細(xì)胞工程教學(xué)課件第九章植物體細(xì)胞無性系變異與突變體的篩選

1、第九章植物體細(xì)胞無性系變異與突變體的篩選 主要內(nèi)容： 第一節(jié) 植物體細(xì)胞無性系變異 第二節(jié) 植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選 學(xué)習(xí)的目標(biāo)與要求： 了解體細(xì)胞無性系變異的意義、掌握體細(xì)胞無性系變異的誘導(dǎo)方法和篩選方法，了解體細(xì)胞無性系變異的遺傳機(jī)理。一、植物體細(xì)胞無性系變異1、體細(xì)胞無性系變異的表現(xiàn)和普遍性 植物細(xì)胞、組織、器官在無菌條件下進(jìn)行離體人工培養(yǎng)，經(jīng)過脫分化和再分化過程，重新形成愈傷組織和完整植株稱為體細(xì)胞無性系（somaclones）。 在培養(yǎng)階段發(fā)生變異，進(jìn)而導(dǎo)致再生植株亦發(fā)生遺傳改變的現(xiàn)象(包括形態(tài)、生理生化、育性、抗性等方面)，稱為體細(xì)胞無性系變異（somaclonal varia

2、tion）。 培養(yǎng)材料在遺傳上是相對穩(wěn)定的；變異是普遍現(xiàn)象，不限于特定的物種、器官，所涉及的性狀也相當(dāng)廣泛。研究表明，經(jīng)組織培養(yǎng)產(chǎn)生的變異要比常規(guī)繁殖方法產(chǎn)生的植株表現(xiàn)更多的變異。體細(xì)胞無性系變異的變異率可以高達(dá)3040%，有時甚至高達(dá)100%，某一具體性狀的變異率在0.23%之間。體細(xì)胞無性系變異是一把雙刃劍，在微繁殖及遺傳轉(zhuǎn)化方面要盡力避免產(chǎn)生體細(xì)胞無性系變異，但育種工作者則希望產(chǎn)生更多種類和更高頻率的變異。2、體細(xì)胞無性系變異的類型及遺傳基礎(chǔ)（1）體細(xì)胞無性系變異的類型 遺傳變異(genetic variation)：是獲得新種質(zhì)的有效途徑。 非遺傳變異 生理適應(yīng)(physiologic

3、 adaptation)：由于某種外界條件存在而引起的性狀變異，會隨著外界因素的消失而消失 后生遺傳變異(epigenetic variation)：遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生改變，只是基因的表達(dá)調(diào)控發(fā)生改變而引起的變異。（2)體細(xì)胞無性系變異的遺傳基礎(chǔ) 染色體數(shù)目變異、結(jié)構(gòu)變異、基因突變、DNA總量變異和DNA重復(fù)序列拷貝數(shù)的變異、基因丟失、DNA堿基修飾、轉(zhuǎn)座子的激活、基因重排等。大量研究表明，染色體變異是植物組織培養(yǎng)的一個基本特點(diǎn)。高濃度2,4DAgNO36BA高濃度6BA蔗糖濃度培養(yǎng)初期增加染色體變異頻率降低變異頻率無明顯影響對最初9代callus染色體變異無明顯影響長期培養(yǎng)加大超倍體細(xì)胞頻率9

4、代之后，低濃度蔗糖時，亞倍體細(xì)胞頻率明顯減少DNA在核內(nèi)重復(fù)復(fù)制同源多倍體培養(yǎng)天數(shù)不同DNA值細(xì)胞比例（）2C2c4c8c088.311.7580.716.82.5134.879.56.69.1179.781.57.90.9硬粒小麥中胚軸培養(yǎng)中DNA值的變化 染色體斷裂與重組非整倍體、四倍體產(chǎn)生染色體結(jié)構(gòu)變異的一般不能正常生長 染色體畸變中出現(xiàn)的雙著絲粒染色體在細(xì)胞分裂后期如不能被拉斷，就會在兩核之間形成染色體橋，出現(xiàn)四倍體。 3、人工誘發(fā)變異DNA復(fù)制中，“以假亂真”，如5-溴尿嘧啶(BU)、2-氨基嘌呤等帶有不穩(wěn)定烷基，能改變DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)。甲基磺酸乙酯二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選1

5、、突變體篩選的一般原則 （1)多種檢測手段相結(jié)合，初篩與復(fù)篩相結(jié) 合 （2)離體篩選與常規(guī) 育種相結(jié)合2、體細(xì)胞無性系突變體篩選方法 （1)從再生植株中直接篩選有用突變株 （2)對離體培養(yǎng)物的篩選2、體細(xì)胞無性系突變體篩選方法（1）直接選擇法 A、 正選擇法： 用一種含有特定物質(zhì)的選擇培養(yǎng)基，在其上只有突變的細(xì)胞能夠生長，非突變細(xì)胞不能生長，從而直接篩選出突變體的辦法。 小麥幼胚愈傷組織-1.4%NaCl N6培養(yǎng)基小麥耐鹽系。B、負(fù)選擇法（富集選擇法，又稱濃縮法 ）： 在特定培養(yǎng)基中，讓正常細(xì)胞生長繁殖，突變體細(xì)胞受抑制不分裂呈休眠狀態(tài)，然后用一種能毒害正常生長細(xì)胞，而對休眠細(xì)胞無害的藥物淘

6、汰正常細(xì)胞，再用正常培養(yǎng)基恢復(fù)突變體生長。該方法主要應(yīng)用于營養(yǎng)缺陷型或溫度敏感型突變體篩選。（2）間接選擇法 間接選擇法是一種借助于與突變表現(xiàn)型有關(guān)的性狀作為選擇指標(biāo)的篩選方法。 當(dāng)缺乏直接選擇表型指標(biāo)或直接選擇條件對細(xì)胞生長不利時，可考慮采用間接篩選法如脯氨酸（Pro）錦橙珠心懸浮細(xì)胞-射線-高濃度Pro細(xì)胞內(nèi)Pro含量提高一倍耐寒愈傷及植株。 抗病突變體的篩選也常常用間接篩選的策略。（3）綠島法 綠島法是利用已分化組織進(jìn)行篩選和鑒定的方法。 對于抗病毒突變體、抗除草劑突變體的篩選，可以采用“綠島法”。 這種方法最早用于抗除草劑，葉片大面積枯黃，僅有少量抗除草劑突變細(xì)胞組織仍保持綠色，取這部分材料則成為很小的綠島，因而形象地稱之為“綠島法”。單倍體煙草植株- -射線-除草劑-葉片部分變黃-取出綠色部分-愈傷組織=耐除草劑的單倍體植株=二倍體3、體細(xì)胞無性系突變體的篩選材料選擇和預(yù) 處 理預(yù)培養(yǎng)（懸浮或平板）誘發(fā)突變（平板培養(yǎng)）高抗高產(chǎn)細(xì)胞株選擇（平板培養(yǎng)）愈傷組織增殖或再生植株突變體鑒定4、植物細(xì)胞無性系突變體篩選的應(yīng)用 （1)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用 創(chuàng)造育種中間材料或直接篩選新品種 在全世界50多個國家中，已培育出1000多個由直接 突變獲得的或由這些突變體雜交而衍生的品種通過體細(xì)胞誘變選育的谷類作物品種中，品質(zhì)得到不同程度改良的占34.3?？共?，占誘變品種的1/4、耐鹽