花药和花粉的培养ppt课件.ppt

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1、第二节第二节 花药和花粉培养花药和花粉培养 概念及意义概念及意义花粉及小孢子培养花粉及小孢子培养花药培养花药培养一一. 概念及意义概念及意义花药的结构花药的结构 花药是产生花粉的主要部分，一般由四个花粉囊组成（也有两个）分左、右两半，中间由药隔相连，从花丝通入一条维管束与药隔相连，（主要提供养料，水分）囊外由囊壁包围，内生许多花粉粒，花粉粒（小孢子）成熟后，同一侧的隔壁消失而上，下连通。花药开裂（纵，横，孔，瓣裂）花粉粒散出，开始传粉。花药的发育花药的发育幼嫩细胞幼嫩细胞孢原细胞孢原细胞初生壁细胞初生壁细胞造孢细胞造孢细胞花粉母细胞花粉母细胞纤维层纤维层中层（逐渐消失）中层（逐渐消失）绒毡层（

2、逐渐消失）绒毡层（逐渐消失）平周平周分裂分裂 花药的起源：最初在花托上产生雄蕊原基成为早期的花药顶端发育：外为一层原表皮细胞以后发育成表皮内为形状相似具有高度分裂能力的薄壁细胞，由于四个角隅细胞分裂速度快而形成四棱的外形即花药的雏体。每棱的表皮下出现一个或几个体积较大的细胞称为孢原细胞，经常平周分裂产生二层： 周缘细胞紧贴表皮又称初生壁细胞，以后发育变化与表皮一起构成花粉囊的壁层。造孢细胞，有丝分裂形成花粉母细胞花药中部细胞分裂分化为药隔和维管束。 花粉粒的形成过程花粉粒的形成过程造孢细胞造孢细胞2n四分体四分体n有丝分裂有丝分裂减数分裂减数分裂花粉母细胞花粉母细胞2n单核花粉粒单核花粉粒n成

3、熟花粉粒成熟花粉粒n（雄配子体）（雄配子体）3-细胞花粉粒细胞花粉粒（三核花粉粒）（三核花粉粒）精细胞精细胞n精细胞精细胞n2-细胞花粉粒细胞花粉粒（二核花粉粒）（二核花粉粒）营养细胞营养细胞n生殖细胞生殖细胞n花粉粒的形成花粉粒的形成 两者的共同点是利用两者的共同点是利用花粉（小孢子）染色花粉（小孢子）染色体数目的单倍性体数目的单倍性，培育单倍体植株，这是花药，培育单倍体植株，这是花药和花粉培养技术被广泛应用于植物遗传育种的和花粉培养技术被广泛应用于植物遗传育种的主要原因。主要原因。染色体组染色体组 (Genome)(Genome) 一般地说，像生殖细胞中的一般地说，像生殖细胞中的一组大小、

4、形状各不相同的染色一组大小、形状各不相同的染色体就叫一个染色体组。体就叫一个染色体组。 一个染色体组中含有的染色一个染色体组中含有的染色体数一般用体数一般用 X X 来表示，例如人来表示，例如人体的一个染色体组可以表示为体的一个染色体组可以表示为 X=23X=23。单倍体单倍体（HaploidHaploid） 如：普通小麦为六倍体，体细胞中有六个染色体如：普通小麦为六倍体，体细胞中有六个染色体组，而以它的花粉培养出的单倍体植株的细胞中组，而以它的花粉培养出的单倍体植株的细胞中就含有三套染色体组。就含有三套染色体组。 只有二倍体生物的单倍体才是一个染色体组。只有二倍体生物的单倍体才是一个染色体组

5、。所所以，只要是由配子发育成的个体，无论其体细胞以，只要是由配子发育成的个体，无论其体细胞中含有几组染色体均叫单倍体。中含有几组染色体均叫单倍体。 diploid diploid 植物其植物其haploidhaploid即为即为monoploidmonoploid 玉米玉米 2n = 2x = 20 n = x = 102n = 2x = 20 n = x = 10 水稻水稻 2n = 2x = 24 n = x = 122n = 2x = 24 n = x = 12 柑橘柑橘 2n = 2x = 18 n = x = 92n = 2x = 18 n = x = 9 tetraploidtet

6、raploid植物其植物其haploidhaploid为为dihaploiddihaploid 马铃薯马铃薯 2n = 4x = 48 n = 2x = 242n = 4x = 48 n = 2x = 24 陆地棉陆地棉 2n = 4x = 52 n = 2x = 262n = 4x = 52 n = 2x = 26 hexaploidhexaploid植物其植物其haploidhaploid为为triploidtriploid 普通小麦普通小麦2n = 6x = 42 n = 3x = 212n = 6x = 42 n = 3x = 21 octoploidoctoploid植物其植物其ha

7、ploidhaploid为为tetraploidtetraploid 草莓草莓 2n = 8x = 56 n = 4x = 282n = 8x = 56 n = 4x = 28单倍体植物与它们的二倍体相比较，有三个明单倍体植物与它们的二倍体相比较，有三个明显的特点：显的特点： 1、体细胞染色体数减半、体细胞染色体数减半 2、生长发育弱，体形小、各器官明显减小；、生长发育弱，体形小、各器官明显减小； 3、雌雄配子严重败育，有的甚至不能进入有性世代。、雌雄配子严重败育，有的甚至不能进入有性世代。培养基培养基培养条件培养条件培养培养部分花药通过胚状体途径形成小植株烟草花药培养烟草花药培养a) 球形胚

8、 d) 鱼雷形胚芸苔属小孢子培养部分花药产生愈伤组织接种在平板上的水稻花药水稻花药培养愈伤组织转接种到再生培养基愈伤组织分化形成再生植株水稻花药培养 花药培养不经愈伤组织花药培养不经愈伤组织直接产生胚状体直接产生胚状体是是最最理想的方式理想的方式，这样可免去愈伤组织和生根阶段。，这样可免去愈伤组织和生根阶段。但多数情况是产生愈伤组织，这时要用提高细但多数情况是产生愈伤组织，这时要用提高细胞分裂素，降低生长素甚至不用生长素的分化胞分裂素，降低生长素甚至不用生长素的分化培养基诱导分化产生芽。培养基诱导分化产生芽。花药培养生长过程花药培养生长过程 (a) Anther at the onset of

9、 the culture.(b) Anther after 6 days in culture. (c, d) Embryos emerging from the anthers after 30 days in culture, showing roots (c) and shoots (d). (eg) Plantlets with cotyledons (e) and with leaves (f, g) subcultured in growing medium. (h) 80-day-old regenerated haploid plant from anther culture

10、(left-hand side) and a diploid control of the same age (right-hand side). 花药有药壁花药有药壁(2(2n)n)、药隔药隔(2(2n)n)、花粉花粉( (n)n)等，等，因此，再生植株有可因此，再生植株有可能来自药壁能来自药壁(2(2n)n)、药药隔隔(2(2n)n)、或起源于数或起源于数个花粉个花粉( (n)n)的嵌合体。的嵌合体。 游离花粉粒培养，游离花粉粒培养，再生植株为纯合体。再生植株为纯合体。看护培养：看护培养：将花药水平放于固体培养基上，在其上覆将花药水平放于固体培养基上，在其上覆 盖小圆形滤纸，在滤纸滴加盖小

11、圆形滤纸，在滤纸滴加0.50.5mlml含含1010个花粉个花粉 粒的悬浮液滴的培养方法。粒的悬浮液滴的培养方法。微室培养：微室培养：将一滴花粉悬液滴在盖玻片上，在翻过来将一滴花粉悬液滴在盖玻片上，在翻过来 放在凹穴载玻片上，盖玻片四周用石蜡密封。放在凹穴载玻片上，盖玻片四周用石蜡密封。双层培养：双层培养：固相和液相双层培养。固相和液相双层培养。A: NLN培养基培养基过滤灭菌过滤灭菌B: 花蕾研磨花蕾研磨C: 过滤小孢子过滤小孢子D,E: B5悬浮悬浮F: 离心离心G: NLN悬浮悬浮H: 胚胎发生胚胎发生I: 植株再生植株再生四、花药和花粉培养中雄核发育的途径及四、花药和花粉培养中雄核发育

12、的途径及 雄核发育诱导雄核发育诱导1 1、雄核发育的途径、雄核发育的途径（根据小孢子最初几次分裂方式的不同）（根据小孢子最初几次分裂方式的不同） 小孢子发育途径小孢子发育途径（途径（途径） 单核小孢子有丝分裂形成单核小孢子有丝分裂形成2 2个等同的子细胞个等同的子细胞 营养细胞发育途径（途径营养细胞发育途径（途径） 单核小孢子进行一次正常的非均等分裂后，营养细胞继续分裂单核小孢子进行一次正常的非均等分裂后，营养细胞继续分裂 生殖细胞发育途径（途径生殖细胞发育途径（途径） 单核小孢子进行一次正常的非均等分裂后，生殖细胞继续分裂单核小孢子进行一次正常的非均等分裂后，生殖细胞继续分裂 生殖细胞和营养

13、细胞发育途径（途径生殖细胞和营养细胞发育途径（途径）单核小孢子进行非均等分裂后，生殖细胞和营养细胞均继续分裂，参与孢子体的单核小孢子进行非均等分裂后，生殖细胞和营养细胞均继续分裂，参与孢子体的形成形成2 2、雄核发育诱导、雄核发育诱导 多数物种适于雄核发育的花粉发育时期是在多数物种适于雄核发育的花粉发育时期是在花花粉单核晚期粉单核晚期（即在有丝分裂即将开始、正在进行（即在有丝分裂即将开始、正在进行或刚刚结束时），此时对于诱导雄核发育的外界或刚刚结束时），此时对于诱导雄核发育的外界刺激刺激最敏感最敏感。 原因：原因：烟草花粉发育的研究结果发现：烟草花粉在正烟草花粉发育的研究结果发现：烟草花粉在正

14、常的或体内发育期间，单核小孢子在第一次有丝分裂之后常的或体内发育期间，单核小孢子在第一次有丝分裂之后能活跃地合成能活跃地合成RNARNA、蛋白质和核组蛋白。但是，与蛋白质和核组蛋白。但是，与rRNARNA合合成有关的基因在第一次有丝分裂以后会关闭成有关的基因在第一次有丝分裂以后会关闭2424小时。据研小时。据研究，这一时期是究，这一时期是花粉发育分化终端的临界期花粉发育分化终端的临界期，凡是已经通，凡是已经通过这一时期的花粉粒，都会不可逆地依一定程序进行配子过这一时期的花粉粒，都会不可逆地依一定程序进行配子体分化。因此，花药培养的取材时间必须在这一时期之前，体分化。因此，花药培养的取材时间必须

15、在这一时期之前，才有可能诱导花粉配子体改变发育方按孢子体方式发育。才有可能诱导花粉配子体改变发育方按孢子体方式发育。 Sunderland(1978) Sunderland(1978)认为在花粉群体中具有胚胎发生潜认为在花粉群体中具有胚胎发生潜力的花粉，是在培养前被作用于活体的因素所力的花粉，是在培养前被作用于活体的因素所预先决定预先决定的的，离体花粉只是起孢子体发育的触发作用和维持相继，离体花粉只是起孢子体发育的触发作用和维持相继的生长作用。的生长作用。 这些具有胚胎发生潜力的花粉粒比正常花粉粒小，细这些具有胚胎发生潜力的花粉粒比正常花粉粒小，细胞质染色浅，发育迟缓，称为胞质染色浅，发育迟缓

16、，称为S-S-花粉或花粉或E-E-花粉。花粉。 在一个植物种或品种的花粉群体中，出现正常和非正在一个植物种或品种的花粉群体中，出现正常和非正常两种类型花粉粒的现象，称为常两种类型花粉粒的现象，称为花粉的二型性花粉的二型性。 该理论是否具有真实性和普遍性，还需要进一步的试该理论是否具有真实性和普遍性，还需要进一步的试验和观察。验和观察。如在水稻中，籼稻花粉培养力远低于糯稻。基因型胚状体数量/106小孢子 成苗率（%）处于不同发育阶段的烟草花芽处于不同发育阶段的烟草花芽 花粉发育时期的确定n预处理是小孢子培养成功的前提条件n 预处理目的：是改变小孢子的发育方向，使尽可能多的小孢子从配子体发育途径转

17、向孢子体发育途径（即成为具胚胎发生潜力的小孢子）。适当的预处理能使绿苗产量大量增加。Similar nuclei3 to 5CMicrospore3 to 5CGenerativeVegetativeCold Treatment (3 to 5C) Enhances SymmetricDivision of Microspores or Division of VegetativeNuclei Embryo花药组织的存在对小孢子的胚性分裂具有明显的促进作用。但花药壁损伤会释放有毒物质影响小雄核的发育。单倍体植株只有配子染色体组成，生活力弱，难以长期存活。因此，对鉴定的单倍体植株应进行染色体加倍处理。思考题思考题1 1通过离体培养获得单倍体的途径有哪些？通过离体培养获得单倍体的途径有哪些？2 2花药培养中如何选择外植体？花药培养中如何选择外植体？3 3花药培养与花粉培养有什么不同？花药培养与花粉培养有什么不同？4 4花药培养过程中花药为什么要经过低温处理？花药培养过程中花药为什么要经过低温处理？5 5花药培养时为什么要用较高浓度蔗糖和较低浓花药培养时为什么要用较高浓度蔗糖和较低浓 度激素？度激素？