医学专题一月季的花药培养MicrosoftPowerPoint幻灯片.ppt

利用植物组织培养技术可以实现优良品种的快速利用植物组织培养技术可以实现优良品种的快速繁殖，保持繁殖，保持(boch)遗传性状的一致。但这种方法同遗传性状的一致。但这种方法同时也存在着一定的缺陷时也存在着一定的缺陷繁殖出来的新植株往往繁殖出来的新植株往往无法获得一些新的性状。无法获得一些新的性状。1964年，印度科学家在培养毛叶曼陀罗的花药时，年，印度科学家在培养毛叶曼陀罗的花药时，首次获得了由花药中的花粉粒发育而来的单倍体植首次获得了由花药中的花粉粒发育而来的单倍体植株，这个株，这个(zh ge)实验说明生殖细胞和体细胞一样，在实验说明生殖细胞和体细胞一样，在离体条件下也具有发育成完整植株的潜能。离体条件下也具有发育成完整植株的潜能。第一页，共三十四页。花的结构花的结构(jigu)一、课题一、课题(kt)背背景景第二页，共三十四页。花药花药 植物学名词，是指花丝植物学名词，是指花丝(hu s)(hu s)顶端膨大呈囊状的部顶端膨大呈囊状的部分，是雄蕊的重要组成部分。花药通常由分，是雄蕊的重要组成部分。花药通常由4 4个或个或2 2个花粉囊个花粉囊组成，左右对称分开，中间以药隔相连。组成，左右对称分开，中间以药隔相连。花药培养花花药培养是用培养是用植物植物组织培养培养技技术，把，把发育到一定育到一定阶段的花段的花药，通通过无菌无菌操作技操作技术，接种，接种(jizhng)在人工培养基上，以改在人工培养基上，以改变花花药内花内花粉粒的粉粒的发育程序，育程序，诱导其分化，并其分化，并连续进行有行有丝分裂，形成分裂，形成细胞胞团，进而形成一而形成一团无分化的无分化的薄壁薄壁组织愈伤组织，或分化成胚状体，愈伤组织，或分化成胚状体，随后使愈伤组织分化成完整的植株。随后使愈伤组织分化成完整的植株。第三页，共三十四页。植物植物(zhw)的花药培养在育种上有什么意义？的花药培养在育种上有什么意义？花粉粒（花粉粒（1N）单倍体植株单倍体植株（1N）二倍体纯合子二倍体纯合子植株（植株（2N）缩短了缩短了育种周期育种周期(zhuq)(zhuq)，为新，为新品种的培育品种的培育开辟了新途开辟了新途径。径。第四页，共三十四页。（一）被子植物的花粉（一）被子植物的花粉(hufn)(hufn)发育发育 二、基础知识二、基础知识 问题：问题：1.1.被子植物雄蕊是由哪几部分组成的？被子植物雄蕊是由哪几部分组成的？2.2.花药与花粉是什么关系？花药与花粉是什么关系？3.3.被子植物的花粉是如何发育来的？被子植物的花粉是如何发育来的？4.4.小孢子母细胞形成小孢子母细胞形成(xngchng)(xngchng)精子，期间要经过几次分裂？分别精子，期间要经过几次分裂？分别是什么方式？是什么方式？5.5.小孢子形成精子，期间分裂次数与分裂方式小孢子形成精子，期间分裂次数与分裂方式 分别是什么？分别是什么？6.6.小孢子与小孢子母细胞相比，染色体数相同吗？小孢子与小孢子母细胞相比，染色体数相同吗？7.7.一个花粉粒中的两个精子，基因组成相同吗？一个花粉粒中的两个精子，基因组成相同吗？8.8.植物花粉发育过程中的小孢子植物花粉发育过程中的小孢子“四分体四分体”与减数分裂与减数分裂过程中的过程中的“四分体四分体”一样吗？一样吗？第五页，共三十四页。花丝花丝(hu s)(hu s)花药花药(huyo)(huyo)雄蕊雄蕊(xingru)(xingru)囊状结构，内有很多花粉粒囊状结构，内有很多花粉粒雄蕊雄蕊第六页，共三十四页。花粉囊花粉囊 当花粉囊的壁组织逐步发育分化时，会形当花粉囊的壁组织逐步发育分化时，会形成成(xngchng)(xngchng)大量的大量的花粉母细胞（小孢子母细胞花粉母细胞（小孢子母细胞）。）。花粉花粉(hufn)(hufn)花粉粒是由花粉粒是由花粉母细胞花粉母细胞经过经过(jnggu)(jnggu)减数分裂减数分裂而形而形成，因此，花粉粒是成，因此，花粉粒是单倍体的生殖细胞单倍体的生殖细胞。被子植物花粉的发育要经历：被子植物花粉的发育要经历：四分体时期、单核期和双核期四分体时期、单核期和双核期等阶段。等阶段。第七页，共三十四页。花粉发育花粉发育(fy)过程过程第八页，共三十四页。小小孢孢子子(boz)(boz)母母细细胞胞花花粉母细粉母细胞胞小孢子小孢子(boz)(boz)减数减数分裂分裂(jin(jin sh sh fn fn li)li)有丝有丝分裂分裂花粉管细胞核花粉管细胞核生殖细胞核生殖细胞核有分有分丝裂丝裂精子精子1 1个个营养细胞营养细胞生殖细胞生殖细胞4 4个个4 4个个4 4个个4 4个个4 4个个8 8个个（小孢子四分体时期（小孢子四分体时期单核居中期单核居中期单核靠边期单核靠边期双核期）双核期）第九页，共三十四页。解释：解释：花粉是由小孢子母细胞先经减数分裂后经有丝分花粉是由小孢子母细胞先经减数分裂后经有丝分裂并依次经历了四分体时期、单核期和双核期等阶段后裂并依次经历了四分体时期、单核期和双核期等阶段后产生的。单核期的细胞含浓厚的原生质，核开始时位于产生的。单核期的细胞含浓厚的原生质，核开始时位于细胞的中央细胞的中央(zhngyng)(zhngyng)。随着细胞不断长大，核由中央。随着细胞不断长大，核由中央(zhngyng)(zhngyng)移向细胞一侧，移向细胞一侧，此时是花药组织培养的最佳时此时是花药组织培养的最佳时期，期，并分裂成并分裂成1 1个生殖细胞核和个生殖细胞核和1 1个花粉管细胞核，进而个花粉管细胞核，进而形成两个细胞，生殖细胞将再分裂一次，形成两个精子。形成两个细胞，生殖细胞将再分裂一次，形成两个精子。第十页，共三十四页。思考思考被被子子植植物物花花粉粉发发育育过过程程中中的的四四分分体体时时期期与与减减数数分分裂裂过过程中的四分体程中的四分体时时期是同一期是同一阶阶段段吗吗？【提示】【提示】不是不是(b shi)同一同一阶阶段。前者的四分体段。前者的四分体时时期期是指是指4个个单单倍体倍体细细胞胞连连在一起的在一起的时时期；后者的四分体期；后者的四分体时时期是指同源染色体配期是指同源染色体配对对后，一后，一对对同源染色体含有同源染色体含有四条染色四条染色单单体的体的阶阶段。段。第十一页，共三十四页。花粉粒类型花粉粒类型(lixng)(lixng)(lixng)(lixng)一个成熟的一个成熟的花粉粒即为雄配子花粉粒即为雄配子(piz)(piz)(piz)(piz)体，有两种情况：体，有两种情况：二核花粉粒二核花粉粒:成熟成熟(chngsh)(chngsh)(chngsh)(chngsh)的花粉粒中，只含花粉管细的花粉粒中，只含花粉管细胞核和生殖细胞核。（精子在花粉管中形成）胞核和生殖细胞核。（精子在花粉管中形成）三核花粉粒三核花粉粒:有些植物的花粉，在成熟前，生殖细胞有些植物的花粉，在成熟前，生殖细胞进行一次有丝分裂，形成两个精子，这样的花粉在进行一次有丝分裂，形成两个精子，这样的花粉在成熟时，含有一个营养核和两个精子。成熟时，含有一个营养核和两个精子。第十二页，共三十四页。（二）产生花粉（二）产生花粉(hufn)(hufn)植株的两种植株的两种途径途径 问题：问题：1.产生花粉植株有几种途径，分别产生花粉植株有几种途径，分别(fnbi)是怎样的？是怎样的？2.形成这两种途径的关键因素是什么？形成这两种途径的关键因素是什么？3.花粉胚与体细胞胚有什么区别？花粉胚与体细胞胚有什么区别？第十三页，共三十四页。（二）产生花粉（二）产生花粉(hufn)(hufn)植株的两种途植株的两种途径径花粉花粉花粉花粉胚状体胚状体愈伤组织愈伤组织丛芽丛芽生根生根移栽移栽脱分化脱分化分分化化再分再分化化诱诱导导脱分化脱分化 说明说明(shumng)：两种途径之间并没有绝对的界限，两种途径之间并没有绝对的界限，主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。说明：说明：无论无论(wln)哪种方式，都要先诱导生芽，哪种方式，都要先诱导生芽，再诱导生根。再诱导生根。第十四页，共三十四页。（三）影响（三）影响(yngxing)花药培养的因花药培养的因素素问题问题(wnt)1.影响花药培养的因素有哪些？哪些为主要影响因影响花药培养的因素有哪些？哪些为主要影响因素？哪些为重要影响因素？素？哪些为重要影响因素？2.对于月季的花药而言，最合适的选取时期对于月季的花药而言，最合适的选取时期(shq)是？是？为什么？为什么？3.为什么花瓣的松动会给消毒带来困难？为什么花瓣的松动会给消毒带来困难？第十五页，共三十四页。不选择单核期之前花药原因：花药质地幼嫩，容易破碎；不选择单核期之前花药原因：花药质地幼嫩，容易破碎；不选择单核期之后花药原因：花瓣开始松动，给材料消毒带不选择单核期之后花药原因：花瓣开始松动，给材料消毒带来困难困难；来困难困难；挑选单核期花药方法：应当选择完全未开放挑选单核期花药方法：应当选择完全未开放(kifng)(kifng)的花蕾，的花蕾，菌少，易消毒。菌少，易消毒。（三）影响（三）影响(yngxing)花药培养的因素花药培养的因素1、材料、材料(cilio)的选择：的选择：不同种类植物的诱导成功率不同。不同种类植物的诱导成功率不同。同一种植物，亲本植株的生理状况对诱导成功率有同一种植物，亲本植株的生理状况对诱导成功率有直接影响。直接影响。合适的花粉发育时期合适的花粉发育时期：花期早期时的花药最佳。：花期早期时的花药最佳。选择最合适的花粉发育时期选择最合适的花粉发育时期第十六页，共三十四页。为什么花瓣松动为什么花瓣松动会给材料的消毒会给材料的消毒(xio d)带来困难？带来困难？花瓣松动后，微花瓣松动后，微生物就可能侵入到生物就可能侵入到花药，给材料花药，给材料(cilio)的消毒带来困难。的消毒带来困难。第十七页，共三十四页。花药培养所采用的培养基各成分中植物生长调节剂花药培养所采用的培养基各成分中植物生长调节剂的水平和配比起决定作用。的水平和配比起决定作用。诱导愈伤组织或胚状体产生的培养基：广泛使用诱导愈伤组织或胚状体产生的培养基：广泛使用 2 2，4-D4-D、IAAIAA；诱导分化的培养基常除去诱导分化的培养基常除去2 2，4-D4-D而以而以IBAIBA代之。代之。亲本植株的生长条件亲本植株的生长条件(tiojin)(tiojin)、材料的低温预处理、接种密、材料的低温预处理、接种密度、培养的环境条件度、培养的环境条件(tiojin)(tiojin)等对诱导的成功率都有一定的影响。等对诱导的成功率都有一定的影响。2、培养基的组成、培养基的组成(z chn)：3、其他、其他(qt)因素：因素：第十八页，共三十四页。第十九页，共三十四页。1取材取材(1)材材料料的的选选取取：对对绝绝大大多多数数植植物物而而言言，适适宜宜花花粉粉培培养养的的时时期是期是_。(2)花花药药(huyo)发发育育时时期期的的确确定定：一一般般通通过过_来来确确定定花花粉粉是否是否处处于适宜的于适宜的发发育期。育期。(3)镜检镜检方法：最常用的是方法：最常用的是_法。但某些植物法。但某些植物的花粉的花粉细细胞核不易着色，需采用焙花青胞核不易着色，需采用焙花青铬矾铬矾法。法。这种方这种方法能将花粉细胞核染成法能将花粉细胞核染成蓝黑色蓝黑色。花期花期(huq)早期早期镜检镜检醋酸醋酸(c sun)洋洋红红三、三、实验操作实验操作（一）（一）材料的选取材料的选取第二十页，共三十四页。用于培养的花药，实际上多数未成熟，用于培养的花药，实际上多数未成熟，由于它外面有花萼，花瓣或颖片的保护，由于它外面有花萼，花瓣或颖片的保护，通常处于通常处于(chy)(chy)无菌状态，所以只要将整个花无菌状态，所以只要将整个花蕾或消毒即可。蕾或消毒即可。（二）材料（二）材料(cilio)的消毒的消毒第二十一页，共三十四页。花蕾花蕾无菌水无菌水清洗清洗吸干表面水分吸干表面水分0.10.1的氯化汞溶的氯化汞溶液液 2-4 min 2-4 min无菌水清洗无菌水清洗3-53-5次次7070的酒精浸的酒精浸泡泡30s30s1.1.将花蕾用体积分数为将花蕾用体积分数为70%70%的酒精浸泡的酒精浸泡30s30s2.2.无菌水清洗无菌水清洗3.3.无菌吸水纸吸干花蕾表面的水分无菌吸水纸吸干花蕾表面的水分(shufn)(shufn)4.4.放入质量分数为放入质量分数为0.1%0.1%的氯化汞溶液中的氯化汞溶液中24min24min（也可用（也可用质量分数为质量分数为1%1%的次氯酸钙溶液或饱和漂白粉溶液）的次氯酸钙溶液或饱和漂白粉溶液）5.5.无菌水冲洗无菌水冲洗3535次次 （二）材料（二）材料(cilio)的消毒的消毒第二十二页，共三十四页。问题：问题：1.1.接种的对象是什么？接种的对象是什么？2.2.为什么剥离花药时，要尽量不损伤花药并且彻底除去花为什么剥离花药时，要尽量不损伤花药并且彻底除去花丝？丝？3.3.每瓶接种花药几个？每瓶接种花药几个？4.4.培养时需控制什么样的培养条件？培养时需控制什么样的培养条件？5.5.花药长出愈伤组织或释放胚状体后，如何进一步处理花药长出愈伤组织或释放胚状体后，如何进一步处理？6.6.在花药培养中，特别是通过愈伤组织形成的花粉植株，在花药培养中，特别是通过愈伤组织形成的花粉植株，常出现染色体倍性的变化常出现染色体倍性的变化(binhu)(binhu)，为什么？，为什么？7.7.花药培养出现污染的原因有哪些？花药培养出现污染的原因有哪些？（三）接种（三）接种(jizhng)和培养和培养第二十三页，共三十四页。灭菌灭菌(mi jn)(mi jn)后花蕾，要在无菌条件下后花蕾，要在无菌条件下除去萼片除去萼片和花瓣和花瓣，并立即将花药接种到培养基上。，并立即将花药接种到培养基上。在剥离花药时，要尽量在剥离花药时，要尽量不损伤花药不损伤花药（否则接种（否则接种后，容易从受伤部位后，容易从受伤部位产生二倍体的愈伤组织产生二倍体的愈伤组织），），同时还要彻底去除花丝同时还要彻底去除花丝(hu s)(hu s)，因为与花丝，因为与花丝(hu s)(hu s)相相连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成。连的花药不利于愈伤组织或胚状体的形成。（三）接种（三）接种(jizhng)和培养和培养第二十四页，共三十四页。花花药长药长出愈出愈伤组织伤组织或或释释放胚状体后，如何放胚状体后，如何进进一步一步处处理？理？【提示】【提示】(1)花花药长药长出愈出愈伤组织伤组织后，要将愈后，要将愈伤伤组织组织及及时转时转移到分化培养基上，以便移到分化培养基上，以便进进一步分一步分化出再生植株。化出再生植株。(2)花花药药开裂开裂释释放出胚状体后，要尽快将幼小放出胚状体后，要尽快将幼小(yuxio)植株分开，分植株分开，分别别移植到新的培养基上，否移植到新的培养基上，否则这则这些些植株将很植株将很难难分开。分开。每瓶接种花药每瓶接种花药7-107-10个个，温度控制，温度控制在在2525左左右，右，不需要光照不需要光照。幼小。幼小(yuxio)(yuxio)植株形成后才需要植株形成后才需要光照。光照。第二十五页，共三十四页。对培养出来的植株做进一步的鉴定和对培养出来的植株做进一步的鉴定和筛选筛选(shixun)(shixun)。因为在花药培养中，特别是通。因为在花药培养中，特别是通过愈伤组织形成的花粉植株，常常会出现染过愈伤组织形成的花粉植株，常常会出现染色体倍性的变化。色体倍性的变化。这是营养细胞和生殖细这是营养细胞和生殖细胞核融合造成的胞核融合造成的。第二十六页，共三十四页。四、结果四、结果(ji gu)分析与评价分析与评价（一）选材是否（一）选材是否(sh fu)(sh fu)恰当恰当 选材是否成功是花药培养成功的关键。选材是否成功是花药培养成功的关键。学生应学会通过显微镜观察学生应学会通过显微镜观察(gunch)处于适宜处于适宜发育期的花粉。发育期的花粉。第二十七页，共三十四页。（二）无菌技术是否（二）无菌技术是否(sh fu)(sh fu)过关过关 如果出现了污染现象，说明某些操作步骤，如果出现了污染现象，说明某些操作步骤，如培养基灭菌如培养基灭菌(mi jn)(mi jn)、花蕾消毒或接种等有问题。、花蕾消毒或接种等有问题。（三）接种（三）接种(jizhng)(jizhng)是否成功是否成功 如果接种的花药长出愈伤组织或释放出胚状体，如果接种的花药长出愈伤组织或释放出胚状体，花药培养的第一步就成功了。要适时转换培养基，花药培养的第一步就成功了。要适时转换培养基，以便愈伤组织或胚状体进一步分化成再生植株。以便愈伤组织或胚状体进一步分化成再生植株。第二十八页，共三十四页。小结小结被子植物的花粉被子植物的花粉发发育育1发发育育场场所所发发育育场场所所为为被被子子植植物物雄雄蕊蕊(xingru)的的花花药药中中。被被子子植植物物的的雄雄蕊蕊(xingru)通通常常包包含含花花丝丝、花花药药两两部部分分。花花药药为为囊囊状状结结构，内部含有构，内部含有许许多花粉。多花粉。2分裂方式分裂方式花粉是由花粉母花粉是由花粉母细细胞胞经经减数分裂而形成的，因而花粉是减数分裂而形成的，因而花粉是单单倍体的生殖倍体的生殖细细胞。胞。第二十九页，共三十四页。第三十页，共三十四页。菊花茎的菊花茎的组织组织培养与月季花培养与月季花药药培养技培养技术术的异同的异同二者都是快速、大量二者都是快速、大量(dling)繁殖花卉的技繁殖花卉的技术术手段。手段。菊花茎的菊花茎的组织组织培培养养月委花月委花药药培养培养不不同同点点外植体外植体细细胞胞类类型型体体细细胞胞生殖生殖细细胞胞培养培养结结果果正常植株正常植株单单倍体植株倍体植株光的要求光的要求每日照射每日照射12 h幼苗形成后才需要幼苗形成后才需要照光照光相同点相同点理理论论依据、培养基的配制方法、无菌依据、培养基的配制方法、无菌技技术术及接种操作等基本相同及接种操作等基本相同第三十一页，共三十四页。另另外外，花花药药培培养养的的选选材材非非常常重重要要，需需事事先先(shxin)摸摸索索时时期期适适宜宜的的花花蕾蕾；花花药药裂裂开开后后释释放放出出的的愈愈伤伤组组织织或或胚胚状状体体也也要要及及时时更更换换培培养养基基；花花药药培培养养对对培培养养基基配配方方的的要要求求更更为为严严格格。这这些都使花些都使花药药的培养的培养难难度加大。度加大。特特别别提醒提醒花花药药的的全全能能性性高高于于植植物物组组织织。另另外外，花花粉粉植植株株属属单单倍倍体体植植株株，高高度度不不育育。如如果果需需要要育育种种，需需对对花花粉粉植植株株幼幼苗苗进进行行秋秋水仙素水仙素处处理，才能理，才能获获得正常可育的个体。得正常可育的个体。第三十二页，共三十四页。下图是月季花药离体培养产生花粉植株的两下图是月季花药离体培养产生花粉植株的两 种途径，请据图回答种途径，请据图回答(hud)有关问题：有关问题：课堂练习课堂练习:第三十三页，共三十四页。内容(nirng)总结课题背景。缩短了育种周期，为新品种的培育开辟了新途径。5.小孢子形成精子，期间分裂次数与分裂方式 分别是什么。二核花粉粒:成熟的花粉粒中，只含花粉管细胞核和生殖细胞核。不选择单核期之后花药原因：花瓣开始松动，给材料消毒带来困难困难。0.1的氯化汞溶液 2-4 min。5.无菌水冲洗35次。选材是否成功是花药培养成功的关键。理论依据、培养基的配制方法、无菌技术及接种(jizhng)操作等基本相同。课堂练习:第三十四页，共三十四页。