第九章 植物體細(xì)胞無性系變異與突變體的篩選

1、第九章植物體細(xì)胞無性系變第九章植物體細(xì)胞無性系變異與突變體的篩選異與突變體的篩選陳觀水陳觀水生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)九章第九章 植物體細(xì)胞無性系變異與突變體的篩選植物體細(xì)胞無性系變異與突變體的篩選 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 第一節(jié)第一節(jié) 植物體細(xì)胞無性系變異植物體細(xì)胞無性系變異 第二節(jié)第二節(jié) 植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選 學(xué)習(xí)的目標(biāo)與要求：學(xué)習(xí)的目標(biāo)與要求： 了解體細(xì)胞無性系變異的意義、掌握體細(xì)胞無性系變了解體細(xì)胞無性系變異的意義、掌握體細(xì)胞無性系變異的誘導(dǎo)方法和篩選方法，了解體細(xì)胞無性系變異的遺傳異的誘導(dǎo)方法和篩選方法，了解體細(xì)胞無性系變異的遺

2、傳機(jī)理。機(jī)理。一、植物體細(xì)胞無性系變異一、植物體細(xì)胞無性系變異1.體細(xì)胞無性系變異的表現(xiàn)和普遍性體細(xì)胞無性系變異的表現(xiàn)和普遍性 植物細(xì)胞、組織、器官在無菌條件下進(jìn)行離體人工培植物細(xì)胞、組織、器官在無菌條件下進(jìn)行離體人工培養(yǎng)，經(jīng)過脫分化和再分化過程，重新形成愈傷組織和完整養(yǎng)，經(jīng)過脫分化和再分化過程，重新形成愈傷組織和完整植株稱為植株稱為體細(xì)胞無性系（體細(xì)胞無性系（somaclones）。）。 在培養(yǎng)階段發(fā)生變異，進(jìn)而導(dǎo)致再生植株亦發(fā)生遺傳在培養(yǎng)階段發(fā)生變異，進(jìn)而導(dǎo)致再生植株亦發(fā)生遺傳改變的現(xiàn)象改變的現(xiàn)象(包括形態(tài)、生理生化、育性、抗性等方面包括形態(tài)、生理生化、育性、抗性等方面)，稱為稱為體細(xì)胞無

3、性系變異（體細(xì)胞無性系變異（somaclonal variation）。）。一、植物體細(xì)胞無性系變異一、植物體細(xì)胞無性系變異1.體細(xì)胞無性系變異的表現(xiàn)和普遍性體細(xì)胞無性系變異的表現(xiàn)和普遍性 培養(yǎng)材料在遺傳上是相對(duì)穩(wěn)定的；培養(yǎng)材料在遺傳上是相對(duì)穩(wěn)定的； 變異是普遍現(xiàn)象，不限于特定的物種、器官，所涉及變異是普遍現(xiàn)象，不限于特定的物種、器官，所涉及的性狀也相當(dāng)廣泛。研究表明，經(jīng)組織培養(yǎng)產(chǎn)生的變異要的性狀也相當(dāng)廣泛。研究表明，經(jīng)組織培養(yǎng)產(chǎn)生的變異要比常規(guī)繁殖方法產(chǎn)生的植株表現(xiàn)更多的變異。體細(xì)胞無性比常規(guī)繁殖方法產(chǎn)生的植株表現(xiàn)更多的變異。體細(xì)胞無性系變異的變異率可以高達(dá)系變異的變異率可以高達(dá)3040%，

4、有時(shí)甚至高達(dá)，有時(shí)甚至高達(dá)100%，某一具體性狀的變異率在某一具體性狀的變異率在0.23%之間。體細(xì)胞無性系變異之間。體細(xì)胞無性系變異是一把雙刃劍，在微繁殖及遺傳轉(zhuǎn)化方面要盡力避免產(chǎn)生是一把雙刃劍，在微繁殖及遺傳轉(zhuǎn)化方面要盡力避免產(chǎn)生體細(xì)胞無性系變異，但育種工作者則希望產(chǎn)生更多種類和體細(xì)胞無性系變異，但育種工作者則希望產(chǎn)生更多種類和更高頻率的變異。更高頻率的變異。一、植物體細(xì)胞無性系變異一、植物體細(xì)胞無性系變異2.體細(xì)胞無性系變異的類型及遺傳基礎(chǔ)體細(xì)胞無性系變異的類型及遺傳基礎(chǔ)1)體細(xì)胞無性系變異的類型體細(xì)胞無性系變異的類型 遺傳變異遺傳變異(genetic variation)：是獲得新種質(zhì)

5、的有效途徑。是獲得新種質(zhì)的有效途徑。 非遺傳變異非遺傳變異 生理適應(yīng)生理適應(yīng)(physiologic adaptation)：由于某種外界條由于某種外界條件存在而引起的性狀變異，會(huì)隨著外界因素的消失而消失件存在而引起的性狀變異，會(huì)隨著外界因素的消失而消失 后生遺傳變異后生遺傳變異(epigenetic variation)：遺傳物質(zhì)沒有遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生改變，只是基因的表達(dá)調(diào)控發(fā)生改變而引起的變異。發(fā)生改變，只是基因的表達(dá)調(diào)控發(fā)生改變而引起的變異。一、植物體細(xì)胞無性系變異一、植物體細(xì)胞無性系變異2.體細(xì)胞無性系變異的類型及遺傳基礎(chǔ)體細(xì)胞無性系變異的類型及遺傳基礎(chǔ)2)體細(xì)胞無性系變異的遺傳基礎(chǔ)體細(xì)

6、胞無性系變異的遺傳基礎(chǔ) 染色體數(shù)目變異、結(jié)構(gòu)變異、基因突變、染色體數(shù)目變異、結(jié)構(gòu)變異、基因突變、DNA總量變總量變異和異和DNA重復(fù)序列拷貝數(shù)的變異、基因丟失、重復(fù)序列拷貝數(shù)的變異、基因丟失、DNA堿基修堿基修飾、轉(zhuǎn)座子的激活、基因重排等飾、轉(zhuǎn)座子的激活、基因重排等一、植物體細(xì)胞無性系變異一、植物體細(xì)胞無性系變異2.體細(xì)胞無性系變異的類型及遺傳基礎(chǔ)體細(xì)胞無性系變異的類型及遺傳基礎(chǔ)2)體細(xì)胞無性系變異的遺傳基礎(chǔ)體細(xì)胞無性系變異的遺傳基礎(chǔ) 大量研究表明，染色體變異是植物組織培養(yǎng)的一個(gè)基大量研究表明，染色體變異是植物組織培養(yǎng)的一個(gè)基本特點(diǎn)。本特點(diǎn)。高濃度2,4DAgNO36BA高濃度6BA蔗糖濃度培

7、養(yǎng)初期增加染色體變異頻率降低變異頻率無明顯影響對(duì)最初9代callus染色體變異無明顯影響長(zhǎng)期培養(yǎng)加大超倍體細(xì)胞頻率9代之后，低濃度蔗糖時(shí)，亞倍體細(xì)胞頻率明顯減少一、植物體細(xì)胞無性系變異一、植物體細(xì)胞無性系變異2.體細(xì)胞無性系變異的類型及遺傳基礎(chǔ)體細(xì)胞無性系變異的類型及遺傳基礎(chǔ)2)體細(xì)胞無性系變異的遺傳基礎(chǔ)體細(xì)胞無性系變異的遺傳基礎(chǔ)DNA在核內(nèi)重復(fù)復(fù)制同源多倍體在核內(nèi)重復(fù)復(fù)制同源多倍體培養(yǎng)天數(shù)培養(yǎng)天數(shù)不同不同DNA值細(xì)胞比例（）值細(xì)胞比例（）2C2c4c8c088.311.7580.716.82.5134.879.56.69.1179.781.57.90.9硬粒小麥中胚軸培養(yǎng)中硬粒小麥中胚軸培養(yǎng)

8、中DNADNA值的變化值的變化一、植物體細(xì)胞無性系變異一、植物體細(xì)胞無性系變異2.體細(xì)胞無性系變異的類型及遺傳基礎(chǔ)體細(xì)胞無性系變異的類型及遺傳基礎(chǔ)2)體細(xì)胞無性系變異的遺傳基礎(chǔ)體細(xì)胞無性系變異的遺傳基礎(chǔ)染色體斷裂與重組非整倍體、四倍體染色體斷裂與重組非整倍體、四倍體產(chǎn)生染色體結(jié)構(gòu)變異的一般不能正常生長(zhǎng)產(chǎn)生染色體結(jié)構(gòu)變異的一般不能正常生長(zhǎng) 染色體畸變中出現(xiàn)的雙著絲粒染色體在細(xì)胞分裂后期如不染色體畸變中出現(xiàn)的雙著絲粒染色體在細(xì)胞分裂后期如不能被拉斷，就會(huì)在兩核之間形成染色體橋，出現(xiàn)四倍體。能被拉斷，就會(huì)在兩核之間形成染色體橋，出現(xiàn)四倍體。 一、植物體細(xì)胞無性系變異一、植物體細(xì)胞無性系變異3.人工誘

9、發(fā)變異人工誘發(fā)變異人工誘變?nèi)斯ふT變物理誘變物理誘變化學(xué)誘變化學(xué)誘變X,X,射線及紫外線射線及紫外線堿基類似物堿基類似物DNADNA分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)插入物插入物烷化劑烷化劑DNA復(fù)制中，復(fù)制中，“以假亂真以假亂真”，如，如5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶(BU)、2-氨基嘌呤等氨基嘌呤等帶有不穩(wěn)定烷基，能改變帶有不穩(wěn)定烷基，能改變DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)。甲基磺酸乙酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)。甲基磺酸乙酯二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選1.突變體篩選的一般原則突變體篩選的一般原則 1)多種檢測(cè)手段相結(jié)合，初篩與復(fù)篩相結(jié)合多種檢測(cè)手段相結(jié)合，初篩與復(fù)篩相結(jié)合 2)離體篩選與常規(guī)離體篩選與常規(guī) 育種相

10、結(jié)合育種相結(jié)合二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選2.體細(xì)胞無性系突變體篩選方法體細(xì)胞無性系突變體篩選方法 1)從再生植株中直接篩選有用突變株從再生植株中直接篩選有用突變株 2)對(duì)離體培養(yǎng)物的篩選對(duì)離體培養(yǎng)物的篩選二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選2.體細(xì)胞無性系突變體篩選方法體細(xì)胞無性系突變體篩選方法突變體篩選突變體篩選方法方法直接選擇法直接選擇法間接選擇法間接選擇法綠島法綠島法正選擇法正選擇法負(fù)選擇法負(fù)選擇法二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選2.體細(xì)胞無性系突變體篩選方法體細(xì)胞無性系突變體篩選方法直接選

11、擇法直接選擇法 正選擇法：正選擇法： 用一種含有特定物質(zhì)的選擇培養(yǎng)基，在其上只有突變用一種含有特定物質(zhì)的選擇培養(yǎng)基，在其上只有突變的細(xì)胞能夠生長(zhǎng)，非突變細(xì)胞不能生長(zhǎng)，從而直接篩選出的細(xì)胞能夠生長(zhǎng)，非突變細(xì)胞不能生長(zhǎng)，從而直接篩選出突變體的辦法。突變體的辦法。 小麥幼胚愈傷組織小麥幼胚愈傷組織-1.4%NaCl N6培養(yǎng)基小麥耐鹽培養(yǎng)基小麥耐鹽系。系。二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選2.體細(xì)胞無性系突變體篩選方法體細(xì)胞無性系突變體篩選方法直接選擇法直接選擇法負(fù)選擇法（富集選擇法，又稱濃縮法負(fù)選擇法（富集選擇法，又稱濃縮法 ）：）： 在特定培養(yǎng)基中，讓正常細(xì)胞生長(zhǎng)繁

12、殖，突變體細(xì)胞在特定培養(yǎng)基中，讓正常細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖，突變體細(xì)胞受抑制不分裂呈休眠狀態(tài)，然后用一種能毒害正常生長(zhǎng)細(xì)受抑制不分裂呈休眠狀態(tài)，然后用一種能毒害正常生長(zhǎng)細(xì)胞，而對(duì)休眠細(xì)胞無害的藥物淘汰正常細(xì)胞，再用正常培胞，而對(duì)休眠細(xì)胞無害的藥物淘汰正常細(xì)胞，再用正常培養(yǎng)基恢復(fù)突變體生長(zhǎng)。養(yǎng)基恢復(fù)突變體生長(zhǎng)。 該方法主要應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變體篩選。該方法主要應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變體篩選。二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選2.體細(xì)胞無性系突變體篩選方法體細(xì)胞無性系突變體篩選方法間接選擇法間接選擇法 間接選擇法是一種借助于與突變表現(xiàn)型有關(guān)的性狀作間接選擇法是一種借助于與突變表現(xiàn)型

13、有關(guān)的性狀作為選擇指標(biāo)的篩選方法。為選擇指標(biāo)的篩選方法。 當(dāng)缺乏直接選擇表型指標(biāo)或直接選擇條件對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)當(dāng)缺乏直接選擇表型指標(biāo)或直接選擇條件對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)不利時(shí)，可考慮采用間接篩選法不利時(shí)，可考慮采用間接篩選法如脯氨酸（如脯氨酸（Pro）錦橙珠心懸浮細(xì)胞錦橙珠心懸浮細(xì)胞-射線射線-高濃度高濃度Pro細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)Pro含含量提高一倍耐寒愈傷及植株。量提高一倍耐寒愈傷及植株。 抗病突變體的篩選也常常用間接篩選的策略?？共⊥蛔凅w的篩選也常常用間接篩選的策略。二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選2.體細(xì)胞無性系突變體篩選方法體細(xì)胞無性系突變體篩選方法 綠島法綠島法 綠島法是利用

14、已分化組織進(jìn)行篩選和鑒定的方法。綠島法是利用已分化組織進(jìn)行篩選和鑒定的方法。 對(duì)于抗病毒突變體、抗除草劑突變體的篩選，可以采對(duì)于抗病毒突變體、抗除草劑突變體的篩選，可以采用用“綠島法綠島法”。 這種方法最早用于抗除草劑，葉片大面積枯黃，僅有這種方法最早用于抗除草劑，葉片大面積枯黃，僅有少量抗除草劑突變細(xì)胞組織仍保持綠色，取這部分材料則少量抗除草劑突變細(xì)胞組織仍保持綠色，取這部分材料則成為很小的綠島，因而形象地稱之為成為很小的綠島，因而形象地稱之為“綠島法綠島法”。單倍體煙草植株單倍體煙草植株- -射線射線-除草劑除草劑-葉片部分變黃葉片部分變黃-取出綠取出綠色部分色部分-愈傷組織愈傷組織=耐除

15、草劑的單倍體植株耐除草劑的單倍體植株=二倍體二倍體二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選3.體細(xì)胞無性系突變體的篩選體細(xì)胞無性系突變體的篩選材料選擇材料選擇和預(yù)和預(yù) 處處 理理預(yù)培養(yǎng)預(yù)培養(yǎng)（懸浮或平板）（懸浮或平板）誘發(fā)突變誘發(fā)突變（平板培養(yǎng)）（平板培養(yǎng)）高抗高產(chǎn)細(xì)胞株選擇高抗高產(chǎn)細(xì)胞株選擇（平板培養(yǎng)）（平板培養(yǎng)）愈傷組織增殖愈傷組織增殖或再生植株或再生植株突變體鑒定突變體鑒定二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選4.體細(xì)胞無性系篩選的成功范例體細(xì)胞無性系篩選的成功范例(略略)二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選5

16、.植物細(xì)胞無性系突變體篩選的應(yīng)用植物細(xì)胞無性系突變體篩選的應(yīng)用 1)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用 創(chuàng)造育種中間材料或直接篩選新品種創(chuàng)造育種中間材料或直接篩選新品種 在全世界在全世界50多個(gè)國(guó)家中，已培育出多個(gè)國(guó)家中，已培育出1000多個(gè)由直接多個(gè)由直接突變獲得的或由這些突變體雜交而衍生的品種突變獲得的或由這些突變體雜交而衍生的品種 通過體細(xì)胞誘變選育的谷類作物品種中，品質(zhì)得到通過體細(xì)胞誘變選育的谷類作物品種中，品質(zhì)得到不同程度改良的占不同程度改良的占34.3。 抗病，占誘變品種的抗病，占誘變品種的1/4、耐鹽、抗除草劑、耐寒、耐鹽、抗除草劑、耐寒、耐旱；耐旱；二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選二、植物體細(xì)胞無性系突變體的篩選5.植物細(xì)胞無性系突變體篩選的應(yīng)用植物細(xì)胞無性系突變體篩選的應(yīng)用 2)在植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)次生代謝物的應(yīng)用在植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)次生代謝物的應(yīng)用 篩選高產(chǎn)突變株篩選高產(chǎn)突變株二、