1700_植物染色体工程

第17章植物染色体工程(PlantChromosomeEngineering)◆植物染色体倍性改造◆植物染色体非整倍体改造染色体工程:是人们按照一定的设计,有计划地消减、添加或代换同种或异种染色体的技术。广义上讲它还包括染色体内部的部分遗传操作技术。定义染色体数目变异整倍变化：多倍体：细胞中含有三个或更多染色体组的个体单倍体：细胞中含有正常体细胞的一半染色体数非整倍体变化：染色体减少：单体（减1条）、缺体（减1对）染色体增加：三体（加1条）、四体（加1对）染色体代换：同种代换、异种代换一、植物染色体倍性改造1.人工诱导植物多倍体的意义2.染色体加倍技术3.植物的多倍体育种4.植物的单倍体育种1.人工诱导植物多倍体的意义多倍体(polyploidy):植物的性状比原来的二倍体气孔、花、果实和种子比二倍体者为大，叶肉较厚，茎秆也较粗壮烟草2倍体，4倍体和8倍体叶片表皮细胞的比较多倍体育种的重要应用新型农业食品资源无籽西瓜：没有籽、品质好、食用方便、高产抗病异源多倍体小黑麦：产量高、品质好高品质树木培育多倍体桑树：体细胞较大、叶肉厚、叶质较好、抗寒性强三倍体毛白杨2.染色体加倍技术A、化学诱导方法B、生物学方法A、化学方法1.细胞松驰素B(cytochalasin)能抑制肌动蛋白聚合成微丝，从而抑制细胞质分裂，使用最早、最广泛，其诱导效果也最突出。2.秋水仙素(colchicine)阻止细胞分裂过程中的纺缍体的形成。特点：化学药物价格昂贵，有毒性三倍体无籽西瓜的生产母本父本四倍体二倍体有籽西瓜父本母本去雄授粉普通西瓜植株种下去三倍体植株无籽西瓜花粉刺激（提供生长素）用秋水仙素诱导植物多倍体注意事项处理部位：正在分裂的细胞处理方式：用水溶液，也可混入羊毛脂、琼脂或凡士林中。药剂浓度：一般在0.01%－0.4%处理时间：一般不少于24h处理温度：一般18－25℃B、生物学方法1——远缘杂交B、生物学方法2——体细胞杂交（原生质体融合）3.植物的多倍体育种二倍体AA(2n=2x)二倍体BB(2n=2x)同源三倍体AAA(2n=3x)同源异源八倍体AAAABBB(2n=8x)同源四倍体AAAA(2n=4x)异源四倍体AABB(2n=4x)染色体加倍染色体加倍染色体加倍无籽西瓜的育成：二倍体西瓜2n=2x=22秋水仙素加倍四倍体西瓜2n=4x=44四倍体西瓜2n=4x=44x二倍体西瓜2n=2x=22配子：n=2x=22配子：n=X=11三倍体西瓜2n=3x=33异源八倍体小黑麦的培育植物异源多倍体——八倍体小黑麦的人工培育普通小麦品种间杂种♀×♂黑麦（AABBDD2n=42）（RR2n=14）杂种一代不孕（ABDR4x=28)人工加倍染色体八倍体小黑麦（AABBDDRR8x=56)4.植物单倍体育种植物减数分裂后形成的雌雄配子，其染色体数目为体细胞的一半。将这种具有单套染色体的细胞称为单倍体细胞单倍体细胞在人工离体条件下培养，使其单性发育成植物体。这种具有单套染色体的植物称为单倍体植物高等植物孢子体与配子体世代交替（1）单倍体育种的概念将具有单套染色体的单倍体植物，经人工染色体加倍，使其成为纯合二倍体。从中选出具有优良性状的个体，直接繁育成新品种；或选出具有单一优良性状的个体，作为杂交育种的原理材料，称为单倍体育种植物单倍体育种:由于单倍体只有一套染色体，染色体上的每个基因都能显示相应的性状，所以极易发现所产生的突变，尤其是隐性突变，在表型上可以直接表现出来，所以单倍体是研究基因或基因效应、进行染色体遗传分析的理想实验材料1）克服杂种分离，缩短杂交育种年限2）排除显、隐性基因干扰，提高选择效率3）单倍体是诱变育种的良好材料4）能克服远缘杂交的不孕性，创造生物新类型5）利用单倍体对栽培品种进行纯化3、单倍体育种的优越性（2）植物单倍体育种方法异源花粉授粉延迟授粉未授粉子房培养和花粉培养种间或属间远缘杂交栽培大麦(Hordeumvudare,2n=2x=14)与野生球茎大麦(H.bulbosus,2n=2x=14)杂种胚发育过程中，两物种染色体的行为不协调可导致球茎大麦的染色体逐渐丢失(称为染色体消减现象)，可获得大麦的单倍体植株花药培养获得单倍体染色体消减获得单倍体大麦（3）花粉单倍体植物的培养程序材料准备顺利通过污染关选用适宜发育时期的花粉逆境处理对促进小孢子脱分化和再分化的效应诱导花粉脱分化形成愈伤组织或胚状体小孢子脱分化和再分化的时间诱导小孢子形成胚状体和愈伤组织的技术关键愈伤组织的植株分化或胚状体的正常生长基本培养基选择植物激素的调节糖浓度调节完整植物体的形成再生小植株的驯化和移植（4）单倍体植物的染色体加倍加倍方法：用得最多的是化学诱变法秋水仙素、富民农、对二氯苯、8-羟基喹啉等加倍技术小苗浸泡法生长锥处理培养基加倍二、染色体非整倍体变化1.个别染色体的削减和添加2.染色体代换1、个别染色体的削减和添加单体（2n-1）与缺体（2n-2）的制备以小麦为例：2N=42，AABBDD1）单倍体小麦ABD自交（配子中有N=20；N=21）正常小麦、单体小麦、缺体小麦（2N=42）（2N=41）（2N=40）2）单倍体小麦与二倍体小麦正常小麦、单体小麦3）单体小麦（2N=41）自交自交（配子中有N=20；N=21）正常小麦、单体小麦、缺体小麦（2N=42）（2N=41）（2N=40）有目标地替换染色体小麦抗病品种：20II+6BIIRR；不抗病6B单体：20II+6BIIrr；20II+6BIr；x20II+6BIIRR20II+6BIIRr（双体抗病）20II+6BIR（单体抗病）20II+6BIIRR小麦：AABBDDRRxAABBDDAABBDD+R（7I）（2n+1）：AABBDD+I1RAABBDD+I2R…….…ABD+IRxABD-IT20II+IT+IR（异代换系）20IIT+IIR异附加系：AABBDD+II1R……………缺体21II–6DIIx20II+6DIIrr20II+6DIR20II+6DIIRR个别染色体的削减和添加三体、四体的制备三倍体二倍体（配子中出现的N+1类型）（配子=N）杂交产生三体植物（2N+1)三体小麦（2N+1）自交产生正常小麦、三体小麦、四体小麦2、染色体代换RRRRR-DDDDDDRRRRR-DDDDDD1、亲本PRRRRR-RRRRR-DDDDDDRRRRR-2、杂交一代RRRRR-RRRRR-DDDRRRRRRRR-3、回交一代回交七代、自交产生受体缺体3%、代换单体73%、代换二体（图中：R表示受体染色体；D表示供体染色体；-表示缺体染色体）