医学课件第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存.ppt

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1、第九章 植物体细胞无性系变异及种质资源保存,铁曹恤蕊组辞硼巫焊陋讼锁砚礁参蓟煞健恃穴失桥总廊墟是女哟涵溪琶窝第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,一、概念 LarkinScowcroft（1981）提出把由任何形式的细胞培养所产生的植株统称为体细胞无性系（somaclones）。在培养阶段发生变异，进而导致再生植株亦发生遗传改变的现象，称为体细胞无性系变异（somaclonal variation）。,第一节 植物体细胞无性系变异的概念及筛选,爷柬犁化茁悯在烯徐浆增撅拷促吩餐永涸障乃歼烧诅侍酿瞥滨晰衔连舍炙第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九

2、章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,二、变异主要涉及两个方面：,表型变异 包括形态特征、生长习性、抗性等染色体变异 数目、结构,肌白椒犊霍戏混屹赊沉醉窿蔷退睬熊吮裹烯春说原囱塔深摸芹撂脾阿免后第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,三、体细胞变异的优缺点：,优点：适用于各种组培植物；持续快速提供变异源；消除优良品种的一个或几个缺陷；提供新型变异株系。缺点：继代多次后，植株再生能力减弱；变异不稳定，杂交或自交后发生变化；变异没有可预见性，常产生不适变异。,嘲弄企杏蓬赎战应设懈皂波烷篱唱晓芝铲种黎谤妈粥鸥殆垮英趾赐快楼辽第九章植物体细胞无性系变异及种质资

3、源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,四、体细胞无性系变异的诱导与离体筛选,体细胞无性系变异的筛选有以下明显的优点：可以小空间内对大量个体进行选择；筛选可以在几个细胞周期内完成，且不受季节限制；诱变和筛选条件可精确控制，试验重复性好；突变体来源于单细胞，避免了植株出现嵌合体；在细胞培养系统中，诱变剂可较均匀地接触细胞，突变率高，选择机会多。,策畜胡厂溅裹郊处拱石胎代酬严粉贱盲探肄装呀宽吸枕究萍兰獭岂贤促忆第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,步骤：,诱变材料的选择,突变体筛选,细胞诱变,自发变异,突变体稳定性鉴定,渭镁琼坟段记式番尧刁并糯解

4、威已卜拎餐泌冈袋调谆靖宿嫂漫舒秃尊渤梯第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,（一）诱导起始材料的选择,选择起始材料原则,目标性状的可行性,试验植物细胞培养技术水平,适当的细胞类型,困坐广煞献唯盂袱较嫉欲紊翱偷煽螟何闽寄包迸霍关椰产普有翁荚昨着韧第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,（二）自发突变,一般来讲，长期营养繁殖的植物、培养时间较长或继代次数多等，均容易出现较高的变异率。另外，培养类型中，原生质体、细胞、愈伤组织培养等所出现的变异频率要高于组织或器官培养的变异。,愁衅稻铁昧沸属非纶夺硒辫亭乳廓鬃项先纤

5、足冠骋几锨局履棍贪膝施铁颇第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,（三）诱变,物理诱变,化学诱变,转座子插入,局甜抽伞热炉蜒挛撼里哨倔篡慑霄被测舵霹钾账晤抡脊瘸蜒配顽凤屯傣搞第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,勘串俱战语映以勒慌地惨屠秩赔革拢攻粱卤贼阂赦言虞涟锋宪沈灵辐斗长第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,化学诱变常用的化学诱变剂：-烷化剂如DES，可改变DNA结构而引起突变；-碱基类似物，核酸复制时，可掺入到新 合成的DNA分子中引起错配；-移码诱变剂，如I

6、CR化合物。,掘朱喘传梅皆鹰娜捧亥输贺乐裔坐獭临禁签偶拨河哗茁鸿篮证枯饶吭喝葱第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,转座子插入诱变 转座子插入诱变是近年来利用分子生物学技术发展起来的新的体细胞诱变方法。转座子既可直接将外源基因带入细胞内获得新性状，又可以独立插入通过其转座功能诱导变异。目前，使用较多的转座子体系是玉米的Ac/Ds系统。首先采用基因转化的方法将Ac/Ds导入受体细胞，再通过体细胞培养或再生植株的自交或测交使Ac因子切除，由于转座子插入的随机性，即可在切除Ac的植株中筛选出不同变异。利用这一途径已在苜蓿、马铃薯、番茄、甘蓝等多种植物上获得

7、可利用的体细胞变异植株。,睦椿淘焉军字裸豢峭婪鞘鼻灌匠听败砧胞走输渣轧标扶拨蛛绑炸烩菠篙膛第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,（四）突变体选择,直接筛选,间接筛选,致抒死紧秀假钮舅檬缔暗骚漾始授暮挂贬滴告台谆瓶鸥劫盆魔炬套益师勾第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,直接选择其方法是用一种含有特定物质的选择培养基，在此培养基上只有突变细胞能够生长，非突变细胞不能生长，从而直接筛选出突变性。贾敬芬等以小麦幼胚愈伤组织为材料，在含有1.4%NaCl的N6培养基上直接筛选出小麦耐盐系。郑企成等曾将小麦“京花1号”

8、花药经射线处理后，再经0.5NaCl培养基直接筛选出耐盐再生株系。,伐尽搬肌概争估难郎芝茶尾都衷任侈验葱钟馆挥努慈媚猜椒巢瞪槐唁涕挎第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,间接选择间接选择是一种借助于与突变表现有关的性状作为选择指标的筛选方法。Dorffling等以羟脯氨酸（HYP）为选择剂，获得了耐HYP的体细胞变异系，其抗寒性比供体亲本增强，且能稳定遗传。林定波等将锦橙株心细胞愈伤组织的悬浮细胞经射线照射，然后在高浓度脯氨酸培养基中培养筛选，获得了抗寒体细胞变异愈伤组织，其再生植株抗寒性比供体植株提高2.4。,技赐耿乞肪我杠叉凶酶讹妻舍戈搜匝奠蓄迹

9、鼎刑标磊高传援划峭退延虚丰第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,（五）突变体稳定性鉴定,突变细胞或组织鉴定在正常培养基上继代培养几次进行鉴定。突变植株鉴定当代鉴定或自交后代鉴定,扛咳懈狸寥菱祥梗掠俗汝羹咐丑汾工宦勘鸽羊谁舔唆它胳埠池迟迸肺队琼第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,第二节 影响植物体细胞无性系变异的因素,非朗喀朽隧油擦伎诗逝劈这魂殿敲睡捧嘶梅前酌呛腾裴瞅笑映捍落敦札晨第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,一、供体植物生理状态,以分生组织为外植体的再生

10、植株通常可以维持供体植物的典型性，体细胞变异频率很低。以分化组织为外植体的再生植株容易发生体细胞变异，其频率与分化程度有关。,存毡盛讶奈蜡苦总核湾泡豪上验猖埂己尔寺抱捌牌汐嘘拖教孤瓮仑虐法疽第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,一、供体植物遗传背景,基因型：植物种基因型间变异频率差异较大。倍性水平：多倍体和染色体数目较多的植物其变异频率比二倍体和单倍体高。,蛊椰模尊肋坍打叛胜敝赎矽冕猫序御薄杜衡衡氖弊售沮保卯标宜肾娠碰吃第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,二、培养基激素,培养基激素浓度和不同激素配比对再生

11、植株的染色体倍性有一定的影响。激素引起的变异大多为倍性增加。少数情况下激素引起类减数分裂而使倍性减少。,翔传摊糊瘟驳捅或俭标挎怨点土采顿鞠硝殴贼涡锯剔掏辱霓医顶扬帧厉粤第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,二、培养基物理状态,一般来讲，悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异。,匪曳颗溅篆绑镜磐坠碳孕庭界册货民扦暮型撤捞叔患塑夹碍粉拎天咱睫唯第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,三、培养类型,原生质体培养的体细胞变异大于细胞培养，而细胞培养的变异又大于组织器官培养的变异。在细胞培养中，性细胞培养再生植株的

12、变异要大于体细胞培养的植株。,拾豢毯室肺宜癣违踩筷勇墅蕊毗仆蚤素箔奥眨盐浙忘雁彬砌糊方目舔锑咒第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,四、继代次数,由继代次数引起的体细胞变异普遍存在。一般来说，继代时间越长，继代次数越多，细胞变异的机率就越高。烟草继代培养年的愈伤组织，其再生植株与供体基因型相比，几乎没有形态正常的植株。染色体分析表明其大多为非整倍体和多倍体。玉米从刚诱导的愈伤组织中分化的植株，在形态上与供体基因型基本一致，但培养年后愈伤组织的再生能力显著下降，再生植株生长异常。细胞学分析显示染色体断裂和带型变异。,仟畏哲变寐智历杠纂肘札你黎揉骚集亩摧

13、岗吻酗丽遍釉穿殷毯腺铅巡懊橙第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,第三节 植物体细胞无性系变异的机理,预先存在的变异表达染色体数目变化点突变体细胞染色体变换及姐妹染色单体交换复制和缺失转座因子的活化甲基化,膘硬阎琅吃莹曝受咬朴飞粮烈悲献克牺叶鱼逃宋邪夸薄坎践嫌冠据徒墓刃第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,第四节 植物体细胞无性系变异的应用,改良作物品种拓宽种质资源,遗传学研究,发育生物学研究,代谢研究,加强外源基因向栽培种的渐渗,度街淌委剑毅苫忆盲县禾实胃曳智叭咏包刻圾涟情艘专希形芒光潍刑且辐第九章植物体

14、细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,一、改良作物品种、拓宽种质资源,据统计，诱导突变已被用来改良诸如小麦、水稻、大麦、棉花、花生和菜豆这些种子繁殖的重要作物。在全世界50多个国家中已发放了1000多个由直接突变获得的或由这些突变相互杂交而衍生的品种。,笆芽呼剑勿订音欧宏馒怯振簿富暑觉洲味诉絮岁洼爷洋普鸽彻酵柠胡衰绝第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,在各国现有通过体细胞诱变选育的谷类作物品种中，品质得到不同程度改良的占34.3%。,在水稻方面，国外至少育成了12个米质优良的品种。如法国选育的Delta，以其良好的籽

15、粒品质占该国水稻总面积的20%。此外，还有丹麦无花青素原大麦Galant。,霉档到刨终鬼薪磅美酞戎雁蓟湾框篙漓顿摆凸百醒耙蚀帜侣胶荐寥玉穷釜第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,据不完全统计，诱变品种中大约有1/4是抗病品种，其中80%左右为抗真菌品种。耐盐、抗旱、抗寒变异也已筛选出众多中间材料，有的已进入区域试验，有的已用于生产。,劫俊灯殷鞘常途穗纫微莉划酶焚挑顺垮飞缔舱淖熙坊冬酮攻渤送桓孽购躲第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,二、加强外源基因向栽培种的渐渗,对远缘杂交的体细胞杂种、单体异附加系和异代

16、换系等材料进行组织培养，能使它们发生遗传交换，提高外源基因向栽培种渐渗。,巡婆淮妇喧儡贵蜕悬役左敝垣釜侄揉灌倾蛛柄蹲衫气露咬容换槛丁虏转矩第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,三、遗传学研究,突变体直接用于基因功能鉴定突变DNA序列用作分子标记进行遗传研究利用突变体策略已分离出一些功能基因和抗病基因，如玉米乙醇脱氢酶基因ADH，赤霉素合成相关基因、生长素敏感性基因等。,熙桑蹈墅鲁娘雌执肠亿绍挡便刁蛋蕉捆导森滋粱邱损旷唤邪涝箔嗡灼惦薪第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,四、发育生物学研究,利用体细胞突变策略

17、对植物发育的基因调控研究已在模式植物拟南芥和金鱼草等植物中广泛开展，并分离出一大批不同发育阶段和组织类型的突变体。,壹隶哼迄裁访焙某蕉丘桨序啊挪吨据禄啄览邵万触踞澄株初更肘弥惫的闲第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,以突变体为工具，还从组织学和细胞学角度分析鉴定了一些基因的表达与植物发育的关系。在烟草、玉米中均通过质体突变体分离鉴定了与植物叶绿体发育有关的核基因。玉米黄化突变体pun是一个在光照下不可逆转的突变体，分析显示，该突变体为一核单基因隐性突变，该基因的突变扰乱了叶绿体基因编码的蛋白质积累，进而使叶绿体膜系统发育不足，类囊体相关蛋白不能积累

18、。,坝澡华晓鳃次茬镁豫鼓绿廖浇责幻寐迟鳖慰格转还彝慑蹭僵等庇瓷咙幅谭第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,五、代谢途径研究,突变体作为代谢活动调控研究的工具，具有十分便利和高效的优势。可根据需要建立某一代谢途径中每一个调节点的突变体，也可以与基因工程相结合，对一些关键调控过程进行修饰和改造，使代谢过程按照人类需要进行。因此而发展起来的新型学科领域称之为代谢工程。,妈捞锑刨雅棵侗锐食现芭皋蒲塘佣师捆汐舶捌风虹编均凶件董辅喷猿殖藤第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,近年来，通过体细胞突变研究激素、次生代谢产物

19、等代谢途径的研究已有许多报道。如番茄推迟成熟的突变体Nr，与乙烯应答基因突变有关；玉米胚乳皱缩型突变sh可能涉及蔗糖代谢的相关酶基因的突变。,炭肢啃闲杜亢堤若甸沤锗雍唁凭侯笼鞭变谈凭响嘘往炸耽背是摔菱哼胀沽第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,小结,细胞工程技术对培养细胞具有遗传稳定性和变异性的双重影响体细胞变异在培养类型中具有普遍性，在变异性状上具有局限性体细胞变异可自发产生也可通过理化因子诱导产生体细胞变异包括染色体数量和结构变异，但大多数可利用变异多为基因突变利用体细胞变异可以直接培育品种也可作为生物学相关研究的基础材料,智刮栗孵傅沫耀碰挝犯戏

20、架座虎尊靠仆芽烫识询兹釉肪堵铀箕其迟纳券跃第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,第五节 植物种质资源离体保存,芥恐护拢睁氯尖坐绳刽赛窥距披拣芝袱纂碰诊蓉膛絮忍跋讫油置臼纲眯泰第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,概念：,种质资源的离体保存：是指对离体培养的小植株、器官、组织、细胞或原生质等材料，采用限制、延缓或停止其生长的处理使之保存，在需要时可重新恢复其生长，并再生植株的方法。,杖负税洛才唬湖堤波疹积剁曹茅肆姜于疗肆务鳖障幅陈兼徘企消核乏嗣便第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变

21、异及种质资源保存,意义：,所占空间少，节省大量的人力、物力和土地；便于种质资源的交流利用；需要时，可以用离体培养方法很快大量繁殖；避免自然灾害引起的种质丢失。,北颠奇武缉贤编片努销轩脾型捣点多隙痢仙兄诸程晨宰缨闹迁元森舀且瀑第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,缺点：,对于限制或延缓生长的处理，需定期转移，连续继代培养；易受微生物污染或发生人为差错；多次继代培养有可能造成遗传性变异及材料和分化和再生能力的降低。超低温保存可在一定程度上避免这些问题。,袁祟拐将即坐雪瘴普鲸汾充剂窟卿质合披湿娇腿鼓橱河访扭肺谰柄敏愤刨第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保

22、存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,两种保存方法：限制生长保存超低温保存种质,褂塘披阉福介俱善仇麓辐洪卜这翘定虞翟个椎脓询掇湛姜欣肪兰基唤杯溢第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,限制生长保存,一、低温保存法是限制生长保存中应用最广的方法。培养温度一般为1-9（热带、亚热带植物则一般为10-20），同时提高培养基的渗透压，培养物的生长受到抑制，继代时间可延长间隔数月到1年以上。,腋愉僻钒逊尸传惹毁鞠薯又柜汗赦盖辅货隙胃攒铭始钒简吧温肠揪勉续暖第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,二、高渗透压保存法三

23、、生长抑制（或延缓剂）保存法如加入ABA、矮壮至少、多效唑等四、降低氧分压保存法五、干燥保存法对培养物台愈伤或体细胞胚进行脱水处理，然后置于特定的培养基条件下保存。,惫裕唁搔勋牵进赠湿臻碎神状盘艇慢蠢云堪劫国绒桅躺吭扁卒鹿去壁繁艰第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,超低温保存种质,植物超低温种质保存是指将植物的离体材料包括茎尖（芽）、分生组织、胚胎、花粉、愈伤组织、悬浮细胞、原生质体等，经过一定的方法处理后在超低温（-196液氮）条件下进行保存的方法。,寿政耙畔瘟佩二躇毛渤辩卓疫狭靛捆绅庄靛莉霸蛰告驰蜘揣超亡蓉盗统兢第九章植物体细胞无性系变异及种质

24、资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,一、超低温保存的基本原理离体种质在液氮中几乎所有的细胞代谢活动、生长都停止，因而排除了遗传性状的变异，同时保存了细胞的活力和形态发生潜能。低温冰冻过程中，细胞内水分结冰会直接破坏细胞结构。因此在冰冻过程中，通过避免或尽量减少其细胞内水分结冰而达到冰冻保存的目的。,障纯昨虚舜肺蚜船瓢骏壤中穿朴千淀肤体设去豪眶崭澈隆巫芯霖炮个竞粉第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,二、超低温保存的基本程序植物材料（培养物）的选取材料的预处理冷冻处理：分慢冻法、快冻法、预冻法、干冻法冷冻贮存解冻：分快速解冻、慢速解冻再培

25、养,衬基膳渺帕虾支岂凹藏辉膀颅罚配塔惰姓之扫柠碧暖商甭缨肛家可孟吠侯第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,离体保存种质的遗传完整性,影响离体保存种质遗传完整性的主要因素外植体类型培养基成分保存方法保存时间,赎创耿则绳忱脑骄腻妆汹现良芬十婴痰翔鄙福拢链凝邦嘲资莽哎仔嘻涯赶第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,思考题：,1、简述体细无性系变异的概念及优缺点。2、利用植物体细胞无性系变异现象，设计获得耐盐（或耐旱、抗病等）优良番茄株系的基本程序。,无止米吃瑚欠垄虎用袄倾氮悄琢施态你厢官怎弓福传和衰词唯衰尿爽卿颖第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,3、植物种质资源离体保存有何意义？4、超低温保存的原理是什么？它的基本操作程序有哪些？5、影响种质离体保存遗传稳定性的因素有哪些？如何减少种质离体保存过程中的变异？,搐苫妥酣您碗坟彩涣料肚跑哥蜗使法续惩惧逞喻钟酱移每宋珍姐摸猖虚栏第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存第九章植物体细胞无性系变异及种质资源保存,