植物花药和花粉培养

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第七章 植物花药和花粉培养

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植物单倍体培养方法: 花药培养、花粉培养 胚珠或子房培养(未受精)

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植物花药/花粉培养历史 Guha和Maheshwari (1964) 曼陀罗花药培养 Nitsch 和 Norreel (1973) 烟草花粉培养(游离小孢子培养) Chu(1973)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 发形成胚胎发生的基因频率较低，效率极低) 80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 培养已经成功。十字花科、麦类、水稻、玉米等。 90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) 。

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概念： 花药和花粉培养：指在合成培养基上，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、最终发 育成完整植株。该发育途径被称为“花粉孢子体发育途径” 或“雄核发育”。 两者的异同点 – 培养目的相同，均获得小孢子植株。

– 花药培养属于器官培养；而花粉培养属于细胞培养。– 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；单倍体产量高。但技术更复杂。

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花药或花粉培养的作用：1、作物育种(1)缩短育种周期：常规育种需4-6年获得纯系，而小 孢子培养仅需一年。供体植株 小孢子(n) 花培 雄核发育 花粉植 株(n) 自然加倍 人工加倍 纯合植株DH (2n)

一年内获得纯系

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(2)提高了目标基因型的选择效率 例子： 二倍体供体植株基因型为AaBb,若要从后代中选择基 因为AAbb的纯合单株 常规方法： AAbb出现的概率为1/16,并且不能将AAbb 与Aabb、aAbb区分开。ABAB aB Ab ab AABB aABB AabB aAbB

aBAaBB aaBB AabB aabB

AbAABb aABb AAbb aAbb

abAaBb aaBb Aabb aabb

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(2)提高了目标基因型的选择效率 例子： 二倍体供体植株基因型为AaBb,若要从后代中选择基 因为AAbb的纯合单株 单倍体方法： AAbb出现的概率为1/4。单倍体 供体亲本 AaBb 花培 二倍体

AB------ --------------------> AABB aB----------------------------> aaBB Ab----------------------------> AAbb ab-- --------------------------> aabb

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(3)诱变育种中的作用 植株不受显隐性的影响，在诱变育种中能在当代及 时获得突变个体，加倍后成为稳定的纯系。

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2、物种进化研究

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，能确定染色体组内是否存在同源染色体。 3、遗传分析 单倍体植株中基因不受显隐性的影响，每一个基

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。 4、构建连锁图谱 双单倍体(DH)群体是永

久性群体，能有效

地用于遗传图谱的构建 5、用于遗传转化 能直接表达外源基因，不受显隐性影响

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花粉孢子体发育途径

(雄核发育)

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一、花粉发育的阶段花粉离体培养时， 雄核发育最适宜 的时期一般是第 一次有分裂或之 前。

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二、雄核发育途径1、A途径生殖细胞(1)A-V途径 由营养细胞重复分裂形成单倍体 (2)A-G途径 由生殖细胞重复分裂形成单倍体 小孢子第一次有丝分裂为均等分裂，形成营养细胞和

(3)A-VG途径(E途径) 由营养细胞和生殖细胞各自独立分裂， 共同形成单倍体(4)C途径 营养细胞和生殖细胞通过核融合，形成多倍体植株

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 形成多倍体植株

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三、雄核发育启动机理1、雄核发育与P花粉的形成P-花粉：具胚胎发生潜能的花粉。也称小花粉(S-花 粉)或不染色花粉(NS-花粉) 2、雄核发育与饥饿处理

饥饿处理改变了小孢子的配子体发育方向，启动雄核发育。

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四、花粉植株形态发生方式

1、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。

2、愈伤组织发育途径

小孢子分裂数次形成愈伤，

再分化形成花粉植株。此途径产生的植株会出现变

异且倍性复杂。

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胚状体发育途径烟草花药培养

部分花药通过胚状体途径形成小植株

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烟草花药培养

通过胚状体途径再生形成小植株

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胚状体发育途径芸苔属小孢子培养

a) 球形胚

d) 鱼雷形胚

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愈伤组织发育途径水稻花药培养

接种在平板上的水稻花药

部分花药产生愈伤组织