花藥與花粉培養(yǎng)

1、關(guān)于花藥和花粉培養(yǎng)第一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 花粉和花藥培養(yǎng)的概念和應(yīng)用一、花粉和花藥培養(yǎng)的概念二、花藥和花粉培養(yǎng)的歷史三、花粉和花藥培養(yǎng)的應(yīng)用第二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月花粉和花藥的培養(yǎng)(pollen and anther culture) 是指在人工合成培養(yǎng)基上，改變花粉的發(fā)育途徑, 使其不形成配子，而像體細(xì)胞一樣進(jìn)行分裂、分化，由單個(gè)花粉粒發(fā)育成完整單倍體植株的技術(shù)。一、概念第三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月異同點(diǎn)：相同點(diǎn)：二者培養(yǎng)的目的一樣，都是要誘導(dǎo)花粉細(xì)胞發(fā)育成單倍體細(xì)胞，最后發(fā)育

2、成單倍體植株。不同點(diǎn)： 花藥培養(yǎng)屬器官培養(yǎng)，花藥是植物花的雄性器官，包括體細(xì)胞性質(zhì)的藥壁和藥隔組織，以及雄性性細(xì)胞的花粉粒；花粉培養(yǎng)屬細(xì)胞培養(yǎng)。 花粉培養(yǎng)沒有藥壁組織干擾，可計(jì)數(shù)小孢子產(chǎn)胚率，可觀察雄核發(fā)育的全過程。 單倍體產(chǎn)量高。 花粉培養(yǎng)技術(shù)更復(fù)雜，比花藥培養(yǎng)難度大。第五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二、植物花藥/花粉培養(yǎng)歷史Guha和Maheshwari （1964） 曼陀羅花藥培養(yǎng)Nitsch 和 Norreel (1973) 煙草花粉培養(yǎng)（游離小孢子培養(yǎng)） Chu（1973）小麥花粉培養(yǎng)（早期花藥培養(yǎng)主要依靠小孢子的自然胚胎發(fā)生產(chǎn)生單倍體，能自發(fā)形成胚胎發(fā)生的基因頻率較低

3、，效率極低）80年代后期到90年代期間，花培技術(shù)迅速發(fā)展。許多作物小孢子培養(yǎng)已經(jīng)成功。十字花科、麥類、水稻、玉米等。90年代，一些先前被認(rèn)為是不易進(jìn)行小孢子培養(yǎng)的基因型也相續(xù)成功Konzak (1999) 。第六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月通過花藥培養(yǎng)育成的甜椒新品種：?；ㄈ?第七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月三、花藥和花粉培養(yǎng)的應(yīng)用1)誘導(dǎo)形成單倍體，快速獲得純系，縮短育種周期；供體植株小孢子（n）花培花粉植株（n）雄核發(fā)育自然加倍人工加倍純合植株DH（2n）一年內(nèi)獲得純系常規(guī)育種需4-6年獲得純系，而小孢子培養(yǎng)僅需一年。1、作物育種第八張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作

4、于2022年6月常規(guī)育種在雜交F5、F6代開始選擇；花藥培養(yǎng)在F1或F2代進(jìn)行培養(yǎng)，再人工加倍處理縮短育種周期3-5年克服后代分離，大大縮短育種周期第九張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 花粉單倍體是純合配子體，從來源于配子體的植株中選擇某一種基因型的概率是(1/2)n，而從常規(guī)雜交F2代群體中，選擇某一基因型的概率為(1/2)2n，故單倍體育種的選擇效率為常規(guī)育種的2n倍。2) 提高目標(biāo)基因型的選擇效率第十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月例子： 二倍體供體植株基因型為AaBb，若要從后代中選擇基因?yàn)锳Abb的純合單株 常規(guī)方法： AAbb出現(xiàn)的概率為1/16，并且不能將AA

5、bb與Aabb、aAbb區(qū)分開。 AB aB Ab abABAABBAaBBAABbAaBbaBaABBaaBB aABb aaBbAbAabBAabBAAbbAabbabaAbBaabB aAbb aabb第十一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月例子： 二倍體供體植株基因型為AaBb，若要從后代中選擇基因?yàn)锳Abb的純合單株單倍體方法： AAbb出現(xiàn)的概率為1/4。 單倍體 二倍體AB- - AABBaB- aaBBAb- AAbbab- - aabb供體親本AaBb花培 從來源于配子體的植株中選擇某一種基因型的概率是(1/2)n，而從常規(guī)雜交F2代群體中，選擇某一基因型的概率為(1

6、/2)2n，故單倍體育種的選擇效率為常規(guī)育種的2n倍。第十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3)誘變育種中的作用植株不受顯隱性的影響，在誘變育種中能在當(dāng)代及時(shí)獲得突變個(gè)體，染色體加倍后成為穩(wěn)定的純系。第十三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 可探索親本染色體組的構(gòu)成。分析單倍體植物減數(shù)分裂時(shí)，形成二價(jià)體的數(shù)目和形狀，能確定染色體組內(nèi)是否存在同源染色體。 2、物種進(jìn)化研究 第十四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 單倍體植株中基因不受顯隱性的影響，每一個(gè)基因的作用均能表現(xiàn)出來。能用來研究基因的性質(zhì)及其作用。還可用于基因的劑量效應(yīng)分析。3、遺傳分析 第十五張，PPT共五十

7、八頁，創(chuàng)作于2022年6月4、構(gòu)建連鎖圖譜 雙單倍體（DH）群體是永久性群體，能有效地用于遺傳圖譜的構(gòu)建。 能直接表達(dá)外源基因，不受顯隱性影響。5、植物基因克隆篩選 第十六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 花粉孢子體發(fā)育途徑概念：花粉孢子體發(fā)育途徑（雄核發(fā)育途徑） 花粉是產(chǎn)生花粉植株的原始細(xì)胞，其第一次有絲分裂，在本質(zhì)上與合子的第一次孢子體分裂相似，把花粉形成植株的途徑稱為花粉孢子體發(fā)育途徑，也叫雄核發(fā)育途徑。第十七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、花粉發(fā)育的階段花粉離體培養(yǎng)時(shí)，雄核發(fā)育最適宜的時(shí)期一般是第一次有絲分裂或之前。第十八張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于202

8、2年6月二、雄核發(fā)育途徑1、A途徑 小孢子第一次有絲分裂為非均等分裂，形成營養(yǎng)細(xì)胞和生殖細(xì)胞 （1）A-V途徑 由營養(yǎng)細(xì)胞重復(fù)分裂形成單倍體 （2）A-G途徑 由生殖細(xì)胞重復(fù)分裂形成單倍體 （3）A-VG途徑（E途徑） 由營養(yǎng)細(xì)胞和生殖細(xì)胞各自獨(dú)立分裂，共同形成單倍體 （4）C途徑 營養(yǎng)細(xì)胞和生殖細(xì)胞通過核融合，形成多倍體植株2、B途徑 小孢子第一次有絲分裂為均等分裂，形成大小相近的兩個(gè)細(xì)胞。然后由這兩細(xì)胞邊續(xù)分裂形成單倍體植株，或者核融合形成多倍體植株第十九張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1、胚狀體發(fā)育途徑 小孢子經(jīng)歷胚發(fā)生的各個(gè)階段

9、，最后子葉展開，形成花粉植株。2、愈傷組織發(fā)育途徑 小孢子分裂數(shù)次形成愈傷，再分化形成花粉植株。此途徑產(chǎn)生的植株會(huì)出現(xiàn)變異且倍性復(fù)雜。三、花粉植株形態(tài)發(fā)生方式第二十一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月胚狀體發(fā)育途徑部分花藥通過胚狀體途徑形成小植株煙草花藥培養(yǎng)第二十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月愈傷組織發(fā)育途徑部分花藥產(chǎn)生愈傷組織接種在平板上的水稻花藥水稻花藥培養(yǎng)第二十三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月愈傷組織轉(zhuǎn)接種到再生培養(yǎng)基愈傷組織分化形成再生植株水稻花藥培養(yǎng)第二十四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié)花藥和花粉培養(yǎng)方法一、花藥培養(yǎng)二、花粉培養(yǎng)三、

10、白化苗現(xiàn)象四、影響雄核發(fā)育和花粉花藥培養(yǎng)的因素第二十五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一、花藥培養(yǎng)1、取材 鏡檢，根據(jù)花粉的發(fā)育時(shí)期，選取大小適宜的花蕾。 2、消毒 70酒精擦洗花蕾表面，或70酒精浸泡30-60s后在1次氯酸鈉溶液中浸泡10-20min或在0.1的氯化汞溶液中消毒3-10min，無菌水沖洗3-5次。 3、培養(yǎng) 固體或液體培養(yǎng)基均可。先進(jìn)行脫分化培養(yǎng)，至小孢子大量分裂形成胚或愈傷，并突破花藥壁表面，形成突出物（2-3周）；后轉(zhuǎn)入分化培養(yǎng)基培養(yǎng)，形成小植株。第二十六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二、花粉培養(yǎng)(一)花粉的分離與純化 1、自然散落法(漂浮培養(yǎng)散落

11、小孢子收集法) 將花藥接種在預(yù)處理液或液體培養(yǎng)基上，待花粉自動(dòng)散落后，收集培養(yǎng)。2、擠壓法 在燒杯或研缽中擠壓花藥，將花粉擠出后收集培養(yǎng)。第二十七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1）磁攪拌法 用磁力攪拌器攪拌培養(yǎng)液中的花藥，使花粉游離出來；2）超速旋切法 通過攪拌器中的高速旋轉(zhuǎn)刀具破碎花蕾、穗子、花藥，使小孢子游離出來（此法應(yīng)用最廣）。4、小孢子純化 對上述方法獲得的小孢子混合物進(jìn)行分級過篩、梯度離心處理純化小孢子3、機(jī)械游離第二十八張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月梯度離心前（小孢子形態(tài)、活力不一致）30%蔗糖梯度離心后（獲得均一的小孢子群體）第二十九張，PPT共五十八頁，

12、創(chuàng)作于2022年6月(二)花粉培養(yǎng)方式1、平板培養(yǎng) 花粉置瓊脂固化培養(yǎng)基上培養(yǎng)。2、液體培養(yǎng) 花粉懸浮在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，需震蕩，以利通氣。3、雙層培養(yǎng) 花粉置固體-液體雙層培養(yǎng)基上培養(yǎng)。 培養(yǎng)基制作方法：先鋪一層瓊脂固體培養(yǎng)基，凝固后，在表面加入少量液體培養(yǎng)基。 4、看護(hù)培養(yǎng) 利用花藥或花藥愈傷組織釋放出的活性物質(zhì)促進(jìn)花粉小孢子發(fā)育。用一塊活躍生長的愈傷組織來看護(hù)單個(gè)細(xì)胞，并使其生長和增殖。這個(gè)愈傷組織塊稱為看護(hù)愈傷組織。第三十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1）在一個(gè)培養(yǎng)瓶中加入一定量厚的固體培養(yǎng)基，滅菌后備用。2）在無菌條件下，將一小塊（1cm3）活躍生長的愈傷組織接種到培養(yǎng)基

13、上，再在愈傷組織塊上放一片（1cm）已滅菌的濾紙，放置過夜。3）將分離的花粉接種到已經(jīng)充分吸收愈傷組織滲透液的濾紙上。4）單細(xì)胞分裂形成肉眼可見的小細(xì)胞團(tuán)后，即轉(zhuǎn)移到新鮮培養(yǎng)基上培養(yǎng)，恒溫培養(yǎng)，得到單細(xì)胞無性系。具體方法2.第三十一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月5、微室培養(yǎng) 利用小的蓋玻片和凹穴載玻片形成微室進(jìn)行花粉培養(yǎng)。6、條件培養(yǎng)基培養(yǎng) 利用培養(yǎng)過花藥的液體培養(yǎng)基或含失活花藥提取物的培養(yǎng)基上培養(yǎng)?；ㄋ帡l件培養(yǎng)基、子房條件培養(yǎng)等。第三十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月花粉培養(yǎng)過程取花蕾（鏡檢）預(yù)培養(yǎng)數(shù)天取花藥消毒分離花粉接種培養(yǎng)愈傷組織發(fā)生第三十三張，PPT共五十八頁

14、，創(chuàng)作于2022年6月三、白化苗現(xiàn)象第三十四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）白化苗產(chǎn)生的影響因素及機(jī)理1、內(nèi)因供體植株基因型（如秈稻比粳稻白苗率高）、花粉發(fā)育時(shí)期。2、外因預(yù)處理、培養(yǎng)基成分、激素水平與種類、培養(yǎng)條件和方法、愈傷組織轉(zhuǎn)分化時(shí)間等。3、機(jī)理核基因起關(guān)鍵作用，導(dǎo)致質(zhì)體DNA缺失，產(chǎn)生白苗。另外地、無性系變異也可能是原因之一。（二）白化苗的控制 通過對花粉發(fā)育時(shí)期、預(yù)處理、培養(yǎng)基成分等因素進(jìn)行調(diào)控。第三十五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月四、影響雄核發(fā)育和花粉花藥培養(yǎng)的因素（一）基因型 植物基因型是影響雄核發(fā)育的最重要的因素之一。同一物種中的不同基因型對小孢

15、子離體誘導(dǎo)反應(yīng)差異較大。 如在水稻中，秈稻花粉培養(yǎng)力遠(yuǎn)低于糯稻。第三十六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月小孢子發(fā)育時(shí)期對誘導(dǎo)雄核發(fā)育非常重要。（二）花粉發(fā)育時(shí)期適宜時(shí)期：單核期,尤其是單核中、晚期(單核靠邊期)第三十七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月蕓苔屬植物Brassica napus不同基因型的小孢子產(chǎn)胚率比較Topas 10,000-200,000 1-20Westar 1000-10,000 0.1-1Delta 100-10,000 0.01-1Bounty 10-100 0.001-0.01基因型胚狀體數(shù)量/106小孢子 成苗率（%）第三十八張，PPT共五十八頁

16、，創(chuàng)作于2022年6月1、植株生長條件 光溫等因素均能影響花藥培養(yǎng)力。一般 處于適宜生長條件（如溫室中）較好。但物種間存在差異。2、植株生長時(shí)期 一般是開花始期優(yōu)于開花末期。3、P花粉的頻率 不同溫度、日照時(shí)數(shù)、氮饑餓及生長物質(zhì)處理提高P花粉的數(shù)量 （三）供體植株生長條件和生理狀態(tài) 第三十九張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月隨著細(xì)胞體積迅速增大，細(xì)胞核由中央位置推向一邊，即單核靠邊期。雄配子體的發(fā)育 營養(yǎng)細(xì)胞生殖細(xì)胞精子第四十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月四分體: 醋酸洋紅染色四分體: Alexanders 染色單核期雙核期成熟花粉粒處于不同發(fā)育時(shí)期的煙草小孢子第四十一張，

17、PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月單核晚期液泡第一次有絲分裂后期雙核早期雙核中期生殖核生殖核營養(yǎng)核第四十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月一般而言，單核期（第一次有絲分裂前）對誘導(dǎo)反應(yīng)最敏感，為最佳培養(yǎng)期。形成雙核后，在合適的條件，主要由營養(yǎng)細(xì)胞分裂產(chǎn)生胚狀體。 第四十三張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月不同物種誘導(dǎo)胚胎發(fā)生的最佳小孢子發(fā)育時(shí)期發(fā)育時(shí)期物種減數(shù)分裂期草莓、番茄四分孢子期葡萄單核早中期石刁柏、油菜、大麥、天仙子、馬鈴薯單核晚期荔枝、茄子、青椒、小麥單核早期至晚期煙草單核早期至雙核期梨、水稻、甘藍(lán)四分孢子期至雙核期玉米第四十四張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于202

18、2年6月對不同發(fā)育階段的花藥進(jìn)行培養(yǎng)測試確定最佳小孢子發(fā)育時(shí)期的形態(tài)特征注意形態(tài)特征會(huì)因品種、發(fā)育狀態(tài)、環(huán)境條件的變化而發(fā)生變化處于不同發(fā)育階段的煙草花芽 花粉發(fā)育時(shí)期的確定第四十五張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月單核期的確定： 根據(jù)細(xì)胞觀察推測，雙核期的花粉中開始積累淀粉，不能使花粉發(fā)育成植株。通常采用醋酸洋紅或碘化鉀染色，再壓片鏡檢，以確定花粉的發(fā)育時(shí)期。 但是接種前不可能把所有的花粉都進(jìn)行一次發(fā)育時(shí)期的鏡檢，通常是按照花蕾長度大小與花粉發(fā)育年齡的相關(guān)性，實(shí)際操作中取一定大小的花蕾進(jìn)行的。第四十六張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月A.通過顯微鏡下觀察確定小孢子發(fā)育時(shí)期 醋

19、酸洋紅染色DAPI 染色第四十七張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月B.通過花蕾外部特征確定小孢子發(fā)育時(shí)期 花蕾的外部形態(tài)特征與小孢子的發(fā)育時(shí)期有一定的相關(guān)性，花蕾萼裂基部與花冠頂部之差可以作為判斷小孢子發(fā)育時(shí)期的基本指標(biāo)。 第四十八張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2、化學(xué)物質(zhì)處理包括高糖、甘露醇、秋水仙素、乙烯利等進(jìn)行處理。甘露醇僅能維持滲透壓，不能提供碳源，其主要原理是造成小孢子營養(yǎng)饑餓，從而使小孢子去分化。 3、其它包括射線、離心、磁場等。 預(yù)處理方法：1、高低溫處理第四十九張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（四）培養(yǎng)基 1.基本培養(yǎng)基 主要為N6和MS培養(yǎng)基。M

20、S和H培養(yǎng)基：適合雙子葉植物花藥培養(yǎng)；B5培養(yǎng)基：適合豆科和十字花科花藥培養(yǎng)；N6培養(yǎng)基：適合禾谷類作物的花藥培養(yǎng)。Nitsch培養(yǎng)基:適合蕓薹屬和曼陀羅屬。高濃度的NH4+顯著抑制花粉愈傷組織形成。鐵鹽對花粉胚狀體發(fā)育很重要?；钚蕴看龠M(jìn)胚狀體發(fā)育。 第五十張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月包括蔗糖、麥芽糖、纖維二糖、葡萄糖、果糖、海藻糖等。不同作物所需最適的碳源種類及濃度的所差異。在辣椒花藥培養(yǎng)中以6%的蔗糖濃度對胚狀體的誘導(dǎo)率為最高。在番茄花藥培養(yǎng)中需要量高達(dá)14。其原因是花粉母細(xì)胞的滲透壓比花絲等體細(xì)胞高的緣故，即高濃度的蔗糖不利于藥壁、花絲等體細(xì)胞的生長，而利于花粉的生長。一般認(rèn)為單子葉植物比雙子葉植物需糖的濃度要高。玉米中蔗糖效果最好；而麥類作物中，麥芽糖似乎為最好的碳源。較高濃度蔗糖可誘導(dǎo)花粉形成愈傷組織； 較低 濃度蔗糖可使愈傷組織分化成苗。2.碳源第五十一張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3、激素 細(xì)胞分裂素可促進(jìn)胚狀體形成； 生長素可誘導(dǎo)愈傷組織形成。 細(xì)胞分裂素與生長素比值高時(shí)可誘導(dǎo)愈傷組織分化苗4、氨基酸5、活性碳6、pH 第五十二張，PPT共五十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（五）培養(yǎng)條件 1、溫度 物種間有差異，培養(yǎng)溫度在2528