第十三章生物技術(shù)在植物育種中的應(yīng)用

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

1、教學(xué)的基本要求

（1）了解細(xì)胞工程與作物育種的原理和基本方法；

（2）了解作物的轉(zhuǎn)基因技術(shù)的原理和基本方法；

（3）了解分子標(biāo)記的主要類型和分子標(biāo)記輔助選擇育種的原理和基本方法。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用2、教學(xué)基本內(nèi)容

第一節(jié)細(xì)胞工程與作物育種

一、細(xì)胞和組織培養(yǎng)與作物育種

二、植物原生質(zhì)體培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交

第二節(jié)作物育種的轉(zhuǎn)基因技術(shù)

一、轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

二、*轉(zhuǎn)基因育種的程序

三、轉(zhuǎn)基因作物品種的選育

四、轉(zhuǎn)基因作物的生物安全性

第三節(jié)分子標(biāo)記輔助選擇育種

一、*分子標(biāo)記的類型和特點

二、常用分子標(biāo)記的原理和遺傳特性

三、MAS育種方法生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用第十三章生物技術(shù)在作物育種中的應(yīng)用

第一節(jié)細(xì)胞工程與作物育種生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

植物細(xì)胞工程（plantcellengineering）是以植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一門學(xué)科。它以細(xì)胞為基本單位，在體外（invitro）條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖或人為地使細(xì)胞某些生物學(xué)特性按人們的意愿生產(chǎn)某種物質(zhì)的過程。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

細(xì)胞工程與作物遺傳改良有著密切關(guān)系，利用細(xì)胞工程技術(shù)已培育出一些大面積推廣的品種。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

早期，哈布蘭特在前人細(xì)胞學(xué)說的影響下，提出高等植物的組織和器官可以不斷分割，并進(jìn)一步提出了植物細(xì)胞全能性（celltotipotency）理論。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

植物細(xì)胞全能性是植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)。細(xì)胞全能性是指細(xì)胞所具有的形成各種細(xì)胞類型的潛在能力，也包括植物細(xì)胞經(jīng)脫分化再形成植株的能力。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

1904年，Hanning用蘿卜的胚培養(yǎng)，獲得小植株，為組織培養(yǎng)的工作奠定了基礎(chǔ)。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用1934年，White對番茄切段進(jìn)行培養(yǎng)，建立了第一個活躍生長的無性繁殖系，獲得了離體培養(yǎng)的真正成功。

三年后，White又發(fā)現(xiàn)B族維生素對培養(yǎng)物的生長有重要作用。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

經(jīng)過幾年的努力，以White為主的幾位科學(xué)家建立了植物組織培養(yǎng)（plainttissueculture）的綜合培養(yǎng)基，成為以后各種培養(yǎng)基的基礎(chǔ)。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

1948年，Skoog等發(fā)現(xiàn)腺嘌呤/生長素的比例是控制芽和根分化的決定因素之一，這一發(fā)現(xiàn)成為植物組織培養(yǎng)中控制器官形成的激素模式。

Miller（1956）發(fā)現(xiàn)激動素比腺嘌呤更能促進(jìn)芽的形成。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用1958年，Stewart&Shautz從胡蘿卜根的懸浮細(xì)胞誘導(dǎo)分化成完整小植株，使50多年前哈布蘭特提出的細(xì)胞全能性假說首次得到科學(xué)驗證，這一成果大大加速了植物組織培養(yǎng)研究的發(fā)展。

1964年，Guha等從曼佗羅花藥培養(yǎng)出單倍體植株。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用1970年，Kameya等利用花粉培養(yǎng)獲得單倍體植株。

1971年，Takebe等首次從煙草原生質(zhì)體獲得再生植株；

1972年，Carlson等獲得第一個煙草種間體細(xì)胞雜種植株。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

至此，在愈傷組織水平、單個細(xì)胞水平、單個生殖細(xì)胞水平、原生質(zhì)體水平和體細(xì)胞雜種水平都獲得了完整植株，充分證實了植物細(xì)胞的全能性。

植物組織培養(yǎng)流程示意圖如下。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

外植體來源→外植體培養(yǎng)→

愈傷組織

→再生小植株→再生植株

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

植物細(xì)胞工程的應(yīng)用在20世紀(jì)60年代就已受到重視，但真正的應(yīng)用研究在70年代才進(jìn)入高潮。我國第一個用花藥培養(yǎng)育成煙草品種，隨后又育成了一些水稻、小麥新品種。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

經(jīng)濟(jì)植物的快繁與脫毒、體細(xì)胞變異的篩選、新種質(zhì)的創(chuàng)造、細(xì)胞器的移植、DNA的導(dǎo)入等均對作物改良和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到了促進(jìn)作用。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用一、植物的細(xì)胞和組織培養(yǎng)技術(shù)生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用（一）培養(yǎng)基及其組成

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用1、培養(yǎng)基（Medium）的種類和特點

常用的培養(yǎng)基有MS、B5、White、N6、KM-8p、SH等。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用2、培養(yǎng)基的成分

培養(yǎng)基中都應(yīng)包括植物生長必需的16種營養(yǎng)元素和某些生理活性物質(zhì)，通常將這些物質(zhì)分為三大類，即無機(jī)營養(yǎng)物、有機(jī)物質(zhì)和植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)（表）。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

表

植物組織培養(yǎng)所需的養(yǎng)分和激素

水↑

有機(jī)物

大量元素

微量元素PH

糖NFeCo↓

氨基酸PZnNi

維生素KBAl

生長素CaMnMo

細(xì)胞分裂素MgCuI

調(diào)節(jié)物質(zhì)

赤霉素S

脫落酸

乙烯

酵母提取物

椰子汁

成分不定物質(zhì)

植物提取物

水解酪蛋白

蛋白胨生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用（二）培養(yǎng)基的配制

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用1、母液的配制

為了減少配制培養(yǎng)基時每次稱量藥品的麻煩，減少極微量藥品在每次稱重時誤差，一般先配制高濃度的儲備液，即母液。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

大量元素可配成10倍母液，使用時每配制1000ml培養(yǎng)基需要從母液中取100ml。配制母液時應(yīng)做到分別稱量，充分溶解，在混合次序上應(yīng)最后加入Ca2+，混合時要邊加邊混合。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

微量元素因為使用量低，一般配成100倍甚至1000倍母液，使用時每配制1L培養(yǎng)基從母液中取10ml或1ml，配制時應(yīng)注意充分溶解后再依次混合。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

第三種母液即鐵鹽，鐵鹽必須單獨配制，若與其它元素混合易造成沉淀。一般采用鰲合鐵，即FeSO4與EDTA鈉鹽的混合物，一般擴(kuò)大200倍。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

EDTA鈉鹽須用溫水溶解，然后與FeSO4液混合，在75~80℃之間讓其鰲合1h。使用鰲合鐵的目的是避免沉淀，并使培養(yǎng)基能緩慢不斷地供應(yīng)Fe+。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

第四種母液為有機(jī)化合物母液，主要是維生素和氨基酸類物質(zhì)，這類物質(zhì)不能配成混合母液，一定要分別配成單獨的母液，濃度為每毫升含0.1、1、10mg，使用時根據(jù)需要量取。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

最后一種母液是激素，每種激素應(yīng)單獨配制母液，其濃度為0.1、0.5或1.0mg/ml。多種激素難溶于水，配制時應(yīng)注意溶解次序。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

IAA、NAA、GA3、玉米素先溶于少量95%酒精，再加水定容；NAA可溶于熱水或少量酒精后，再加水定容；2，4-D不溶于水，可用1mol的NaOH溶解后再定容；KT和BA應(yīng)先溶于少量1molHCl中，然后定容。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

表

一些植物組織培養(yǎng)基的成分（mg/L）

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成分

MS①B5ORWhiteNitschSH②HellerLS③ER

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大量元素

NH4NO31650--1650--720----16501200

KNO319002527.51900809502500--19001900

CaCl2?2H2O440150------20075440440

CaCl2----440--166--------

MgSO4?7H2O370246.5370750185400250370370

KH2PO4170--170--68----170340

NH4H2PO4----------340------

（NH4）2SO4--134--------------

Ca（NO3）2?4H2O------300----------

NaNO3------------600----

NaH2PO4?H2O--150--19----125----

KCl------65----750----

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成分

MS①B5ORWhiteNitschSH②HellerLS③ER

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微量元素

KI0.830.753.320.75--10.010.83--

H3BO36.2324.81.510516.20.63

MnSO4?4H2O22.3--89.2525--0.122.32.23

MnSO4?H2O--10------10------

ZnSO4?7H2O8.6234.4310118.6--

ZnSO4?4H2O------------------

Zn?Na2?EDTA----------------15

Na2MoO4?2H2O0.250.251.0--0.250.1--0.250.025

MoO3------0.001----------

CuSO4----------0.2------

CuSO4?5H2O0.0250.0250.10.010.025--0.030.0250.0025

CoCl2?6H2O0.0250.0250.1----0.1--0.0250.0025

CoSO4?7H2O------------0.03----

AlCl3------------------

NiCl2?6H2O------------0.03----

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鐵鹽成分

MS①B5ORWhiteNitschSH②HellerLS③ER

--------------------------------------------------------------------------------------------------------FeCl3?6H2O------------1----

Fe2(SO4)3------2.5----------

FeSO4?7H2O27.8--27.8--27.815--27.827.8

Na2EDTA?2H2O37.3--37.3--37.320--37.337.3

NaFe?EDTA--28--------1----

--------------------------------------------------------------------------------------------------------生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用成分

MS①B5ORWhiteNitschSH②HellerLS③ER

有機(jī)物

鹽酸吡哆醇

0.5110.010.50.5----0.5

鹽酸硫胺素

0.110130.010.55--0.40.5

煙酸

0.5110.0555----0.5

肌醇

100100100--1001000--100--

甘氨酸

2----32------2

脯氨酸

----1381------------

葉酸

--------0.5--------

生物素

--------0.05--------

蔗糖

3%2%3%2%2%3%--3%4%

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用2、培養(yǎng)基的配制

以配制1L培養(yǎng)基為例，培養(yǎng)基配制方法如下：

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

⑴

混合各成分母液。取大量元素母液100ml、微量元素母液10ml、鐵鹽母液5ml于一個1L燒杯中，依次加入有機(jī)成分和激素，并加水至500ml。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

⑵熔化瓊脂：稱7~8g瓊脂和所需蔗糖于另一1L燒杯中，加水至500ml，待糖溶解后，加熱使瓊脂充分熔化。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

⑶將（1）和（2）混合，攪拌均勻，補(bǔ)水至1000ml。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

⑷調(diào)PH。一般用0.1molNaOH或1NHCl調(diào)PH至所需PH。一般PH調(diào)至5.8，但也有PH調(diào)到7.0的，不同材料的最適PH不一樣。對培養(yǎng)基的凝固來說，PH較高時，培養(yǎng)基過硬，不便于培養(yǎng)材料吸收營養(yǎng)；PH過低，低到4.0以下時，培養(yǎng)基很難凝固。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

⑸分裝：將培養(yǎng)基分裝于100ml或50ml三角瓶中，每瓶50或30ml左右，封口包裝。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

⑹滅菌：一般用1.1kg/cm2壓力，在121℃下滅菌15~20min。滅菌時間應(yīng)根據(jù)材料掌握。時間短，滅菌不徹底；時間長，會引起培養(yǎng)基成分降解。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

⑺放置備用。滅菌后取出培養(yǎng)瓶放置在培養(yǎng)臺上，使之冷卻凝固。培養(yǎng)瓶應(yīng)平放，以免形成斜面。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用（三）無菌操作方法

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用1、消毒劑

在接種前，必須使材料完全無菌，這是取得植物組織培養(yǎng)成功的基本保證。要保證這一點，取材時應(yīng)選取植物組織內(nèi)部無菌的材料。從健壯植株上取材，不要有傷口；嚴(yán)格防止病蟲。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

應(yīng)在晴天取材，最好中午或下午取材。最好避免選用田間材料，選用無菌苗較好。非要用田間材料時，為避免消毒困難，可將材料種在大棚或生長箱里。常用的消毒劑見表。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

表

植物材料消毒常用的消毒劑及使用方法

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消毒劑

使用濃度消除難易

消毒時間消毒效果

（%）

（min）

----------------------------------------------------------------------

次氯酸鈉

2易

5~30很好

次氯酸鈣

9~10易

5~30很好

漂白粉

飽和溶液

易

5~30很好

氯化汞

0.1~1.0較難

2~10最好

酒精

70~75 易

0.2~2 好

H2O2 10~12 最易5~15好

溴水

1~2 易

2~10很好

AgNO3 1較難

5~30好

抗生素

4~50mg/L中

30~60 較好

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

對于難消毒的材料，如有茸毛的、粗糙不平的材料等，在消毒前，一般先用肥皂水洗，自來水沖凈，在70%酒精或1LHCl中浸30s，再加入消毒劑。不同的材料消毒的方式和所需時間不一樣，研究者應(yīng)根據(jù)不同材料確定具體消毒方案。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用2、無菌操作

準(zhǔn)備好接種材料用的培養(yǎng)基、待消毒的材料、無菌水、無菌燒杯及其它必需玻璃器皿、無菌操作工具（如剪刀、鑷子、解剖刀等，這些工具可用高溫消毒，也可用高壓高溫滅菌，也可隨用隨消毒）、70%酒精等。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

將超凈工作臺打開，讓其運(yùn)行10min左右，在超凈工作臺上打開燒杯和無菌水瓶蓋，將HgCl2（0.1%）倒入有待消毒材料的燒杯中，5~10min后取出另一盛有無菌水的燒杯中，無菌水沖洗3~4次，然后將材料取出接種在培養(yǎng)基中，封口，放入培養(yǎng)室培養(yǎng)。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

無菌操作時應(yīng)注意下面幾個問題：整過操作過程一切用具必須始終保持無菌狀態(tài)；無菌操作前必須用肥皂洗手，然后用70%酒精洗手；操作時無菌器皿一旦打開，應(yīng)盡量避免手再從其上橫過；避免強(qiáng)呼吸，呼吸時應(yīng)將臉移開超凈臺；每次重新操作都要把工具在火焰上消毒，避免交叉污染。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用3、無菌培養(yǎng)

材料接種后移入培養(yǎng)室培養(yǎng)，一般培養(yǎng)室要求非常衛(wèi)生，恒溫，有理想的光照控制系統(tǒng)，一般材料要求25℃左右，晚上一般不低于20℃。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用二、

細(xì)胞和組織培養(yǎng)與作物育種生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用（一）體細(xì)胞克隆變異及其育種利用

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

在近50年中，以植物組織培養(yǎng)為基礎(chǔ)的生物技術(shù)的研究與發(fā)展為植物育種提供了一些新的實驗方法和手段，并且培養(yǎng)出一些在生產(chǎn)上有利用價值的品種。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

體細(xì)胞克隆變異指植物組織和體細(xì)胞培養(yǎng)物在培養(yǎng)過程中產(chǎn)生的變異。Larkin等（1981）在其綜述文章中開始使用“體細(xì)胞克隆變異”（somaclonalvariation）這一概念。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

為了區(qū)分來源于體細(xì)胞和單倍體細(xì)胞的變異，Evans將來自配子體組織的變異稱為“配子體克隆變異”（gametoclonalvariation），以與體細(xì)胞克隆變異區(qū)分開。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

對于遺傳變異的分析而言，Orton為了統(tǒng)一術(shù)語，引進(jìn)了R0、R1、R2等，分別表示再生當(dāng)代、自交第一代、第二代等，至今這一概念還在廣泛應(yīng)用。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

1、體細(xì)胞克隆變異的遺傳基礎(chǔ)

（1）染色體數(shù)目變異最多見的是多倍體，主要是培養(yǎng)基中使用了細(xì)胞分裂素。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

變異的大小與培養(yǎng)狀態(tài)、年齡、原始材料的倍性及培養(yǎng)時期有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)：二倍體變異的頻率隨培養(yǎng)時間的延長而降低，四倍體變異的頻率卻隨培養(yǎng)時間的延長而增加。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（2）染色體結(jié)構(gòu)變異染色體結(jié)構(gòu)變異似乎是體細(xì)胞克隆變異的主要來源，最重要的是染色體缺失、倒位、重復(fù)和異位。很多體細(xì)胞再生株減數(shù)分裂時形成多價體、染色體橋、小片段、環(huán)等，充分說明了染色體結(jié)構(gòu)變異的存在。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（3）點突變這類突變可分為多種類型，一種類型是自發(fā)突變，最早證實點突變存在的是從煙草中利用體外篩選獲得抗chlorsulfuron的突變體。很多通過細(xì)胞篩選獲得的抗病、抗除草劑等突變體屬于此類。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

另一種點突變是誘發(fā)突變，培養(yǎng)基中加入化學(xué)誘變劑或進(jìn)行誘變處理。由于培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)物一直處于誘變的環(huán)境條件下，所以突變究竟是自發(fā)還是誘發(fā)很難搞清楚。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

第三種點突變是基因的表達(dá)及基因放大或衰減。高等植物的某些基因在發(fā)育過程中受到某一環(huán)境刺激，可以放大自己，即基因的拷貝數(shù)大量增加，這意味著該基因轉(zhuǎn)錄的mRNA及蛋白質(zhì)增加。最初在動物細(xì)胞培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，后來在植物中發(fā)現(xiàn)也存在。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

比如，對某一物質(zhì)的抗性，可以通過逐步增加濃度的辦法而使細(xì)胞對該物質(zhì)的抗性提高很多倍，這就是基因放大系統(tǒng)存在的很好例證。同樣，也發(fā)現(xiàn)植物細(xì)胞DNA的丟失（衰減），如大豆懸浮系經(jīng)過較長時間的培養(yǎng)，其核糖體基因丟失了1/3。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

第四種點突變是有絲分裂交換。這種交換盡管很微弱地改變了基因的順序，但仍影響基因的表達(dá)。這種變化包括：某一基因拷貝的丟失，某一基因拷貝的重復(fù)或修復(fù)過程中基因的轉(zhuǎn)變。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

轉(zhuǎn)座因子也是造成體細(xì)胞突變的原因之一，轉(zhuǎn)座子通過插入與解離使某些基因的表達(dá)受到調(diào)控。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

最后細(xì)胞質(zhì)基因葉綠體和線粒體基因也能發(fā)生突變。Gengenbachetal（1975）利用玉米T小種毒素篩選獲得了抗T小種的細(xì)胞系，這個基因已知位于胞質(zhì)中。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

離體培養(yǎng)細(xì)胞會產(chǎn)生各種類型的突變體，除抗性突變體外，還有形態(tài)性狀突變體、不育性、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的改變等。形態(tài)變異如矮化性、葉型等，利用這些變異可以進(jìn)行高光效育種。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

培養(yǎng)再生植株中出現(xiàn)不育性的頻率較高，但大多為核基因的突變，可以用來培育不育系。產(chǎn)量和品質(zhì)的突變必須在田間通過適當(dāng)?shù)姆治霾拍艽_定。實驗室內(nèi)細(xì)胞水平的突變體篩選多數(shù)在抗性突變體方面開展工作，如抗病、耐鹽、抗重金屬等。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用2、突變體的篩選

為了增加突變頻率，需要進(jìn)行誘變處理。將外植體、愈傷或懸浮系用誘變劑處理，如使用化學(xué)誘變劑，要充分洗滌后再進(jìn)入下一步的工作。使用多大劑量和處理多長時間才能達(dá)到較好誘變效果，應(yīng)根據(jù)具體試驗確定。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

在突變體篩選中常采用兩種選擇法，即一步篩選法和多步篩選法。

一步篩選法是將培養(yǎng)物接種在含有最低全部致死劑量的培養(yǎng)基上，表現(xiàn)出生長的培養(yǎng)物再轉(zhuǎn)移到含有抑制劑的新鮮培養(yǎng)基上。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

可以看出，這種方法是一次就把篩選壓設(shè)定很高，使不抗細(xì)胞（野生細(xì)胞）完全不可能生長，篩選出的能生長的細(xì)胞即為耐（抗）性細(xì)胞系。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

但在有些情況下這種方法不一定實用，有的細(xì)胞在超過最低全部致死濃度時，細(xì)胞均死亡，或單個細(xì)胞不能生存。多步篩選法是首先使用半致死劑量對細(xì)胞進(jìn)行篩選，每次繼代將上代能生長的細(xì)胞系繼代到篩選劑濃度提高的新鮮培養(yǎng)基上。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

在這種篩選體制下，抗性細(xì)胞應(yīng)該比野生細(xì)胞長的快，通過逐步增加篩選劑水平，最終會篩選出在抑制劑超過最低全部致死濃度時也能旺盛生長的細(xì)胞系。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

但是，去除抑制劑后，抗性培養(yǎng)物的穩(wěn)定性是常出現(xiàn)的一個問題，抗性丟失來自很多原因，包括細(xì)胞對抑制劑的生理適應(yīng)?？梢姡嗖胶Y選易獲得在某一抑制劑水平下，細(xì)胞穩(wěn)定生長的細(xì)胞系。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

篩選的材料對象可以是原生質(zhì)體、愈傷塊、懸浮培養(yǎng)物和花粉/小孢子培養(yǎng)物。利用原生質(zhì)體進(jìn)行抗性篩選有一大優(yōu)點：篩選出的克隆極有可能來自單細(xì)胞，但是操作困難。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

利用愈傷塊篩選是最簡單的方法，但這種篩選存在一定缺陷，愈傷塊里的各個細(xì)胞不能均等地接觸抑制劑，下部愈傷細(xì)胞比上部細(xì)胞吸收到較多的抑制劑，這樣就使篩選結(jié)果在一定程度上失去可靠性。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

懸浮細(xì)胞篩選也很常用，細(xì)胞接觸選擇劑較均勻，但存在一定的操作復(fù)雜性。花粉/小孢子培養(yǎng)物用于突變體篩選有一定優(yōu)勢，突變體很容易表現(xiàn)出來，也很易純合。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用3、在作物改良上的應(yīng)用

利用上述方法便可篩選體細(xì)胞克隆變異，將這一技術(shù)應(yīng)用于作物改良技術(shù)路線見圖。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

優(yōu)良品種

↓

細(xì)胞培養(yǎng)

R0

↓

R1群體

↓

改良的體細(xì)胞克隆

確定遺傳方式

↓

田間實驗

遺傳穩(wěn)定性測試

↓

多點田間實驗

育成新品系

↓

繼續(xù)田間實驗，種子富集

區(qū)域試驗

↓

審

定

↓

投入生產(chǎn)

圖

利用體細(xì)胞克隆變異育種的技術(shù)路線生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用（二）

單倍體細(xì)胞培養(yǎng)及育種利用生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用1、單倍體細(xì)胞培養(yǎng)在遺傳和育種中的應(yīng)用價值

花藥培養(yǎng)（antherculture）是指在獲得單倍體的一種技術(shù)，之后，花粉和小孢子培養(yǎng)逐漸獲得成功，從而使單倍體細(xì)胞培養(yǎng)體系更加完善。單倍體在遺傳和育種研究中有如下優(yōu)點：生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（1）后代的快速純合通過單倍體迅速產(chǎn)生純系。在異花授粉作物中，可用單倍體產(chǎn)生加倍單倍體（DH系），從中篩選純合自交系用于雜交制種。由于加速純合，從而就縮短了育種周期（圖）。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

母本

×

父本

↓

F1→

花藥培養(yǎng)

↓

↓

F2

花粉植株

↓

↓

↓

加倍

↓

↓

品系比較試驗

←

選擇鑒定

↓

區(qū)域試驗

圖雜交育種與單倍體育種的周期比較生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（2）提高選擇效率如果某一性狀受一對基因控制，在AA×aaF2中，純合AA個體只有1/4。如F1采用花藥或花粉培養(yǎng)，產(chǎn)生的后代中AA個體占1/2，比常規(guī)雜交育種提高一倍。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（3）排除雜種優(yōu)勢對后代選擇的干擾對于雜交育種來講，由于低世代很多基因位點尚處于雜合狀態(tài)，會有不同程度的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)，對個體的選擇會造成一定誤差。采用DH群體進(jìn)行選擇育種，由于各基因位點在理論上均處于純合狀態(tài)，選擇到的變異能更大程度上代表真實變異。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（4）遺傳研究的良好材料體系單倍體是基因互作檢測、遺傳變異估計、連鎖群構(gòu)建、QTL估計及定位等數(shù)量遺傳學(xué)的良好材料。尤其是近代分子生物學(xué)的發(fā)展，DH系成為分子標(biāo)記作圖的良好群體，它在一定程度上成為一種永久BC或F2群體。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（5）突變體的篩選由于單倍體的各基因均處于純合狀態(tài)，突變體很容易表現(xiàn)出來，從而大大提高了抗性或其它突變體的篩選效率，利用這一體系獲得各種突變體的事例已很多，這里就不一一贅述。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用2、離體培養(yǎng)條件下的小孢子發(fā)育

小孢子母細(xì)胞經(jīng)減數(shù)分裂形成四分體小孢子，然后經(jīng)單核早期、單核靠邊期、雙核期（一個營養(yǎng)核和一個生殖核），最后到達(dá)三核期而成為成熟花粉粒。在離體培養(yǎng)條件下，花粉的正常發(fā)育途徑受到抑制。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用3、影響花藥培養(yǎng)的因素

（1）供體植株的生長條件供體植株的生長條件對培養(yǎng)效果有重要影響，有時只有在控溫、一定光周期和光強(qiáng)的條件下，其花藥才能有反應(yīng)。環(huán)境條件對于不同的植物種有很大不同，所以沒有一個固定的環(huán)境控制模式。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（2

）供體植株的年齡供體植株對培養(yǎng)效果也有一定影響，一般講，開花初期植株的花蕾易于培養(yǎng)。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（3）花粉發(fā)育時期用于培養(yǎng)的花蕾，其花藥內(nèi)小孢子發(fā)育時期對培養(yǎng)效果有較大影響，但因物種而異。在煙草中，處于第一次有絲分裂期的花粉效果最好，而在禾本科和蕓苔屬中，單核早期最好。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（4）花蕾和花藥的預(yù)處理對于有些物種，培養(yǎng)前對花藥和花蕾進(jìn)行預(yù)處理，能顯著提高培養(yǎng)效果。如大麥花藥，4℃處理28d，或7℃處理14d，能收到最好效果?？蓪φ搿⑿∷?、甚至分離的花藥施加預(yù)處理，只要注意處理期間不要與水接觸。也有人將花藥接種后放在低溫下預(yù)處理，不同材料需不同的預(yù)處理方式，沒有一個固定模式。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（5）培養(yǎng)基究竟使用固體或液體培養(yǎng)基應(yīng)根據(jù)培養(yǎng)材料的要求定。多數(shù)情況下，MS、N6及馬鈴薯提取液培養(yǎng)基在禾谷類作物中用的較多?；ㄋ幣囵B(yǎng)時往往需要一定的滲透壓，有的要求低濃度的蔗糖（2%~4%），有的要求高濃度的蔗糖（8%~12%）。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

二細(xì)胞結(jié)構(gòu)的成熟花粉往往需低濃度糖，而三細(xì)胞結(jié)構(gòu)的成熟花粉植物往往需高滲條件，如油菜小孢子培養(yǎng)時，糖的濃度可用到13%~17%。培養(yǎng)基中所添加的維生素和激素對培養(yǎng)效果可產(chǎn)生重要影響。對于某些植物種來講，添加某種植物的提取物或椰汁可以改善培養(yǎng)效果。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（6）培養(yǎng)條件多數(shù)植物在25℃下培養(yǎng)能誘導(dǎo)愈傷組織，可某些植物，尤其是蕓苔屬，在高溫35℃下處理幾天，然后進(jìn)入25℃培養(yǎng)能收到最好效果?；ㄋ幣囵B(yǎng)一般在暗處進(jìn)行，直到愈傷或胚狀體形成再轉(zhuǎn)到光下培養(yǎng)。此外，接種花藥的外植體置向、培養(yǎng)密度等有時對培養(yǎng)效果也有影響。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用4、花粉（小孢子）培養(yǎng)

花粉培養(yǎng)是指把花粉從花藥中分離出來，以單個花粉粒作為外植體進(jìn)行離體培養(yǎng)的技術(shù)。其優(yōu)點在于花粉已是單倍體細(xì)胞，誘發(fā)后經(jīng)愈傷組織或胚狀體發(fā)育成的小植株都是單倍體植株或雙單倍體，不含藥壁、花絲、藥隔等體細(xì)胞組織的干擾而形成的體細(xì)胞植株，但它的培養(yǎng)難度大。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用5、單倍體誘導(dǎo)中存在的問題

對于多數(shù)植物來講，能形成有活力胚的花藥百分率很低，除此之外，還有很多問題存在。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

通?；ㄋ幓蚧ǚ垭x體培養(yǎng)時沒有生長和發(fā)育跡象，或剛開始生長便導(dǎo)致胚敗育；在產(chǎn)生單倍體的同時產(chǎn)生二倍體或四倍體；培養(yǎng)中我們需要小孢子分裂，而二倍體組織不分裂，但這種情況往往難以辦到；白化苗難以避免，尤其是在禾本科作物中；在混倍性的材料中很難分離出單倍體，因為單倍體細(xì)胞的生長很易被生長旺盛的多倍體細(xì)胞所掩蓋。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用6、單倍體細(xì)胞培養(yǎng)與植物育種

單倍體是高度不育的，需要進(jìn)行加倍處理才能應(yīng)用。秋水仙素是常用的染色體加倍藥劑，可以用1%的秋水仙素對正處于對數(shù)生長期的懸浮細(xì)胞進(jìn)行處理，一般24h左右。也可在固體培養(yǎng)基中加適當(dāng)濃度的秋水仙素。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

花粉植株在培養(yǎng)過程中可以自然加倍，但頻率很低。將單倍體植株的組織或器官用作外植體，重新誘導(dǎo)愈傷組織，讓培養(yǎng)細(xì)胞在培養(yǎng)過程中自然加倍也是一種方法。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用A品種

×B品種

↓

F1雜交種

↓小孢子培養(yǎng)或花藥培養(yǎng)

單倍體培養(yǎng)

↓染色體加倍

重組純合系

↓選擇

重組了A和B品種優(yōu)點的純系

↓自交、田間測試

遺傳穩(wěn)定性測試

↓田間測試

新品系→→→→→確定遺傳基礎(chǔ)

↓品種親本

↓

-------------------------------雜交

推廣利用↓雜種優(yōu)勢利用

圖單倍體細(xì)胞培養(yǎng)及育種技術(shù)生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用（三）幼胚培養(yǎng)與遠(yuǎn)緣雜交育種

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

植物胚胎培養(yǎng)（embryoculture）是指使胚及具胚器官（如子房、胚珠）在離體無菌培養(yǎng)條件下發(fā)育成幼苗的技術(shù)。植物幼胚和胚珠培養(yǎng)是植物遠(yuǎn)緣雜交育種的重要輔助手段。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用（四）種質(zhì)的長期保存生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

細(xì)胞培養(yǎng)和莖尖培養(yǎng)再生植株技術(shù)的實現(xiàn)為離體試管保存種質(zhì)提供了條件，這種方法只需要較少的空間就能保存大量的無性系，而且保存過程中可避免病蟲害的侵襲，在特定的條件下可以長期保存，需要的時候只需將材料取出來迅速繁殖即可。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

保存的材料可以是多種類型，依植物材料的性質(zhì)和需要定。材料可以是愈傷組織、莖尖、幼胚、花粉形成的單倍體愈傷組織等。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

保存的方法主要有緩慢生長保存法和超低溫保存法。對于生長緩慢的材料，在常規(guī)培養(yǎng)條件下就能保存很長時間，但大多數(shù)植物離體培養(yǎng)時需要頻繁繼代，需要通過降低生長速度來延長繼代間隔。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

緩慢生長法主要是基于改變培養(yǎng)環(huán)境和修改培養(yǎng)基來實現(xiàn)對種質(zhì)資源進(jìn)行短期和中期保存。緩慢生長法的保存技術(shù)包括降低培養(yǎng)溫度、減少氧氣含量、將組培材料脫水干燥等。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

超低溫保存法可以長期保存植物材料，不需要繼代，其原理是在超低溫情況下，使生物的代謝和衰老過程大大減慢甚至完全停止。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

超低溫通常指低于-80℃的低溫，保存介質(zhì)或容器有干冰（-79℃）、超低溫冰箱（-80—150℃）、液氮（-196℃）和液氮蒸汽相（-140℃）等，其中液氮最常用。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

超低溫保存與緩慢生長保存法相比，具有一定的技術(shù)復(fù)雜性，使用時應(yīng)根據(jù)具體的材料和相關(guān)文獻(xiàn)確定技術(shù)方案。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用（五）脫毒及繁殖重要品種或材料

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

多數(shù)作物，尤其是無性繁殖作物，由于病毒或其他病原菌的侵襲，有一個產(chǎn)量和品質(zhì)下降的過程，常常需要對受病毒侵染的材料進(jìn)行脫毒處理。病毒在植物體內(nèi)的分布是不均勻的，在受侵染的植株中，頂端分生組織一般不帶毒，或只攜帶濃度很低的病毒。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

由于存在這一規(guī)律，我們便可利用莖尖培養(yǎng)的方法使植物脫去病毒。植物莖尖脫毒在無性繁殖作物的提純復(fù)壯中有很重要的應(yīng)用價值，如馬鈴薯、甘薯、果樹、多年生花卉等。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

組織培養(yǎng)在植物快速繁殖中有很好的用途。大多數(shù)果樹和觀賞植物是高度雜合的，它們的種子后代無法與原品種相同，在這種情況下，如要保持原種特性，需利用莖尖培養(yǎng)快速繁殖。此外，莖尖培養(yǎng)在保存稀有野生資源、繁殖不育遠(yuǎn)緣雜種等方面具有優(yōu)勢。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

植物材料的快速繁殖主要是通過誘導(dǎo)莖芽形成實現(xiàn)的，可以通過兩種途徑使莖芽增殖。一種是通過愈傷組織誘導(dǎo)叢生芽形成，然后分株培養(yǎng)，便可獲得大量遺傳上基本一致的無性系。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

另一種是誘導(dǎo)莖尖或不定芽萌發(fā)或形成叢生芽也可達(dá)到快速繁殖的目的。一些腋芽、植物器官或節(jié)段起源的芽，一般處于休眠狀態(tài)，通過離體培養(yǎng)可解除休眠而萌發(fā)。植物的脫毒與快速繁殖技術(shù)很易使某些作物，如甘薯、果樹、經(jīng)濟(jì)林木等形成產(chǎn)業(yè)化，創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)價值。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用（六）人工種子的生產(chǎn)生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

人工種子（artificialseeds）是指將細(xì)胞培養(yǎng)所產(chǎn)生的體細(xì)胞胚或其類似物，經(jīng)過有機(jī)化合物的包埋而形成的能在適宜條件發(fā)芽的類似于天然植物種子的顆粒體。它通常由三部分組成：體細(xì)胞胚、人工胚乳、人工種皮。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

人工種子的研究在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有重要意義，它在固定雜種優(yōu)勢、快速繁殖良種和不育材料、節(jié)約用種、工廠化生產(chǎn)種子方面都有潛在價值。對木本植物來說，用人工種子可不必等待漫長的有性世代，即可以快速繁殖優(yōu)良性狀的轉(zhuǎn)基因植物推廣到生產(chǎn)上去。此外，人工種子體積小，便于運(yùn)輸。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用三、植物原生質(zhì)體培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

植物原生質(zhì)體（protoplast）是一個沒有壁的細(xì)胞，由于沒有壁及質(zhì)膜暴露在外界環(huán)境下，使原生質(zhì)體的結(jié)構(gòu)變得很脆弱，在沒有一定的滲透劑和穩(wěn)定劑的情況下，很快會破裂。由于上述特點，使得原生質(zhì)體的操作難度較大，可一旦再生了壁就恢復(fù)了細(xì)胞的全能性，具有了同正常細(xì)胞一樣的特性。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用（一）原生質(zhì)體的分離

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

原生質(zhì)體分離的最基本原則是保證原生質(zhì)體不受傷害及不損害它的再生能力，其先決條件是要有一個合適的滲透壓。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用1、分離方法

分離原生質(zhì)體的方法一般有機(jī)械分離和酶法分離兩種。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

機(jī)械法分離是早期采用的分離方法，先對材料進(jìn)行質(zhì)壁分離處理，然后切割，這一過程中會釋放出少量的不受損傷的原生質(zhì)體。用這一方法僅能從液泡很大的材料中獲得原生質(zhì)體，而不能應(yīng)用于分生細(xì)胞。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

酶法分離原生質(zhì)體是目前常用的方法，可分為一步法和二步法。

一步法是將果膠酶（pectinase）和纖維素酶（celluluse）等混合處理材料，直接分離獲得原生質(zhì)體。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

二步法是先用果膠酶處理材料，降解細(xì)胞間層使細(xì)胞分離，再用纖維素酶水解胞壁釋放原生質(zhì)體。目前多用一步法。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用2、影響原生質(zhì)體分離的因素

（1）材料來源葉肉細(xì)胞是常用的材料，因為葉片很容易獲得而且能充分供應(yīng)，其次為愈傷細(xì)胞或細(xì)胞懸浮培養(yǎng)物。從葉片來源的原生質(zhì)體在遺傳上較一致，而培養(yǎng)細(xì)胞來源的原生質(zhì)體則不然，因為培養(yǎng)細(xì)胞在培養(yǎng)過程中易產(chǎn)生變異。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

但由愈傷或懸浮系來源的原生質(zhì)體，可以避免植株生長環(huán)境的不良影響，還可以常年供應(yīng)，易于控制新生細(xì)胞的年齡，處理時操作簡便，無需消毒。此外，從根、莖、葉、花、果實、胚芽鞘、子葉、花粉、四分體等均能分離原生質(zhì)體。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（2）滲透壓原生質(zhì)體分離之前必須確定一個適合的滲透壓。在這種滲透壓下，原生質(zhì)體的分離、純化過程中都不致使原生質(zhì)體受損傷。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（3）酶植物細(xì)胞壁是一個復(fù)雜結(jié)構(gòu)，由纖維素和半纖維素組成，需要一定的酶組成才能降解它。廣泛使用的商品酶制劑可以從很多公司購買。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（4）分離培養(yǎng)基

Ca2+對原生質(zhì)體的產(chǎn)量和穩(wěn)定性有很大影響，它是細(xì)胞壁的主要成分，同時能穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)。另外，Mg2+、PO43-對于原生質(zhì)體活力的保持也有重要作用，所以分離原生質(zhì)體的培養(yǎng)基中除酶外，一般含這些離子。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（5）培養(yǎng)條件酶處理時的溫度和pH最重要。PH使用范圍為4.8-7.2，可是，高pH（大于6.0）一般有利于原生質(zhì)體的生存，可能是高pH降低了細(xì)胞壁降解時產(chǎn)生的有害酶活性和存在于分離培養(yǎng)基中的毒性物質(zhì)的活性。為了防止pH的變化，常加入MES[2（N-morpholino）-ethanesulfonicacid]。這是一種緩沖劑，一般使用量為3mM。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

分離原生質(zhì)體的培養(yǎng)時間與溫度成反比，可是，高溫下短時間分離的原生質(zhì)體不適于培養(yǎng)，它們易發(fā)褐和破裂。常用溫度為23-32℃。有的材料溫度很低，5-10℃。也有高、低溫結(jié)合使用的。酶處理時一般在暗處培養(yǎng)，但有些材料在光下有利。培養(yǎng)過程中，間斷低速震蕩有利于酶滲透。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（6）組織前處理高滲前處理、激素處理、低溫處理、激素與低溫結(jié)合前處理等對不同植物原生質(zhì)體分離可能有較好的效果。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用3、原生質(zhì)體的收集、純化和活力測定

原生質(zhì)體酶解完成后，將其用200目篩過濾，濾液再用400目過濾，收集濾液，低速離心，去上清液。用含有酶解液同樣滲透劑的無酶CPW液將原生質(zhì)體懸起，再離心，去上清，反復(fù)幾次，便完成原生質(zhì)體的洗滌工作。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

原生質(zhì)體的純化可采用蔗糖懸浮法、梯度離心法或二相界面法，具體操作方法可參考專業(yè)書籍。用Evan’sblue或FDA測定原生質(zhì)體活力，以確定原生質(zhì)體的分離效果。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用（二）原生質(zhì)體培養(yǎng)

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

原生質(zhì)體培養(yǎng)前必須調(diào)到一定密度，一般103-105/ml的密度比較適合原生質(zhì)體培養(yǎng)。原生質(zhì)體的培養(yǎng)方法各種各樣，依作物和材料來源而異。平板培養(yǎng)、液體淺層培養(yǎng)、懸浮培養(yǎng)、液-固雙層培養(yǎng)、瓊脂糖包埋、看護(hù)培養(yǎng)等是原生質(zhì)體培養(yǎng)常用的方法。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

但不管哪種培養(yǎng)方法，在培養(yǎng)過程中，都應(yīng)根據(jù)細(xì)胞生長情況不斷降低滲透壓。待肉眼可見的細(xì)胞團(tuán)形成后，便可轉(zhuǎn)移到普通細(xì)胞培養(yǎng)基上進(jìn)行細(xì)胞繁殖和分化工作。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

影響原生質(zhì)體培養(yǎng)的因素很多，物理條件如密度、光照和溫度等都會影響培養(yǎng)效果。低于一定密度原生質(zhì)體不能分裂，一般認(rèn)為大群體的原生質(zhì)體有利于將培養(yǎng)基中原生質(zhì)體在培養(yǎng)過程中釋放的有害物質(zhì)脫毒。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

原生質(zhì)體培養(yǎng)一般在暗處進(jìn)行，有利于壁形成和細(xì)胞再生，有的物種一直在暗處直到形成愈傷組織，有的一周后移到光下。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

原生質(zhì)體培養(yǎng)一般在22-25℃進(jìn)行，高、低溫都有害。但有的植物要求27-30℃，在25℃時不能形成愈傷組織。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

原生質(zhì)體比細(xì)胞需要更復(fù)雜的培養(yǎng)條件，有時需要在有飼養(yǎng)層細(xì)胞的情況下原生質(zhì)體才能再生。培養(yǎng)基無機(jī)營養(yǎng)和有機(jī)營養(yǎng)組成都對培養(yǎng)效果有顯著影響。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

選擇適當(dāng)?shù)臐B透壓對于獲得大量原生質(zhì)體并保持其活力均很重要，一般用甘露醇或山梨醇調(diào)節(jié)滲透壓。在培養(yǎng)過程中一般需降低滲透壓以促進(jìn)分裂。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

對于瓊脂糖包埋培養(yǎng)，可將其切成小塊，轉(zhuǎn)移到低滲的液體培養(yǎng)基中漂浮培養(yǎng)，液體培養(yǎng)則可加入低滲的一定體積的培養(yǎng)基，但一般每一步降低程度不超過25%?，F(xiàn)在一個趨勢是將蔗糖或葡萄糖單獨使用或與甘露醇結(jié)合作為穩(wěn)定劑，一旦糖被降解，培養(yǎng)基滲透壓降低，利于細(xì)胞分裂。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

生長素對于培養(yǎng)早期壁的形成是需要的，最常用的是2，4-D，有時需要生長素與分裂素結(jié)合使用。生長素的使用量一定要小心確定，因為它很容易使液泡長大或增加新液泡而使細(xì)胞分裂。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

實驗證明，生長素通過調(diào)節(jié)一些特異mRNA的合成而起作用。分裂誘導(dǎo)后，需要轉(zhuǎn)到低生長素的條件下才能促進(jìn)細(xì)胞生長。此外，維生素、水解酪蛋白、椰汁等，對原生質(zhì)體的生長有促進(jìn)作用。在培養(yǎng)過程中也需注意一些氨基酸的使用。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

原生質(zhì)體形成愈傷團(tuán)后，便可采用常規(guī)的愈傷組織培養(yǎng)方法使細(xì)胞擴(kuò)大繁殖或分化形成植株。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用（三）細(xì)胞融合（體細(xì)胞雜交）

物種間生殖隔離阻礙了物種間的基因交流，從而給作物育種帶來很大的局限性。原生質(zhì)體融合技術(shù)是實現(xiàn)基因重組的一條途徑，目前利用細(xì)胞融合已從很多作物種、屬間，甚至科間獲得雜種體細(xì)胞雜種，創(chuàng)造了一些自然界不存在的植物類型，有效地拓寬了植物育種的資源。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用1、融合方法

分離的原生質(zhì)體不帶電荷，它們相互排斥，所以一般要在誘發(fā)條件下才能發(fā)生融合。異種原生質(zhì)體首先發(fā)生膜接觸，然后兩個原生質(zhì)體形成細(xì)胞質(zhì)橋，最后兩種細(xì)胞質(zhì)將兩個核包圍起來而完成融合。常用的融合方法簡單介紹如下：生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（1）NaNO3處理誘發(fā)融合

由NaNO3誘導(dǎo)的可重復(fù)、控制的離體原生質(zhì)體融合是由Power等（1970）報道的。利用這一融合劑，Carlson等（1972）雖然在植物中獲得了第一個體細(xì)胞雜種，但這種方法存在的嚴(yán)重缺陷就是融合頻率低，而且對于來源于葉肉的高度液泡化的原生質(zhì)體有害。這種融合的機(jī)制一般認(rèn)為是Na+造成了膜電位的改變。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（2）高pH—高濃度鈣離子處理

煙草葉肉原生質(zhì)體在高Ca2+（0.05MCaCl2）和高pH（10.5）條件下能很快誘發(fā)融合（37℃），但融合頻率不很高，高pH也影響原生質(zhì)體的存活率，且易誘發(fā)多個原生質(zhì)體融合。高Ca2+高pH誘發(fā)融合的機(jī)制尚不很清楚，一般認(rèn)為是改變了膜位及膜的物理結(jié)構(gòu)。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（3）PEG（聚乙二醇）處理

PEG誘導(dǎo)不僅融合頻率高，而且使二核融合頻率增加且無特異性。PEG是一個高分子量的多聚體（1500—6000），25%—50%PEG可立刻刺激原生質(zhì)體引起收縮，隨后發(fā)生聚集。PEG誘發(fā)融合后應(yīng)逐步去除。影響原生質(zhì)體聚集及隨后融合的因子很多，如PEG的分子量及濃度、原生質(zhì)體的材料來源、分離原生質(zhì)體時使用的酶制劑、離子種類和濃度、融合溫度等。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（4）電融合當(dāng)兩個原生質(zhì)體處于接觸狀態(tài)時，給一個5—12μamp的電流持續(xù)1—5s，原生質(zhì)體首先受刺激，然后馬上融合。應(yīng)用電融合時，原生質(zhì)體輕微收縮，表明其膜狀態(tài)有一個短暫的變化。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用電融合包括兩個步驟：

①電泳：在電極的作用下，原生質(zhì)體泳到一起，建立一個膜接觸狀態(tài)，形成念珠鏈。

②融合：由于膜的可逆性電激穿，使原生質(zhì)體發(fā)生融合。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

原生質(zhì)體融合很受重視，因為它避免了化學(xué)物質(zhì)的潛在毒害。融合率與原生質(zhì)體來源、體積、念珠鏈的長度、脈沖持續(xù)時間及電壓等因素有關(guān)。在融合時應(yīng)注意一個問題，即電刺激會造成液泡中一些毒性物質(zhì)的滲漏，影響原生質(zhì)體活力。如果能用一種方法將液泡分離出來，再誘導(dǎo)融合較好。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用2、融合方式

原生質(zhì)體融合有兩種融合方式，即對稱融合和非對稱融合。這兩種融合方式都能產(chǎn)生三種類型的雜種：綜合了雙親全部遺傳物質(zhì)的對稱雜種；部分遺傳物質(zhì)發(fā)生丟失的非對稱雜種；只具有融合雙親一方核遺傳物質(zhì)的胞質(zhì)雜種。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

對稱融合即雙親的核質(zhì)組裝在一起的融合。

非對稱融合指在融合前對一方親本原生質(zhì)體施加一定的處理，純化其細(xì)胞質(zhì)，再和另一方原生質(zhì)體融合，從而得到非對稱雜種或胞質(zhì)雜種。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

對稱融合也可獲得這兩種雜種，因為一方的染色體會發(fā)生丟失。在進(jìn)行非對稱融合前，需要對供體和受體進(jìn)行處理。對供體進(jìn)行處理的目的主要是造成染色體的斷裂和片段化，從而使供體染色體進(jìn)入受體后部分或全部丟失，達(dá)到轉(zhuǎn)移部分遺傳物質(zhì)或只轉(zhuǎn)移胞質(zhì)基因組的目的。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

對供體進(jìn)行處理的方法有多種：射線（X、γ和紫外線）輻射原生質(zhì)體；限制性內(nèi)切酶處理原生質(zhì)體；紡錘體毒素、染色體濃縮劑處理原生質(zhì)體，其中射線的作用最好。

生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

為了減少融合后再生后代的篩選工作，研究者利用一些代謝抑制劑處理受體原生質(zhì)體以抑制其分裂。常用的抑制劑有碘乙酸（IA）、碘乙酰氨（IOA）和羅丹明（R-6-G）。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用R-6-G抑制線粒體氧化磷酸化，IA、IOA可以抑制線粒體氧化磷酸化或糖酵解過程，從而不能為細(xì)胞生長和發(fā)育提供能量。受IA、R-6-G和IOA處理的細(xì)胞和非代謝抑制劑處理的細(xì)胞（供體，核鈍化，但線粒體正常）發(fā)生融合后，代謝上就會得到互補(bǔ)，從而能正常地生長。生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用3、雜種細(xì)胞的篩選

原生質(zhì)體融合后，必須有一個可行的辦法分離出融合的雜種，如果培養(yǎng)條件只允許雜種細(xì)胞生長，而不允許親本細(xì)胞生長當(dāng)然最好。雜種細(xì)胞的篩選很重要，因為原生質(zhì)體密度很高，親本原生質(zhì)體的生長很快掩蓋雜種細(xì)胞的生長，除非雜種細(xì)胞了具有生長優(yōu)勢。常用的雜種細(xì)胞的篩選體系有如下幾種：生物技術(shù)應(yīng)用在植物育種中應(yīng)用

（1）形態(tài)互補(bǔ)利用兩種原生質(zhì)體形態(tài)色澤上的差異，在融合處理后，分別接種在帶有小格的培養(yǎng)皿中，每個小格中約有2—