植物组织培养：第6章 植物单倍体诱导及单倍体育种
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▪ 2.在保湿条件下低温预处理
▪ 3.取出花药进行表面消毒
▪ 4.将花药接种到花药培养基上，在适宜的温 度下培养
▪ 5.待花粉胚或花粉愈伤组织发育到适当阶段 将其转入植株再生培养基，形成花粉植株
▪ 6.花粉植株的染色体加倍
▪ 7.花粉植株移入土壤培养
中南林业科技大学经济林育种与栽培重点实验室
9
花粉分离与纯化
第六章
植物单倍体的诱导及 单倍体育种
1.植物单倍体的概念
植物进行有丝分裂时，要进行一种特殊的细胞 分裂，即减数分裂。减数分裂后形成的雌、雄 配子，其染色体数目为体细胞的一半。这种具 有单套染色体的细胞称为单倍体细胞。
单倍体细胞在人工离体条件下培养，单性发育 成植物体。具有单套染色体的植物称为单倍体 植物。
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4
3.人工诱发单倍体
迄今为止，人工获得单倍体的植物已达42属， 75种以上。
孤雄生殖：离体培养花药或花粉，诱发小孢 子单性发育成单倍体植物。诱发频率为千分 之几至百分之几十。如烟草为30％以上。
孤雌生殖：离体培养未受精的子房或胚珠， 诱发卵细胞单性发育成植物体。诱发频率很 低，而且大孢子量也很少。
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诱导花粉脱分化
离体培养中的小孢子细胞形成胚状体或愈伤 组织所需要的时间因植物品种、小孢子发育 状态、培养基组成的不同而不同。
对多数植物来说，单核中期或晚期的花粉最 容易形成花粉胚或花粉愈伤组织。如南洋金 花、烟草和芍药中的最适合时期是在花粉第 一次有丝分裂时期或稍前后。
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材料准备
（1）顺利通过污染关。花药培养时，
采摘花蕾进行灭菌，需考虑到花蕾比有芽、 茎尖更为幼嫩。因此，需降低杀菌剂种类， 浓度和时间。
（2）选用适宜发育时期的花粉。
花药培养中小孢子发育时期，直接影响愈伤 组织和胚状体的形成。花粉发育时期选择是 否恰当，是花药培养成败的关键。
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完整植物体的形成
对于在分化培养中，单向器官发生的多数植 物种类是诱导根的分化，个别植物种类(如 枸杞)是诱导芽分化。使其形成具有根、茎、 叶的完整植物体。
技术关键：
(1)根分化，调节激素种类和浓度配比。 (2)下调糖浓度。 (3)有些植物还需调节下降无机盐浓度。
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逆境处理促进脱分化
低温、高糖等逆境处理对启动小孢子核分裂 和愈伤组织形成起促进作用。
(1)温度处理效应。10-15℃。
(2)高糖预处理效应。接种前采用高糖预处理 花药一定时间后，再转移至适宜的糖浓度下 培养，可大幅度地提高愈伤组织和胚状体的 诱导率。
高糖和低温是人为造成的一种逆境条件，迫 使小孢子偏离配子体的正常发育方向，而转 向“花粉孢子体”的发育。
将小孢子从花药里游离出来的方法有自然 散落法、挤压法和机械游离法。 ▪ 1.自然散落法 ▪ 2.挤压法 ▪ 3.机械游离法
一般研究中使用聚果糖或聚蔗糖甚至蔗糖 配成不连续梯度对得到的小孢子群体进行纯 化，以获得同步性较高的群体。
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花 粉 小 孢 子 发 育 途 径
人工诱发单倍体Βιβλιοθήκη Baidu孤雄生殖为主，目前在育 种中应用最广泛的也是这种类型的单倍体。
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染色体消除法
在进行植物的种间杂交时，杂种一般具有 双亲的染色体，我们称它为核型稳定杂交。
但是，有一些种间杂交属于核型不稳定杂 交，也叫染色体消除型杂交。
在这类杂交中，精卵融合形成杂种合子， 但是随着合子分裂和早期杂种胚的发育，父 本的染色体会被消除而只剩下母本的染色体， 结果所谓的杂种胚便只具有一套母本染色体 的单倍体。
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再生小植株的驯化和移植
通过花药培养所获得的单倍体植物，非常娇嫩， 移植关很难度过。须采取驯化方式，使其适应 从异养到自养。 (1) 苗驯化：恢复叶绿体功能。 (2) 培养基冲洗干净，防微生物侵染。 (3) 从培养基到土壤（营养土）。 (4) 移植后保持高的空气湿度和低的土壤湿度。
高等植物世代交替中，孢子体和配子体均带有 全套遗传信息。单倍体带有该植物体的全套遗 传信息。
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3
2.单倍体植物在遗传育种上的价值
利用单倍体植物控制杂种分离，加 快常规育种速度
提高常规育种的选择效率 辅助进行基因定位和绘制遗传图谱
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愈伤组织的诱导分化或胚状体的正常生长
分化培养：将花粉愈伤组织转移至分化
培养基上诱导器官分化。器官分化有分次 建成和一次建成两种形式。
壮苗培养：主要是针对胚状体设计的。
胚状体仅仅是一棵小植物的雏形，在诱导 培养基中可能再度脱分化、愈伤化，须及 时地转入壮苗培养基。
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5.2影响花药培养成功率的因素
▪ 供体的基因型 ▪ 供体植株的生理状况 ▪ 花粉的发育时期 ▪ 材料的预处理和预培养 ▪ 培养基 ▪ 培养方式 ▪ 培养条件 ▪ 花粉植株的移栽 ▪ 花粉植株的倍性及染色体加倍技术
7
单倍体育种的优越性
与常规育种相比较，单倍体育种可以：
控制杂种分离，缩短育种周期 排除显、隐性基因的干扰，提高选择效率 单倍体是诱变育种的良好材料 单倍体是远缘杂交的优良方法 利用单倍体对栽培品种进行纯化
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5. 花药培养
5.1花药培养的一般程序
▪ 1.从植株上采取花粉单核期的花蕾或幼穗
半配合法Vsg
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4. 单倍体育种
单倍体育种：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，直接繁育成新品种；或选出具有 单一优良性状的个体，作为杂交育种的 原始材料，称之为单倍体育种。
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▪ 3.取出花药进行表面消毒
▪ 4.将花药接种到花药培养基上，在适宜的温 度下培养
▪ 5.待花粉胚或花粉愈伤组织发育到适当阶段 将其转入植株再生培养基，形成花粉植株
▪ 6.花粉植株的染色体加倍
▪ 7.花粉植株移入土壤培养
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花粉分离与纯化
第六章
植物单倍体的诱导及 单倍体育种
1.植物单倍体的概念
植物进行有丝分裂时，要进行一种特殊的细胞 分裂，即减数分裂。减数分裂后形成的雌、雄 配子，其染色体数目为体细胞的一半。这种具 有单套染色体的细胞称为单倍体细胞。
单倍体细胞在人工离体条件下培养，单性发育 成植物体。具有单套染色体的植物称为单倍体 植物。
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3.人工诱发单倍体
迄今为止，人工获得单倍体的植物已达42属， 75种以上。
孤雄生殖：离体培养花药或花粉，诱发小孢 子单性发育成单倍体植物。诱发频率为千分 之几至百分之几十。如烟草为30％以上。
孤雌生殖：离体培养未受精的子房或胚珠， 诱发卵细胞单性发育成植物体。诱发频率很 低，而且大孢子量也很少。
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诱导花粉脱分化
离体培养中的小孢子细胞形成胚状体或愈伤 组织所需要的时间因植物品种、小孢子发育 状态、培养基组成的不同而不同。
对多数植物来说，单核中期或晚期的花粉最 容易形成花粉胚或花粉愈伤组织。如南洋金 花、烟草和芍药中的最适合时期是在花粉第 一次有丝分裂时期或稍前后。
中南林业科技大学经济林育种与栽培重点实验室
11
材料准备
（1）顺利通过污染关。花药培养时，
采摘花蕾进行灭菌，需考虑到花蕾比有芽、 茎尖更为幼嫩。因此，需降低杀菌剂种类， 浓度和时间。
（2）选用适宜发育时期的花粉。
花药培养中小孢子发育时期，直接影响愈伤 组织和胚状体的形成。花粉发育时期选择是 否恰当，是花药培养成败的关键。
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完整植物体的形成
对于在分化培养中，单向器官发生的多数植 物种类是诱导根的分化，个别植物种类(如 枸杞)是诱导芽分化。使其形成具有根、茎、 叶的完整植物体。
技术关键：
(1)根分化，调节激素种类和浓度配比。 (2)下调糖浓度。 (3)有些植物还需调节下降无机盐浓度。
中南林业科技大学经济林育种与栽培重点实验室
13
逆境处理促进脱分化
低温、高糖等逆境处理对启动小孢子核分裂 和愈伤组织形成起促进作用。
(1)温度处理效应。10-15℃。
(2)高糖预处理效应。接种前采用高糖预处理 花药一定时间后，再转移至适宜的糖浓度下 培养，可大幅度地提高愈伤组织和胚状体的 诱导率。
高糖和低温是人为造成的一种逆境条件，迫 使小孢子偏离配子体的正常发育方向，而转 向“花粉孢子体”的发育。
将小孢子从花药里游离出来的方法有自然 散落法、挤压法和机械游离法。 ▪ 1.自然散落法 ▪ 2.挤压法 ▪ 3.机械游离法
一般研究中使用聚果糖或聚蔗糖甚至蔗糖 配成不连续梯度对得到的小孢子群体进行纯 化，以获得同步性较高的群体。
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10
花 粉 小 孢 子 发 育 途 径
人工诱发单倍体Βιβλιοθήκη Baidu孤雄生殖为主，目前在育 种中应用最广泛的也是这种类型的单倍体。
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5
染色体消除法
在进行植物的种间杂交时，杂种一般具有 双亲的染色体，我们称它为核型稳定杂交。
但是，有一些种间杂交属于核型不稳定杂 交，也叫染色体消除型杂交。
在这类杂交中，精卵融合形成杂种合子， 但是随着合子分裂和早期杂种胚的发育，父 本的染色体会被消除而只剩下母本的染色体， 结果所谓的杂种胚便只具有一套母本染色体 的单倍体。
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16
再生小植株的驯化和移植
通过花药培养所获得的单倍体植物，非常娇嫩， 移植关很难度过。须采取驯化方式，使其适应 从异养到自养。 (1) 苗驯化：恢复叶绿体功能。 (2) 培养基冲洗干净，防微生物侵染。 (3) 从培养基到土壤（营养土）。 (4) 移植后保持高的空气湿度和低的土壤湿度。
高等植物世代交替中，孢子体和配子体均带有 全套遗传信息。单倍体带有该植物体的全套遗 传信息。
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2.单倍体植物在遗传育种上的价值
利用单倍体植物控制杂种分离，加 快常规育种速度
提高常规育种的选择效率 辅助进行基因定位和绘制遗传图谱
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14
愈伤组织的诱导分化或胚状体的正常生长
分化培养：将花粉愈伤组织转移至分化
培养基上诱导器官分化。器官分化有分次 建成和一次建成两种形式。
壮苗培养：主要是针对胚状体设计的。
胚状体仅仅是一棵小植物的雏形，在诱导 培养基中可能再度脱分化、愈伤化，须及 时地转入壮苗培养基。
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18
5.2影响花药培养成功率的因素
▪ 供体的基因型 ▪ 供体植株的生理状况 ▪ 花粉的发育时期 ▪ 材料的预处理和预培养 ▪ 培养基 ▪ 培养方式 ▪ 培养条件 ▪ 花粉植株的移栽 ▪ 花粉植株的倍性及染色体加倍技术
7
单倍体育种的优越性
与常规育种相比较，单倍体育种可以：
控制杂种分离，缩短育种周期 排除显、隐性基因的干扰，提高选择效率 单倍体是诱变育种的良好材料 单倍体是远缘杂交的优良方法 利用单倍体对栽培品种进行纯化
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5. 花药培养
5.1花药培养的一般程序
▪ 1.从植株上采取花粉单核期的花蕾或幼穗
半配合法Vsg
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4. 单倍体育种
单倍体育种：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，直接繁育成新品种；或选出具有 单一优良性状的个体，作为杂交育种的 原始材料，称之为单倍体育种。
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