967年：包金(Bourgin)和尼奇(Nitsch)花药培养获得烟草植
构建永久性分离群体－双单倍体系（Doubled haploid)，用于基因定位。
双单倍体：是指单倍体细胞（花粉或卵细胞）经过人工或自发加倍后得 到双单倍体细胞，细胞经诱导分化可发育为单双倍体植株。
花粉植株形态发生方式
1、胚状体发育途径
小孢子经历胚发生的各个阶
段，最后子叶展开，形成花粉植株。
2、愈伤组织发育途径
目只有体细胞的一半，叫做单倍体细胞(haploid cell)。
花粉和花药的培养(pollen and anther culture)是指花粉在培
养基上改变其正常发育和机能，不经受精而发生细胞分裂，
由单个花粉粒发育成完整植株的技术。 用离体培养花药的方法使花粉发育成一个完整的植株，叫 做单倍体植物(haplobiont)。
小孢子分裂数次形成愈伤，
再分化形成花粉植株。此途径产生的植株会出现变
异且倍性复杂。
胚状体发育途径
烟草花药培养
部分花药通过胚状体途径形成小植株
烟草花药培养
通过胚状体途径再生形成小植株
胚状体发育途径
芸苔属小孢子培养
a) 球形胚
d) 鱼雷形胚
愈伤组织发育途径
水稻花药培养
接种在平板上的水稻花药
部分花药产生愈伤组织
量分裂形成胚或愈伤，并突破花药壁表面，形成突出物（2-3周）； 后转入分化培养基培养，形成小植株。
花粉培养
(一)花粉的分离与纯化
1、自然散落法(漂浮培养散落小孢子收集法)
体培养基上，待花粉自动散落后，收集培养。 2、挤压法 3、机械游离 （1）磁搅拌法 （2）超速旋切法
将花药接种在预处理液或液
在烧杯或研钵中挤压花药，将花粉挤出后收集培养。 用磁力搅拌器搅拌培养液中的花药，使花粉游离出来； 通过搅拌器中的高速旋转刀具破碎花蕾、穗子、花药，
教学目的与要求
(1) 掌握花药培养和花粉培养的区别
(2) 了解花药最佳接种时期
(3) 掌握花药培养的大致过程 (4) 掌握花粉发育的途径 (5) 掌握花粉培养的大致过程
花的结构
处于不同发育时期的烟草小孢子
四分体: 醋酸洋红染色
单核期
双核期
成熟花粉粒
四分体: Alexander’s 染 色
一、概
述
花药是花的雄性器官，花药培养属器官培养；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
花粉是单倍体细胞，花粉培养与单细胞培养相似
花药和花粉都可以在培养过程中诱导单倍体细胞系和单倍
体植株。
单倍体植株经过染色体加倍就成为纯合二倍体植株，这样
可缩短育种周期，获得纯系。花培已成为植物育种的一种
重要手段。
一、概
述
植物的花粉是花粉母细胞经减数分裂形成的，其染色体数
水稻花药培养
愈伤组织转接种到再生培养基
愈伤组织分化形成再生植株
花药培养
1、取材
镜检，根据花粉的发育时期，选取大小适宜的花蕾。
2、消毒
70％酒精擦洗花蕾表面，或70％酒精浸泡30-60s后在1
％次氯酸钠溶液中浸泡10-20min或在0.1％的氯化汞溶液中消毒310min，无菌水冲洗3-5次。
3、培养 固体或液体培养基均可。先进行脱分化培养，至小孢子大
花药培养 是将花粉发育至一定阶段的花药接种到人工培养基 上进行培养，以形成花粉胚或愈伤组织进而分化成 植株的技术。
两者的异同点 培养目的相同，均获得小孢子植株。 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；可计数小孢子产胚率；可观察雄 核发育的全过程；单倍体产量高。但技术更复杂。
（2）提高了目标基因型的选择效率 例子： 二倍体供体植株基因型为AaBb，若要从后代中选择基因为AAbb的纯合 单株 常规方法： AAbb出现的概率为1/16，并且不能将AAbb与Aabb、aAbb区 分开。
AB aB Ab ab
AB AABB aABB AabB aAbB
aB AaBB aaBB AabB aabB
（3）诱变育种中的作用
植株不受显隐性的影响，在诱变育种中能在当代及时获得突变个体， 加倍后成为稳定的纯系。
2、物种进化研究
可探索亲本染色体组的构成。分析单倍体植
物减数分裂时，形成二价体的数目和形状，能确定染色体组内是
否存在同源染色体。 3、遗传分析 单倍体植株中基因不受显隐性的影响，每一个基
因的作用均能表现出来。能用来研究基因的性质及其作用。还可
花药或花粉培养的作用：
1、作物育种 （1）缩短育种周期：常规育种需4-6年获得纯系，而小 孢子培养仅需一年。
供体植株 小孢子（n）
花培 雄核发育
花粉植 株（n）
自然加倍 人工加倍
纯合植株DH （2n）
一年内获得纯系
大大缩短育种周期
通 过 多 次 自 交 或 近 交 获 得 的 几 乎 是 同 质 结 合 的 品 系 单 水倍 仙体 素植 处株 理再 ）通 从过 而某 使种 植手 物段 恢使 复染 正色 常体 染组 色加 体倍 数（ 如 秋
株 1973年：我国首次报道了小麦花药培养获得再生植株 目前：许多农作物及经济植物通过花粉培养都能诱导成植 株
花药培养与单倍体育种
花药培养的主要目的，是培育花粉粒的单倍体植株，并使单倍体加倍，
作为育种材料的来源。 利用杂种花药离体培养获得的再生植株，由不同基因型的配子发育而来， 具有丰富的变异类型，选择出有利的变异类型，经过经济性状鉴定后， 选出优良者直接用于生产或配制杂交组合，获得优良杂交种子。
Ab AABb aABb AAbb aAbb
ab AaBb aaBb Aabb aabb
（2）提高了目标基因型的选择效率 例子： 二倍体供体植株基因型为AaBb，若要从后代中选择基因为AAbb的纯合 单株 单倍体方法： AAbb出现的概率为1/4。
单倍体 供体亲本 AaBb 花培
二倍体
AB------ --------------------> AABB aB----------------------------> aaBB Ab----------------------------> AAbb ab-- --------------------------> aabb