植物染色體工程課件

第17章植物染色體工程

(PlantChromosomeEngineering)◆植物染色體倍性改造◆植物染色體非整倍體改造第17章植物染色體工程

(PlantChromosom

染色體工程:

是人們按照一定的設(shè)計(jì),有計(jì)劃地消減、添加或代換同種或異種染色體的技術(shù)。 廣義上講它還包括染色體內(nèi)部的部分遺傳操作技術(shù)。定義 染色體工程:是人們按照一定的設(shè)計(jì),有計(jì)劃地消減、添加或代染色體數(shù)目變異整倍變化：多倍體：細(xì)胞中含有三個(gè)或更多染色體組的個(gè)體單倍體：細(xì)胞中含有正常體細(xì)胞的一半染色體數(shù)非整倍體變化：染色體減少：?jiǎn)误w（減1條）、缺體（減1對(duì)）染色體增加：三體（加1條）、四體（加1對(duì)）染色體代換：同種代換、異種代換染色體數(shù)目變異整倍變化：一、植物染色體倍性改造1.人工誘導(dǎo)植物多倍體的意義2.染色體加倍技術(shù)3.植物的多倍體育種4.植物的單倍體育種一、植物染色體倍性改造1.人工誘導(dǎo)植物多倍體的意義1.人工誘導(dǎo)植物多倍體的意義

多倍體(polyploidy):植物的性狀比原來的二倍體氣孔、花、果實(shí)和種子比二倍體者為大，葉肉較厚，莖稈也較粗壯

1.人工誘導(dǎo)植物多倍體的意義 多倍體(polyploid煙草2倍體，4倍體和8倍體葉片表皮細(xì)胞的比較

煙草2倍體，4倍體和8倍體葉片表皮細(xì)胞的比較

多倍體育種的重要應(yīng)用新型農(nóng)業(yè)食品資源無籽西瓜：沒有籽、品質(zhì)好、食用方便、高產(chǎn)抗病異源多倍體小黑麥：產(chǎn)量高、品質(zhì)好高品質(zhì)樹木培育多倍體桑樹：體細(xì)胞較大、葉肉厚、葉質(zhì)較好、抗寒性強(qiáng)三倍體毛白楊多倍體育種的重要應(yīng)用新型農(nóng)業(yè)食品資源2.染色體加倍技術(shù)A、化學(xué)誘導(dǎo)方法B、生物學(xué)方法2.染色體加倍技術(shù)A、化學(xué)誘導(dǎo)方法A、化學(xué)方法1.細(xì)胞松馳素B(cytochalasin) 能抑制肌動(dòng)蛋白聚合成微絲，從而抑制細(xì)胞質(zhì)分裂，使用最早、最廣泛，其誘導(dǎo)效果也最突出。2.秋水仙素(colchicine) 阻止細(xì)胞分裂過程中的紡綞體的形成。特點(diǎn)：化學(xué)藥物價(jià)格昂貴，有毒性A、化學(xué)方法1.細(xì)胞松馳素B(cytochalasin)三倍體無籽西瓜的生產(chǎn)三倍體無籽西瓜的生產(chǎn)母本父本母本父本四倍體二倍體有籽西瓜父本母本去雄授粉四倍體二倍體有籽西瓜父本母本去雄授粉普通西瓜植株種下去三倍體植株無籽西瓜花粉刺激（提供生長(zhǎng)素）普通西瓜植株種下去三倍體植株無籽西瓜花粉刺激（提供生長(zhǎng)素）用秋水仙素誘導(dǎo)植物多倍體

注意事項(xiàng)

處理部位：正在分裂的細(xì)胞

處理方式：用水溶液，也可混入羊毛脂、瓊脂或凡士林中。

藥劑濃度：一般在0.01%－0.4%

處理時(shí)間：一般不少于24h

處理溫度：一般18－25℃用秋水仙素誘導(dǎo)植物多倍體

注意事項(xiàng) 處理部位：正在分裂的細(xì)胞B、生物學(xué)方法1——遠(yuǎn)緣雜交B、生物學(xué)方法2——體細(xì)胞雜交（原生質(zhì)體融合）B、生物學(xué)方法1——遠(yuǎn)緣雜交B、生物學(xué)方法2——體細(xì)胞雜3.植物的多倍體育種二倍體AA(2n=2x)二倍體BB(2n=2x)同源三倍體AAA(2n=3x)同源異源八倍體AAAABBB(2n=8x)同源四倍體AAAA(2n=4x)異源四倍體AABB(2n=4x)染色體加倍染色體加倍染色體加倍3.植物的多倍體育種二倍體二倍體同源三倍體同源異源八倍體無籽西瓜的育成：二倍體西瓜2n=2x=22秋水仙素加倍四倍體西瓜2n=4x=44四倍體西瓜2n=4x=44x二倍體西瓜2n=2x=22

配子：n=2x=22配子：n=X=11三倍體西瓜2n=3x=33無籽西瓜的育成：二倍體西瓜秋水仙素加倍四倍體西瓜四倍體西瓜x異源八倍體小黑麥的培育

植物異源多倍體——八倍體小黑麥的人工培育 普通小麥品種間雜種♀×♂黑麥 （AABBDD2n=42）（RR2n=14）

雜種一代不孕（ABDR4x=28)

人工加倍染色體八倍體小黑麥（AABBDDRR8x=56)異源八倍體小黑麥的培育 植物異源多倍體——八倍體小黑麥的人工植物染色體工程課件4.植物單倍體育種

植物減數(shù)分裂后形成的雌雄配子，其染色體數(shù)目為體細(xì)胞的一半。將這種具有單套染色體的細(xì)胞稱為單倍體細(xì)胞 單倍體細(xì)胞在人工離體條件下培養(yǎng)，使其單性發(fā)育成植物體。這種具有單套染色體的植物稱為單倍體植物4.植物單倍體育種 植物減數(shù)分裂后形成的雌雄配子，其染色高等植物孢子體與配子體

世代交替高等植物孢子體與配子體

世代交替（1）單倍體育種的概念

將具有單套染色體的單倍體植物，經(jīng)人工染色體加倍，使其成為純合二倍體。從中選出具有優(yōu)良性狀的個(gè)體，直接繁育成新品種；或選出具有單一優(yōu)良性狀的個(gè)體，作為雜交育種的原理材料，稱為單倍體育種（1）單倍體育種的概念 將具有單套染色體的單倍體植物，經(jīng)人工

植物單倍體育種:由于單倍體只有一套染色體，染色體上的每個(gè)基因都能顯示相應(yīng)的性狀，所以極易發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的突變，尤其是隱性突變，在表型上可以直接表現(xiàn)出來，所以單倍體是研究基因或基因效應(yīng)、進(jìn)行染色體遺傳分析的理想實(shí)驗(yàn)材料

1）克服雜種分離，縮短雜交育種年限

2）排除顯、隱性基因干擾，提高選擇效率

3）單倍體是誘變育種的良好材料

4）能克服遠(yuǎn)緣雜交的不孕性，創(chuàng)造生物新類型

5）利用單倍體對(duì)栽培品種進(jìn)行純化3、單倍體育種的優(yōu)越性 植物單倍體育種:由于單倍體只有一套染色體，染色體上的每個(gè)（2）植物單倍體育種方法異源花粉授粉延遲授粉未授粉子房培養(yǎng)和花粉培養(yǎng)種間或?qū)匍g遠(yuǎn)緣雜交栽培大麥(Hordeumvudare,2n=2x=14)與野生球莖大麥(H.bulbosus,2n=2x=14)雜種胚發(fā)育過程中，兩物種染色體的行為不協(xié)調(diào)可導(dǎo)致球莖大麥的染色體逐漸丟失(稱為染色體消減現(xiàn)象)，可獲得大麥的單倍體植株（2）植物單倍體育種方法異源花粉授粉種間或?qū)匍g遠(yuǎn)緣雜交花藥培養(yǎng)獲得單倍體染色體消減獲得單倍體大麥花藥培養(yǎng)獲得單倍體染色體消減獲得單倍體大麥（3）花粉單倍體植物的培養(yǎng)程序材料準(zhǔn)備順利通過污染關(guān)選用適宜發(fā)育時(shí)期的花粉逆境處理對(duì)促進(jìn)小孢子脫分化和再分化的效應(yīng)誘導(dǎo)花粉脫分化形成愈傷組織或胚狀體小孢子脫分化和再分化的時(shí)間誘導(dǎo)小孢子形成胚狀體和愈傷組織的技術(shù)關(guān)鍵愈傷組織的植株分化或胚狀體的正常生長(zhǎng)基本培養(yǎng)基選擇植物激素的調(diào)節(jié)糖濃度調(diào)節(jié)完整植物體的形成再生小植株的馴化和移植（3）花粉單倍體植物的培養(yǎng)程序材料準(zhǔn)備（4）單倍體植物的染色體加倍加倍方法：用得最多的是化學(xué)誘變法秋水仙素、富民農(nóng)、對(duì)二氯苯、8-羥基喹啉等加倍技術(shù)小苗浸泡法生長(zhǎng)錐處理培養(yǎng)基加倍（4）單倍體植物的染色體加倍加倍方法：二、染色體非整倍體變化1.個(gè)別染色體的削減和添加2.染色體代換二、染色體非整倍體變化1.個(gè)別染色體的削減和添加1、個(gè)別染色體的削減和添加單體（2n-1）與缺體（2n-2）的制備 以小麥為例：2N=42，AABBDD 1）單倍體小麥ABD

自交（配子中有N=20；N=21） 正常小麥、單體小麥、缺體小麥 （2N=42）（2N=41）（2N=40）

2）單倍體小麥與二倍體小麥 正常小麥、單體小麥

3）單體小麥（2N=41）自交自交（配子中有N=20；N=21） 正常小麥、單體小麥、缺體小麥 （2N=42）（2N=41）（2N=40）1、個(gè)別染色體的削減和添加單體（2n-1）與缺體（2n-2）有目標(biāo)地替換染色體小麥抗病品種：20II+6BIIRR；不抗病6B單體：20II+6BIIrr；

20II+6BIr；x20II+6BIIRR20II+6BIIRr（雙體抗?。?0II+6BIR（單體抗病）

20II+6BIIRR有目標(biāo)地替換染色體小麥抗病品種：20II+6BIIRR小麥：AABBDDRRxAABBDDAABBDD+R（7I）（2n+1）：AABBDD+I1R

AABBDD+I2R

…….…ABD+IRxABD-IT20II+IT+IR（異代換系）20IIT+IIR異附加系：AABBDD+II1R……………缺體21II–6DIIx20II+6DIIrr20II+6DIR20II+6DIIRR小麥：異附加系：個(gè)別染色體的削減和添加三體、四體的制備三倍體二倍體（配子中出現(xiàn)的N+1類型）（配子=N）

雜交

產(chǎn)生三體植物（2N+1)三體小麥（2N+1）自交產(chǎn)生正常小麥、三體小麥、四體小麥個(gè)別染色體的削減和添加三體、四體的制備2、染色體代換RRRRR- DDDDDDRRRRR- DDDDDD1、親本PRRRRR- RRRRR-DDDDDD RRRRR-2、雜交一代

RRRRR- RRRRR-DDDRRR RRRRR-3、回交一代回交七代、自交產(chǎn)生受體缺體3%、代換單體73%、代換二體（圖中：R表示受體染色體；D表示供體染色體；-表示缺體染色體）2、染色體代換RRRRR- DDDDDD演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！第17章植物染色體工程

(PlantChromosomeEngineering)◆植物染色體倍性改造◆植物染色體非整倍體改造第17章植物染色體工程

(PlantChromosom

染色體工程:

是人們按照一定的設(shè)計(jì),有計(jì)劃地消減、添加或代換同種或異種染色體的技術(shù)。 廣義上講它還包括染色體內(nèi)部的部分遺傳操作技術(shù)。定義 染色體工程:是人們按照一定的設(shè)計(jì),有計(jì)劃地消減、添加或代染色體數(shù)目變異整倍變化：多倍體：細(xì)胞中含有三個(gè)或更多染色體組的個(gè)體單倍體：細(xì)胞中含有正常體細(xì)胞的一半染色體數(shù)非整倍體變化：染色體減少：?jiǎn)误w（減1條）、缺體（減1對(duì)）染色體增加：三體（加1條）、四體（加1對(duì)）染色體代換：同種代換、異種代換染色體數(shù)目變異整倍變化：一、植物染色體倍性改造1.人工誘導(dǎo)植物多倍體的意義2.染色體加倍技術(shù)3.植物的多倍體育種4.植物的單倍體育種一、植物染色體倍性改造1.人工誘導(dǎo)植物多倍體的意義1.人工誘導(dǎo)植物多倍體的意義

多倍體(polyploidy):植物的性狀比原來的二倍體氣孔、花、果實(shí)和種子比二倍體者為大，葉肉較厚，莖稈也較粗壯

1.人工誘導(dǎo)植物多倍體的意義 多倍體(polyploid煙草2倍體，4倍體和8倍體葉片表皮細(xì)胞的比較

煙草2倍體，4倍體和8倍體葉片表皮細(xì)胞的比較

多倍體育種的重要應(yīng)用新型農(nóng)業(yè)食品資源無籽西瓜：沒有籽、品質(zhì)好、食用方便、高產(chǎn)抗病異源多倍體小黑麥：產(chǎn)量高、品質(zhì)好高品質(zhì)樹木培育多倍體桑樹：體細(xì)胞較大、葉肉厚、葉質(zhì)較好、抗寒性強(qiáng)三倍體毛白楊多倍體育種的重要應(yīng)用新型農(nóng)業(yè)食品資源2.染色體加倍技術(shù)A、化學(xué)誘導(dǎo)方法B、生物學(xué)方法2.染色體加倍技術(shù)A、化學(xué)誘導(dǎo)方法A、化學(xué)方法1.細(xì)胞松馳素B(cytochalasin) 能抑制肌動(dòng)蛋白聚合成微絲，從而抑制細(xì)胞質(zhì)分裂，使用最早、最廣泛，其誘導(dǎo)效果也最突出。2.秋水仙素(colchicine) 阻止細(xì)胞分裂過程中的紡綞體的形成。特點(diǎn)：化學(xué)藥物價(jià)格昂貴，有毒性A、化學(xué)方法1.細(xì)胞松馳素B(cytochalasin)三倍體無籽西瓜的生產(chǎn)三倍體無籽西瓜的生產(chǎn)母本父本母本父本四倍體二倍體有籽西瓜父本母本去雄授粉四倍體二倍體有籽西瓜父本母本去雄授粉普通西瓜植株種下去三倍體植株無籽西瓜花粉刺激（提供生長(zhǎng)素）普通西瓜植株種下去三倍體植株無籽西瓜花粉刺激（提供生長(zhǎng)素）用秋水仙素誘導(dǎo)植物多倍體

注意事項(xiàng)

處理部位：正在分裂的細(xì)胞

處理方式：用水溶液，也可混入羊毛脂、瓊脂或凡士林中。

藥劑濃度：一般在0.01%－0.4%

處理時(shí)間：一般不少于24h

處理溫度：一般18－25℃用秋水仙素誘導(dǎo)植物多倍體

注意事項(xiàng) 處理部位：正在分裂的細(xì)胞B、生物學(xué)方法1——遠(yuǎn)緣雜交B、生物學(xué)方法2——體細(xì)胞雜交（原生質(zhì)體融合）B、生物學(xué)方法1——遠(yuǎn)緣雜交B、生物學(xué)方法2——體細(xì)胞雜3.植物的多倍體育種二倍體AA(2n=2x)二倍體BB(2n=2x)同源三倍體AAA(2n=3x)同源異源八倍體AAAABBB(2n=8x)同源四倍體AAAA(2n=4x)異源四倍體AABB(2n=4x)染色體加倍染色體加倍染色體加倍3.植物的多倍體育種二倍體二倍體同源三倍體同源異源八倍體無籽西瓜的育成：二倍體西瓜2n=2x=22秋水仙素加倍四倍體西瓜2n=4x=44四倍體西瓜2n=4x=44x二倍體西瓜2n=2x=22

配子：n=2x=22配子：n=X=11三倍體西瓜2n=3x=33無籽西瓜的育成：二倍體西瓜秋水仙素加倍四倍體西瓜四倍體西瓜x異源八倍體小黑麥的培育

植物異源多倍體——八倍體小黑麥的人工培育 普通小麥品種間雜種♀×♂黑麥 （AABBDD2n=42）（RR2n=14）

雜種一代不孕（ABDR4x=28)

人工加倍染色體八倍體小黑麥（AABBDDRR8x=56)異源八倍體小黑麥的培育 植物異源多倍體——八倍體小黑麥的人工植物染色體工程課件4.植物單倍體育種

植物減數(shù)分裂后形成的雌雄配子，其染色體數(shù)目為體細(xì)胞的一半。將這種具有單套染色體的細(xì)胞稱為單倍體細(xì)胞 單倍體細(xì)胞在人工離體條件下培養(yǎng)，使其單性發(fā)育成植物體。這種具有單套染色體的植物稱為單倍體植物4.植物單倍體育種 植物減數(shù)分裂后形成的雌雄配子，其染色高等植物孢子體與配子體

世代交替高等植物孢子體與配子體

世代交替（1）單倍體育種的概念

將具有單套染色體的單倍體植物，經(jīng)人工染色體加倍，使其成為純合二倍體。從中選出具有優(yōu)良性狀的個(gè)體，直接繁育成新品種；或選出具有單一優(yōu)良性狀的個(gè)體，作為雜交育種的原理材料，稱為單倍體育種（1）單倍體育種的概念 將具有單套染色體的單倍體植物，經(jīng)人工

植物單倍體育種:由于單倍體只有一套染色體，染色體上的每個(gè)基因都能顯示相應(yīng)的性狀，所以極易發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生的突變，尤其是隱性突變，在表型上可以直接表現(xiàn)出來，所以單倍體是研究基因或基因效應(yīng)、進(jìn)行染色體遺傳分析的理想實(shí)驗(yàn)材料

1）克服雜種分離，縮短雜交育種年限

2）排除顯、隱性基因干擾，提高選擇效率

3）單倍體是誘變育種的良好材料

4）能克服遠(yuǎn)緣雜交的不孕性，創(chuàng)造生物新類型

5）利用單倍體對(duì)栽培品種進(jìn)行純化3、單倍體育種的優(yōu)越性 植物單倍體育種:由于單倍體只有一套染色體，染色體上的每個(gè)（2）植物單倍體育種方法異源花粉授粉延遲授粉未授粉子房培養(yǎng)和花粉培養(yǎng)種間或?qū)匍g遠(yuǎn)緣雜交栽培大麥(Hordeumvudare,2n=2x=14)與野生球莖大麥(H.bulbosus,2n=2x=14)雜種胚發(fā)育過程中，兩物種染色體的行為不協(xié)調(diào)可導(dǎo)致球莖大麥的染色體逐漸丟失(稱為染色體消減現(xiàn)象)，可獲得大麥的單倍體植株（2）植物單倍體育種方法異源花粉授粉種間或?qū)匍g遠(yuǎn)緣雜交花藥培養(yǎng)獲得單倍體染色體消減獲得單倍體大麥花藥培養(yǎng)獲得單倍體染色體消減獲得單倍體大麥（3）花粉單倍體植物的培養(yǎng)程序材料準(zhǔn)備順利通過污染關(guān)選用適宜發(fā)育時(shí)期的花粉逆境處理對(duì)促進(jìn)小孢子脫分化和再分化的效應(yīng)誘導(dǎo)花粉脫分化形成愈傷組織或胚狀體小孢子脫分化和再分化的時(shí)間誘導(dǎo)小孢子形成胚狀體和愈傷組織的技術(shù)關(guān)鍵愈傷組織的植株分化或胚狀體的正常生長(zhǎng)基本培養(yǎng)基選擇植物激素的調(diào)節(jié)糖濃度調(diào)節(jié)完整植物體的形成再生小植株的馴化和移植（3）花粉單倍體植物的培養(yǎng)程序材料準(zhǔn)備（4）單倍體植物的染色體加倍加倍方法：用得最多的是化學(xué)誘變法秋水仙素、富民農(nóng)、對(duì)二氯苯、8-羥基喹啉等加倍技術(shù)小苗浸泡法生長(zhǎng)錐處理培養(yǎng)基加倍（4）單倍體植物的染色體加倍加倍方法：二、染色體非整倍體變化1.個(gè)別染色體的削減和添加2.染色體代換二、染色體非整倍體變化1.個(gè)別染色體的削減和添加1、個(gè)別染色體的削減和添加單體（2n-1）與缺體（2n-2）的制備 以小麥為例：2N=42，AABBDD 1）單倍體小麥ABD

自交（配子中有N=20；N=21） 正常小麥、單體小麥、缺體小麥 （2N=42）（2N=41）（2N=40）

2）單倍體小麥與二倍體小麥 正常小麥、單體小麥

3）單體小麥（2N=41）自交自交（配子中有N=20；N=21） 正常小麥、單體小麥、缺體小麥 （2N=42）（2N=41）（2N=40）1、個(gè)別染色體的削減和添加單體（2n-1）與缺體（2n-2）有目標(biāo)地替換染色體小麥抗病品種：20II+6BIIRR；不抗病6B單體：20II+6BIIrr；

20II+6BIr；x20II+6BIIRR20II+6BIIRr（雙體抗?。?0II+6BIR（單體抗?。?/p>

20II+6BIIRR有目標(biāo)地替換染色體小麥抗病品種：20II+6BIIRR小麥：AABBDDRRxAABBDDAABBDD+R（7I）（2n+1）：AABBDD+I1R

AABBDD+I2R

…….…