多倍体和单倍体育种公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

C&C多倍体与单倍体育种第三篇第三篇 新品种哺育技术新品种哺育技术第1页第1页C&C枣多倍体无籽葡萄 西柚：葡萄柚（无核）美国多倍体大花萱草四倍体巨型草莓多倍体紫芦笋碧桃：桃多倍体多倍体扇贝、牡蛎第2页第2页C&C本节主要内容：1.多倍体育种2.单倍体育种本节关键问题：多倍体形成原理与办法第3页第3页C&C知识回顾染色质（Chromatin）是指细胞分裂间期遗传物质存在形式。染色体（Chromosome）是指细胞有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质聚成棒状结构。染色质（Chromatin）和染色体（Chromosome）是同一物质在不同细胞周期中不同形态表现。人类染色体第4页第4页C&C几种基本概念几种基本概念1.1.染色体组染色体组（ChromosomeChromosomeset/Genomeset/Genome）生物体配子所有染色体称为一生物体配子所有染色体称为一个染色体组。同一物种染色体个染色体组。同一物种染色体数目是相对稳定。配子染色体数目是相对稳定。配子染色体为单倍体（为单倍体（HaploidHaploid），用），用n n表示表示，称为一个染色体组。体细胞为，称为一个染色体组。体细胞为二倍体（二倍体（DiploidDiploid）以）以2n2n表示。表示。多数生物体是二倍体：体细胞中染色体是两两成正确。例如，果蝇有蝇有4 4对共对共8 8条染色体条染色体(如图如图)，这，这4 4对染色体能够分成对染色体能够分成两组两组，每一，每一组中包括组中包括3 3条常染色体和条常染色体和1 1条性条性染色体染色体。第5页第5页C&C2.整倍体（euploid）体细胞内含有完整染色体组类型为整倍体。以小麦属为例。多个种配子染色体数（n）都是以7个染色体为基数改变。普通小麦n=21，2n=42是7六倍3.非整倍体（aneuploid）体细胞内染色体数目不是染色体组完整倍数称为非整倍体。多或少一个以至若干个染色体。第6页第6页C&C4.染色体变异染色体变异可表达在染色体数目和结构两个方面。染色体数目能以个体或以染色体组为单位增长或减少。染色体组数量改变：成倍性增减。个体改变：一个细胞中染色体数和正常二倍体染色体数相比，出现了不规则增多或减少，即为非整倍体畸变。第7页第7页C&C5.染色体工程按照一定设计，有计划地消减、添加或代换同种或异种染色体，从而达到定向改变遗传性和选育新品种目的技术。广义上讲它还应包括染色体内部部分遗传操作技术，因此也称为染色体操作。第8页第8页C&C第一部分 多倍体第9页第9页C&C一一 定义定义多倍体多倍体（polyploidpolyploid）：是指个体细胞中含有超出正常染色）：是指个体细胞中含有超出正常染色体组数个体。是由体组数个体。是由WinklerWinkler于于19161916首先使用。首先使用。同源多倍体同源多倍体（autopolyploidautopolyploid）：多倍体染色体来自于同）：多倍体染色体来自于同一物种或在原有染色组基础上加倍而成。一物种或在原有染色组基础上加倍而成。异源多倍体异源多倍体（allopolyploidallopolyploid）：多倍体染色体来自于不）：多倍体染色体来自于不同一物种。自然界中存在多倍体大多是异源多倍体。同一物种。自然界中存在多倍体大多是异源多倍体。常见多倍体有三、四、五、六和八倍体。在被子植物中，常见多倍体有三、四、五、六和八倍体。在被子植物中，至少有至少有1/31/3物种是多倍体。比如，普通小麦、棉花、烟草物种是多倍体。比如，普通小麦、棉花、烟草、苹果、梨、菊、水仙等都是多倍体、苹果、梨、菊、水仙等都是多倍体 。马铃薯是四倍体马铃薯是四倍体 ，普通小麦是六倍体普通小麦是六倍体 。第10页第10页C&C二二 特点特点（1 1）形态上）形态上巨大性巨大性（2 2）优良性状）优良性状：光合效率提升、：光合效率提升、生长速度快、营养成份提生长速度快、营养成份提升升等。等。（3 3）抗病能力强：）抗病能力强：在对逆境耐抗性方面会得到增强。在对逆境耐抗性方面会得到增强。比如：比如：三倍体桑树：表现为体细胞较大、叶肉厚、叶色深、叶质较好、三倍体桑树：表现为体细胞较大、叶肉厚、叶色深、叶质较好、抗寒性增强。抗寒性增强。花卉：三倍体花器官增大、色彩更鲜艳，同时还能使花期延迟，花卉：三倍体花器官增大、色彩更鲜艳，同时还能使花期延迟，大大提升了花卉欣赏价值和商业价值。大大提升了花卉欣赏价值和商业价值。三倍体鲍鱼：含有高度不育性，因而使体细胞生长方面能量相三倍体鲍鱼：含有高度不育性，因而使体细胞生长方面能量相对增长，增强了鲍鱼抗逆性和抗病能力，提升了生长速度。对增长，增强了鲍鱼抗逆性和抗病能力，提升了生长速度。另外，还能够延长鱼类寿命、控制过度繁殖。另外，还能够延长鱼类寿命、控制过度繁殖。第11页第11页C&C问题问题1 1：为何多倍体高度不育呢？：为何多倍体高度不育呢？联会(synapsis)同源染色体配对称为联会，是在减数分裂偶线期两条同源染色体侧面紧密相帖并进行配正确现象。形成一个四分体。第12页第12页C&C以有以有3 3个染色体三倍体为例，个染色体三倍体为例，3n(n=3)3n(n=3)在同源染色体联会时也许有四种取向排列方式：在同源染色体联会时也许有四种取向排列方式：四种中只有四种中只有A形成形成配子含有完整染配子含有完整染色组单倍体或者色组单倍体或者二倍体完整染色体二倍体完整染色体配子。占配子。占25%。其余其余3种组合所形种组合所形成成配子都是非整倍体染色体配子，这种配子因为剂量不同，普通不成活。第13页第13页C&C普通形成正常配子几率是（普通形成正常配子几率是（1/2）n-1，这里这里n是一个染色体组中染色体个数。假如是是一个染色体组中染色体个数。假如是6对对以上染色体，三倍体几乎所有不育。以上染色体，三倍体几乎所有不育。减数分裂时同源染色体联会时发生紊乱，减数分裂时同源染色体联会时发生紊乱，很难很难将完整一套染色体分派到一个配子中去。将完整一套染色体分派到一个配子中去。即即：很难形成含有完整一套染色体组配子。绝：很难形成含有完整一套染色体组配子。绝大多数配子中染色体数目不正常。大多数配子中染色体数目不正常。香蕉是三倍体香蕉是三倍体，由于染色体配对发生紊乱，由于染色体配对发生紊乱，从而不能正常地进行减数分裂，不能产生种子，从而不能正常地进行减数分裂，不能产生种子，只能通过只能通过无性繁殖无性繁殖繁衍后代。老式无性繁殖繁衍后代。老式无性繁殖往往通过往往通过地下球茎地下球茎中不定芽哺育成苗。中不定芽哺育成苗。第14页第14页C&C问题问题2：三：三倍体高度不育有什么好处呢？倍体高度不育有什么好处呢？食用以便：食用以便：三倍体西瓜由于很少产生有功效生殖细三倍体西瓜由于很少产生有功效生殖细胞，因此没有种子，胞，因此没有种子，无籽西瓜。无籽西瓜。食用以便，且含糖量高食用以便，且含糖量高。利用是三倍体高度不育性：。利用是三倍体高度不育性：生物安全：生物安全：能够户外人工种植或养殖，与正常品种一起。能够户外人工种植或养殖，与正常品种一起。其它优良性状其它优良性状：巨大、花期长等。三倍体杜鹃花由于：巨大、花期长等。三倍体杜鹃花由于不育，因此开花时间尤其长。不育，因此开花时间尤其长。抗逆、生长快、寿命长抗逆、生长快、寿命长等。等。第15页第15页C&C植物多倍表达象普遍植物多倍表达象普遍，多为，多为异源多倍体异源多倍体。Grant(1971)Grant(1971)预计，多倍体频率：预计，多倍体频率：被子植物中占被子植物中占4747，其中双子叶植物占，其中双子叶植物占4343，单子叶植，单子叶植物占物占5757，禾本科植物大约有，禾本科植物大约有2/32/3是多倍体。是多倍体。在裸子植物中占在裸子植物中占3838，在松柏科植物中仅占，在松柏科植物中仅占1.51.5，在，在蕨类植物中占蕨类植物中占9595。动物多倍体少动物多倍体少，并多为，并多为同源多倍体同源多倍体。比如：。比如：甲壳类中一个丰年鱼为四倍体；甲壳类中一个丰年鱼为四倍体；线形动物中马蛔虫为同源四倍体线形动物中马蛔虫为同源四倍体(4n=4)(4n=4)；昆虫（孤雌生殖）：双翅目毛蠓科有三倍体毛蠓；膜昆虫（孤雌生殖）：双翅目毛蠓科有三倍体毛蠓；膜翅目的叶蜂科有四倍体雌蜂。翅目的叶蜂科有四倍体雌蜂。第16页第16页C&C问题问题3 3：为何动物多倍体比植物少？：为何动物多倍体比植物少？植物：植物：（1 1）大多数植物是）大多数植物是雌雄同体或雌雄同花雌雄同体或雌雄同花，它们精原，它们精原细胞和卵原细胞也许同时发生不正常减数分裂，使配细胞和卵原细胞也许同时发生不正常减数分裂，使配子中染色体数目不减半，这种配子通过自体受精而自然子中染色体数目不减半，这种配子通过自体受精而自然形成了多倍体。形成了多倍体。（2 2）植物繁殖比较容易，假如多倍体植物不能形成种）植物繁殖比较容易，假如多倍体植物不能形成种子，它还能依托子，它还能依托营养器官无性繁殖营养器官无性繁殖来产生后代，因此来产生后代，因此在生物进化过程中，植物多倍体有也许被保留下来。在生物进化过程中，植物多倍体有也许被保留下来。动物：动物：（1 1）高等动物远源杂交能力很弱，这样难以形成杂种）高等动物远源杂交能力很弱，这样难以形成杂种个体。个体。（2 2）多倍体动物高度不育，）多倍体动物高度不育，染色体异常通常会造成胚胎染色体异常通常会造成胚胎死亡死亡，因此很难得到多倍体子代个体。，因此很难得到多倍体子代个体。第17页第17页C&C三三 多倍体产生原理与诱导办法多倍体产生原理与诱导办法第18页第18页C&C1.1.植物多倍体植物多倍体（1）产生原理产生原理主要是体细胞在有丝分裂过程中，染色体完毕主要是体细胞在有丝分裂过程中，染色体完毕了了复制复制，但是细胞受到外界环境条件，但是细胞受到外界环境条件(如温度骤变如温度骤变)或生物内部原因干或生物内部原因干扰，扰，纺锤体形成受到破坏纺锤体形成受到破坏，以致染色体不能被拉向两极，以致染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是就形成成两个子细胞，于是就形成染色体数目加倍染色体数目加倍细细胞。胞。第19页第19页C&C（2 2）诱导办法诱导办法A A 化学办法化学办法细胞松弛素细胞松弛素B B：能克制肌动蛋白聚合成微丝，从而克制细：能克制肌动蛋白聚合成微丝，从而克制细胞分裂。胞分裂。秋水仙素秋水仙素：分子式为：分子式为C C2222H H2525O O6 612H12H2 2O O，是从一个百合科秋水，是从一个百合科秋水仙属植物器官中提取一个仙属植物器官中提取一个生物碱生物碱。能特异性地与细胞中。能特异性地与细胞中微管蛋白质分子结合，从而使正在分裂细胞中微管蛋白质分子结合，从而使正在分裂细胞中纺锤纺锤丝合成受阻丝合成受阻，造成复制后染色体，造成复制后染色体无法向细胞两极移动无法向细胞两极移动，最后形成染色体加倍核。细胞能够在药剂清除后最后形成染色体加倍核。细胞能够在药剂清除后恢复恢复正正常分裂。常分裂。第20页第20页C&C秋水仙素秋水仙素处理办法处理办法处理处理部位部位：只有处理正在分裂细胞才干取得多：只有处理正在分裂细胞才干取得多倍体。通常以植物倍体。通常以植物茎端分生组织或发育期幼胚茎端分生组织或发育期幼胚为材料。为材料。处理处理方式方式：秋水仙素普通用水溶液，选择下列处：秋水仙素普通用水溶液，选择下列处理理办法办法：浸渍法、涂抹法、棉花球滴渍法、喷雾浸渍法、涂抹法、棉花球滴渍法、喷雾法、注射法、药剂培养基法法、注射法、药剂培养基法等。等。第21页第21页C&C药剂浓度：不同植物对秋水仙素敏感性不同。实践证实，秋水仙素有效浓度一般在0.01-0.4%，以0.2%左右浓度最为常用。处理时间：一般不少于二十四小时。浓度高时处理时间可对应短些。处理温度：普通在处理温度：普通在18-25之间。之间。第22页第22页C&CB B 生物办法生物办法 生物学办法主要指体细胞杂交，利用染色体加倍个体与生物学办法主要指体细胞杂交，利用染色体加倍个体与未加倍个体杂交繁殖多倍体后代，经常与化学与物理办法结未加倍个体杂交繁殖多倍体后代，经常与化学与物理办法结合使用。合使用。异源多倍体一个代表性例子是人工哺育异源多倍体一个代表性例子是人工哺育小黑麦小黑麦，它是，它是由小麦（由小麦（6 6（6n=426n=42，AABBDDAABBDD）和黑麦（）和黑麦（2 2（2n=142n=14，RRRR）杂）杂交而成。普通小麦染色组是交而成。普通小麦染色组是ABDABD，黑麦染色体组是，黑麦染色体组是R R，最后，最后取得杂种染色体组是取得杂种染色体组是ABDRABDR。异源多倍体（异源多倍体（21+721+7）子一代不育，但只要将它染色体）子一代不育，但只要将它染色体加倍加倍(42+14)(42+14)，这样就能顺利地进行减数分裂而形成正常雌，这样就能顺利地进行减数分裂而形成正常雌雄配子，变为正常可育。哺育出八倍体小黑麦含有许多新雄配子，变为正常可育。哺育出八倍体小黑麦含有许多新特点，形态上像小麦，但穗子、籽粒明显不小于小麦，同特点，形态上像小麦，但穗子、籽粒明显不小于小麦，同时能抗严寒、干旱、贫瘠等不良条件，在高寒地域和盐碱时能抗严寒、干旱、贫瘠等不良条件，在高寒地域和盐碱地域含有普通小麦不含有优势，并且增产效果较明显，营地域含有普通小麦不含有优势，并且增产效果较明显，营养价值（如蛋白质）也有了较大改进。养价值（如蛋白质）也有了较大改进。第23页第23页C&C2 动物多倍体动物多倍体（1）产生原理产生原理：染色体加倍能够：染色体加倍能够通过保留受精卵第二极体即通过保留受精卵第二极体即克制卵子克制卵子第二次成熟分裂第二次成熟分裂或或克制受精卵第克制受精卵第一次卵裂一次卵裂来实现。来实现。鱼类精子入卵时期是鱼类精子入卵时期是第二第二次减数分裂中期次减数分裂中期，刺激卵，刺激卵子继续完毕第二次分裂。卵子继续完毕第二次分裂。卵中原有二组染色体中中原有二组染色体中一组一组作为第二极体作为第二极体排出受精卵成排出受精卵成为正常二倍体。假如在精为正常二倍体。假如在精子入卵时第二极体不能正常子入卵时第二极体不能正常排出，则精卵原核结合成为排出，则精卵原核结合成为三倍体受精卵三倍体受精卵。假如卵子受精后，照常排出假如卵子受精后，照常排出第二极体形成第二极体形成单倍体卵单倍体卵，单，单倍卵原核与倍卵原核与单倍精原核单倍精原核结合就形成二倍受精卵，结合就形成二倍受精卵，这时再这时再克制受精卵第一次克制受精卵第一次卵裂卵裂，则产生，则产生四倍体四倍体。第24页第24页C&C（2 2）诱导办法）诱导办法A 物理办法物理办法机制主要是通过破坏微管形成，使由微管蛋白聚合成微机制主要是通过破坏微管形成，使由微管蛋白聚合成微管解体或制止微管聚合过程，使染色体失去移动动力，管解体或制止微管聚合过程，使染色体失去移动动力，人为克制染色体向两极移动，形成多倍体细胞。人为克制染色体向两极移动，形成多倍体细胞。第25页第25页C&C（1 1）温度休克法）温度休克法：即用略高于或略低于致死温度冷或热：即用略高于或略低于致死温度冷或热休克来诱导三倍体休克来诱导三倍体(克制第二极体排放克制第二极体排放)或四倍体或四倍体(克制第一克制第一次卵裂次卵裂)办法。依据处理温度高下分为热休克法和冷休办法。依据处理温度高下分为热休克法和冷休克法。普通冷水性鱼类如蛙科鱼类，宜用热休克，温度范围克法。普通冷水性鱼类如蛙科鱼类，宜用热休克，温度范围为为28-36;28-36;温水性鱼类宜用冷休克，温度范围为温水性鱼类宜用冷休克，温度范围为00左左右。右。通过温度调控技术诱导多倍体是物理办法中简便而效果佳通过温度调控技术诱导多倍体是物理办法中简便而效果佳办法之一。办法之一。第26页第26页C&C（2）水静压法水静压法：采用较高水静压（如：采用较高水静压（如65kg/cm2）可克制）可克制卵母细胞第二极体释放或卵母细胞第二极体释放或者克制第一次卵裂诱导产生多倍者克制第一次卵裂诱导产生多倍体办法。体办法。静水压处理破坏了有丝分裂器中静水压处理破坏了有丝分裂器中纺锤丝即纺锤体和星体纺锤丝即纺锤体和星体，从而暂时阻断了有丝分裂进程。从而暂时阻断了有丝分裂进程。该方法易于掌握，处理程序易于标准化，诱导率较高。但需专门设备如水压机等，同时样品室容量有限，不宜大规模生产。另外，静水压处理还使染色体发生了不同程度凝缩，造成染色体在以后发育过程中展现不同改变。静水压处理不妥还可能使受精卵结构发生一些物理和化学改变，得到子代不可避免地产生轻微染色体畸变造成发育受阻。因为上述原因加上处理时对设备要求生产中应用较少。第27页第27页C&CB B 化学法化学法细胞松弛素诱导法细胞松弛素诱导法：细胞松弛素：细胞松弛素B(CB)B(CB)造成极体保留是造成极体保留是通过制止卵子微丝环收缩和极体分离来实现。通过制止卵子微丝环收缩和极体分离来实现。CBCB处理比其它物理办法如温度、水压等能更有效地诱导三处理比其它物理办法如温度、水压等能更有效地诱导三倍体形成。倍体形成。6-6-甲氨基嘌呤诱导法甲氨基嘌呤诱导法：6DMAP 6DMAP 是一个蛋白激素酶克制是一个蛋白激素酶克制剂。当剂。当6DMAP 6DMAP 与微管蛋白二聚体结合以后对微管正常与微管蛋白二聚体结合以后对微管正常结构和功效起到了抗有丝分裂作用，因此能够产生结构和功效起到了抗有丝分裂作用，因此能够产生三倍体。除了有效克制受精卵染色体分离和原核三倍体。除了有效克制受精卵染色体分离和原核移动，移动，6DMAP6DMAP会造成染色质分散从而使极体排放受阻诱会造成染色质分散从而使极体排放受阻诱导出三倍体。导出三倍体。C C 生物法生物法瑞齐（瑞齐（RaschRasch）等于）等于19651965首先证实了三倍体脊椎动物可通首先证实了三倍体脊椎动物可通过四倍体个体与二倍体个体杂交产生。过四倍体个体与二倍体个体杂交产生。第28页第28页C&C四四 多倍体倍性鉴定多倍体倍性鉴定人工诱导不能百分之百地成功诱导出多倍体，处理过群人工诱导不能百分之百地成功诱导出多倍体，处理过群体也许是由多倍体、二倍体甚至是多倍体与二倍体构成体也许是由多倍体、二倍体甚至是多倍体与二倍体构成嵌合体等嵌合体等混合群体混合群体，因此需要鉴定染色体倍性，从中筛，因此需要鉴定染色体倍性，从中筛选出需要多倍体。选出需要多倍体。惯用多倍体倍性鉴定鉴定办法有用惯用多倍体倍性鉴定鉴定办法有用间接法间接法（如核体积测（如核体积测量、形态学检查等）和量、形态学检查等）和直接法直接法（如染色体计数以及（如染色体计数以及DNADNA含含量测定等）两类。量测定等）两类。（1 1）核体积测量法）核体积测量法：普通而言，细胞核大小与染色体数：普通而言，细胞核大小与染色体数目成百分比，为了维持恒定核质百分比，伴随细胞核增大目成百分比，为了维持恒定核质百分比，伴随细胞核增大，细胞大小也按百分比增长。因此，细胞大小也按百分比增长。因此多倍体细胞及细胞核通常多倍体细胞及细胞核通常要比二倍体大一些要比二倍体大一些。因此，通过体细胞核体积测定能够。因此，通过体细胞核体积测定能够鉴定染色体倍性。缺点是比较费时、准确性不高。鉴定染色体倍性。缺点是比较费时、准确性不高。第29页第29页C&C（2 2）染色体计数法：）染色体计数法：将细胞固定制片、染色后观测染色将细胞固定制片、染色后观测染色体个数。由于染色体制片技术比较成熟，因此该办法仍体个数。由于染色体制片技术比较成熟，因此该办法仍是当前鉴定多倍体倍性一个直观、准确办法，缺点是当前鉴定多倍体倍性一个直观、准确办法，缺点是比较费时。是比较费时。（3 3）DNADNA含量测定：含量测定：细胞细胞DNADNA含量测定是倍性鉴定另一含量测定是倍性鉴定另一个比较有效直接鉴定办法。能够测定单个细胞个比较有效直接鉴定办法。能够测定单个细胞DNADNA含含量，再依据细胞量，再依据细胞DNADNA比较来推断出细胞倍性。假如发觉比较来推断出细胞倍性。假如发觉杂种杂种DNADNA含量是其亲本一倍半，就能够拟定这些杂种含量是其亲本一倍半，就能够拟定这些杂种是三倍体。是三倍体。DNADNA含量测定法快速准确，能测出嵌合体，但含量测定法快速准确，能测出嵌合体，但是缺点是需要专门仪器。是缺点是需要专门仪器。第30页第30页C&C五五 三倍体哺育应用举例三倍体哺育应用举例举例举例1：三：三倍体西瓜哺育倍体西瓜哺育同源多倍体代表性例子同源多倍体代表性例子 无籽西瓜果实由于没有籽、品质好、食用以便、高产抗病、耐贮运等长处而深受欢迎。第31页第31页C&C原理原理普通西瓜为二倍体植物，即体内有普通西瓜为二倍体植物，即体内有2组染色体（组染色体（2n22）。）。三倍体（三倍体（3n=33）减数分）减数分裂联会时期会发生紊乱，因此它本身是高度裂联会时期会发生紊乱，因此它本身是高度不育，普通没有种子。不育，普通没有种子。如用秋水仙素如用秋水仙素(一个植物碱一个植物碱)处理二倍体西瓜种子或幼处理二倍体西瓜种子或幼苗，使其在苗，使其在细胞分裂中期，阻碍纺锤丝和初生壁生成，使已经复制染色细胞分裂中期，阻碍纺锤丝和初生壁生成，使已经复制染色体组不能分向两极，并在中间形成次生壁。结果就形成了染色体组体组不能分向两极，并在中间形成次生壁。结果就形成了染色体组加倍细胞，使普通二倍体西瓜染色体组加倍而得到四倍体西瓜植加倍细胞，使普通二倍体西瓜染色体组加倍而得到四倍体西瓜植株。株。然后与二倍体西瓜植株然后与二倍体西瓜植株 (作为父本作为父本)杂交，从而得到三倍体种子。三杂交，从而得到三倍体种子。三倍体种子发育成三倍体植株，由于减数过程中，同源染色体倍体种子发育成三倍体植株，由于减数过程中，同源染色体联会紊乱，不能形成正常生殖细胞。联会紊乱，不能形成正常生殖细胞。再用普通西瓜二倍体成熟花粉刺激三倍体植株花子房而成为三再用普通西瓜二倍体成熟花粉刺激三倍体植株花子房而成为三倍体果实，因其胚珠不能发育成种子，因而称为三倍体无籽西瓜。倍体果实，因其胚珠不能发育成种子，因而称为三倍体无籽西瓜。第32页第32页C&C原理子房发育结果实，胚珠发育为种子。在子房发育成为果实过程中，需要一定量生长素。生长素在植物体内合成部位是叶原基、嫩叶和发育中种子。在二倍体西瓜花粉中，除含有少许生长素外，同样也含有使色氨酸转变成生长素（吲哚乙酸）酶系。三倍体无籽西瓜由于不形成种子，所以缺乏由幼嫩种子产生生长素，所以要刺激子房发育结果实，就要授以成熟花粉。把三倍体和二倍体相间种植，以确保有足够二倍体植株花粉传到三倍体植株雌花上去，提供生长素。第33页第33页C&C环节（1）四倍体母本取得：用 0.20.4秋水仙素液体将二倍体普通西瓜种子浸泡12二十四小时，或在天天下午67点钟用0.22-0.44秋水仙素液体滴在其幼苗茎尖生长点上，连续进行四天。令二倍体西瓜植株细胞染色体成为 4倍体（4n44），这种4倍体西瓜能正常开花结果，种子能正常萌发成长。第34页第34页C&C（2）处理后种子或幼苗，要用清水洗洁净。处理后种子或幼苗，要用清水洗洁净。处理及缓苗期间，应将植株置于散光下，以免日处理及缓苗期间，应将植株置于散光下，以免日光直接照射，致使秋水仙素分解破坏。同时亦切光直接照射，致使秋水仙素分解破坏。同时亦切忌高温，由于在高温情况下，秋水仙素对植物忌高温，由于在高温情况下，秋水仙素对植物毒性增强，容易造成死苗。因此，在成活前应给毒性增强，容易造成死苗。因此，在成活前应给予良好栽培条件和精心管理。予良好栽培条件和精心管理。第35页第35页C&C（3）多倍体鉴定：多倍体鉴定：用秋水仙素溶液处理后，应注意观测多倍体植用秋水仙素溶液处理后，应注意观测多倍体植株。若形成多倍体，它萌芽肥厚度明显增长，株。若形成多倍体，它萌芽肥厚度明显增长，幼根尖端发生膨大现象；幼根尖端发生膨大现象；考察植株体型，多倍体含有体型较大特点考察植株体型，多倍体含有体型较大特点。如叶片较大，根茎变粗，花、果实、种子都较。如叶片较大，根茎变粗，花、果实、种子都较大，茎叶组织比较粗糙，颜色深绿，有时有皱缩大，茎叶组织比较粗糙，颜色深绿，有时有皱缩现象；现象；四倍体叶面气孔较大，单位面积气孔数目相四倍体叶面气孔较大，单位面积气孔数目相对减少，花粉粒较二倍体花粉粒大一倍以上；对减少，花粉粒较二倍体花粉粒大一倍以上；为了鉴定准确起见，尚须直接在显微镜下检为了鉴定准确起见，尚须直接在显微镜下检查染色体数目是否已经加倍查染色体数目是否已经加倍(普通二倍体西瓜普通二倍体西瓜2n=22，四倍体西瓜，四倍体西瓜4n=44)。第36页第36页C&C（4）三倍体西瓜制种三倍体西瓜制种：用四倍体西瓜作母本，：用四倍体西瓜作母本，授以二倍体花粉粒，结出三倍体西瓜种子授以二倍体花粉粒，结出三倍体西瓜种子(存存在于四倍体子房发育成西瓜中在于四倍体子房发育成西瓜中)。小面积制种，按照西瓜开花习性，在天天下午按小面积制种，按照西瓜开花习性，在天天下午按时套袋时套袋(预防自由传粉预防自由传粉)。第二天早晨进行人工。第二天早晨进行人工授授粉，同时挂上标识。大面积制种时则需要分区隔粉，同时挂上标识。大面积制种时则需要分区隔离，按一定百分比培植四倍体母本和二倍体父本离，按一定百分比培植四倍体母本和二倍体父本植株，且要及时为母本去雄使四倍体植株接受二植株，且要及时为母本去雄使四倍体植株接受二倍体父本植株花粉，以产生三倍体种子备用。倍体父本植株花粉，以产生三倍体种子备用。第37页第37页C&C（5）在第二年，将三倍体种子与二倍体种子间在第二年，将三倍体种子与二倍体种子间种，自然或用人工办法，让二倍体花粉刺激三种，自然或用人工办法，让二倍体花粉刺激三倍体植株子房发育成西瓜，即成三倍体无籽西倍体植株子房发育成西瓜，即成三倍体无籽西瓜。瓜。在大田生产中三倍体种子也能够不与二倍体种子在大田生产中三倍体种子也能够不与二倍体种子间种，而是只种三倍体种子。在其植株开花期间间种，而是只种三倍体种子。在其植株开花期间，用低浓度，用低浓度2.4-D(2-4-二氯苯氧乙酸二氯苯氧乙酸)喷洒在花喷洒在花蕾上，使子房发育成无籽西瓜果实。蕾上，使子房发育成无籽西瓜果实。第38页第38页C&C第一年得到西瓜应是第一年得到西瓜应是四倍体西瓜四倍体西瓜，其中，其中种子种子是三倍体是三倍体。确切地说，该种子胚是三倍体。确切地说，该种子胚是三倍体，而种皮则是四倍体，而种皮则是四倍体(该种皮由四倍体珠被该种皮由四倍体珠被发发育而成育而成)。第二年得到西瓜才是三倍体西瓜，其内无籽确第二年得到西瓜才是三倍体西瓜，其内无籽确切地说是只有种皮切地说是只有种皮(三倍体胚珠发育而成三倍体胚珠发育而成)而无而无胚胚(授粉不受精，不能形成受精卵，授粉不受精，不能形成受精卵，因而无胚）。因而无胚）。第39页第39页C&C第二部分 单倍体第40页第40页C&C一一 定义定义单倍体：细胞中含有正常体细胞二分之一染色体数，即含有配子染色体数目的个体。思考题思考题4 4：单倍体是不是就是一倍体？：单倍体是不是就是一倍体？水稻是二倍体水稻是二倍体,其单倍体是一倍体其单倍体是一倍体(n=x=12)(n=x=12)普通烟草是异源四倍体，单倍体是二倍体（普通烟草是异源四倍体，单倍体是二倍体（n=2x=Ts=24n=2x=Ts=24）普通小麦是异源六倍体，单倍体是普通小麦是异源六倍体，单倍体是三倍体三倍体（n=3x=ABD=21n=3x=ABD=21）第41页第41页C&C二二 特点特点二倍体杂合植物两套染色体：二倍体杂合植物两套染色体：显性基因显性基因（dominant gene）：控制显）：控制显性性状发育基因。性性状发育基因。在二倍体生物中，杂合状态下能在表型中得到表现基因。在二倍体生物中，杂合状态下能在表型中得到表现基因。隐性基因隐性基因：支配隐性性状基因。在二倍体生物中，在：支配隐性性状基因。在二倍体生物中，在纯合状态时能在表型上显示出来，但在杂合状态时就不能纯合状态时能在表型上显示出来，但在杂合状态时就不能显示出来基因。显示出来基因。由于单倍体只含有一套染色体，染色体上每个基因都能由于单倍体只含有一套染色体，染色体上每个基因都能表现相应性状，因此极易发觉所产生突变，尤其是隐表现相应性状，因此极易发觉所产生突变，尤其是隐性突变，因此单倍体是进行染色体性突变，因此单倍体是进行染色体遗传分析抱负试验材遗传分析抱负试验材料料。由于通过人工办法使单倍体染色体加倍就能够取得由于通过人工办法使单倍体染色体加倍就能够取得纯合纯合二倍体二倍体，因此在育种上含有极高价值。，因此在育种上含有极高价值。第42页第42页C&C思考题思考题5：单倍：单倍体是否也高度不育呢？体是否也高度不育呢？由配子产生个体高度不育，原因是配子中染色体减数分裂时随机向两极移动,只有到达一极染色体完全时,配子才是可育。在减数第一次分裂中期，它们染色体都是单价体，没有能够配正确同源染色体，是被随机分向两极，每一条染色体分到这一极或那一极机会都是12(n-1)，比如：对于一组12条染色体都分到一极机会是 11024，可见单倍体是高度不育。第43页第43页C&C三三 单倍体产生原理与办法单倍体产生原理与办法假受精：远缘花粉刺激未受精卵细胞分裂发育成单倍性胚。组织培养：花药、花粉（雄配子）、未授粉子房胚珠（雌配子）培养。雄核发育(Androgenesis)(Androgenesis)或孤雄生殖：卵细胞不受精，卵核消失，或卵细胞受精前失活，由精核在卵细胞内单独发育成单倍体，因此只含有一套雄配子染色体。这类单倍体发生频率很低。雌核发育(Gynogenesis)(Gynogenesis)或孤雌生殖：精核进入卵细胞后未与卵核融合而退化，卵核未经受精而单独发育成单倍体。第44页第44页C&C四四 植物单倍体与纯合二倍体植物单倍体与纯合二倍体花药和花粉培养（花药和花粉培养（Anther and pollenpulture）指离体培养指离体培养花药和花粉，形成花粉花药和花粉，形成花粉植株，从中鉴定出单倍植株，从中鉴定出单倍体植株并使之二倍化体植株并使之二倍化细胞工程技术。细胞工程技术。由于花粉（由于花粉（雄配子，雄配子，n）染色体只有体细胞）染色体只有体细胞二分之一，因此取得植二分之一，因此取得植株是单倍性。株是单倍性。第45页第45页C&C1.利于得到利于得到纯合体纯合体单倍体加倍、后代形单倍体加倍、后代形状一致，利于加状一致，利于加快纯合二倍体筛选时间。快纯合二倍体筛选时间。2.直接从杂交优良品系花粉培养筛选，直接从杂交优良品系花粉培养筛选，减少优良品系筛选时减少优良品系筛选时间间3.利于筛选利于筛选隐性突变体隐性突变体，提升诱变效率，提升诱变效率DDTT ddtt杂交杂交 DdTt 得到种子为第一年）减数分裂减数分裂DT Dt dT dt 花药精子（雄配子）花药花药离体培离体培养养 DT Dt dT dt 单倍体 秋水仙素处理秋水仙素处理单倍体幼苗单倍体幼苗DDTT DDrr ddTT ddtt 纯合体第46页第46页C&C4.利于取得利于取得优良植株：优良植株：比如：芦笋是一个耐寒多年生蔬菜，属比如：芦笋是一个耐寒多年生蔬菜，属于百合科。提供了丰富碳水化合物，于百合科。提供了丰富碳水化合物，维生素维生素A，核黄素，烟酸，维生素，核黄素，烟酸，维生素B1，磷。磷。芦笋芦笋雌雄异株植物，雌雄异株植物，XX、XY。雄株生长。雄株生长旺盛，枝叶茂密，发茎数多，品质好，旺盛，枝叶茂密，发茎数多，品质好，产量高，雌株枝叶稀疏，发茎数少，产产量高，雌株枝叶稀疏，发茎数少，产量低。因此哺育全雄系成为芦笋育种量低。因此哺育全雄系成为芦笋育种首选方向。首选方向。利用花药培养能够不久取得雄性（利用花药培养能够不久取得雄性（YY）芦笋。芦笋。第47页第47页C&C举例举例2：花：花药培养生成单倍体加倍小麦过程药培养生成单倍体加倍小麦过程1.花粉取得：剪下小麦穗子。花粉取得：剪下小麦穗子。2.花药制备与培养：剪掉叶子，只留叶鞘，将花药制备与培养：剪掉叶子，只留叶鞘，将穗子插入有水烧杯，放在穗子插入有水烧杯，放在4冰箱预先处理冰箱预先处理3-5天。然后用天。然后用70%乙醇擦拭叶鞘，在无菌乙醇擦拭叶鞘，在无菌条件下剥取花药，接种于适当培养基中，条件下剥取花药，接种于适当培养基中，25-28条件下培养条件下培养。第48页第48页C&C3.愈伤组织诱导与增殖愈伤组织诱导与增殖培养：当愈伤组织长到培养：当愈伤组织长到1.5-2.0毫米时转移到含奈乙酸、蔗糖等成份毫米时转移到含奈乙酸、蔗糖等成份培养基上，于培养基上，于25、光照条件下培养。、光照条件下培养。4.移栽移栽：当愈伤组织长出根系后，把苗从培养：当愈伤组织长出根系后，把苗从培养基中取出，移栽于土基中取出，移栽于土壤中。壤中。染色体染色体加倍加倍取得二倍体：当花粉植物处于分蘖取得二倍体：当花粉植物处于分蘖盛期时，从土壤中取出植株，浸入盛期时，从土壤中取出植株，浸入0.02%秋秋水仙素水仙素溶液中，于溶液中，于10-15下、散射光照处理下、散射光照处理2-4天，洗去药液，栽入天，洗去药液，栽入土中。筛选得到二倍土中。筛选得到二倍体小麦。体小麦。第49页第49页C&C自然界单倍体动物单倍体有雄性蜜蜂和蚂蚁雄蜂：较雌性小，专司交配，交配后即死亡。由经减数分裂未受精卵单性发育出来。属于单性生殖孤雌生殖。蜂王（雌蜂）：专营产卵生殖；正常有性生殖取得个体。工蜂：是生殖器发育不全雌蜂，专司筑巢、采集食料、哺育幼虫、清理巢室和调整巢湿等。雄蚁：或称父蚁。有发达生殖器官和外生殖器，主要职能是与蚁后交配。蚁后：有生殖能力雌性，或称母蚁，主要职责是产卵、繁殖后代和统管这个群体大家庭。工蚁：又称职蚁。数量最多。兵蚁：保卫群体。第50页第50页C&C五五 雌核发育与纯合二倍体动物雌核发育与纯合二倍体动物雌核发育（Gynogenesis）：精子通过处理使其核不参加受精卵卵球发育，胚胎发育仅在母体遗传控制下进行一个发育方式。单亲纯合双倍动物单亲纯合双倍动物育成技术：是一个相称于植物育成技术：是一个相称于植物中由花粉哺育成纯合双倍体植株技术，其结果中由花粉哺育成纯合双倍体植株技术，其结果是哺育出含有是哺育出含有两套完全一致染色体两套完全一致染色体及基因个及基因个体。体。第51页第51页C&C意义意义雌核发育为生产含有产生单性种群提供了也许。例雌核发育为生产含有产生单性种群提供了也许。例如如奶牛奶牛。还能快速地产生还能快速地产生同源型二倍体同源型二倍体。同前面单倍体植物。同前面单倍体植物同样在选择育种工作上含有主要性（减少优良品系同样在选择育种工作上含有主要性（减少优良品系选择周期），并且也为基础生物学研究提供了一选择周期），并且也为基础生物学研究提供了一种优越研究品系（利于隐性突变研究）。种优越研究品系（利于隐性突变研究）。第52页第52页C&C例子例子3 3：单亲纯：单亲纯合二倍体小鼠合二倍体小鼠首先将两个不同品系近交系进行杂交（比如图系进行杂交（比如图5.2中中SJL X BL/10）交配）交配后，在精核后，在精核与卵核尚未融合之前，从母鼠与卵核尚未融合之前，从母鼠子宫内冲取受精卵并用极细子宫内冲取受精卵并用极细吸管将吸管将雄核去掉雄核去掉。然后在细胞松驰素然后在细胞松驰素B处理下处理下使使雌核加倍雌核加倍，形成二倍体细胞。，形成二倍体细胞。二倍体细胞在体外继续培养到二倍体细胞在体外继续培养到胚囊期。胚囊期。移植移植到养母子宫内使胚胎继到养母子宫内使胚胎继续发育，直至续发育，直至出生出生。第53页第53页C&C举例举例4：鲫：鲫鱼纯合雌核发育二倍体鱼纯合雌核发育二倍体热休克，克制第一次卵裂热休克，克制第一次卵裂第54页第54页C&C第55页第55页C&C第56页第56页C&C最佳休克时间：约最佳休克时间：约45min结合膜消失结合膜消失,出现第一次卵裂纺锤体，第出现第一次卵裂纺锤体，第一次卵裂进入分裂中期一次卵裂进入分裂中期第57页第57页C&C第58页第58页C&C本节小结：多倍体定义、特点、产生原理与诱导