医学-植物组织培养第八章植物体细胞无性系变异
《植物组织培养》试题及答案
试卷编号NO：高等函授教育《植物组织培养》试题学号：姓名：一名词解释：（10*2分=20分）1、植物细胞组织培养2、细胞全能性3、脱分化4、外植体5、试管苗驯化6、间接不定芽发生7、双极性8、微体嫁接9、人工种子10、体细胞无性系变异二填空：（30*1分=30分）1、目前植物组织培养应用最广泛的方面是和。
2、由脱分化的细胞再分化出完整植株有两种途径，一种叫做，另一种叫做。
3、培养用具的常用灭菌方法有、、。
4、某些生长调节物质及抗生素、酶类物质遇热不稳定，对其灭菌时不能进行，而要进行。
5、一般来说，黑暗条件下有利于的增殖，而往往需要一定的光照。
6、植物离体授粉技术通常包括、、三个方面。
7、一般液体培养的继代时间较短，继代一次；而固体培养继代时间可以长些，继代一次。
8、外植体器官发生的三种途径包括、、。
9、从再生植株倍性来看，小孢子培养通常产生植株，胚培养通常产生植株，通常产生三倍体植株。
10、脱毒苗鉴定与检测的主要方法有、、、。
11、在生长素中，对于许多作物花粉的启动、分裂、形成愈伤组织和胚状体起着决定性作用，但是对却有抑制作用。
12、用平板培养法培养单细胞或原生质体时，常用来衡量细胞培养效果。
13、用药剂处理是诱导染色体加倍的传统方法。
三计算题（1*10分=10分）某培养基的配方是MS＋BA 2.0mg/L＋NAA 0.5mg/L＋2.5%蔗糖＋0.7％琼脂粉。
MS母液的浓度分别是：大量元素２０倍，微量元素500倍，铁盐100倍，有机物５０倍；BA母液浓度1.0 mg/ml ，NAA母液浓度0.1mg/ml。
要配制400ml 该培养基，需要吸取各种母液各多少ml？分别称取蔗糖、琼脂粉各多少克？（要求写出计算步骤）四简答题（5*5分=25分）1、造成组织培养过程中发生污染的原因有哪些？如何有效控制污染？2、简述外植体消毒的一般步骤。
3、胚培养在科学研究及生产实践中有哪些应用？4、结合花粉培养，简述看护培养法。
植物组织培养第8章突变体的诱导与选择
百万到千万个植物细胞。 与种子、芽体比较，细胞水平突变重复性、稳定
性好。 离体筛选的意义：
对农作物形状进行遗传改良；为细胞杂交和转基 因技术提供选择标记，如互补选择；对突变体细 胞进行遗传及生理代谢研究。
突变是遗传变异性的终极来源，它为种群变异提 供原材料。是体现生物多样性和适应多变环境的 重要方式。
Chal effand carlson（1975）进行了高赖氨酸水 稻突变体筛选的研究，采用甲基磺酸乙酯，S（2-氨乙基）-半胱氨酸为选择因子，得到的突变 体中，蛋氨酸含量增加14%；游离天冬氨酸增加 17%；游离异亮氨酸和亮氨酸比野生种增加4～8倍。
Hibberd等（1987）用高浓度苏氨酸和赖氨酸为选 择剂，得到了抗这两种氨基酸的玉米突变体，在 愈伤组织中，其苏氨酸比正常细胞高6倍，在种子 中提高75～100倍。
4 抗逆突变体
耐盐突变体的筛选是通过在培养基中加入高盐浓度，甚至 海水来进行的。在盐浓度逐渐增加的条件下，诱导并筛选 出耐盐的细胞系。
Dix和Steet（1975）利用加入NaCl的液体培养基，培养辣 椒和烟草，结果得到一种可在含1%～2% NaCl条件下生存 的抗盐突变细胞株，培养几代在回到含盐培养基中，仍具 有抗盐性。在抗盐细胞中游离脯氨酸积累量增加，表明脯 氨酸与植物抗盐性的关系。
植物细胞工程目前分为五个分支： 脱毒与快速繁殖。 细胞的大量培养。 体细胞杂交。 细胞遗传转化及产生转基因植株。 无性系变异与分离突变体。
前两者主要利用遗传自动调节，本身遗传潜力进行繁 殖；
后三者则主要利用遗传变异，创建新种质。
离体筛选的优点： 离体筛选突变体的可控程度高，便于进行定向选
体细胞无性系变异
射线：如X-射线及γ-射线
激光
微波
离子束
化学诱变
烷化剂
包括EMS、EI、NEU、NMU、DES、MNNG、NTG等 通过与核苷酸中的磷酸、嘌呤和嘧啶等分子直接反应，在碱基 许多位置上增加了烷基来诱发突变 如5-溴尿嘧啶(BU)和2-氨基嘌呤(AP ) 与DNA正常碱基结构类似的化合物,能在DNA复制时取代正常 碱基掺入并与互补碱基配对。使AT转换为GC碱基对
染色体的结构变异
主要包括缺失、重复、倒位及易位等 结构变异频率随染色体的不同而不同
基因突变（Gene mutation）
由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变， 而引起的基因结构的改变，就叫做基因突变 狭义仅指“点突变” 按照基因结构改变的类型，突变可分为碱基置换、 移码、缺失和插入4种。 按照遗传信息的改变方式，突变又可分为错义、无 义两类 按照表型效应，突变型可以区分为形态突变型、生 化突变型以及致死突变型等，对于基础理论研究及 遗传改良具有重要意义
2 常用的诱变措施
物理诱变 化学诱变 空间技术诱变 复合诱变
物理诱变
紫外线
波长260nm的紫外辐射最有效，使DNA分子形成嘧啶二聚体, 即两个相邻的嘧啶共价连接，减弱双键间氢键的作用,并引起 双链结构扭曲变形,阻碍碱基间的正常配对 电离作用,因而能直接或间接地改变DNA结构 激光是异于自然光的辐射光,能量高度集中。通过光效应、热 效应和电磁效应的综合作用,能使生物的染色体断裂或形成片 断,甚至易位和基因重组 微波辐射属于一种低能电磁辐射,具有较强生物效应的频率范 围在300MHz~300GHz,对生物体具有热效应和非热效应 离子束注入的离子与生物体大分子发生一系列碰撞,而生物大 分子逐步获得能量进而发生键断裂
体细胞无性系变异
染色体的结构变异
主要包括缺失、重复、倒位及易位等 结构变异频率随染色体的不同而不同
基因突变（Gene mutation）
由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变， 而引起的基因结构的改变，就叫做基因突变 狭义仅指“点突变” 按照基因结构改变的类型，突变可分为碱基置换、 移码、缺失和插入4种。 按照遗传信息的改变方式，突变又可分为错义、无 义两类 按照表型效应，突变型可以区分为形态突变型、生 化突变型以及致死突变型等，对于基础理论研究及 遗传改良具有重要意义
3 培养基
培养基成分对体细胞无性系变异有影响 如：
豌豆根尖培养物加激动素（KT）和酵母浸出液，可 以诱导4倍体的分裂 纤细单冠菊的细胞培养中，添加2，4-D，可以诱导 2倍体成为4倍体
细胞质基因组的改变
主要是指独立于核基因组之外的细胞器（如叶绿 体、线粒体等）的遗传物质的变异 常见的如白化苗、雄性不育等
三 影响体细胞无性系变异的因素
基因型 外植体 培养基 继代培养时间 温度 组织原有倍数性
1 基因型
体细胞无性系变异的频率与植物种类和基因型有关 如麝香百合具有较强遗传稳定性，而甘蓝等则出现 各种倍性的嵌合体 如燕麦幼胚组织培养，愈伤组织继代4个月后， Tippecanoe 有12%染色体变异，而Lodi则达到50%
3）原生质体融合的过程包括？其成败关键 是？
异种原生质体—膜融合形成共同的质膜—胞质融 合—产生细胞壁—核融合 细胞核的融合是异种原生质体融合的关键
4）利用体细胞杂交技术获得再生植株的过程 包括那些步骤？
无性
主要内容
植物体细胞无性系变异 体细胞变异体筛选的一般技术 体细胞无性系变异的应用
一、 植物体细胞无性系变异 1. 简介
在植物组织和细胞培养中， 在植物组织和细胞培养中，培养细胞及再生植 株往往会出现各种变异，在这些变异中， 株往往会出现各种变异，在这些变异中，有些是生 理上的原因造成的，是不可遗传的变异； 理上的原因造成的，是不可遗传的变异；而另一些 则是遗传物质发生改变的结果，是可遗传的变异。 则是遗传物质发生改变的结果，是可遗传的变异。 Larkin和Scowcroft（1981）提出，由任 和 （ ）提出， 何形式细胞培养所获得的再生植株称为“ 何形式细胞培养所获得的再生植株称为“体细胞无 性系” ），而将这些植株所表现出 性系”（somaclone），而将这些植株所表现出 ）， 来的变异称为“体细胞无性系变异” 来的变异称为“体细胞无性系变异” （somaclonal variation）。 ）。
作物种类
小麦 水稻 玉米 甘蔗 马铃薯 番茄 烟草 苜蓿 油菜
外植体
未成熟胚 种子胚 未成熟胚 多种 原生质体、 原生质体、叶愈伤组 织 叶片 花药、 花药、原生质体 未成熟子房 花药、 花药、胚、分生组织
变异性状
株高、穗形、芒性、成熟性、分蘖数、 株高、穗形、芒性、成熟性、分蘖数、淀粉酶等 分蘖性、穗形、育性、花期、株高、 分蘖性、穗形、育性、花期、株高、蛋白质含量等 胚乳性状、 胚乳性状、玉米小斑病抗性等 眼斑、斐济病毒、霜霉病、叶耳长度、 眼斑、斐济病毒、霜霉病、叶耳长度、蔗糖含量等 块茎形状、产量、成熟期株型、 块茎形状、产量、成熟期株型、晚疫病抗性等 雄性不育、花梗不连续、 雄性不育、花梗不连续、果实颜色等 株高、叶形、产量等级指数、生物碱含量、 株高、叶形、产量等级指数、生物碱含量、还原糖含量 等 多叶状叶、叶柄长度、株型、株高、 多叶状叶、叶柄长度、株型、株高、干物质含量等 花期、生长习性、 花期、生长习性、腊质性等
《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
《细胞工程》名词解释
植物细胞全能性:植物体的每个细胞都携带有该物种的全部遗传信息，因而只要在适当的条件下，植物一切生活细胞都具有分化为一个完整植株的潜在能力，这就是细胞的全能性。
这是细胞工程的理论基础。
细胞分化:个体细胞发育过程中，后代细胞在形态、结构和生理功能上发生差异的过程。
脱分化:原已分化的细胞，失去原有的形态和机能，又回复到没有分化的无组织的细胞团或愈伤组织，这个过程称为脱分化。
再分化:由脱分化状态的细胞再度分化形成另一种或几种类型的细胞的过程，称为再分化愈伤组织:外植体在离体条件下，细胞经脱分化等一系列过程，转变为一种能迅速增殖的无特定结构和功能的细胞团，称为愈伤组织。
愈伤组织细胞大而不规则,高度液泡化、没有次生细胞壁和胞间连丝。
继代培养:对来自于外植体所增殖的培养物通过更新新鲜培养基及不断切割或分离,进行连续多代的培养.外植体:植物组织培养中用来进行离体无菌培养的材料,可以是器官、组织、细胞和原生质体。
器官发生:指离体培养条件下的组织或细胞团分化形成不定根、不定芽等器官过程。
体细胞胚：由外植体可直接形成胚状体，外植体也可以经脱分化先形成愈伤组织，再由愈伤组织形成胚状体。
胚状体是由体细胞发育而来人工种子：通过将植物组织培养中所产生的体细胞胚或珠芽等包埋在“人工胚乳”和“人工种皮”里，制成的具有播种功能、类似天然种子的颗粒就称为人工种子。
繁殖系数：也叫增殖系（倍)数或增殖率，是指繁殖材料在一个培养周期内增殖的倍数。
污染：指在组织培养过程中培养基和培养材料滋生杂菌，导致培养失败的现象。
褐变：指在组织培养中，由于材料被切割而使多酚氧化酶活化将组织中的酚类物质氧化形成棕褐色的醌类物质，并向培养基中扩散，抑制培养物生长甚至导致其死亡的现象。
玻璃化：指组织培养过程中的特有的一种生理失调或生理病变，试管苗呈半透明状外观形态异常的现象。
悬浮培养：将游离的单细胞或小的细胞团，按照一定的细胞密度，悬浮在液体培养基中进行培养的方法。
植物体细胞无性系
⑵非整倍体变异 在离体培养中，经常也会出现奇数（n、3n等）的变异。这 可能是因为核融合，或者多被体细胞有丝分裂期间染色体 发生错配造成的。 染色体结构变异
李耿光等报道的玉米等再生植株中染色体结构 的变化频率显著高于染色体数目的异常,主要是染 色体断裂所引起的缺失以及粘合后出现的易位、 倒位、重排等引起的。
• 后代稳定快
一般无性系二代就可获得稳定株系,这是优良性状选择的 关键时期,从而大大缩短育种年限。但也有少部分无性系 是杂合体,要继续分离,不过多属简单分离,像株高,芒性等, 分离程度与供体植株的遗传背景有关,如水稻稳定无性系
• 能基本保持原品种的优良特性 仅改变1-2个性状，这就可以根据育种目标 , 针对现有品种的个别缺点进行选育,以期在短期 （2-3d）内筛选出所需的性状,避免基因重组带来 的麻烦。刁现民等认为 ,虽然利用无性系变异在 短时间内创造有很大突破的全新品种可能性比较 小,但针对现有 品种在株高、株型、抽穗期、粒 型、熟性、抗病性等单个性状进行有针对性的改 善是非常有效的 。
体细胞无性系变异的提出
Larkin和Scowcroft对有关植株变异的研 究结果进行总结，正式提出了植物细胞无 性系变异这一术语。
体细胞无性系变异的类型
遗传变异：自发变异，也有一部分是外植体中预先 存在的变异（个体发育中自然发生）
生理适应 非遗传变异 后生遗传变异
体细胞无性变异的类型
1） 生理适应是指由于某种外界条件存在而引起的性 状变异，这种变异会随着外界因素的消失而消失。 2） 后生遗传变异是指在基因的DNA序列没有发生变 化的情况下，基因功能发生了可遗传的变化，并最终导致 了表型变化，它是由基因表达调控发生变化，并不涉及基 因结构的改变。 后生遗传变异在细胞水平上可遗传的，在诱发条件消 除后，也能通过细胞分裂在一定时间内继续存在，但不能 通过再生植株的有性生殖传递给后代植株，也不能继续表 现在再生植株的二次培养物中。
28841植物组织培养课程考试说明
28841 植物组织培养课程考试说明一、本课程使用的教材、大纲植物组织培养课程指定使用的教材为《植物组织培养》，由王蒂主编，中国农业出版社，2004年版。
二、本课程的试卷题型结构及试题难易度试卷分别针对领会、掌握、重点掌握三个认知和能力层次命制试题，三个不同能力层次在试卷中所占的比例大致是：“领会”20%，“掌握”40%，“熟练掌握”为40%。
3. 试题难易程度大致可分为：容易、中等偏易、中等偏难、难四个等级，试卷中不同难易度试题所占的比例，大致为容易占20%，中等偏易占30%：中等偏难占30%：难占20%。
三、各章内容分数的大致分布根据自学考试大纲的要求，试卷在命题内容的分布上，兼顾考核的覆盖面和课程重点，四、考核重点及难点第一章绪论（1）植物组织培养的学科基础；（2）植物组织培养的基本概念、特点、研究领域和应用。
第二章实验室及基本操作（1）植物组织培养培养基构成原理和组织培养的理论基础；（2）植物组织培养的实验室构成、重要设备的操作方法；（3）各种器具和材料的洗涤和灭菌方法；培养基的组成和配制，以及灭菌技术。
第三章植物组织培养的基本原理（1）植物组织培养的原理和组织分化的途径；（2）离体条件下器官的发生的途径，离体条件下植物形态形成的条件；（3）植物细胞的全能性；分化、脱分化、再分化、愈伤组织等名词的含义。
第四章植物器官和组织培养（1）离体条件下植物形态发生和植株再生的途径；（2）无菌外植体的获得过程，植株再生的途径，培养产物的观察记载和统计方法，植物茎段培养、叶和种子培养各自的产物的异同。
第五章植物胚胎培养及离体授粉（1）植物胚胎培养和离体授粉的应用；（2）植物胚培养的类型、应用和影响因素，植物胚乳培养的应用。
第六章植物花药和花粉培养（1）花粉小孢子的发育途径，（2）植物花粉和花药培养的概念和应用。
第七章植物细胞培养（本章不作考核要求！）第八章植物体细胞无性系变异（1）植物体细胞无性系变异的影响因素；（2）植物体细胞无性系变异的概念及其在育种中的应用。
植物组织培养 复习资料
第一章绪论植物组织培养类型根据培养材料不同分为：（1）完整植株培养：对幼苗和较大植株等的培养。
（2）胚胎培养：包括成熟胚、幼胚、子房、胚珠等的培养。
（3）器官培养：包括离体根、茎、叶、果实、种子、花器官的培养。
（4）组织培养：如分生组织、薄壁组织、输导组织培养。
（5）细胞培养：指对单细胞或较小的细胞团进行培养。
（6）原生质体培养：指对去掉细胞壁后所获得的原生质体进行培养。
根据再生途径分为：（1）器官发生途径（2）体细胞胚胎发生人工种子：是指植物离体培养产生的胚状体或不定芽被包裹在含有营养和保护功能的人工胚乳和人工种皮中，从而形成能发芽出苗的颗粒体。
作为繁殖材料。
植物组织培养技术的应用：1、优质种苗的快速无性繁殖1）无性繁殖作物及不易繁殖作物的快速繁殖2）通过茎尖培养生产脱毒健康种苗2、用于植物遗传育种包括种质资源离体保存；花粉花药培养产生单倍体；胚乳培养产生三倍体；胚培养拯救杂种胚克服远缘杂交障碍；原生质体培养进行体细胞杂交；植物体细胞无性系变异诱导和筛选；用于植物基因转移操作等。
3、大规模植物细胞、组织和器官培养生产次生代谢物质4、用于植物生长发育理论研究，包括生理学、病理学、胚胎学和细胞与分子生物学等第二章植物组织培养的基本技术组培实验室：包括化学实验室或准备室、接种室以及培养室三部分，并且按顺序排列。
在化学实验室与接种室之间应留有缓冲空间。
（1）准备室：用于培养器皿的清洗、培养基的配制、分装和灭菌、试管苗的出瓶及整理等工作。
冰箱、天平、高压灭菌锅、pH计、干燥箱、实验台、水槽、凉干架、药品柜、离心机、水浴锅、微波炉、电炉、磁力搅拌器、蠕动泵、移液器、各种玻璃器皿（烧杯、量筒、容量瓶、试剂瓶、三角瓶等）及培养基分装用品等。
（2）接种室：植物材料的灭菌、接种以及培养物的继代转接等。
超净工作台、紫外灯、小推车、搁架、磁盘、接种工具（各种镊子、解剖刀、手术剪、普通剪刀接种针、酒精灯、手持喷雾器、细菌过滤器等）等。
植物体细胞无性系变异与育种
材料基因型和外植体的选择
预处理或不处理（χ、γ射线、紫外线、EMS、SA等）
诱导愈伤组织或悬浮细胞 均一稳定性实验 单纯继代 胁迫与正常交替继代 再生植株 抗性鉴定 抗性突变体 自交、遗传分析 获得后代、保存利用 选择
图10-2 植物抗病突变体离体筛选技术程序（顾玉成，2004）
早在1973年，Carlson 以烟草野火病（Pseudomonas tabaci）毒素类似物MSO （Methionine sulfoxi-mine，磺氧化亚胺蛋氨酸）为选择 剂，从经EMS处理的烟草原生质体和细胞培养物中筛选 出抗性突变体，引起了人们的重视。
•
•
Gentile等（1992 ，1993）和Deng等（1995） 分别利用柠檬干枯病的病原菌Phoma tracheiphila产生的毒 素选择压，筛选其愈伤组织和原生质体，获得抗性愈伤组 织及其再生植株； 抗性材料接种病原菌后能自主地向胞内和胞间产生和释放 过量的几丁质酶（一种PR蛋自质）和葡聚糖酶，从而达 到抗病的目的；抗病体细胞无性系变异柠檬的抗病等级同 柠檬抗病栽培品种Monachello相同。
植物体细胞无性系变异与育种
1体细胞无性系变异具有重要的理论和实践意义
植物体细胞无性系变异是指植物细胞经组织培养产生的 遗传变异。体细胞无性系变异是植物组织培养中的普遍 现象（朱至清，1991）。 为在细胞和组织水平上研究遗传变异机制提供了良好的试 验体系； 为遗传育种、突变体筛选提供了新的突变源，扩大了变异 幅度； 因而具有重要的理论和实践意义。
世界上有大面积盐渍土。 抗盐作物品种的育种可使目前荒芜的大面积盐渍土得到利 用， 为解决粮食问题做出贡献。
•
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。
植物组织培养第八章植物体细胞无性系变异
◆ 染色体变异的类型
1. 数目变异：由整倍体变异为非整倍体， 或出现异源双二倍体
2. 结构变异 • 缺失 • 互换 • 倒位 • 易位
2021/2/3
缺失
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1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功 能的一种设计方式。
传统机械按键结构层图：
愈伤 组织
继代
悬浮
3、将愈伤组织在液体培养基中培养， 建立悬浮培养物
摇床用于振荡
优点：细胞团成小细胞团 或单细胞；在培养基中均 匀分布；有空气交流。
2021/2/3
愈伤组织培养
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悬浮细胞培养
第二节 影响细胞无性系变异的因素
●外植体 ●物种和基因型
低频变异 高频变异 ●培养基 1. 2，4—D 2. 细胞分裂素 3. 生长素和细胞分裂素的组合 ●继代培养时间
第八章
植物体细胞无性系变异
2021/2/3
本章内容提要：
• 变异类型概念 • 引起体细胞无性系变异的因素 • 植物体细胞无性系变异的机理 • 在育种中的应用
2021/2/3
第一节 体细胞无性系变异
◆定义：指培养物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。（广泛存在， 特别是存在于体细胞胚和器官发生途径）
应用 ◆加强外源基因向栽培中渗透
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• 作业：
• 1、回去复习本章书上内容。 • 2、细胞无性系变异含义，其机理是什么？ • 3、细胞无性系变异的缺点和优点，有什么
利用价值。
2021/2/3
2021/2/3
2021/2/3
山杜英无 性系选育 试验
第八章 植物体细胞无性系变异及突变体筛选
（2）抗性突变体： ）抗性突变体： A. 抗氨基酸及类似物的突变体 选择相应的氨基酸生产过量的抗性 突变体， 突变体，原理是关键酶对反馈抑制不敏 超越常量的合成对应氨基酸， 感，超越常量的合成对应氨基酸，或能 减少或拒绝摄入氨基酸或类似物， 减少或拒绝摄入氨基酸或类似物，或能 分解和转化而解毒。 分解和转化而解毒。
4、突变体的选择： 、突变体的选择： （1）正选择法：直接选择法，突变细胞 ）正选择法：直接选择法， 能够在有毒或有害培养基上生长。 能够在有毒或有害培养基上生长。抗性 突变体，激素自养型突变体等。 突变体，激素自养型突变体等。
（2）负选择法： ）负选择法： 采用某一非允许条件的培养基， 采用某一非允许条件的培养基，使突变 体不能生长，而野生型能够生长，然后添 体不能生长，而野生型能够生长， 加一负选择剂，杀死生长细胞， 加一负选择剂，杀死生长细胞，而不能杀 死不生长的突变细胞， 死不生长的突变细胞，而保留下来受到选 择。
（2）诱变因子剂量与诱变方法选择： ）诱变因子剂量与诱变方法选择： 诱变时期、诱变剂量、 诱变时期、诱变剂量、剂量率影响诱变 效果。 效果。 诱变方法：较低剂量的诱变剂处理， 诱变方法：较低剂量的诱变剂处理，或 不同剂量率的诱变剂处理，或采用复合诱 不同剂量率的诱变剂处理， 两种诱变剂同时使用； 变，两种诱变剂同时使用；一种诱变剂多 次使用；两种诱变剂交替使用。 次使用；两种诱变剂交替使用。
2、细胞的来源： 、细胞的来源： 愈伤组织、悬浮培养细胞和原生质体。 愈伤组织、悬浮培养细胞和原生质体。 （1）愈伤组织： ）愈伤组织： 优点： 优点：取材方便 缺点：生长较悬浮细胞慢； 缺点：生长较悬浮细胞慢；接触选择剂 不均匀；聚集体较大， 不均匀；聚集体较大，抗性细胞不易正常生 物理或化学诱变作用不均一。 长；物理或化学诱变作用不均一。
8-体细胞无性系变异_9791汇编
8 体细胞无性系变异Somaclonal variationEpigenetic variation体细胞无性系的变异●由任何形式的组织或细胞培养所产生的植株统称为体细胞无性系somaclones(Larkin & Scowcroft,1981）。
●在植物组织培养阶段发生变异，导致再生植株发生遗传改变的现象，称为体细胞无性系变异somaclonal variation。
（1%-3%）8.1 体细胞无性系变异的遗传基础染色体数目变异：细胞有丝分裂中纺锤丝的形成受阻，造成整倍性变异；个别染色体滞后分离或者不分离，会导致一个子细胞染色体数目增加，另一个子细胞染色体数目减少。
8.1 体细胞无性系变异的遗传基础染色体结构变异：染色体易位发生频率较高。
双着丝粒染色体、无着丝粒染色体、环状染色体等结构。
●ＤＮＡ复制和缺失●转座因子的活化●ＤＮＡ甲基化●细胞质基因组改变-白化苗、雄性不育●嵌合性：遗传组成不同的细胞在个体中同时存在的现象。
●后生变异/表观遗传变异epigenetic variation：不基于DNA序列差异的变异。
The inherited changes in phenotype (appearance) or gene expression is caused by mechanisms other than changes in the underlying DNA sequence. 组蛋白修饰(histone modifications)、DNA 甲基化(DNA methylation)和小RNA (miRNA, siRNA)等。
8.2 影响体细胞无性系变异的因素●基因型和倍性水平：植物种基因型间变异频率差异较大。
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。
●外植体类型：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(in dedifferentiation stage)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。
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。
植物体细胞无性系变异
• 二、物种和基因型
• 体细胞无性系变异具有对物种和基因型的依赖
性，即无论再生模式如何，物种和基因型都影响 着体细胞无性系变异的发生o。5个大蒜品种经愈
伤组织培养以后，由体细胞胚胎发生途径产生再 生植株，对其中35株进行RAPD分析，发现变异 频率随品种而异：2个无性系SolenWhite和 CaliforniaLate的变异率接近1％，而另外3个无 性系Chineses·、LongKeeper和Madena约为 0.35％；用2个菠萝品种Kew、Queen和1个杂交 种KewXQueen的腋芽作为外植体进行再生，发
500个无性系中有5个对早疫病抗性增强， 800个无性系中有20个对晚疫病的抗性提高， 还有至少4个无性系表则为多抗。
• 培养禾谷类作物的未成熟组织，获得的再生植株 也发生了变异(图8—1)。观察这些再生引株的种 子后代特性，就能够确定这些变异的遗传性。在 墨西哥小麦品系Yaqui 50E的再生植株中观察到 大量的体细胞无性系变异，包括数量性状如高度、 分蘖数等和质量性状如子粒颜色、α—淀粉酶、 麦醇溶蛋白等。尽管大部分变异性状会在再生植 株自交后表现分离，但仍有一些变异性状是不分 离的，因此认为前者变异的·基因型是杂和态的， 后者是纯合态的。此外，相似的变异如株高、分 蘖数、谷粒数份蘖、单粒重、白化苗率等，在水 稻、玉米及其他禾谷类作物中也有报道。
第三节 植物体细胞无性系变异的机理
• 目前一些可能的机理包括：①预先存在的 变异表达；②染色体数目变化；③点突变； ④体细胞染色体交换及姐妹染色单体交换； ⑤DNA复制和缺失；⑥转座因子的活化； ⑦DNA甲基化；⑧胞质DNA的变化；⑨外 遗传变异。
一、预先存在的变异表达
• 预先存在的变异有两种形式：①来源于不同组织、 染色体倍性存在差异的细胞，或称为多细胞外植 体(multicellularexplant)，如韧皮部细胞、薄壁 细胞、木质部细胞等。这些细胞在不同组织内的 分化和生长是非同步的，当外界条件改变(如不同 生长调节剂条件下)时，这些细胞的发育就会改变 方向，从而产生变异。②嵌合体(chimeras)。 Harmann(1983)认为：嵌合体的存在主要是由于 “构成组织的细胞遗传背景不同，或者是分生组
第8章+植物体细胞无性系变异
第8章+植物体细胞无性系变异
间接选择法 对于一些难于或不能用直接选择法分离的突变体， 可采用间接法获得所需突变体。 如在离体培养中直接选择抗旱的材料是很困难的， 可通过选择抗羟脯氨酸类似物的突变体可作为抗旱突变 体，因为抗羟脯氨酸类似物的突变体可过量合成脯氨酸， 这往往是植物适应干旱的一种反应。
第8章+植物体细胞无性系变异
1.起始材料的选择 在离体条件下先诱导植物外植体产生愈伤组织，
进而继代培养获得小细胞团或单细胞悬浮培养物， 然后进行突变体的筛选；
也可从器官或细胞培养物中游离出单个的原生质体 进行突变体筛选。
第8章+植物体细胞无性系变异
2.突变细胞的选择
1) 培养细胞的种类 虽然各种来源的细胞都可产生突变体， 但最常用的材料还是原生质体和悬浮培养的细胞。
第8章+植物体细胞无性系变异
种类 菠萝
香蕉 番茄
培养材料
幼果愈伤组织 腋芽愈伤组织 冠芽愈伤组织
植株变异率(%)
100 34
7
茎尖离体繁殖材料
9-25
幼叶愈伤组织
第8章+植物体细胞无பைடு நூலகம்系变异
75.8
二、物种和基因型 P147
5个大蒜品种；
3个菠萝品种、杂种；
第八章 植物体细胞无性系变异
(Somaclonal variation)
内容
植物体细胞无性系变异的概念及筛选， 影响植物体细胞无性系变异的因素， 植物体细胞无性系变异的机理。
要求
掌握植物体细胞无性系变异的概念及筛选方法， 理解植物体细胞无性系变异的影响因素， 了解植物体细胞无性系变异的机理。
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植物体细胞无性系变异
陈传红 制作 2007 / 5
本章内容提要：
• 变异类型概念 • 引起体细胞无性系变异的因素 • 植物体细胞无性系变异的机理 • 在育种中的应用
陈传红 制作 2007 / 5
第一节 体细胞无性系变异
◆定义：指培养物在培养阶段发生变异，进而导
见书本143页 表8—1
陈传红 制作 2007 / 5
陈传红 制作 2007 / 5
山杜英无 性系选育 试验
小 麦
陈传红 制作 2007 / 5
陈传红 制作 2007 / 5
陈传红 制作 2007 / 5
倒 位
陈传红 制作 2007 / 5
易 位
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◆体细胞无性系变异体的筛选
●在个体水平上
●在细胞水平上
步骤：
●起始材料的选择
外植体
愈伤组织
悬浮培养
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第四节 在育种中的应用
◆改良作物品种、拓宽种质资源 • 利用无性系变异改良定型小麦品种的研究 • 体细胞无性系变异技术在园艺植物育种中的
应用 ◆加强外源基因向栽培中渗透
陈传红 制作 2007 / 5
• 作业：
致再生植株亦发生遗传改变的现象。（广泛存在， 特别是存在于体细胞胚和器官发生途径）
◆变异类型：
1. 形态特征 2. 生长习性 3. 抗性 4. 染色体变异
陈传红 制作 2007 / 5
◆举例：
● 甘蔗体细胞再生植株中出现的变异 • 形态特征变异； • 生长习性变异； • 抗性的变异。 ● 马铃薯体细胞无性系变异有： • 形态特征变异； • 生长习性变异； • 抗性的变异。 ● 禾谷类作物
陈传红 制作 2007 / 5
陈传红 制作 2007 / 5
● 染色体变异
• 植物细胞染色体在愈伤组织阶段稳定性差。 • 通过愈伤组织再生植株的根尖细胞学研究来
证明 • 在许多作物中展开，以小麦，马铃薯的研究
最为深入。
陈传红 制作 2007 / 5
●外植体 ●物种和基因型
低频变异 高频变异 ●培养基 1. 2，4—D 2. 细胞分裂素 3. 生长素和细胞分裂素的组合 ●继代培养时间
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第三节 细胞无性系变异机理
1. 预先存在的变异表达 2. 染色体数目 3. 点突变 4. 体细胞染色体交换及姐妹染色体交换 5. DNA复制和缺失 6. 转座子的活化 7. DNA甲基化 8. 胞质DNA的改变 9. 外遗传变异
●突变株的选择
1）培养细胞的种类
2）突变细胞的选择方法
小细胞团
陈传红 制作 2007 / 5
单细胞
外植体
步骤：
1、诱导产生愈伤组织； 2、愈伤组织反复继代，使 组织不断增殖，提高愈伤 组织的松散性；
陈传红 制作 2007 / 5
愈伤 组织
继代
悬浮
3、将愈伤组织在液体培养基中培养， 建立悬浮培养物
摇床用于振荡
优点：细胞团成小细胞团 或单细胞；在培养基中均 匀分布；有空气交流。
陈传红 制作 2007 / 5
愈伤组织培养
悬浮细胞培养
陈传红• 1、回去复习本章书上内容。 • 2、细胞无性系变异含义，其机理是什么？ • 3、细胞无性系变异的缺点和优点，有什么
利用价值。
陈传红 制作 2007 / 5
◆ 染色体变异的类型
1. 数目变异：由整倍体变异为非整倍体， 或出现异源双二倍体
2. 结构变异 • 缺失 • 互换 • 倒位 • 易位
陈传红 制作 2007 / 5
缺失
陈传红 制作 2007 / 5
陈传红 制作 2007 / 5