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1、第17章 植物染色体工程(Plant Chromosome Engineering), 植物染色体倍性改造 植物染色体非整倍体改造,染色体工程: 是人们按照一定的设计,有计划地消减、添加或代换同种或异种染色体的技术。 广义上讲它还包括染色体内部的部分遗传操作技术。,定 义,染色体数目变异,整倍变化： 多倍体：细胞中含有三个或更多染色体组的个体 单倍体：细胞中含有正常体细胞的一半染色体数 非整倍体变化： 染色体减少：单体（减1条）、缺体（减1对） 染色体增加：三体（加1条）、四体（加1对） 染色体代换：同种代换、异种代换,一、 植物染色体倍性改造,1. 人工诱导植物多倍体的意义 2. 染色体加倍
2、技术 3. 植物的多倍体育种 4. 植物的单倍体育种,1. 人工诱导植物多倍体的意义,多倍体(polyploidy): 植物的性状比原来的二倍体气孔、花、果实和种子比二倍体者为大，叶肉较厚，茎秆也较粗壮,烟草2倍体，4倍体和8倍体叶片表皮细胞的比较,多倍体育种的重要应用,新型农业食品资源 无籽西瓜：没有籽、品质好、食用方便、高产抗病 异源多倍体小黑麦：产量高、品质好 高品质树木培育 多倍体桑树：体细胞较大、叶肉厚、叶质较好、抗寒性强 三倍体毛白杨,2. 染色体加倍技术,A、化学诱导方法 B、生物学方法,A、化学方法,1. 细胞松驰素B(cytochalasin) 能抑制肌动蛋白聚合成微丝，从而
3、抑制细胞质分裂，使用最早、最广泛，其诱导效果也最突出。 2. 秋水仙素(colchicine) 阻止细胞分裂过程中的纺缍体的形成。 特点：化学药物价格昂贵，有毒性,三倍体无籽西瓜的生产,母本,父本,四倍体,二倍体,有籽西瓜,父本,母本,去雄授粉,普通西瓜植株,种下去,三倍体植株,无籽西瓜,花粉刺激,（提供生长素）,用秋水仙素诱导植物多倍体注意事项,处理部位：正在分裂的细胞 处理方式：用水溶液，也可混入羊毛脂、琼脂或凡士林中。 药剂浓度：一般在0.01%0.4% 处理时间：一般不少于24h 处理温度：一般1825,B、生物学方法 1远缘杂交,B、生物学方法 2体细胞杂交 （原生质体融合）,3.
4、植物的多倍体育种,二倍体 AA (2n=2x),二倍体 BB (2n=2x),同源三倍体 AAA (2n=3x),同源异源八倍体 AAAABBB (2n=8x),同源四倍体 AAAA (2n=4x),异源四倍体 AABB (2n=4x),染色体加倍,染色体加倍,染色体加倍,无籽西瓜的育成：,二倍体西瓜 2n=2x=22,秋水仙素加倍,四倍体西瓜 2n=4x=44,四倍体西瓜 2n=4x=44,x,二倍体西瓜 2n=2x=22,配子：n=2x=22,配子：n=X=11,三倍体西瓜 2n=3x=33,异源八倍体小黑麦的培育,植物异源多倍体八倍体小黑麦的人工培育 普通小麦品种间杂种 黑麦 （AABB
5、DD 2n=42） （RR 2n =14） 杂种一代 不孕 （ABDR 4x=28) 人工加倍染色体 八倍体小黑麦 （AABBDDRR 8x=56),4. 植物单倍体育种,植物减数分裂后形成的雌雄配子，其染色体数目为体细胞的一半。将这种具有单套染色体的细胞称为单倍体细胞 单倍体细胞在人工离体条件下培养，使其单性发育成植物体。这种具有单套染色体的植物称为单倍体植物,高等植物孢子体与配子体世代交替,（1）单倍体育种的概念,将具有单套染色体的单倍体植物，经人工染色体加倍，使其成为纯合二倍体。从中选出具有优良性状的个体，直接繁育成新品种；或选出具有单一优良性状的个体，作为杂交育种的原理材料，称为单倍体
6、育种,植物单倍体育种: 由于单倍体只有一套染色体，染色体上的每个基因都能显示相应的性状，所以极易发现所产生的突变，尤其是隐性突变，在表型上可以直接表现出来，所以单倍体是研究基因或基因效应、进行染色体遗传分析的理想实验材料 1）克服杂种分离，缩短杂交育种年限 2）排除显、隐性基因干扰，提高选择效率 3）单倍体是诱变育种的良好材料 4）能克服远缘杂交的不孕性，创造生物新类型 5）利用单倍体对栽培品种进行纯化,3、单倍体育种的优越性,（2）植物单倍体育种方法,异源花粉授粉 延迟授粉 未授粉子房培养和花粉培养,种间或属间远缘杂交 栽培大麦(Hordeum vudare, 2n=2x=14)与野生球茎大
7、麦(H. bulbosus, 2n=2x=14)杂种胚发育过程中，两物种染色体的行为不协调可导致球茎大麦的染色体逐渐丢失(称为染色体消减现象)，可获得大麦的单倍体植株,花药培养获得单倍体,染色体消减获得单倍体大麦,（3）花粉单倍体植物的培养程序,材料准备 顺利通过污染关 选用适宜发育时期的花粉 逆境处理对促进小孢子脱分化和再分化的效应 诱导花粉脱分化形成愈伤组织或胚状体 小孢子脱分化和再分化的时间 诱导小孢子形成胚状体和愈伤组织的技术关键 愈伤组织的植株分化或胚状体的正常生长 基本培养基选择 植物激素的调节 糖浓度调节 完整植物体的形成再生小植株的驯化和移植,（4）单倍体植物的染色体加倍,加倍
8、方法： 用得最多的是化学诱变法 秋水仙素、富民农、对二氯苯、8-羟基喹啉等 加倍技术 小苗浸泡法 生长锥处理 培养基加倍,二、染色体非整倍体变化,1. 个别染色体的削减和添加 2. 染色体代换,1、个别染色体的削减和添加,单体（2n-1）与缺体（2n-2）的制备 以小麦为例：2N=42，AABBDD 1）单倍体小麦ABD 自交（配子中有N=20；N=21） 正常小麦、 单体小麦、 缺体小麦 （2N=42） （2N=41） （2N=40） 2）单倍体小麦与二倍体小麦 正常小麦、单体小麦 3）单体小麦（2N=41）自交 自交（配子中有N=20；N=21） 正常小麦、 单体小麦、 缺体小麦 （2N=
9、42） （2N=41） （2N=40）,有目标地替换染色体,小麦抗病品种： 20II+6BIIRR； 不抗病6B单体： 20II+ 6BIIrr； 20II+ 6BIr；x 20II+6BIIRR 20II+6BIIRr（双体抗病） 20II+6BIR （单体抗病） 20II+6BIIRR,小麦： AABBDDRR x AABBDD AABBDD+R（7I） （2n+1）： AABBDD+I1R AABBDD+I2R . ABD+IR x ABD-IT 20II+IT+IR （异代换系） 20IIT+IIR,异附加系： AABBDD+II1R 缺体 21II 6DII x 20II+6DIIrr 20II+6DIR 20II+6DIIRR,个别染色体的削减和添加,三体、四体的制备 三倍体 二倍体 （配子中出现的N+1类型） （配子=N） 杂交 产生三体植物（2N+1) 三体小麦（2N+1）自交 产生正常小麦、三体小麦、四体小麦,2、染色体代换,RRRRR- DDDDDD RRRRR- DDDDDD 1、亲本P RRRRR- RRRRR- DDDDDD RRRRR- 2、杂交一代 RRRRR- RRRRR- DDDRRR RRRRR- 3、回交一代 回交七代、自交 产生受体缺体3%、代换单体73%、代换二体 （图中：R表示受体染色体；D表示供体染色体；-表示缺体染色体）,
