1、倍性育种,倍性育种的概念: 根据一定的育种目标,采用人工诱变等方法,产生染色体倍数性增加或减少的后代,从中培育出优良新品种的过程。,倍性育种,单倍体育种,多倍体育种,同一属植物中常存在一连串不同倍性的物种。,在一个植物属内,以染色体数目最少的二倍体种的配子染色体数为准,作为全属植物的染色体基数,包括这一基数的染色体称为一个染色体组,用 x 表示。 凡体细胞含有3套及3套以上染色体组的生物个体称之为多倍体 (polyploid) 。,1. 多倍体的概念 :,第一节 多倍体育种,一、多倍体的概念与类型,同源多倍体,2. 多倍体的类型 :,形成多倍体的染色体组来自同一物种。,异源多倍体,由两个或两个
2、以上不同物种的染色体组组成。,异数多倍体(非整数多倍体),细胞中染色体的数目不为基数的整倍性。,物种A,F1,F1,物种B1,物种B,物种C,AA,AB1,B1B2,B2B2,B1B1,CC,AAA,同源三倍体,同源四倍体,同源六倍体,同源异源八倍体,AAAA,AAAAAA,AA B1 B1,异源四倍体,同源异源三倍体,A B1B1,AAAAB1B1B1B1,同源异源六倍体,AA B1 B1B1 B1,节段异源四倍体,B1B1BB,A B1C,异源三倍体,异源六倍体,AA B1B1CC,各种多倍体的相互关系,二、多倍体的特点,1. 巨大性 :,在体形和细胞上都表现出明显的巨大性 叶片变宽增厚、
3、茎粗壮 花、果实、种子增大 气孔与花粉增大等,Rakia Ranney with a polyploid Sinocalycanthus Chinensis,二、多倍体的特点,2. 其它形态及生理特征:,叶色浓绿、花色鲜艳、重瓣性高 新陈代谢旺盛,有机合成能力提高 生长缓慢,发育延迟 呼吸和蒸腾作用减弱,光合效率高 适应性增强,二、多倍体的特点,3. 育性变化:,同源多倍体育性下降 三倍体表现高度不育 异数多倍体存在一定程度的不育 异源多倍体具有较高程度的育性,二、多倍体的特点,4. 遗传变异性:,遗传性比较丰富 分离现象幅度加大 变异范围广泛 尤其是异源多倍体,三、多倍体育种的意义,多倍体往
4、往具有花大、重瓣性强、花色浓 艳、抗逆性强等优点 ,在园林植物中具有 较大的优点。,多倍体是克服远缘杂交不亲和性及远缘杂种 难稔性的重要手段。,多倍体在植物进化中起着重要作用:多倍体 在自然界普遍存在,被子植物中 1/2 以上为 多倍体,花卉中 2/3 为多倍体。,常见观赏植物多倍体系列表,四、多倍体形成的原理与途径,在自然条件下,温度的剧变,紫外线照射,恶劣多变的气候条件是产生多倍体细胞的重要原因。,Primula :原产温带,二倍体、同源四倍体 分布于我国云南省,异源四倍体 同一地区的高山上,6x 、 8x 更北或更南,14x 极地。,四、多倍体形成的原理与途径,多倍体形成的主要途径:,1
5、. 无性阶段染色体加倍:即体细胞有丝分裂过程中发生核内有丝分裂导致染色体加倍。(无性多倍化 asexual polyploidization ),2. 有性阶段染色体加倍:即小孢子母细胞或大孢子母细胞在减数分裂过程中不减数产生 2n 配子。 (有性多倍化 sexual polyploidization ),四、多倍体形成的原理与途径,2n 配子形成的主要途经:,性母细胞减数分裂前染色体加倍,减数分裂失败形成重组核,减数第一次分裂后,第二次分裂前染色体 DNA 复制,减数第二次分裂时形成平行纺锤体或纺锤体融合,不正常的胞质分裂,减数分裂后染色体加倍,五、人工诱导多倍体的方法,五、人工诱导多倍体的
6、方法,1. 多倍体诱导材料的选择,选用综合性状优良,遗传基础好的材料,选择染色体倍性较低,染色体数少的植物,选用异花授粉植物及杂种后代,选择可利用营养器官进行繁殖的植物,五、人工诱导多倍体的方法,2. 秋水仙素诱导多倍体的处理方法,秋水仙素的作用机理 : 细胞分裂时,抑制纺锤丝的形成,使正常分离的染色体不能拉向细胞的两极;同时抑制细胞板的形成,从而导致加倍。,五、人工诱导多倍体的方法,秋水仙素的处理方法 : 1 )浸渍法:处理种子、枝条等 2 )滴涂法:处理幼苗顶芽、植株侧芽等的生长点 3 )注射法:将秋水仙素溶液注射到作用部位 4 )包埋法 5 )毛细管法 6 )离体诱导(培养基法),五、人
7、工诱导多倍体的方法,离体诱导多倍体的优点: 1 )易于控制实验条件和重复实验结果 2 )可同时处理大批材料,便于提高工作效率 3 )利于减少或避免嵌合体 4 )受体材料类型广泛,五、人工诱导多倍体的方法,影响诱导效果的因素: 1)秋水仙素的浓度 有效浓度: 0.001 1.0 , 0.2 0.4 用得较多,离体诱导浓度较低 2)处理时期与持续时间 3)环境温度,六、多倍体的鉴定及后代选育,1. 多倍体诱导的鉴定,1 )直接鉴定染色体计数:检查花粉母细胞或根尖、芽等分生组织细胞的染色体数目。,2 )间接鉴定:根据植株形态特征、生长特性、细胞学特性、育性等进行判断。,六、多倍体的鉴定及后代选育,1
8、. 多倍体诱导的鉴定,2 )间接鉴定:根据植株形态特征、生长特性、细胞学特性、育性等进行判断。,六、多倍体的鉴定及后代选育, 形态特征与生长特性的比较,多倍体通常具有根茎粗壮、叶片肥厚、色绿、锯齿明显、长宽比变小、叶柄变宽、花器、果实、种子变大等形态特征。,六、多倍体的鉴定及后代选育, 气孔大小、密度及保卫细胞中叶绿体数目,多倍体较二倍体具有气孔体积增大、数目减少、气孔保卫细胞叶绿体增多等特点。,六、多倍体的鉴定及后代选育, 花粉粒的形态、大小及萌发孔数目的多少,多倍体多表现为花粉粒大,萌发孔数目多,花粉粒形状变化明显。,六、多倍体的鉴定及后代选育, 花粉母细胞减数分裂行为 同源多倍体易形成多
9、价体 育性变化,六、多倍体的鉴定及后代选育,1. 多倍体诱导的鉴定,3 )流式细胞术 利用流式细胞光度仪( flow cytometry )测定单个细胞的 DNA 含量,再根据 DNA 含量比较推断出细胞的倍性。,六、多倍体的鉴定及后代选育,2. 多倍体后代的选育,无性繁殖植物:直接选择、固定 一、二年生草花:进一步杂交选择, 克服某些缺点,逐步消除不孕性 嵌合体的分离,1. 单倍体的概念 :,第二节 单倍体育种,一、单倍体的概念与特点,狭义:细胞体内只含有一个染色体组的植物。 即一倍体(monoploid) 如:牡丹二倍体 2n=2x=10 ,单倍体 n=x=5 。 广义:具有该植物配子染色
10、体数的植物。 即“半倍体”(haploid),包括“ 多倍单倍体 ” 如:菊花 2n=6x=54 ,单倍体为 n=3x=27,2. 单倍体的特点 :,一、单倍体的概念与特点,1 )与二倍体形态基本相似 植株矮小,叶薄,花器较小 2 )生活力较弱 3 )高度不孕 4 )加倍后成为纯合二倍体,恢复育性,二、单倍体育种的概念和意义,1. 概念: 指利用诱发单性生殖(如花药培养)的方法,使杂交后代的异质配子形成单倍体植株,经染色体加倍成为纯系,然后进行选育获得新品种的方法。,二、单倍体育种的概念和意义,1 )克服杂种分离,缩短育种年限 2 )提高选择的正确性和效率 无显隐性干扰;不发生遗传性重组,选择
11、范围缩小 3 )节省田间试验的土地与劳力 4 )克服远缘杂种不育性与分离的困难 5 )快速培育异花授粉植物的自交系 6 )利用单倍体植物进行辐射和化学诱变 7 )直接利用其不育性,2. 意义:,目的:从群体中选出AABB类型,F1 AaBb,F2 A-B- A-bb aaB- aabb,F3 AABB,AB Ab aB ab,F1 AaBb,花粉培养,加倍,从杂交到获得一个稳定的后代,需810年时间,从杂交到获得一个稳定的后代,需2年时间,父本:AAbb,母本:aaBB,三、获得单倍体的途径与方法,1. 自然界产生单倍体的方式 孤雌生殖 即由植物胚囊中的卵细胞与极核不经受 精,单性发育成植株。
12、 孤雄生殖 无配子生殖 由胚囊中的反足细胞与助细胞不经受精 发育而来。,三、获得单倍体的途径与方法,2. 人工获得单倍体的途径 诱导孤雌生殖 利用远缘的异属花粉授粉 弱化花粉授粉 / 延迟授粉 用高剂量射线照射的花粉授粉 化学药剂处理 异常变温处理 机械刺激子房,离体诱导 花药培养(器官培养) 花粉培养(细胞培养) 胚珠培养 未授粉子房培养,四、花药培养的程序与技术,1. 花粉单性发育成植株的原理,1 )世代交替,单倍体 (有性世代),二倍体 (无性世代),2 )植物具有再生的特征,3 )植物细胞的全能性,四、花药培养的程序与技术,花粉培养的发育途径 : 花粉进行多次细胞内分裂,形成多细胞花粉
13、粒 花粉粒破裂,形成类似胚胎发育的 “ 胚状体 ” 分化出根和芽; 花粉形成愈伤组织(脱分化过程) 愈伤诱导形成单倍体植株(再分化过程)。,多数植物表现的途径,四、花药培养的程序与技术,脱分化过程 : 花粉在不断的细胞分裂过程中,逐渐丧失原来的分化状态形成愈伤组织的过程,或称愈伤组织诱导过程。,再分化过程: 愈伤组织在一定的条件下经培养后,又能像胚胎发育过程一样进行根、茎、叶的分化,称再分化过程。,2. 花药(花粉)诱导单倍体的方法,(一)材料的选择,1 基因型:采用优良的杂种一代植株或杂种二代 植株的花药进行诱导培养。,四、花药培养的程序与技术,2 生理状态:取在自然生长季节的植株,3 花粉发育时期:单核期,2. 花药(花粉)诱导单倍体的方法,四、花药培养的程序与技术,(二)预处理:低温冷藏12周,(三)培养基成分,(四)材料的表面灭菌和接种,(五)培养方式,液体培养,双层培养,分步培养,2. 花药(花粉)诱导单倍体的方法,四、花药培养的程序与技术,(六)培养条件,(七)花粉植株的诱导,(八) 花粉植株的移栽,(九)单倍体的鉴定和选择,(十)花粉植株染色体的加倍,大丽花(Dahlia pinnata)原产墨西哥,祖代二倍体(2n=16),杂种二倍体(2n=16),杂种八倍体( D.pinnata ) 2n=64,开朱红、洋红、黄、橙、象牙白花,图 关于大丽花物种演化过程的推断,
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