作物育种12细胞工程育种(2学时)

一）单倍体细胞培养及育种利用
后代的快速纯合 提高选择效率 排除杂种优势对后代选择的干扰 创造遗传研究的良好实验材料体系 突变体的筛选
二） 幼胚培养与植物育种
1 通过胚拯救克服远缘杂种夭亡 2 提高远缘杂种成苗率 3 种子拯救 4 打破种子休眠
三）种质资源的长期保存
• 离体试管保存可用较少的空间保存大量无 性系。
5 突变体的筛选
一步筛选法：
将培养物接种在含有最低全部致死剂量的培养基 上，表现出生长的培养物再转移到含有抑制剂的 新鲜培养基上，使野生细胞（不抗细胞）完全不 可能生长，从而筛选出能生长的（耐）抗性细胞 系。 缺点：在超过最低致死浓度时，细胞会死亡或出 现单个细胞不能生存。
• 多步筛选法：
先用半致死剂量对细胞进行筛选，每次继代 时将上代能生长的细胞系继代到筛选及浓 度提高的新鲜培养基上，最终筛选出在抑 制剂超过全部致死浓度时也能旺盛生长的 细胞系。
植物原生质体：用一定方法脱 去细胞壁的裸露原生质团。
一）原生质体的分离
分离方法
机械分离 酶分离
影响原生质体分离的因素
➢材料来源 ➢渗透压 ➢酶 ➢分离培养基 ➢培养条件 ➢组织前处理
原生质体的收集、纯化和活力测定
二）原生质体培养
原生质体计数
三）细胞融合（体细胞杂交）
Plant Cell Tiss Org Cult 2009
组织培养在育种中如何应用？ 如何利用细胞工程创造变异？
二、原生质体培养和体细胞 杂交
体细胞杂交和有性杂交
• 不是雌雄配子间的结合 • 完整遗传物质体细胞的融合 • 双亲染色体数的总和及全部细胞质
体细胞杂交的特点
可以在有性杂交困难的作物之间杂交成功, 扩展这些作物的育种资源，并有可能利用 融合之后的染色体消减和重组过程获得崭 新的体细胞杂种
– 自发产生的天然变异
• 诱导无性系变异
– 有目的的利用物理和化学因素进行处理
自发无性系变异
Carrot family lines regenerated from tissue-culture. Both have been grown for 12 weeks in a glasshouse after 10 weeks vernalisation. Family 16 (LHS) are flowering abundantly, while Family 17 (RHS) have not flowered.
Embryogenic suspension cells were irradiated with 80Gy gamma-ray and selected with 2% NaCl. The salt-tolerant calluses were formed and then regenerated plants.
• 理论基础：
细胞的全能性（cell totipotency） 每一个细胞均含有保持物种遗传性的全套 遗传物质，具有再发育成一个完整生物体 的能力。
由高等植物的细胞、组织和器官培养成植株的过程。
一、细胞与组织培养在作物育种中的 应用
• 配子体无性系变异（单倍体） • 幼胚培养 • 种质保存 • 重要材料的快速繁殖 • 植物茎尖脱毒 • 转基因育种 • 体细胞无性系变异
1 组织培养之前的变异及其选择
有些变异发生在植株的某一部分组织的 细胞中，需将这部分变异的细胞从植株 上分离下来进行培养，使之再生植株。
2 组织培养期间的变异及其选择
在组培过程中, 对培养物施加某种处理,
使之发生变异后再进行选择。
3 组织培养后的选择鉴定
培养基中不含有特定的选择因子， 但含有诱变剂，由此产生的再生植株 可能出现优异变异。
4 培养系统的选择
A 器官发生系统：
再生植株由愈伤组织直接分化而成。通 常,外植体先形成愈伤组织，再由愈伤组织 的一部分形成类似生长锥的分化物，进而 发育成幼芽；另一部分愈伤组织则分化成 幼根，这两部分进一步发育和联合即形成 一个新的植株。
B 胚胎发生系统：
外植体首先形成愈伤组织，再由愈伤组织 分化出类似于种子胚的胚状体，胚状体进 一步发育成熟而形成完整植株。
四）植物材料快速繁殖
• 通过愈伤组织诱导丛生芽形成，然后分株 培养。
• 诱导茎尖或不ຫໍສະໝຸດ Baidu芽形成丛生芽。
五）茎尖脱毒
• 茎尖脱毒实现无性繁殖作物的提纯复壮
六）体细胞无性系变异及其育种利用
1.体细胞无性系： 任何形式的细胞培养产生的 植株
2.体细胞无性系变异的遗传 基础 ➢染色体数目变异
✓多倍体、非整倍体等
作物育种12细胞工程育种（2学时）
植物细胞工程 （plant cell engineering）
以植物组织和细胞培养技术为基础， 以细胞为单位，在体外（in vitro）条 件下进行培养，按人们的意愿改变 细胞内的遗传结构或获得细胞产品 的一门综合技术。
组织培养在育种中如何应用？ 如何利用细胞工程创造变异？
水稻组培过程中产生的变异体
体细胞无性系突变的来源
• 自发无性系变异
– 自发产生的天然变异
• 诱导无性系变异
– 有目的的利用物理和化学因素进行处理
体细胞无性系变异的选择
• 选择时间：
– 组培前 – 组培中 – 组培后
• 培养系统
– 器官发生系统 – 胚胎发生系统
• 筛选方法
– 一步筛选 – 多步筛选
缺点：由于细胞对抑制剂存在生理适应，在 去除抑制剂后，会出现抗性消失。
优良品种
利
细胞组织培养
用
R0
体
细 胞
R1群体
无 性 系
改良的体 互交测试 细胞无性系
确定遗传方式
变
田间试验
异
遗传稳定性测试
育
种
多点田间试验
的
育成新品系
技
继续田间试验,种子繁殖
术
区域试验
路
线
审定
投入生产
在作物改良上的应用
➢雄性不育突变体 ➢抗病 ➢耐盐 ➢耐旱 ➢抗除草剂 ➢抗氨基酸或氨基酸类似物
➢ 染色体结构变异
✓ 缺失、倒位、易位、重复
➢ 点突变
✓ 自发突变 ✓ 诱发突变 ✓ 基因放大和衰减 ✓ 有丝分裂交换 ✓ 细胞质基因突变
体细胞无性系变异
植物体细胞发生的可 遗传变异
变异体：
不加任何选择压力而 筛选出的变异个体
突变体：
经过施加某种选择压 力而筛选出的个体
体细胞无性系突变的来源
• 自发无性系变异