福建農(nóng)林大學(xué)園藝植物生物工程研究所第八章植物體細(xì)胞無(wú)性系變異

遺傳變異是作物品種改良的重要基礎(chǔ)。由于現(xiàn)有種質(zhì)資源庫(kù)不斷萎縮，作物遺傳育種的可持續(xù)發(fā)展已成為現(xiàn)代遺傳學(xué)家和育種學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。生物技術(shù)的發(fā)展為保存現(xiàn)有資源、創(chuàng)造新的遺傳變異提供了新的手段。2細(xì)胞組織的離體培養(yǎng)屬于無(wú)性繁殖范疇。從理論上來(lái)說(shuō)，無(wú)論是細(xì)胞還是組織培養(yǎng)，再生的個(gè)體均承傳了母體的遺傳基礎(chǔ)，這也是離體培養(yǎng)技術(shù)作為植物快速繁殖應(yīng)用的基礎(chǔ)。3體細(xì)胞中存在廣泛的異質(zhì)性,在整體中被掩蓋起來(lái),無(wú)法表現(xiàn)出來(lái)。采用常規(guī)方法也難以把其分離出來(lái)。在離體培養(yǎng)中,變異細(xì)胞可高頻率地表現(xiàn)出來(lái),人們只要加以一定的分離和選擇,就可以利用變異系進(jìn)行品種改良。4第一節(jié)植物體細(xì)胞無(wú)性系變異概念及篩選體細(xì)胞無(wú)性系（somaclones）：LarkinScowcroft（1981）提出把由任何形式的細(xì)胞培養(yǎng)所產(chǎn)生的植株統(tǒng)稱。體細(xì)胞無(wú)性系變異：指培養(yǎng)物在培養(yǎng)階段發(fā)生變異，進(jìn)而導(dǎo)致再生植株亦發(fā)生遺傳改變的現(xiàn)象。體細(xì)胞無(wú)性系變異育種：指體細(xì)胞無(wú)性系發(fā)生的可遺傳的變異經(jīng)人工選擇和培育，能獲得既具有親本原來(lái)的優(yōu)良性狀，又帶來(lái)某一些新性狀的新品種。

一、概念51、體細(xì)胞產(chǎn)生的變異具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①適用于各種可進(jìn)行組織培養(yǎng)的作物；②持續(xù)快速提供變異源；③消除優(yōu)良品種的一個(gè)或幾個(gè)缺陷；④提供新型變異株系。二、體細(xì)胞無(wú)性系變異的優(yōu)缺點(diǎn)62、缺點(diǎn)：①繼代培養(yǎng)多次以后，植株再生能力減弱；②一些變異經(jīng)自交或雜交以后，表現(xiàn)不穩(wěn)定；③這種變異沒(méi)有可預(yù)見性，往往會(huì)產(chǎn)生一些不符合育種需要的變異。7

對(duì)體細(xì)胞無(wú)性系變異的篩選可以在個(gè)體水平上進(jìn)行，即對(duì)再生植株群體進(jìn)行篩選，也可以在細(xì)胞水平上進(jìn)行，即離體篩選。三、體細(xì)胞無(wú)性系變異體的離體篩選8起始材料的選擇突變體篩選細(xì)胞誘變自發(fā)變異突變體穩(wěn)定性鑒定步驟：9要求：其一，目標(biāo)性狀的可行性。其二，必需充分考慮試驗(yàn)植物的細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)水平。其三，適當(dāng)?shù)募?xì)胞類型亦是提高體細(xì)胞突變系篩選效率的重要條件。1．起始材料的選擇1011（1）外植體離體下誘導(dǎo)愈傷組織繼代培養(yǎng)小細(xì)胞團(tuán)或單細(xì)胞懸浮培養(yǎng)物篩選突變體（2）器官或細(xì)胞培養(yǎng)物分離

單個(gè)的原生質(zhì)體篩選突變體

12起始材料（1）自發(fā)變異離體培養(yǎng)的植物細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)較高頻率的自發(fā)變異，離體培養(yǎng)中體細(xì)胞自發(fā)突變所產(chǎn)生的變異往往比較穩(wěn)定，沒(méi)有人工誘變的后續(xù)干擾，有利于分離和選擇。2.培養(yǎng)細(xì)胞的變異13（2）誘變變異A.物理誘變B.化學(xué)誘變C.復(fù)合因子誘變D.轉(zhuǎn)座子插入誘變14（1）培養(yǎng)細(xì)胞的種類最常用的材料是原生質(zhì)體和懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞。利用原生質(zhì)體產(chǎn)生的突變體相對(duì)有利。因?yàn)槭菃渭?xì)胞，易被選擇劑選擇，避免獲得嵌合體式的突變體。3.突變細(xì)胞的選擇15（2）突變細(xì)胞的選擇方法

a直接選擇法：給定選擇條件，使新的突變表現(xiàn)型優(yōu)先生長(zhǎng)，直接篩選出對(duì)這些物質(zhì)具有抗性的突變細(xì)胞。又分為正選擇和負(fù)選擇。b間接選擇法：借助與突變表型有某種相關(guān)的特性作為間接選擇指標(biāo)的篩選方法，當(dāng)缺乏直接可供選擇的表型指標(biāo)或在選擇所需表現(xiàn)型的直接選擇條件對(duì)細(xì)胞不利時(shí)可采用。16需要鑒定的原因：并非所有能夠生長(zhǎng)的細(xì)胞均為突變細(xì)胞：有的細(xì)胞沒(méi)和選擇劑接觸，有的只是外遺傳變異.鑒別方法：將選擇出來(lái)的細(xì)胞或組織置于正常培養(yǎng)基上繼代培養(yǎng)幾次，如仍能表現(xiàn)出所選擇的目標(biāo)性狀，即可確定為突變細(xì)胞或組織。4.突變性狀的遺傳基礎(chǔ)及其穩(wěn)定性鑒定17

外植體的類型、生理狀態(tài)等因素明顯影響體細(xì)胞無(wú)性系變異的頻率。一般而言，培養(yǎng)特異化程度高或衰老的組織，產(chǎn)生變異的幾率大；而培養(yǎng)分生組織或幼齡的外植體（如頂芽、腋芽、分生組織），則發(fā)生變異較少。（一）外植體四、影響植物體細(xì)胞無(wú)性系變異的因素18

體細(xì)胞無(wú)性系變異具有對(duì)物種和基因型的依賴性，即無(wú)論再生模式如何，物種和基因型都影響著體細(xì)胞無(wú)性系變異的發(fā)生。另外，源植株的倍性也是一個(gè)重要因素，多倍體和染色體數(shù)目較多的植物其變異頻率比二倍體和單倍體高。（二）物種和基因型1920（三）培養(yǎng)基1.基本培養(yǎng)基

基本培養(yǎng)基的某些成分會(huì)使培養(yǎng)物倍性改變。如用標(biāo)準(zhǔn)MS培養(yǎng)基或含有一半磷酸鹽的MS培養(yǎng)基培養(yǎng)胡蘿卜細(xì)胞，倍性不正常的細(xì)胞要比正常二倍體細(xì)胞生長(zhǎng)占優(yōu)勢(shì)。而在僅含有1/4氮素的MS培養(yǎng)基上繼代培養(yǎng)多次，則二倍體細(xì)胞的比例又會(huì)不斷增加。21

生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可能是起一種誘變劑的作用。不同的激素濃度可以有選擇地誘導(dǎo)不同倍性的細(xì)胞的分裂。

激素除了引起染色體倍性的增加外，在一些培養(yǎng)中還發(fā)現(xiàn)染色體倍性減少的現(xiàn)象。2.植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑22（四）繼代培養(yǎng)時(shí)間繼代時(shí)間越長(zhǎng)，繼代次數(shù)越多，細(xì)胞變異的幾率就越高。長(zhǎng)時(shí)間的繼代培養(yǎng)會(huì)使愈傷組織和細(xì)胞的再生能力降低甚至完全喪失。2324五、植物體細(xì)胞無(wú)性系變異的機(jī)理

植物體細(xì)胞無(wú)性系變異形成的機(jī)理，一直是無(wú)性系變異研究所關(guān)注的焦點(diǎn)。但由于高等植物突變體再生可育植株較難，所以雖然有關(guān)變異體的報(bào)道較多，但明確的遺傳分析卻不多。25（一）預(yù)先存在的變異表達(dá)1.多細(xì)胞外植體：指來(lái)源于不同組織、染色體倍性存在差異的細(xì)胞，如韌皮部、木質(zhì)部和薄壁細(xì)胞。2.嵌合體：構(gòu)成組織的細(xì)胞遺傳背景不同，或者是分生組織中含有變異細(xì)胞，故組織培養(yǎng)中的嵌合體能夠產(chǎn)生高頻率的突變體。

26組織培養(yǎng)中產(chǎn)生非整倍體的原因有：1.多級(jí)紡錘體的出現(xiàn)——染色體不均等分離，造成染色體數(shù)目變異2.染色體不分離或滯后——形成染色體多于母體細(xì)胞的超倍體細(xì)胞和亞倍體細(xì)胞3.核裂——導(dǎo)致雙核，核裂頻率高的材料，多倍體、亞多倍體和非整倍體出現(xiàn)的頻率也高（二）染色體數(shù)目變化2728（三）點(diǎn)突變——單基因突變（四）體細(xì)胞染色體交換及