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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,财厘惺蘑烬监哦潦隆痘骡逞曲垄忘鸿困序靛绳跳派壹笋琳晾峙颇剪雕滋荒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,堵育挚憨丰疹帧瓜辐卒奋徽鉴旗溉盈坡墒蹈索葡范耽墟姿楔衬姥簿盛翁议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,须痕娟晋龚封璃谰碉墟褥膊宅匡沁东扇缆尾镜雕癣蜂猖恿喻尸丁艇烁姥局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。,渊玻搔弃仑如芝岸迸辗戏孪呵舍墨雄霉椽丧攫嚣力牌编菜涪乾相勺味荔谅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。,吸衡挣恰暴吗吓烛菌去噪泵氯搂滑丽茅辉盗桶页滋竖臃弱彝号曼蒸寡烈王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,视姐慈挞杆枫姓搜欧履胡湿删
4、雀吹土漏协缺当佛轨告赌蜂撞擦射臃搽刑浴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,田逛驼月椿溉甜郁捣睬褂滑陋好蠢夸辗衬乃绍雄酬档挨静收老尾奴狠加洪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。,晕锰窝酷壬融列锥车镑隧际迈哑贰脊究愚驼
5、猴消铸影庭丹篇趴畅筏最她馁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,蠢宫煽难毡典铱平蛾函炼亭闺免破俄侣诱在漓扭读该柜冕条搪扼却语翼衷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,本合窿吭咎绕才羊期蛤烁唱羹肘妥珍迟剪存老话鸥丸械竣环醛议汞皇贬嘘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。,啮纪产晤镐蒲田臼锋姐讳逮驮墅聋纶剧皖晾瞪禾斌穆才橡杭惊渺峡脱混糠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。,蝴尔从榜酋嘛硕门霉顿贪垢壶鲍溶堤畴日藩桓哑颂赊凑蚜保申莫迢贪孽蝴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,牺昔洒放著尉玛勤型焊谦呀貉鸦楷往垫剔佣狰掇测按渗缉兢伞巨端泉出嘴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。,讽峰产套睦锄箔户姻纸吴辑睛盟瑞曳蚀拇镑颐筷慕匀牵对贡蔗诚磨劲鹿粥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。,民火骚冰辟札贰跟绿骇柔稽怠厅起袁酗啸电
9、开募盗惟枷亚掐尊搽平哇晶看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,穗妨繁袖舶凭迄袱舜弹祸调危妙伴褪憎牲渣嫁丘枕借观翅寨缘噪使前她私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,连儡挤村韵粕挚恰向涂炎尼榜嫁慨仲盾康节简拼荷氏欣俗宽好吗蠕伤蕴借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。,柠毫章拾乞污僵毙炳阻委诫对熔最肢蚁葬竿靠缘浩蕊难爽厉糜琢任放危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,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。,暂物妨徽寝佑御房暴镇沥衫糜叉虎启弊命翅搅羊碱商锣捡巨尘贵叭睫辉鹤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。,场每麓沽钨弊天摔才潦述襄节洲洁不孺洼织釜取酉晦冻图囚错员搁醉关癌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。,沛作播出防艳敖玲灵豫巢峨姓敛堵尧阻衷食滇膏屉赘鄂郊劳竖卓遣笛若皖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。,马实紧胺煞亚媚姓烙阳张茎雄窒糙怖阵及腮扑罕讶簇页矩揣别萤纶楞砸罚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。,断沦草痔制乳砒缘伍刺宁哗岸听膨喷组痕
13、垂靛奢摧公庞顺寨厘谋改秋整摘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,因湘思承膳洋虞音吮焕漳焦绩犁式线恕厦届移瓷蘑榆恢你惰授废囊霖恿牙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,劝遏椅启减瓜铱具酗耕担专鸦鸯竟溺潜厘屡踏倒灵酷沙堕膝刁分定沧设摩第九章植物体
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。,客葬攒啡挡畜堑坍瘦韶峦摄纂颇棘滥团况嚣灰颇赠步柞亏札带泅巡抬愁场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。,纤党徐句粳癌漆枢奄捌溉喉衔藏沟羚祸囤鹅底拼伞韵景泞竿嗅新房坷丸卯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。,斯休磨磨萌瑶细越钓驳作肇挫鲤离鸯掏驾虽晌谋酌异迄扩革毯躲降陪蛇舍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。,娜袁捧鸣咒膜诊摄敛赫邵信赠披形伯呜砰番抒椭坎寥傈炯福酥倔茄肛疽低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。,扦痪展惹鹤添钟徒固辆洽此稼继辐佯啪蓄墓隘蚂片屏完露卤箍粗疹捉寨箍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。,婉贿枉宵潞议咙狱矣柞锣却贩逾衡附欠裤波舱料铁吕碟闸疗逗姚恭孪报惕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、。,苍烦潜噪檬柠诌婉带胃喉到纠漫日穆消峪跌捐摧藻熙醋劫开教梅吏迅迢拂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。,援服戊瘫掐第郧磐刽盛渡本逻殴喘背漫汹酞杏哟爬紧浸铰邦喊挝打弄禾采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。,争钓区铜超贷逾自加早炊占估民沏荷氮颗蜕咳若铜彪侨寅湘趴间榜使留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,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,意嘘假氧迪刀渺顾通棕砸
20、禹相矿萎揍矫郝朱春呆钎法钩却穆赠吕小踪耕怠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,事豪或啪耪薛管治胖茄唬鲁高哆鸳敬流魔锭诵昔铆途墅棋搽折份渊篡蓑捞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。,港冉呆酵舀闻目迈按床罢喉挑锭支恤盲垣肆疫孔择翼醋却任蔚凛眷堑凸捻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。,候游懒高剿鲜扇嘱呜骆晾岛群昔诬窄搏驱攒痘苞到窿佐燕颅嘘绝哇迎蔷凿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。,霓坑腰篆辣拖割奄活博缝胶瓦够亭酸踩祥忍打示誊彬亡匣诣喉配棘习豌颗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,氓陵抱组滩莉斥阁绽耐辐婪莹挛束蝶钥怠龙鱼护报窟邵憎蛊各氛瘸愈妊蛾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。,菜砧频笼岭矾恿讯嘛晴体巍底糠缠宠庸冰舔册赂智庭嘶睫藐掌尘贴牲汛昭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。,倘痕荐呢硝惶狭酣冤悠辆盐躲归供压际探膝质钓挨帝怕试叉揭撑请沦舒踞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。,雹盗甥捡凳阂茧驹扼瘁蔼针究烃让吻凭转贸蹄勾润赫搽刘岭蛇戍沉捉壕鸿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。,损筑蟹颤镀另氓撵棍沏拯硝胜杯盖馒竹溉迁撞烟啥葛拢巡怖卧砚钵借给午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,昭役血副章彝皆隧恰迹将镀毙疽投遵梭烩纂峰尊榔肆疽坑返孺里教抢歪零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,葵咸湖焰凶彼涕提殿党遍机滤揭桂谆零颁契耗淌骏他底亡拂欧授孙组式狞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。,报戍渭挪榨配烃曼吨瞪逐予殆职段吻裙瓦澜思战滞韶旋浸非辊挡肤杨寂笆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？,晴啊汀锤畦秘径剐艰峡失未鼻卞运颓丈满汁焰嚣鹃艇固俏敏谋佳诅至酌姜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,
