花药和花粉培养精选PPT.ppt
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1、关于花药和花粉培养第1页,讲稿共58张,创作于星期三第一节第一节 花粉和花药培养的概念和应用花粉和花药培养的概念和应用一、花粉和花药培养的概念一、花粉和花药培养的概念二、花药和花粉培养的历史二、花药和花粉培养的历史三、花粉和花药培养的应用三、花粉和花药培养的应用第2页,讲稿共58张,创作于星期三花粉和花药的培养花粉和花药的培养(pollen and anther culture)是指在人工合成培养基上,改变花粉的发育途径是指在人工合成培养基上,改变花粉的发育途径,使其不形成配子,而像体细胞一样进行分裂、分化,使其不形成配子,而像体细胞一样进行分裂、分化,由单个花粉粒发育成完整单倍体植株的技术。
2、由单个花粉粒发育成完整单倍体植株的技术。一、概念一、概念第3页,讲稿共58张,创作于星期三第4页,讲稿共58张,创作于星期三异同点异同点:l相同点相同点:二者培养的目的一样,都是要诱导花粉细胞发育成单二者培养的目的一样,都是要诱导花粉细胞发育成单倍体细胞,最后发育成单倍体植株。倍体细胞,最后发育成单倍体植株。l不同点不同点:花药培养属器官培养,花药是植物花的雄性器官,包括体细胞性花药培养属器官培养,花药是植物花的雄性器官,包括体细胞性质的药壁和药隔组织,以及雄性性细胞的花粉粒;花粉培养属细质的药壁和药隔组织,以及雄性性细胞的花粉粒;花粉培养属细胞培养。胞培养。花粉培养没有药壁组织干扰,可计数小
3、孢子产胚率,可观察花粉培养没有药壁组织干扰,可计数小孢子产胚率,可观察雄核发育的全过程。雄核发育的全过程。单倍体产量高。单倍体产量高。花粉培养技术更复杂,比花药培养难度大。花粉培养技术更复杂,比花药培养难度大。第5页,讲稿共58张,创作于星期三二、植物花药二、植物花药/花粉培养历史花粉培养历史lGuha和和Maheshwari(1964)曼陀罗花药培养曼陀罗花药培养lNitsch 和和 Norreel(1973)烟草花粉培养(游离小孢子培养)烟草花粉培养(游离小孢子培养)Chu(1973)小麦花粉培养)小麦花粉培养(早期花药培养主要依靠小孢子的自然胚胎发生产生单倍体,能自发形成胚胎(早期花药培
4、养主要依靠小孢子的自然胚胎发生产生单倍体,能自发形成胚胎发生的基因频率较低,效率极低)发生的基因频率较低,效率极低)l80年代后期到年代后期到90年代期间,花培技术迅速发展。许多作物小孢子培年代期间,花培技术迅速发展。许多作物小孢子培养已经成功。十字花科、麦类、水稻、玉米等。养已经成功。十字花科、麦类、水稻、玉米等。l90年代,一些先前被认为是不易进行小孢子培养的基因型也相续成功年代,一些先前被认为是不易进行小孢子培养的基因型也相续成功Konzak(1999)。第6页,讲稿共58张,创作于星期三通过花通过花药培养药培养育成的育成的甜椒新甜椒新品种品种:海花三海花三号号 第7页,讲稿共58张,创
5、作于星期三三、花药和花粉培养的应用三、花药和花粉培养的应用1)1)诱导形成单倍体,快速获得纯系,缩短育种周期诱导形成单倍体,快速获得纯系,缩短育种周期;供体植株小供体植株小孢子(孢子(n)花培花培花粉植花粉植株株(n)雄核发育雄核发育自然加倍自然加倍人工加倍人工加倍纯合植株纯合植株DH(2n)一年内获得纯系一年内获得纯系常规育种需常规育种需4-6年获得纯系,而小孢子培养仅需一年年获得纯系,而小孢子培养仅需一年。1、作物育种、作物育种第8页,讲稿共58张,创作于星期三常规育种在杂交常规育种在杂交F5、F6代开始选择;花药培养代开始选择;花药培养在在F1或或F2代进行培养,再人工加倍处理缩短育代进
6、行培养,再人工加倍处理缩短育种周期种周期3-5年年克服后代分离,大大缩短育种周期克服后代分离,大大缩短育种周期第9页,讲稿共58张,创作于星期三 花粉单倍体是纯合配子体,从来源于配子体的花粉单倍体是纯合配子体,从来源于配子体的植株中选择某一种基因型的概率是植株中选择某一种基因型的概率是(1/2)n,而,而从常规杂交从常规杂交F2代群体中,选择某一基因型的概代群体中,选择某一基因型的概率为率为(1/2)2n,故单倍体育种的选择效率为常规,故单倍体育种的选择效率为常规育种的育种的2n倍。倍。2)提高目标基因型的选择效率提高目标基因型的选择效率第10页,讲稿共58张,创作于星期三例子例子:二倍体供体
7、植株基因型为二倍体供体植株基因型为AaBbAaBb,若要从后代中选择基因为,若要从后代中选择基因为AAbbAAbb的纯合的纯合单株单株 常规方法常规方法:AAbbAAbb出现的概率为出现的概率为1/161/16,并且不能将,并且不能将AAbbAAbb与与AabbAabb、aAbbaAbb区区分开。分开。AB aB Ab abABAABBAaBBAABbAaBbaBaABB aaBB aABb aaBbAbAabBAabBAAbbAabbabaAbB aabB aAbb aabb第11页,讲稿共58张,创作于星期三例子例子:二倍体供体植株基因型为二倍体供体植株基因型为AaBb,若要从后代中选择基
8、因为,若要从后代中选择基因为AAbb的纯合单株的纯合单株单倍体方法:单倍体方法:AAbb出现的概率为出现的概率为1/4。单倍体单倍体 二倍体二倍体AB-AABBaB-aaBBAb-AAbbab-aabb供体亲本供体亲本AaBb花培 从来源于配子体的植株中选择某一种基因型的概率是从来源于配子体的植株中选择某一种基因型的概率是(1/2)n,而从常规杂交而从常规杂交F2代群体中,选择某一基因型的概率为代群体中,选择某一基因型的概率为(1/2)2n,故单倍体育种的选择效率为常规育种的故单倍体育种的选择效率为常规育种的2n倍。倍。第12页,讲稿共58张,创作于星期三l l 3)诱变育种中的作用诱变育种中
9、的作用植株不受显隐性的影响,在诱变育种中能在植株不受显隐性的影响,在诱变育种中能在当代当代及时获得突变个及时获得突变个体,染色体加倍后成为稳定的纯系。体,染色体加倍后成为稳定的纯系。第13页,讲稿共58张,创作于星期三 可探索亲本染色体组的构成。分析单倍体植可探索亲本染色体组的构成。分析单倍体植物减数分裂时,形成二价体的数目和形状,能确物减数分裂时,形成二价体的数目和形状,能确定染色体组内是否存在同源染色体。定染色体组内是否存在同源染色体。2、物种进化研究、物种进化研究 第14页,讲稿共58张,创作于星期三 单倍体植株中基因不受显隐性的影响,每一个单倍体植株中基因不受显隐性的影响,每一个基因的
10、作用均能表现出来。能用来研究基因的性质基因的作用均能表现出来。能用来研究基因的性质及其作用。还可用于基因的剂量效应分析。及其作用。还可用于基因的剂量效应分析。3、遗传分析 第15页,讲稿共58张,创作于星期三4、构建连锁图谱、构建连锁图谱 双单倍体双单倍体(DH)群体是永久性群体,能有效群体是永久性群体,能有效地用于遗传图谱的构建。地用于遗传图谱的构建。能直接表达外源基因,不受显隐性影响。能直接表达外源基因,不受显隐性影响。5、植物基因克隆筛选、植物基因克隆筛选 第16页,讲稿共58张,创作于星期三第二节第二节 花粉孢子体发育途径花粉孢子体发育途径l概念概念:花粉孢子体发育途径(雄核发育途径)
11、花粉是产生花粉植株的原始细胞,其第一次有丝分裂,在本质上与合子的第一次孢子体分裂相似,把花粉形成植株的途径称为花粉孢子体发育途径,也叫雄核发育途径。第17页,讲稿共58张,创作于星期三一、花粉发育的阶段一、花粉发育的阶段花粉离体培养时,雄核发育最适花粉离体培养时,雄核发育最适宜的时期一般是宜的时期一般是第一次有丝分裂第一次有丝分裂或之前或之前。第18页,讲稿共58张,创作于星期三二、雄核发育途径二、雄核发育途径1、A A途径途径 小孢子第一次有丝分裂为非均等分裂,形成营养细胞和小孢子第一次有丝分裂为非均等分裂,形成营养细胞和生殖细胞生殖细胞 (1 1)A-VA-V途径途径 由营养细胞重复分裂形
12、成单倍体由营养细胞重复分裂形成单倍体 (2 2)A-GA-G途径途径 由生殖细胞重复分裂形成单倍体由生殖细胞重复分裂形成单倍体 (3 3)A-VGA-VG途径(途径(E E途径)途径)由营养细胞和生殖细胞各自独立分裂,由营养细胞和生殖细胞各自独立分裂,共同形成单倍体共同形成单倍体 (4 4)C C途径途径 营养细胞和生殖细胞通过核融合,形成多倍体营养细胞和生殖细胞通过核融合,形成多倍体植株植株2、B途径 小孢子第一次有丝分裂为均等分裂,形成大小相近的两个小孢子第一次有丝分裂为均等分裂,形成大小相近的两个细胞。然后由这两细胞边续分裂形成单倍体植株,或者核融合形成多细胞。然后由这两细胞边续分裂形成
13、单倍体植株,或者核融合形成多倍体植株倍体植株第19页,讲稿共58张,创作于星期三第20页,讲稿共58张,创作于星期三1 1、胚状体发育途径、胚状体发育途径 小孢子经历胚发生的各个阶段,最后子叶展开,形成花粉植株。小孢子经历胚发生的各个阶段,最后子叶展开,形成花粉植株。2 2、愈伤组织发育途径、愈伤组织发育途径 小小孢孢子子分分裂裂数数次次形形成成愈愈伤伤,再再分分化化形形成成花花粉粉植植株株。此此途途径径产产生生的的植植株株会会出出现现变变异异且且倍倍性性复杂。复杂。三、花粉植株形态发生方式三、花粉植株形态发生方式第21页,讲稿共58张,创作于星期三胚状体发育途径胚状体发育途径部分花药通过胚状
14、体途径形成小植株部分花药通过胚状体途径形成小植株烟草花药培养第22页,讲稿共58张,创作于星期三愈伤组织发育途径愈伤组织发育途径部分花药产生愈伤组织部分花药产生愈伤组织接种在平板上的水稻花药接种在平板上的水稻花药水稻花药培养第23页,讲稿共58张,创作于星期三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第24页,讲稿共58张,创作于星期三第三节花药和花粉培养方法第三节花药和花粉培养方法一、花药培养二、花粉培养三、白化苗现象四、影响雄核发育和花粉花药培养的因素第25页,讲稿共58张,创作于星期三一、花药培养一、花药培养1、取材、取材 镜检,根据花粉的发育时期,选取大小适宜的花蕾
15、。镜检,根据花粉的发育时期,选取大小适宜的花蕾。2、消毒、消毒 70酒精擦洗花蕾表面,或酒精擦洗花蕾表面,或70酒精浸泡酒精浸泡30-60s后在后在1次氯酸钠溶液中浸泡次氯酸钠溶液中浸泡10-20min或在或在0.1的氯化汞溶液中消毒的氯化汞溶液中消毒3-10min,无菌水冲洗,无菌水冲洗3-5次次。3、培养、培养 固体或液体培养基均可。先进行脱分化培养,至小孢子固体或液体培养基均可。先进行脱分化培养,至小孢子大量分裂形成胚或愈伤,并突破花药壁表面,形成突出物(大量分裂形成胚或愈伤,并突破花药壁表面,形成突出物(2-3周);后转入分化培养基培养,形成小植株周);后转入分化培养基培养,形成小植株
16、。第26页,讲稿共58张,创作于星期三二、花粉培养二、花粉培养(一一)花粉的分离与纯化花粉的分离与纯化 1、自然散落法、自然散落法(漂浮培养散落小孢子收集法漂浮培养散落小孢子收集法)将花药接种在预处理液或液体培养基上,待花粉将花药接种在预处理液或液体培养基上,待花粉自动散落后,收集培养。自动散落后,收集培养。2、挤压法、挤压法 在烧杯或研钵中挤压花药,将花粉挤出后收集培养。在烧杯或研钵中挤压花药,将花粉挤出后收集培养。第27页,讲稿共58张,创作于星期三1)磁搅拌法磁搅拌法 用磁力搅拌器搅拌培养液中的花药,使花粉游离出来;用磁力搅拌器搅拌培养液中的花药,使花粉游离出来;2)超速旋切法超速旋切法
17、 通过搅拌器中的高速旋转刀具破碎花蕾、穗子、花药,使小孢子游离通过搅拌器中的高速旋转刀具破碎花蕾、穗子、花药,使小孢子游离出来(此法应用最广)。出来(此法应用最广)。4、小孢子纯化、小孢子纯化 对上述方法获得的小孢子混合物对上述方法获得的小孢子混合物进行分级过筛、梯度离心处理纯化小孢子进行分级过筛、梯度离心处理纯化小孢子3、机械游离、机械游离第28页,讲稿共58张,创作于星期三梯度离心前(小孢子形态、活力不一致)30%蔗糖梯度离心后(获得均一的小孢子群体)第29页,讲稿共58张,创作于星期三(二二)花粉培养方式花粉培养方式1、平板培养、平板培养 花粉置琼脂固化培养基上培养。花粉置琼脂固化培养基
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