花药和花粉培养[专业类别]
花药和花粉培养课件
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。
【生物技术】第六讲(3)花药(花粉)培养技术(精)
第一节 花药和花粉培养技术
（二）培养过程
1 花药培养过程
1）预处理:低温冷藏是最常用的方法
烟草7～9℃ ，7～14d 黑麦1～3℃ ，7～14d
第一节 花药和花粉培养技术
（二）培养过程
2）表面消毒 用70%酒精喷洒或擦拭花器或包被着麦 穗的叶鞘表面，即可以达到灭菌的要求。
第一节 花药和花粉培养技术
第二节 花药和花粉培养的应用
花药和花粉培养的应用 ----单倍体植株育种
1、克服后代分离，缩短育种周期； 2、有利于筛选隐性突变体，选择效率高; 3、有利于隐性基因控制性状的选择 4、快速获得自交系的超雄株
第二节 花药和花粉培养的应用
大大缩短育种周期
本章小结：
(1)花药培养是器官培养，花粉培养属细胞培养。 (2)花药培养一般选择花粉的单核期进行接种。 (3)花药培养包括：选择材料-消毒-接种培养-愈合组织 生成-分化出单倍体植株。 (4)花粉培养包括花粉的分离-预处理-培养过程。
无菌水洗3次
10％漂白粉10 min
用接种环接种 到培养基上
培养5天，花药变褐，20天后花药裂 开，长出淡黄色的花粉愈伤组织， 先长芽，后长根，形成幼苗。
第一节 花药和花粉培养技术
花药培养脱毒技术
1974年日本：花药培养可以脱除草莓病毒； 花药采取时期
单核期：花蕾4-6mm，花药1mm 花药诱导愈伤组织培养基 MS+IAA4mg/L+BA2mg/L+KT2mg/L+蔗糖30g+琼脂7g/L 增殖分化培养基 MS+GA1mg/L+IBA0.2mg/L+BA1mg/L+蔗糖30g+琼脂7g/L 生根培养基 1/2MS+IBA0.2mg/L+活性炭3g/L+蔗糖20g+琼脂7g/L
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
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
2.1植物花药和花粉培养ppt课件
(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) 将花药接种在预处理液或液体培养基上，待花粉自动散落后，收集培养。 2、挤压法 在烧杯或研钵中挤压花药，将花粉挤出后收集培养。 3、机械游离 （1〕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； （2〕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、小孢子纯化 对上述方法获得的小孢子混合物进行分级过筛、梯度离心处理纯化小孢子
形成双核后，在合适的条件，主要由营养细胞分裂产生胚状体。
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
四分孢子期
葡萄
单核早中期
石刁柏、油菜、大麦、天仙子、马铃薯
单核晚期
荔枝、茄子、青椒、小麦
单核早期至晚期
烟草
单核早期至双核期
梨、水稻、甘蓝
四分孢子期至双核期
玉米
对不同发育阶段的花药进行培养测试 确定最佳小孢子发育时期的形态特征 注意形态特征会因品种、发育状态、环境条件的变化而发生变化
3、激素 4、氨基酸 5、活性碳 6、pH
（六〕培养条件
1、温度 物种间有差异 2、光照 3、植板密度 植板密度与花培效率有很大的相关性。5×103到2×104／ml密度均能有效培养。一般来说，足够数量的、但相对低密度的小孢子浓度有利于小孢子竞争营养、氧气、细胞分裂的空间，从则有利于胚状体发生。
（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。
（2〕提高了目标基因型的选择效率
植物组织培养第五章花药和花粉培养
`
2、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。
体细胞组织分泌出胼胝质到四分体表面，花粉 四分体的胼胝质壁溶解并释放出四个小孢子。此时， 小孢子细胞质浓厚，中央有一细胞核。
当液泡发生时，小孢子体积迅速增加，细胞核 被挤向一边。在第一次有丝分裂时，小孢子核产生 大而疏松的营养核和一个小而致密的生殖核，形成 两个精子，它们处在花粉或花粉管中。小孢子从里 到外被绒毡层、中层、药室内壁和表皮包围着。
二、离体小孢子发育途径
（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。小孢子在培养过程中呈现不同的 发育模式。 目前，一般根据小孢子第一次有丝分裂情况将 雄核发育分为A途径（不均等分裂）和B途径（均等 分裂），其中A途径又根据第二次分裂及其以后的情 况细分为A-V途径、A-G途径、A-VG途径（E途径）及 C途径。
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，习惯把小孢子或花粉沿孢子体途径发育 成花粉植株的过程称为“雄核发育”。
一、活体小孢子发育途径
花粉发育时期对诱导雄核发育是极其重要的。 花粉母细胞经减数分裂形成四分体，有多种模式， 以四面体和等二面体最普遍。
第5章 花药和花粉培养
第5章花药和花粉培养（3学时）目的要求：(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)掌握花粉发育的四种途径(5)掌握花粉培养的大致过程第一节花药和花粉培养技术花药培养是把花粉发育到一定阶段的花药接种到培养基上，来改变花粉的发育程序，使其分裂形成细胞团，进而分化成胚状体，产后再生植株，或形成愈伤组织，由愈伤组织再分化成植株。
一、培养方法（一）花粉发育时期1.适宜的花粉发育时期选择合适的花粉发育时期，是提高花粉植株诱导成功率的重要因素。
被子植物的花粉发育由孢子四分体分散成单核小孢子开始。
2.花粉发育时期的检测压片染色法是检测花粉发育时期的简便有效方法，常用染色剂是醋酸洋红。
（二）培养过程1.花药培养过程（1）材料预处理接种前将采集的花蕾或花序以理化方法处理能提高花粉植株诱导频率。
处理方法有低温、离心、低剂量辐射、化学试剂处理等。
（2）表面消毒因为未开放的花蕾中的花药为花被包裹，本身处于无菌状态，可仅用70％酒精棉球将花的表面擦洗即可。
也可按对其他器官消毒处理方法进行，先用70％的酒精浸一下后，在饱和漂白粉溶液中浸10～20min，或用0.1％升汞液消毒7～lOmin，然后用无菌水洗3～5次。
将花蕾剪下放入水中，在冰箱4～5℃下保持3～4d。
（3）接种接种时把花蕾用解剖刀、镊子小心剥开花蕾，取出花药，注意去掉花丝，然后散落接种到培养基上，一个l0ml的试管可接种20个花药。
培养温度在23～28℃左右，每天11～16h 的光照，光照强度2000～4000Lx。
脱分化培养时，可用MS + 2,4-D的培养基，或N6+2,4-D 的培养基，经10～30d，可诱导生成愈伤组织，或少数生成胚状体。
（4）培养一种植物的花药可以在一种培养基上长幼苗，而在另一种培养基上则形成愈伤组织。
如水稻通常在含有生长素的培养基上诱导出愈伤组织，而在不含任何激素的N6培养基上长出胚状体。
第六章花药和花粉培养
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
农学第七章植物花药和花粉培养及单倍体育种
一、花药与花粉培养
一、花药与花粉培养
单倍体植株倍性鉴定 (为什么要进行倍性鉴定？)
诱导效率低，且获得的花粉植株是混合群体! 1)直接鉴定：也叫染色体直接计数法，通常取根尖、茎尖 等分生组织区进行制片，直接计数染色体数目。
一、花药与花粉培养
单倍体植株倍性鉴定 2)间接鉴定
扫描细胞光度仪鉴定（流式细胞仪）：主要测定叶片单个 细胞中DNA的含量确定细胞的倍性，材料的使用量可少到 1cm2。 细胞形态学鉴定法：叶片保卫细胞大小、单位面积上的气 孔数及保卫细胞中叶绿体的大小和数目与倍性具有高度的 相关性。
一、花药与花粉培养
植物花药与花粉培养的意义 获得纯系材料进行单倍体育种，提高育种效率 利用获得的纯合二倍体材料进行植物遗传规律研究，为 遗传育种提供依据，减少育种的盲目性； 克服远缘杂种的不育性，获得具有双亲优良特性的可育 远缘杂种 利用在远缘杂交F1代花药培养中出现的混倍体和丰富的 染色体变异材料进行基础性研究
一、花药与花粉培养
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
花培
花粉植
孢子（n） 雄核发育 株（n）
自然加倍 人工加倍
纯合植株DH （2n）
一年内获得纯系
一、花药与花粉培养
一、花药与花粉培养
表皮------破损
雄 蕊 原 基
花 药 原 始 体
孢原 细胞 (4组)
初生壁细
外层为药室内壁---纤维层 花 粉
二、单倍体育种
二、单倍体育种
1)自发单倍体的发生方式 孤雄生殖途径产生自发单倍体 孤雌生殖途径产生自发单倍体 无配子生殖(无融合生殖)途径产生自发单倍体 体细胞减数分裂途径产生自发单倍体
2)人工诱发单倍体发生 孤雄生殖途径诱导单倍体发生 孤雌生殖途径诱导单倍体发生
植物组织培养：花药和花粉培养
花药诱导出的愈伤组织 继代扩繁
花药诱导的胚状体继代扩繁
胚状体诱导生芽
诱导生根
影响花药培养效果的因素
1. 基因型：植物材料的异 质性 植物材料的遗传类型，影响花药的培养。 茄科花药培养成功率最高。 同一种内不同品种，不同来源的材料、花 药培养效果不同。
2. 花粉发育时期
大多数品种离体花药最佳反应时期是小孢子有丝 分裂前后或期间，多数园艺植物以采用单核中后 期或双核早期的药粉培养，诱导产生愈伤组织或 胚状体的频率较高；
消毒
选幼年树花蕾
预培养数天
取下花蕾（镜检）
稍早于花药培养时期，
四分体或单核早期
接种
分离
花粉
药壁向花粉提供营养物 质；
通过药壁吸收、贮存和转 化培养基中的外源物质
过滤离心
取花药
再生
一、花粉培养的优点
1．可完全排除花粉培养中花药组织干扰； 2．培养中不存在花粉的竞争问题，可以培育得到较
多的单倍体材料； 花药培养中靠近外层的花粉易形成胚状体
玉米12 ～ 15%，番茄13.6%；渗透压稳定剂 • 培养方式：固体培养，液体培养 • 活性炭：吸附有毒物质
花粉分化成植株的途径
1. 从愈伤组织分化产生植株 • 培养基要降低生长素含量 • 若愈伤组织不易分化，要进行继代培养； • 较高细胞分裂素浓度和较低的生长素浓度，
有利于芽的分化，反之有利于根的分化。 • 愈伤组织出现早，易分化绿苗。
拟南芥花粉（DAPI染色）
1个营养核 2个生殖核
成熟花粉的形态
(a)玉米(b) 石蒜(c) 鹿舌草(d) 紫荆(e) 烟草 (f) 凤 仙花
花药和花粉发育过程 花药和花粉培养的发展史 花药和花粉培养的意义 花药培养 花粉培养 单倍体植株加倍
1-第八章花药和花粉培养共18页word资料
第八章花药和花粉培养植物的花粉是花粉母细胞经减数分裂形成的，其染色体数目只有体细胞的一半，叫做单倍体细胞。
用离体培养花药的方法，使其中的花粉发育成一个完整的植株，叫做单倍体植株。
利用雄蕊的花药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，利用茎尖培养扩大繁殖，经过经济性状鉴定后，选出优良者配制杂交组合，可获得优良杂交种子。
目前，花药培养这一细胞工程技术已经成为植物育种和种子生产的重要手段，我国在花药培养和单倍体育种工作上，一直处于国际先进水平。
利用单倍体植株进行育种好处表现在“快”，能比常规的杂交育种方法缩短育种周期。
以芦笋为例，利用雄性雌性株（Mm）培育纯系，需连续自交6代，而通过花药培养的方法，可以节省6代自交时间，大大缩短育种年限，一般杂交育种要8～10年才能得到稳定后代，而花药培养只需要2年时间。
另外，花药单倍体育种法的育种程序比常规杂交育种的程序要简化。
第一节花药与花粉培养的意义一、花培概况在60年代中期印度德里大学的两位植物学家古哈（Guha）和马赫施瓦里（Maheshwari）偶然发现，他们培养的毛叶曼陀罗花药中长出的胚状体是来源于花粉的单倍体植株。
从此以后，很快引起了各国遗传育种工作者的重视。
接着有人在烟草和水稻上相继进行了离体培养花药的试验，并得到了单倍体花粉植株。
据不完全统计，现在已有250多种植物获得了单倍体植株。
我国自“六五”首次育成花药培养小麦新品种京花1号在育种史上取得重大突破以来，已育出小麦品种10多个，水稻品种20多个，还有玉米、油菜、烟草、果树、蔬菜等作物新品种，总计种植面积已达数200多万公顷，已成为世界上花药和花粉培养品种应用最广的国家。
纵观10多年，与其它高新技术相比，花药和花粉培养育种育出的新品种（品系）最多，成果应用最广，取得的社会经济效益最大，而资金的投入最少。
事实证明，这是一条经济、有效、快速的育种途径。
修改第五章花药与花粉培养ppt课件
二、花药和花粉培养的意义 作物单倍体只具有单套染色体组，本身没有或很少有育
种价值，但经染色体加倍成为双倍体后，与常规育种有机结合， 就会显示出巨大的优势。而作物单倍体尤其是双单倍体与分子 生物学、基因工程的密切结合，可使作物育种发生革命性的变 化。
(一) 作物育种能迅速获得纯合体 (二)物种进化研究 （三）体细胞融合 (四)遗传分析 (五)分子生物学研究 (六)植物基因克隆筛选
（二）预处理 适当的预处理可以显著提高花药的愈伤组织诱导率。
常用的预处理方法是低温冷藏，具体的处理温度和时间长度 因物种而异： 烟草7～9℃，7～14 天； 水稻7～10℃，10～15 天； 黑麦1～3℃，7～14 天； 大麦3-7℃，7～14天。
但低温预处理对小麦效果不稳定，有时还有负效果。
(三) 材料灭菌 在无菌条件下，先将花蕾用70%酒精浸泡30秒左右，
(二)不对称发育途径 同自然情况一样，小孢子第一次有丝分裂为不均等分裂，
在花粉内形成一个较大的营养核和一个较小的生殖核。根据 两个核进一步发育状况，该途径又分为生殖细胞发育途径、 营养细胞发育途径、营养细胞和生殖细胞并发发育途径3种：
1、生殖细胞发育途径 营养细胞经几次分裂后便停止分裂，由生殖细胞继续分裂，
形成多细胞的(或称多核)花粉，进一步发育形成愈伤组织或胚状体 2、营养细胞发育途径。
生殖细胞经几次分裂后便停止分裂，由营养细胞继续分裂， 形成多细胞的(或称多核)花粉，进一步发育形成愈伤组织或胚状体 3、营养细胞和生殖细胞并发发育途径。
营养细胞和生殖细胞分别进行分裂，形成多细胞的(或称多 核)花粉，进一步发育形成愈伤组织或胚状体。
花药培养一般是先暗培养，待愈伤组织形成后，再转入光 照条件下培养，促进器官分化。光照时间和培养温度因培养材料 而异。
第七章花药和花粉培养
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：
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。
供体亲本 AaBb
花粉 培养
单倍体
二倍体
AB------ --------------------> AABB aB----------------------------> aaBB Ab----------------------------> AAbb ab-- --------------------------> aabb
单倍体(haploid)——指具有配子染色体数的植物个体.
二倍体(diploid )植物其单倍体（haploid）即一倍体（ monoploid ）如， 玉米 2n = 2x = 20 n= x = 10；
水稻 2n = 2x = 24 n= x = 12 四倍体(tetraploid)植物其haploid为dihaploid 如，马铃薯 2n = 4x = 48， n = 2x = 24
纯合植株 （2N）
一年内获得纯系
（2）提高了目标基因型的选择效率
例：
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
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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。
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5、用于遗传转化
能直接表达外源基因，不受显隐性影响
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第二节 花粉孢子体发育途径
概念：花粉孢子体发育途径（雄核发育途径）
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，也叫 雄核发育途径
aB----------------------------> aaBB
Ab----------------------------> AAbb
ab-- --------------------------> aabb
从来源于配子体的植株中选择某一种基因型的概率是 (1/2)n，而从常规杂交F2代群体中，选择某一基因型的概率 为(1/2)2n，故单倍体育种的选择效率为常规育种的2n倍。
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通过 花药 培养 育成 的甜 椒新 品种 ：
海花 三号
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第5章 花药和花粉培养
三、花药和花粉培养的应用
1、作物育种
1)诱导形成单倍体，快速获得纯系，缩短育种周期；
供体植株
花培
花粉植
小孢子（n） 雄核发育 株（n）
自然加倍 人工加倍
纯合植株DH （2n）
一年内获得纯系
常规育种需4-6年获得纯系，而小孢子培养仅需一年。
2、雄核发育与饥饿处理
饥饿处理改变了小孢子的配子体发育方向，启动雄核发育。
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四、花粉植株形态发生方式
植株。花药培养、花粉培养；胚珠或子房培养（未受精）
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第5章 花药和花粉培养
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异同点：
相同点：二者培养的目的一样，都是要诱导花粉细胞发育成单倍体细 胞，最后发育成单倍体植株。
不同点： 花药培养属器官培养，花药是植物花的雄性器官，包括体细胞性质的药
壁和药隔组织，以及雄性性细胞的花粉粒
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第5章 花药和花粉培养
一、概念
花粉和花药的培养(pollen and anther culture)
是指在人工合成培养基上，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， 由单个花粉粒发育成完整单倍体植株的技术。
单倍体植物(haplobiont) 用离体培养花药的方法使花粉发育成一个完整的
（早期花药培养主要依靠小孢子的自然胚胎发生产生单倍体，能自 发形成胚胎发生的基因频率较低，效率极低）
80年代后期到90年代期间，花培技术迅速发展。许多作物小孢子 培养已经成功。十字花科、麦类、水稻、玉米等。
90年代，一些先前被认为是不易进行小孢子培养的基因型也相续 成功Konzak (1999) 。
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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，染色体加倍后成为稳定的纯系。
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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。
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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。还可用于基因的剂量效应分析。
（4）C途径 营养细胞和生殖细胞通过核融合，形成多倍 体植株
2、B途径 小孢子第一次有丝分裂为均等分裂，形成大小相
近的两个细胞。然后由这两细胞边续分裂形成单倍体植株，
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三、雄核发育启动机理
1、雄核发育与P花粉的形成
P-花粉：具胚胎发生潜能的花粉。也称小花粉（S-花粉）或不染 色花粉（NS-花粉）
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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 AABB aB aABB Ab AabB ab aAbB
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aB
Ab
ab
AaBB aaBB AabB aabB
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一、花粉发育的阶段
花粉离体培养时，雄核发 育最适宜的时期一般是第 一次有分裂或之前。
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二、雄核发育途径
1、A途径 小孢子第一次有丝分裂为非均等分裂，形成营养 细胞和生殖细胞
（1）A-V途径 由营养细胞重复分裂形成单倍体
（2）A-G途径 由生殖细胞重复分裂形成单倍体
（3）A-VG途径（E途径） 由营养细胞和生殖细胞各自独 立分裂，共同形成单倍体
花粉培养属细胞培养:
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，比花药培养难度大。
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二、植物花药/花粉培养历史
Guha和Maheshwari （1964） 曼陀罗花药培养
Nitsch 和 Norreel (1973) 烟草花粉培养（游离小孢子培养） Chu（1973）小麦花粉培养
AABb aABb AAbb aAbb
AaBb aaBb Aabb aabb
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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。
供体亲本 AaBb
花培
单倍体
二倍体
AB------ --------------------> AABB
植物组织培养
第五章 花药和花粉培养
大 家
好
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第5章 花药和花粉培养
第五章 花药和花粉培养
本章主要内容：
花粉和花药培养的概念和应用 花粉小孢子发育途径 花粉和花药培养方法 单倍体植株鉴定和染色体加倍
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第一节 花粉和花药培养的概念和应用
花粉和花药培养的概念 花药和花粉培养的历史 花粉和花药培养的应用
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第二节 花药和花粉培养的应用
常规育种在杂交F5、F6代开始选择；花药 培养在F1或F2代进行培养，再人工加倍处 理．缩短育种周期3--5年
克服后代分离，大大缩短育种周期
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2) 提高目标基因型的选择效率
花粉单倍体是纯合配子体，从来源于配子体的 植株中选择某一种基因型的概率是(1/2)n，而 从常规杂交F2代群体中，选择某一基因型的 概率为(1/2)2n，故单倍体育种的选择效率为常 规育种的2n倍。