多倍体与单倍体植株

将花药或花粉接种到培养基后，在适宜条件下，经过一段时间的培养，小孢子发生脱分化，改变原来发育途径，通过器官发生途径或胚状体发生途径再生成单倍体植株。

多倍体与单倍体植株

• 染色体工程
  • 染色体工程（chromosome engineering）是按照一定的设计，有计划地消减、 添加或替换同种或异种染色体，从而达到定向改变遗传性状和选育新品种的 一种技术。
  • 染色体变异主要包括染色体结构和数目两个方面
    • 结构变化包括基因的删除、重排和异染色质化等。
    • 染色体数目能以整套染色体组或单个染色体为单位进行增加或减少，从而产生整倍体（多倍体或单倍体）和非整倍体生物。体细胞内含有完整染色体组的类型称为整倍体，体细胞内的染色体数目不是染色体组完整倍数的称为非整倍体。
• 多倍体植株
  • 多倍体（polyploid）是指体细胞中含有超过正常染色体组数的个体。
  • 如果多倍体的染色体来自同一物种或在原有染色组的基础上加倍而成，这样的个体称为同源多倍体（autopolyploid）
  • 染色体组来源于不同物种的多倍体个体称为异源多倍体（allopolyploid）
  • 特点
    • 1）巨大性：果实、种子、叶、茎、细胞、气孔、花粉等一般比普通二倍体植株大。
    • 2）育性低 同源多倍体由于在减数分裂时同源染色体间配对 不正常，联会发生紊乱，致使多数配子含有不正 常染色体数，不能形成正常的配子，因而表现出 高度不育性，结实率低。对于水果来说，无籽或 少籽为优良性状。
    • 3）抗逆性强 多倍体新陈代谢旺盛，适应环境能力一般比较强。 相对于二倍体，其具有较高的抗病、抗旱及耐寒 能力。
    • 4）营养成分高 多倍体的碳水化合物、蛋白质、维生素等含量会 增加
  • 培育
    • 化学诱导法：一些化学物质可以阻止细胞分裂（有丝分裂或减数分裂）或动物卵母细胞第二极体的释放而产生多倍体。 常用的化学物质主要有：细胞松弛素B、秋水仙素、N2O、CHClF2 和聚乙二醇等。
    • 生物法
      • 1）杂交法 获得染色体组加倍个体后，再与未加倍个体杂交可以培育出多倍体植株。 一般而言，用秋水仙素诱导而成的多倍体植株往往是同源四倍体，如果将其 与二倍体个体杂交，便可获得三倍体的植株。
      • 2）胚乳培养法 胚乳中的染色体组数是植物中染色体组数1.5 倍。因此对于二倍体植株而 言，胚乳有3 个染色体组。胚乳同样具有一般细胞的全能性，因此，胚乳细胞 培养可获得三倍体植株
  • 鉴定
    • 间接法（如核体积测量法、形态学检查法等）；
    • 直接法（如染色体计数法、DNA 含量测定法等）
• 单倍体与纯合二倍体植株
  • 单倍体（haploid）是细胞中含有正常体细胞一半染色体数的个体，即具有配子染 色体组的个体。单倍体也具有高度不育性。
  • 单倍体植株
    • 花药培养（anther culture）是指离体培养花药，使小孢子改变原有的配子体发育 途径，转向孢子体发育途径，形成花粉胚或花粉愈伤组织，最后形成花粉植株， 从中鉴定出单倍体植株再经染色体加倍后获得纯合的二倍体植株。
    • 花粉培养（pollen culture）需要从花药中提取花粉进行培养。
    • 花粉分离：采用漂浮培养自然释放法和机械分离法制备花粉
      • 1）自然释放法 把花药接种在含有聚蔗糖（ficoll）的液体培养基上，花药漂浮于液体表面， 培养1～7d，花药壁开裂，过滤收集花粉。
      • 2）机械分离法
        • （1）分离：把花药放在玻璃容器中，加入一定量适当浓度的蔗糖溶液或直接加 入适量液体培养基，用注射器内径轻轻挤压花药将花粉挤出，或者用磁力搅拌器 把花药搅裂使花粉散出。
        • （2）过筛：把花药残渣和花粉混合液用一定孔径的滤网过滤。孔径大小根据不 同植物花粉粒的大小进行选择。将带有花粉的滤液注入离心管。
        • （3）清洗：根据花粉粒大小选择不同离心速度和离心时间。花粉沉淀下来，小 块花药壁残渣悬浮在上清液中，用吸管将上清液弃去，重新加入蔗糖溶液或培养 基再离心，弃去上清液，重复2～3 次，最后一次需用培养花粉的液体培养基进 行。取出上清液后加入一定量液体培养基，使花粉的密度达到所需要求
    • 花药或花粉植株
      • 将花药或花粉接种到培养基后，在适宜条件下，经过一段时间的培养，小孢子发 生脱分化，改变原来发育途径，通过器官发生途径或胚状体发生途径再生成单倍 体植株。
    • 单倍体植株鉴定
      • 1）形态鉴定通过观察花药和花粉植株的形态特征进行染色体的倍性鉴定。
      • 2）结实性鉴定不同染色体数目的植株在结实性方面有不同表现。
      • 3）染色体数目鉴定染色体数目是花药或花粉植株倍性的直接证据。压片法，茎/根尖
      • 4）生化标记鉴定生化标记是指以基因表达产物蛋白质为主的一类标记系统，常用的是同工酶标记。
      • 5）分子标记鉴定分子标记鉴定是根据植物基因组DNA 水平差异进行检测
  • 纯合二倍体植株（最常用的方法是秋水仙素方法）
    • （1）用0.02%～0.4% 秋水仙素溶液处理花药或花粉单倍体植株；
    • （2）在组织培养过程中向培养基中加入秋水仙素进行培养，也可在培养过程中单独用秋水仙素溶液浸泡培养材料