11第十一章-倍性育种.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,常规育种技术,技术要点：,选择育种、杂交育种。,优点：,操作简便，无需复杂的仪器设备；,亲本选配好后便可以创造各种类型的变异；,可以利用杂种优势。,常规育种的局限性,杂种后代遗传组成复杂，分离广泛；,新基因型的出现依赖于亲本基因型；,连锁基因的连锁关系很难打破；,无法利用染色体倍性变化；,育种年限较长,。,自然界产生的可遗传的变异,遗传重组；,基因突变；,染色体数量变异；,染色体结构变异。,第十一章 倍性育种,科学扩展了人类的想象空间,技术使理想成为现实,第十一章 倍性育种,第十一章 倍性育种,第一节 多倍体的来源及意义,第二节：多倍体诱变,第三节：多倍体的选择、鉴定与利用,第四节：单倍体育种,第五节：三倍体无子西瓜的选育,倍性育种,含义：,通过人为方法，使植物染色体数目成倍数改变，从而导致植物遗传特性的变异，育出新品种称倍性育种。,类型：,1,、多倍体育种,2,、单倍体育种,第一节 多倍体的来源及意义,自然界各物种的染色体数目是相对稳定的，体细胞为,2n,，性细胞为,n,。,n,有时正好为一个染色体组（即该物种的染色体基数,x,），有时却含有两个或两个以上的染色体组。,多倍体,（,polyploid,）：指植物体细胞中含有,2,个以上染色体组的生物体。,通过人工处理，选育细胞核中具有,2,个以上染色体组的优良品种的方法，称为,多倍体育种,。,多倍体的类别,1.,同源多倍体,（,autopolyploid,）：指多倍体的几个染色体组来源于同一物种。如,AAA-,同源三倍体；,AAAA-,同源四倍体,2.,异源多倍体,（,allopolyploid,）：指来自不同种属的染色体组成的多倍体。,AABB-,异源四倍体（又叫双二倍体），类似于二倍体的远缘复合物。,第一节 多倍体的来源及意义,第一节 多倍体的来源及意义,一、园艺植物中的多倍体现象,多倍体作为高等植物中存在的一种普遍现象，在园艺植物中广泛存在。,如香蕉、草莓、菊花、马铃薯等都是多倍体,。苹果、梨、葡萄、柑橘、大丽菊、郁金香、山茶、百合、报春花、鸢尾等植物类型中都存在相当多的多倍体种。,一、园艺植物中的多倍体现象,在,被子植物,中多倍体约占,30-35%,。但多倍体的分布很不规则。如景天科、,蔷薇科,、锦葵科、,禾本科,、鸢尾科内多倍体种特别多，而,葫芦科,内几乎完全没有多倍体种（自然状态下）。,另外，同一科内不同属间多倍体频率差异也较大。如杨柳科的柳属内倍性变异多，而杨属内很少见；石竹科的石竹属多倍体常见，而蝇子草属却少有。,一、园艺植物中的多倍体现象,有些属内有不同倍性系列的种。如蔷薇属月季、玫瑰（,2x,）；法国蔷薇某些种（,3x,）；香水玫瑰（,4x,）、欧洲野蔷薇（,5x,）、莫氏蔷薇（,6x,）、针刺蔷薇（,8x,）。,一、园艺植物中的多倍体现象,少数属内,种间,有不同染色体基数。如芸薹属黑芥,x=8,，甘蓝,x=9,，白菜,x=10,。还有个别属内种间染色体数及其复杂，很难确定其染色体基数，倍性变化也大。如鸢尾属（鸢尾：现代有髯鸢尾有三倍体、四倍体、五倍体、八倍体等）。,第一节 多倍体的来源及意义,二、多倍体的形成途径,（一）自然形成：,1,、同源多倍体,2,、异源多倍体,（二）,人工产生,秋水仙素处理,三、多倍体的特点,1.,巨大性：,一般表现在叶大；茎粗；花大，色浓；果实、种子、细胞、气孔、花粉都大。如三倍体、四倍体葡萄粒大；四倍体萝卜主根粗大。,三、多倍体的特点,2.,育性低：,一般,同源多倍体,结实率低。,原因：同源多倍体由于在减数分裂时，染色体间配对不正常，易出现多价体，致使多数配子含有不正常染色体数，因而表现出育性差，结实率低。园艺植物大多数同源多倍体为无性繁殖植物，育性差但不影响在生产中的应用。对于水果来说，无籽或少籽为优良性状。而,异源多倍体,，与远缘杂种相反，是高度可育的。来自父母本的染色体在减数分裂时自行配对，不出现多价体，表现为自交亲和，结实率较高。,三、多倍体的特点,如多花报春（,AA,）,轮花报春（,BB,）,2n=2x=18,2n=2x=18 F1,（,AB,）,染色体加倍,邱园报春（,AABB,）,三倍体经常高度不育（如三倍体的无籽西瓜；三倍体香蕉也表现无籽）。原因也是减数分裂不正常，不能形成正常的配子。,而三倍体的风信子（,2n=3x=24,）例外，它高度可育。,三、多倍体的特点,3.,代谢旺盛，,抗逆性强,多倍体新陈代谢旺盛，适应环境能力强。表现为抗病、抗旱、耐寒，分布广。如多倍体从赤道到极地都有分布；高山上多倍体多；在炎热夏季的稻田里常发现多倍体花粉粒。,4.,营养成分高,碳水化合物、蛋白质、维生素、植物碱等表现偏高。如四倍体番茄,Vc,含量比二倍体高一倍。四倍体紫罗兰、桂竹香芳香性强、蜜腺多。,三、多倍体的特点,5.,多倍体遗传特性：,遗传变异性大,总体来看，异源多倍体比同源多倍体稳定性好，但异源多倍体也因原来的二倍体不同有差异。如：异源多倍体大丽花，染色体组来源复杂，后代遗传变异性大。而异源四倍体的邱园报春的亲本比较纯，后代稳定。不同植物的多倍体表现不一样，并非倍性越大越好。,每个种其实都有其最适的染色体倍数,（可能是,2x,，,3x,，,4x,或,6x,等），这是多倍体育种中应注意的问题。,四、多倍体育种的意义与成就,（一）多倍体育种在理论和实践上的意义,1.,多倍体是物种飞跃式进化的重要形式；,2.,人工诱导多倍体是重要的育种手段；,3.,是克服远源杂交难交配性、杂种难稔性的重要手段。,四、多倍体育种的意义与成就,（二）多倍体育种的成就,1937,年，,A.F.Blakeslee,和,P.Avery,用秋水仙素诱变多倍体成功，标志着人工创造多倍体时代的开始。目前，世界上已经在,1000,多个植物种上获得了人工多倍体。其中包含大量的园艺植物。如：苹果、梨、李、葡萄、草莓、柑橘、菠萝、黄瓜、西瓜、甜瓜、番茄、豌豆、甘蓝、白菜、花椰菜、芹菜、萝卜、莴苣、金鱼草、石竹、福禄考、凤仙花、飞燕草、一串红、彩叶草、霞草、美女樱、樱草、百日草、桂香竹、罂粟、矮牵牛、紫罗兰、雏菊、麦杆菊、万寿菊、波斯菊、菊花、百合等。,H.Derman,（,1954,）用秋水仙素诱导的多倍体在欧洲葡萄,圆叶葡萄杂交中克服了杂种不育的障碍。日本的木原均等通过多年研究（,1939-1949,），育成了无籽西瓜。观赏植物中兰花、百合、金鱼草、萱草、荷花等均已取得了重要成绩。组织培养也是获得多倍体的一条有效途径。如秋水仙素处理越橘试管苗、黄花菜试管苗、苹果胚都获得了四倍体，草莓种子、茎尖组培中也获得了多倍体等。,四、多倍体育种的意义与成就,第二节：多倍体诱变,1.,物理方法温度骤变、机械创伤、辐射处理等都有可能诱发多倍体的产生。,2.,化学方法主要是利用秋水仙素诱导多倍体。,3.,生物方法：,有性杂交获得多倍体,组织培养获得多倍体,一、秋水仙素诱导多倍体,一、秋水仙素诱导多倍体,秋水仙素是从百合科植物秋水仙的器官和种子中提取出来的一种,剧毒,的植物碱。纯品为无色或淡黄色针状结晶，熔点,155,，有苦味，易溶于冷水、,酒精,、氯仿和甲醛。通常用水或酒精作溶媒。,一、秋水仙素诱导多倍体,（一）、秋水仙素诱导多倍体的原理,秋水仙素与正在分裂的细胞接触后，可抑制微管的聚合过程，不能形成纺锤丝，使染色体无法分向两极，从而产生染色体加倍的核。适宜浓度的秋水仙素溶液，能阻碍纺锤丝的形成，但对染色体结构无明显影响。处理的细胞在一定时间内可恢复正常，重新进行分裂。,（二）诱导方法,浸渍法：,可用溶液浸渍幼苗、新梢、插条、接穗、种子及球根类蔬菜、花卉等材料。为避免蒸发，宜加盖，避光。一般发芽种子处理数小时至,3d,或多至,10d,左右。秋水仙碱能阻碍根系的发育，,处理后要用清水洗净后再播种,。发芽,种子,的胚根，处理后往往受到抑制，发根较慢，为利于根的生长，可在药液中添加适当生长素。处理,插条、接穗,一般,1-2d,。处理,幼苗,时，为避免根系受害，可将盆钵架起来倒置，使茎端生长点浸入秋水仙碱溶液中。,（二）诱导方法,涂抹法,把秋水仙碱按一定浓度配成乳剂，涂抹在幼苗或枝条的顶端，处理部位要适当遮盖，以减少蒸发和避免雨水冲洗。,滴液法,对较大植株的顶芽、腋芽处理时可采用此法。常用的水溶液浓度为,0.1%0.4%,，每日滴一至数次，反复处理数日，使溶液透过表皮渗入组织内部。如溶液在上面停不住时，可将小片脱脂棉包裹幼芽，再滴加溶液，浸湿棉花。,（二）诱导方法,套罩法,保留新梢的顶芽，除去顶芽下面的几片叶，套上一个防水的胶囊，内盛有含,1%,秋水仙碱的,0.65%,的琼脂，经,24h,即可去掉胶囊。这种方法的优点是不需加甘油，可避免甘油引起药害。,毛细管法,将植株的顶芽、腋芽用脱脂棉或纱布包裹后，将脱脂棉与纱布的另一端浸在盛有秋水仙碱溶液的小瓶中，小瓶置于植株旁，利用毛细管吸水作用逐渐把芽浸透，此法一般多用于大植株上芽的处理。此外，还有,注射法、喷雾法,等。,（三）秋水仙诱导多倍体应注意的问题,注意诱变材料的选择,注意处理部位的选择：,处理的组织应该是,旺盛分裂的组织,。如萌动的种子、正膨大的芽、根尖、幼苗、嫩枝生长点、花蕾等。,注意药剂浓度和处理时间的选择：,果树、树木：,1-1.5%,；蔬菜、草本花卉：,0.01-0.2%,；在甘蓝、白菜、南瓜、萝卜上试验表明，在,0.01-0.2%,的范围内，随浓度增高，引变的百分率也显著提高。,一、秋水仙素诱导多倍体,（三）秋水仙诱导多倍体应注意的问题,注意被处理植物的生长条件处理后，用清水,冲洗,除去残留药物，并为植株生长提供良好的条件，便于植株恢复生长。外部条件中最重要的是温度，一般,25-30,。,注意安全！,二、有性杂交获得多倍体,1.,利用,2n,配子,2n,配子是亲本在形成配子的过程中染色体没有减半。基因突变、远缘杂交、极端环境都有可能造成这种现象。,2n,配子的发生在自然界广泛存在。如苹果、梨、草莓、葡萄自然状态下均有,2n,配子产生。,2n,（配子）与,n,（配子）结合产生,3n,个体（即三倍体），,2n,（配子）与,2n,（配子）结合产生,4n,个体（即四倍体）,二、有性杂交获得多倍体,2.,利用多倍体亲本可产生多倍性的配子,如同源四倍体可形成,n,，,2n,，,3n,或,4n,等配子（虽然概率极低）。,AAAA,（体细胞）,A,、,AA,、,AAA,、,AAAA,（配子）异源四倍体,AABB,（体细胞）,AB,（配子）但是，不同倍性的亲本间杂交成功的可能性与正反交、亲本花器结构等有关，所以要注意选择适宜的杂交组合。,三、组织培养法获得多倍体,在细胞、愈伤组织培养中常发现染色体倍性的变化，从中可以筛选和培养出多倍体植株。如石刁柏、胡萝卜的组织培养过程中很易形成多倍体。,胚乳培养,可以获得多倍体,体细胞杂交（或原生质体融合）可创造异源多倍体。,第三节：多倍体的选择、鉴定与利用,一、多倍体育种的亲本选择,1,、杂合性材料优于纯合性材料；,2,、选用染色体组数低的植物；,3,、选用异花授粉植物；,4,、选用染色体数量少的植物；,5,、选用种子虽少，但不降低利用价值的植物；,6,、能利用无性繁殖方法繁殖的植物。,二、多倍体的特征及其鉴定,鉴定技术,形态学比较,气孔鉴定,花粉粒鉴定,体细胞鉴定：梢端组织发生层鉴定,小孢子母细胞鉴定,染色体计数,(,详述如下,),二、多倍体的特征及其鉴定,1.,外部形态比较：,特点是直观、简便。,可将整体、叶片、茎、果、花、种子等进行比较。如,瓜类,多倍体表现：发芽和生长缓慢；子叶及叶片肥厚、色深、茸毛粗糙而较长；叶片较宽、较厚或有皱褶；茎较粗壮、节间变短；花冠明显增大，花色较深；果实变短、变粗、果肉增厚、果脐增大（甜瓜）；种子增大，嘴部变宽，但种仁饱满。,果树,多倍体一般茎变短、叶变厚，叶形指数变小；颜色变深，表面皱缩粗糙、生长缓慢；花、果变大，可育性低。根据形态特征可作出初步判断。,二、多倍体的特征及其鉴定,2.,气孔鉴定,多倍体的气孔较二倍体,大,，叶片单位面积上的气孔数量相对减,少,。这是一种较为可靠的鉴定方法。但是处理和对照必须在同一发育时期和同一外界条件下才可比较判断。,3.,花粉粒鉴定,与二倍体相比，多倍体花粉粒体积,大,，生活力,低,。有些多倍体甚至完全不育，如三倍体。但不同的植株类型及多倍体的不同倍数，其不孕的程度存在差别。如双二倍体就被产生它的杂种二倍体结实率高。,二、多倍体的特征及其鉴定,4.,梢端组织发生层细胞鉴定,用切片染色法比较组织发生层的三层细胞和细胞核的大小，多倍体的比二倍体的大。该方法的优点是可同时对组织发生层的三层细胞细胞进行鉴定，能说明变异体的结构特点。,二、多倍体的特征及其鉴定,5.,小孢子母细胞分裂的异常行为,三倍体或同源四倍体，小孢子母细胞在减数分裂中都有异常行为。表现为染色体配对不正常，有单价体和多价体，有落后染色体；染色体分离不规则，数目不均等；有多极分裂和微核小孢子数目和大小不一致等。,6.,染色体记数（直接鉴定法）,用植物的根尖细胞、茎尖细胞或花粉母细胞制片，在显微镜下直接观察染色体数目变化。,三、倍性材料的选择和利用,1,、经济性状表现优良，转入选种圃进行全面鉴定；,2,、不稳定的嵌合类型，进行分离同型化；,3,、保留不能直接成为品种的资源材料；,4,、作为中间材料，进入下一步育种过程。,第四节：单倍体育种,一、单倍体的类型和特点,二、获得单倍体的方法,三、单倍体在遗传育种中的应用,第四节：单倍体育种,一、单倍体的类型和特点,1.,单倍体,（,haploid,）的概念：只含有配子染色体组的生物体（或 被子植物的配子体世代）。,通常是未经受精的配子发育成的含有配子染色体数的个体。,单倍体育种：,通过花药、花粉培养获得单倍体，然后进行染色体加倍，经过选择、鉴定选育出新品种的途径。,一、单倍体的类型和特点,一、单倍体的类型和特点,2.,单倍体（,haploid,）的类型,来自二倍体植物（,2n=2x,）的单倍体细胞中只有一组染色体（,1x,），叫,一元单倍体,（,monohapolid,），简称一倍体（,monopolid,）。来自四倍体植物（,2n=4x,）的单倍体细胞中含有两组染色体（,2x,），叫,多元单倍体,（,polyhaploid,）多元单倍体又可以根据四倍体起源分为同源多元单倍体（,homopolyhaploid,）和异源多元单倍体（,allopolyhaploid,）。,3.,单倍体的特点,1,）,.,育性：一倍体和异源多元单倍体,中全部染色体在形态、结构和遗传内涵上彼此都有差别，在减数分裂时不能联会而形成可育配子。如油菜（,2n=20,）、黑芥（,2n=16,）以及由它们杂交形成的异源四倍体芥菜（,2n=36,）的单倍体植株生长都很瘦弱，不能形成配子，几乎完全不结籽。,从马铃薯、梨、白菜等的同源四倍体的类型中获得的单倍体，不需要加倍就可以形成正常配子和受精结实。,一、单倍体的类型和特点,1,）,.,育性：,2,）,.,遗传,（,一倍体,）,一倍体只有一个染色体组，不存在等位基因间的显隐性关系，所以所有的基因在发育中都能得到表达。单倍体经染色体加倍后，就成为基因完全纯合的、遗传上非常稳定的二倍体。,3,）,.,植株矮小，长势弱。,二、获得单倍体的方法,1.,远缘花粉刺激：,授以异种、属的远缘花粉，虽其不能与卵受精，但可刺激卵细胞开始分裂并发育成胚，进一步形成单倍体植株。,2.,延迟授粉：,去雄后延迟授粉也能提高单倍体的发生频率。,（孤雌生殖）,二、获得单倍体的方法,3.,辐射、化学药剂处理,等都可诱发孤雌生殖而产生单倍体。用二甲亚砜、萘乙酸、马来酰肼等可诱导孤雌生殖而产生单倍体。用辐射处理过的花粉进行授粉，受精过程虽受影响，但能刺激卵细胞分裂发育成单倍体的胚和植株。,二、获得单倍体的方法,4,、利用花药、花粉、子房胚珠离体培养：,利用花粉、花药,及未受粉的子房、胚珠进行离体培养，已成为,人工创造单倍体的重要途径。,三,.,单倍体植物在育种上的意义,1.,可加速遗传育种材料的纯合，缩短育种年限。,通常杂种材料必须经过,4-5,代以上的近交分离和人工选择，才能获得主要性状基本纯合的基因型。而获得单倍体后再进行人工加倍，只需一个世代就可以获得纯合二倍体，这就可以大大加速育种进程，缩短育种年限，节约人力、物力和土地资源等。,三,.,单倍体植物在育种上的意义,2.,提高选择效果：,单倍体植物，显隐性均可表现出来，可以一次选出符合要求的类型，通过染色体加倍，获得纯合体。,三,.,单倍体植物在育种上的意义,3.,单倍体育种与其他方法育种结合：,（,1,）与诱变育种相结合，可以使隐性突变在当代花粉植株上显现出来，便于选择；（,2,）与远缘杂交相结合，可以解决远缘杂种不结实的问题。即把远缘杂种产生的少数有活力的花粉培养成单倍体植株，再通过染色体加倍培育成可育的远缘杂种。（,3,）单倍体技术与生物工程技术相结合，对育种学及遗传基础研究都有很重要的意义。,四、单倍体育种过程,（,1,）单倍体材料的采集,单倍体育种的首要问题是如何获得大量的单倍体植株。据现有的研究材料，用,花药培养,产生单倍体植株有两个途径,:,第一是在离体培养的花药中，花粉经过类似胚胎发育的过程直接形成单倍体植物，如烟草、曼陀罗等。,第二是在离体培养的花药中，花粉形成愈伤组织，再从愈伤组织分化出单倍体植株。,（,2,）花药的接种,接种和培养花药是在无菌条件下进行的，所用的一切用具必须彻底灭菌。,花粉发育时期的鉴定,适宜的花粉发育时期对于提高花粉诱导愈伤组织分化的频率是很重要的，为此，进行花药培养前，要用显微镜进行花粉发育时期的鉴定。,经显微镜检查后，把花粉细胞的发育时期与花药或花序的外部形态联系起来，找出花粉,单核期或单核靠边期,的花蕾或花序的外部形态标志选取花药进行接种培养。,（,3,）从愈伤组织分化成苗,诱导愈伤组织分化出根、茎、叶的方法是在愈伤组织长到,1-3,毫米大小（如小米大）时，即可转移到诱导分化培养基上，促使分化长出植株。一般说来，愈伤组织如果先形成芽，随后根自然会发生，如果先有根，以后不一定会出芽。因此，掌握芽分化的条件是十分重要的。,（,3,）从愈伤组织分化成苗,愈伤组织转移培养工作是在无菌室或接种箱内进行的，转移后愈伤组织培养在,23-28,恒温室内，每日光照,9-11,小时，可用日光灯作辅助光，光强度在,2000,勒克斯以上。,在转移愈伤组织时，应注意其极性，原来向上的一但转移后的一但转移后仍应向上，否则会影响生长，同时在转移时，就避免沾带过多的培养基。,（,4,）染色体加倍,单倍体在生产上不能直接利用，必须经过染色体加倍。,处理方式：,秋水仙素,处理。,可在试管内进行；也可在花粉植株定植后进行；,药剂处理；,植株鉴定。,（,5,）新品种的选择与鉴定,单倍体育种程序：,材料采集,接种培养 诱导愈伤组织 获得再生植株 染色体加倍 幼苗培育和品种选择,第五节：三倍体无子西瓜的选育,一、三倍体无子西瓜品种选育,四倍体,二倍体三倍体,1,、,四倍体亲本选育,普通西瓜为二倍体（,2n=2x=22,）,人工加倍成为四倍体（,2n=4x=44,）,（,1,）、染色体加倍处理,1,）、浸种法,2,）、胚芽浸渍法,3,）、生长点点涂法,（,2,）、鉴定：,1,）、形态鉴定,2,）、染色体镜检,（,3,）、选择：,选育出单瓜,100,200,粒的高产籽系统，生产繁殖四倍体种子。,2,、,三倍体杂交种的选配：,组配,以四倍体为母本，以另一二倍体为父本杂交，选出优良组合，即可配制,F1,优点：,1,）多倍体无籽；,2,）利用杂种优势,二、三倍体无籽西瓜杂交制种,1,、选地与隔离：,2,、播种育苗：,3,、移栽与密度：,4,、严格去杂，及时去雄：,5,、人工辅助授粉：,6,、采收留种。,三、三倍体无子西瓜栽培,1,、种子处理：浸种、磕种、除帽,2,、配授粉品种：二倍体，提供花粉刺激,（不同皮色）,3,、人工授粉：,4,、采瓜。,Thank you very much for your attention!,