花药培养及其应用2

植物细胞和组织培养

（Plant Cell and Tissue Culture）

是一种利用离体培养细胞实现植物快速繁殖和品种改良的生物技术。细胞组织培养在细胞或亚细胞的水平上进行遗传操作, 并不涉及重组DNA和有害外源基因的导入，不存在生物安全问题，所以它是一种安全的或者“绿色的”生物技术，一直受到人们的关注。

早期研究历史

1902年Haberlandt发表了著名论文《植物细胞离体培养实验》,指出: 作为高等植物的器官和组织基本单位的细胞有可能在离体培养条件下实现分裂分化，乃至形成胚胎和植株。这种见解后来被称为细胞全能性学说（cell totipotency）

1951年Skoog 和Tsui（崔澂）采用加有IAA和腺嘌呤的培养基, 使烟草茎段的髓组织的细胞分裂和生长，并且分化形成不定芽。这是人类第一次从离体培养的植物组织诱导出芽和植株。1955年Miller 等从DNA的降解产物中分离出6-呋喃氨基嘌呤，发现它不仅

可以代替腺嘌呤诱导烟草茎段分化芽，而且诱导芽分化的效力比腺嘌呤高三万倍，为诱导离体细胞的器官分化提供了有效的方法。

1958年Steward导单个来自胡萝卜根的悬浮细胞发育为成熟的胚胎，完全证明了Haberlandt 提出的细胞全能性学说。至今已经在一千多种植物上，从各种类型的组织和细胞，甚至原生质体，诱导出胚胎和完整植株，从而为细胞工程研究和应用奠定了坚实的基础。

植物细胞组织培养研究主要领域

１．植物细胞工程的理论基础：细胞全能性

２胚培养和胚乳培养

３．植物组织培养脱毒快速繁殖

４、体细胞胚胎发生与人工种子

５．体细胞无性系变异与育种

６．原生质体培养和体细胞杂交

７．花药和游离小孢子培养

８．植物细胞大量培养和次生代谢产物利用

参考书：

朱至清，植物细胞工程，化学工业出版社，２００３。

孙敬三、朱至清，植物细胞工程实验技术，化学工业出版社，２００６。

花药培养及其应用

朱至清

（中国科学院植物研究所）

一、花药培养诱导单倍体植物

在植物学上，通常将具有两套染色体的植物叫做二倍体，二倍体植物有性过程产生的花粉（小孢子）和卵细胞分别具有一套染色体，被称为单倍体。在自然或人工条件下由单倍体的花粉（小孢子）或卵细胞发育成的植物就是单倍体植物。所谓花药培养，就是在离体培养的条件下使植物花药中的花粉（小孢子）脱离原来的发育方向，经过胚状体或愈伤组织途径形成单倍体植株的过程。50年前，1964年印度学者Guha 和Maheshwari首先从离体培养的曼陀罗花药中诱导出单倍体花粉植株，至今已整整50年了。

二、单倍体植物的特点

单倍体植物的最大特点是高度的不孕性, 这是由于它只有一套染色体，没有同源染色体，在减数分裂时只有单价体，无法进行联会，造成染色体行为的不规则，形成的大孢子或小孢子染色体不齐全，因此完全失去有性生殖的能力。

但是如果将单倍体植物的染色体数目加倍，即可获得加倍单倍体植株（Doubled Haploid, 简称DH植株），即纯合二倍体植株或纯系。快速获得纯系在育种上具有广泛的应用价值。

三、单倍体植物在育种上的应用

1.加快常规育种的速度：从杂种F1代花药培养产生加倍单倍体（DH）

植株即可形成纯系，快速选出新品种。

2. 有利于隐性性状的表现：隐性优良性状在DH系中充分表现有利于选择。

3. 快速获得自交系：DH系相当于高度纯合的自交系，可用于玉米等作物

的杂交种制种。

4. 诱导超雄植株和全雄性杂种

5. 单倍体细胞突变体筛选

6.利用DH群体绘制遗传图谱

Egg m M m Male (Mm) Female (mm)

anther/microspore culture

DH plants

Female Super

Male (MM)

(mm)sexual production Male (Mm)50%50%100%Microspore/Sperm Production of Super Male Plants and Its Application

in Asparagus

Asparagus Guelph

Millenium Female x DH supermale Canada Dave Wolyn

Andr éas DH female x DH supermale France Corriols et al ., 1990

Ringo DH female x DH supermale Italy Falavigna et al ., 1999

Golia DH female x DH supermale Italy Falavigna et al ., 1999

Argo Female x DH supermale Italy Falavigna et al ., 1999

Eros Female x DH supermale Italy Falavigna et al ., 1999

Crop Cultivar/line Method Country Authority

Reference/pers. com.

Gladio Female x DH supermale Italy Falavigna et al ., 1999

Hybrid produced with DH supermale in Asparagus

6、利用DH群体绘制遗传图谱

DH群体(doubled haploid population,加倍单倍体群体)是以F1代为材料进行花药培养获得的加倍单倍体植株的分离群体，DH群体可以通过自交繁殖长期保存，重复使用，因此是理想的遗传作图群体。

1992年遗传所陈英等用花药培养构建了籼粳杂种窄叶青(籼稻)×京西17(粳稻)的DH群体，该群体由127个DH植株构成。利用该群体朱立煌等构建了水稻遗传图谱。陈洪等（1995）首先用52个RAPD标记建立了水稻的RAPD标记连锁图谱，该图谱覆盖基因组总长度为898.4cM,标记间平均距离为17.3cM。后来徐云碧等（1998）将89个微卫星标记定位在已有的遗传图谱上。沈利爽等（1998）利用该群体构建了含有444个标记的分子连锁图谱，其中包括276个RFLP标记，34个RAPD标记，89个微卫星标记，10个AFLP标记，26个端粒重复相关序列标记和9个同工酶标记，这个较高密度的分子图谱为基因定位的准确性提供了保障。