第九章 植物体细胞无性系变异与突变体的筛选

1、第九章植物体细胞无性系变第九章植物体细胞无性系变异与突变体的筛选异与突变体的筛选陈观水陈观水生命科学学院生命科学学九章第九章 植物体细胞无性系变异与突变体的筛选植物体细胞无性系变异与突变体的筛选 主要内容：主要内容： 第一节第一节 植物体细胞无性系变异植物体细胞无性系变异 第二节第二节 植物体细胞无性系突变体的筛选植物体细胞无性系突变体的筛选 学习的目标与要求：学习的目标与要求： 了解体细胞无性系变异的意义、掌握体细胞无性系变了解体细胞无性系变异的意义、掌握体细胞无性系变异的诱导方法和筛选方法，了解体细胞无性系变异的遗传异的诱导方法和筛选方法，了解体细胞无性系变异的遗

2、传机理。机理。一、植物体细胞无性系变异一、植物体细胞无性系变异1.体细胞无性系变异的表现和普遍性体细胞无性系变异的表现和普遍性 植物细胞、组织、器官在无菌条件下进行离体人工培植物细胞、组织、器官在无菌条件下进行离体人工培养，经过脱分化和再分化过程，重新形成愈伤组织和完整养，经过脱分化和再分化过程，重新形成愈伤组织和完整植株称为植株称为体细胞无性系（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改变的现象(包括形态、生理生化、育性、抗性等方面包括形态、生理生化、育性、抗性等方面)，称为称为体细胞无

3、性系变异（体细胞无性系变异（somaclonal variation）。）。一、植物体细胞无性系变异一、植物体细胞无性系变异1.体细胞无性系变异的表现和普遍性体细胞无性系变异的表现和普遍性 培养材料在遗传上是相对稳定的；培养材料在遗传上是相对稳定的； 变异是普遍现象，不限于特定的物种、器官，所涉及变异是普遍现象，不限于特定的物种、器官，所涉及的性状也相当广泛。研究表明，经组织培养产生的变异要的性状也相当广泛。研究表明，经组织培养产生的变异要比常规繁殖方法产生的植株表现更多的变异。体细胞无性比常规繁殖方法产生的植株表现更多的变异。体细胞无性系变异的变异率可以高达系变异的变异率可以高达3040%，

4、有时甚至高达，有时甚至高达100%，某一具体性状的变异率在某一具体性状的变异率在0.23%之间。体细胞无性系变异之间。体细胞无性系变异是一把双刃剑，在微繁殖及遗传转化方面要尽力避免产生是一把双刃剑，在微繁殖及遗传转化方面要尽力避免产生体细胞无性系变异，但育种工作者则希望产生更多种类和体细胞无性系变异，但育种工作者则希望产生更多种类和更高频率的变异。更高频率的变异。一、植物体细胞无性系变异一、植物体细胞无性系变异2.体细胞无性系变异的类型及遗传基础体细胞无性系变异的类型及遗传基础1)体细胞无性系变异的类型体细胞无性系变异的类型 遗传变异遗传变异(genetic variation)：是获得新种质

5、的有效途径。是获得新种质的有效途径。 非遗传变异非遗传变异 生理适应生理适应(physiologic adaptation)：由于某种外界条由于某种外界条件存在而引起的性状变异，会随着外界因素的消失而消失件存在而引起的性状变异，会随着外界因素的消失而消失 后生遗传变异后生遗传变异(epigenetic variation)：遗传物质没有遗传物质没有发生改变，只是基因的表达调控发生改变而引起的变异。发生改变，只是基因的表达调控发生改变而引起的变异。一、植物体细胞无性系变异一、植物体细胞无性系变异2.体细胞无性系变异的类型及遗传基础体细胞无性系变异的类型及遗传基础2)体细胞无性系变异的遗传基础体细

6、胞无性系变异的遗传基础 染色体数目变异、结构变异、基因突变、染色体数目变异、结构变异、基因突变、DNA总量变总量变异和异和DNA重复序列拷贝数的变异、基因丢失、重复序列拷贝数的变异、基因丢失、DNA碱基修碱基修饰、转座子的激活、基因重排等饰、转座子的激活、基因重排等一、植物体细胞无性系变异一、植物体细胞无性系变异2.体细胞无性系变异的类型及遗传基础体细胞无性系变异的类型及遗传基础2)体细胞无性系变异的遗传基础体细胞无性系变异的遗传基础 大量研究表明，染色体变异是植物组织培养的一个基大量研究表明，染色体变异是植物组织培养的一个基本特点。本特点。高浓度2,4DAgNO36BA高浓度6BA蔗糖浓度培

7、养初期增加染色体变异频率降低变异频率无明显影响对最初9代callus染色体变异无明显影响长期培养加大超倍体细胞频率9代之后，低浓度蔗糖时，亚倍体细胞频率明显减少一、植物体细胞无性系变异一、植物体细胞无性系变异2.体细胞无性系变异的类型及遗传基础体细胞无性系变异的类型及遗传基础2)体细胞无性系变异的遗传基础体细胞无性系变异的遗传基础DNA在核内重复复制同源多倍体在核内重复复制同源多倍体培养天数培养天数不同不同DNA值细胞比例（）值细胞比例（）2C2c4c8c088.311.7580.716.82.5134.879.56.69.1179.781.57.90.9硬粒小麦中胚轴培养中硬粒小麦中胚轴培养

8、中DNADNA值的变化值的变化一、植物体细胞无性系变异一、植物体细胞无性系变异2.体细胞无性系变异的类型及遗传基础体细胞无性系变异的类型及遗传基础2)体细胞无性系变异的遗传基础体细胞无性系变异的遗传基础染色体断裂与重组非整倍体、四倍体染色体断裂与重组非整倍体、四倍体产生染色体结构变异的一般不能正常生长产生染色体结构变异的一般不能正常生长 染色体畸变中出现的双着丝粒染色体在细胞分裂后期如不染色体畸变中出现的双着丝粒染色体在细胞分裂后期如不能被拉断，就会在两核之间形成染色体桥，出现四倍体。能被拉断，就会在两核之间形成染色体桥，出现四倍体。 一、植物体细胞无性系变异一、植物体细胞无性系变异3.人工诱

9、发变异人工诱发变异人工诱变人工诱变物理诱变物理诱变化学诱变化学诱变X,X,射线及紫外线射线及紫外线碱基类似物碱基类似物DNADNA分子结构分子结构插入物插入物烷化剂烷化剂DNA复制中，复制中，“以假乱真以假乱真”，如，如5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶(BU)、2-氨基嘌呤等氨基嘌呤等带有不稳定烷基，能改变带有不稳定烷基，能改变DNA的化学结构。甲基磺酸乙酯的化学结构。甲基磺酸乙酯二、植物体细胞无性系突变体的筛选二、植物体细胞无性系突变体的筛选1.突变体筛选的一般原则突变体筛选的一般原则 1)多种检测手段相结合，初筛与复筛相结合多种检测手段相结合，初筛与复筛相结合 2)离体筛选与常规离体筛选与常规 育种相

10、结合育种相结合二、植物体细胞无性系突变体的筛选二、植物体细胞无性系突变体的筛选2.体细胞无性系突变体筛选方法体细胞无性系突变体筛选方法 1)从再生植株中直接筛选有用突变株从再生植株中直接筛选有用突变株 2)对离体培养物的筛选对离体培养物的筛选二、植物体细胞无性系突变体的筛选二、植物体细胞无性系突变体的筛选2.体细胞无性系突变体筛选方法体细胞无性系突变体筛选方法突变体筛选突变体筛选方法方法直接选择法直接选择法间接选择法间接选择法绿岛法绿岛法正选择法正选择法负选择法负选择法二、植物体细胞无性系突变体的筛选二、植物体细胞无性系突变体的筛选2.体细胞无性系突变体筛选方法体细胞无性系突变体筛选方法直接选

11、择法直接选择法 正选择法：正选择法： 用一种含有特定物质的选择培养基，在其上只有突变用一种含有特定物质的选择培养基，在其上只有突变的细胞能够生长，非突变细胞不能生长，从而直接筛选出的细胞能够生长，非突变细胞不能生长，从而直接筛选出突变体的办法。突变体的办法。 小麦幼胚愈伤组织小麦幼胚愈伤组织-1.4%NaCl N6培养基小麦耐盐培养基小麦耐盐系。系。二、植物体细胞无性系突变体的筛选二、植物体细胞无性系突变体的筛选2.体细胞无性系突变体筛选方法体细胞无性系突变体筛选方法直接选择法直接选择法负选择法（富集选择法，又称浓缩法负选择法（富集选择法，又称浓缩法 ）：）： 在特定培养基中，让正常细胞生长繁

12、殖，突变体细胞在特定培养基中，让正常细胞生长繁殖，突变体细胞受抑制不分裂呈休眠状态，然后用一种能毒害正常生长细受抑制不分裂呈休眠状态，然后用一种能毒害正常生长细胞，而对休眠细胞无害的药物淘汰正常细胞，再用正常培胞，而对休眠细胞无害的药物淘汰正常细胞，再用正常培养基恢复突变体生长。养基恢复突变体生长。 该方法主要应用于营养缺陷型突变体筛选。该方法主要应用于营养缺陷型突变体筛选。二、植物体细胞无性系突变体的筛选二、植物体细胞无性系突变体的筛选2.体细胞无性系突变体筛选方法体细胞无性系突变体筛选方法间接选择法间接选择法 间接选择法是一种借助于与突变表现型有关的性状作间接选择法是一种借助于与突变表现型

13、有关的性状作为选择指标的筛选方法。为选择指标的筛选方法。 当缺乏直接选择表型指标或直接选择条件对细胞生长当缺乏直接选择表型指标或直接选择条件对细胞生长不利时，可考虑采用间接筛选法不利时，可考虑采用间接筛选法如脯氨酸（如脯氨酸（Pro）锦橙珠心悬浮细胞锦橙珠心悬浮细胞-射线射线-高浓度高浓度Pro细胞内细胞内Pro含含量提高一倍耐寒愈伤及植株。量提高一倍耐寒愈伤及植株。 抗病突变体的筛选也常常用间接筛选的策略。抗病突变体的筛选也常常用间接筛选的策略。二、植物体细胞无性系突变体的筛选二、植物体细胞无性系突变体的筛选2.体细胞无性系突变体筛选方法体细胞无性系突变体筛选方法 绿岛法绿岛法 绿岛法是利用

14、已分化组织进行筛选和鉴定的方法。绿岛法是利用已分化组织进行筛选和鉴定的方法。 对于抗病毒突变体、抗除草剂突变体的筛选，可以采对于抗病毒突变体、抗除草剂突变体的筛选，可以采用用“绿岛法绿岛法”。 这种方法最早用于抗除草剂，叶片大面积枯黄，仅有这种方法最早用于抗除草剂，叶片大面积枯黄，仅有少量抗除草剂突变细胞组织仍保持绿色，取这部分材料则少量抗除草剂突变细胞组织仍保持绿色，取这部分材料则成为很小的绿岛，因而形象地称之为成为很小的绿岛，因而形象地称之为“绿岛法绿岛法”。单倍体烟草植株单倍体烟草植株- -射线射线-除草剂除草剂-叶片部分变黄叶片部分变黄-取出绿取出绿色部分色部分-愈伤组织愈伤组织=耐除

15、草剂的单倍体植株耐除草剂的单倍体植株=二倍体二倍体二、植物体细胞无性系突变体的筛选二、植物体细胞无性系突变体的筛选3.体细胞无性系突变体的筛选体细胞无性系突变体的筛选材料选择材料选择和预和预 处处 理理预培养预培养（悬浮或平板）（悬浮或平板）诱发突变诱发突变（平板培养）（平板培养）高抗高产细胞株选择高抗高产细胞株选择（平板培养）（平板培养）愈伤组织增殖愈伤组织增殖或再生植株或再生植株突变体鉴定突变体鉴定二、植物体细胞无性系突变体的筛选二、植物体细胞无性系突变体的筛选4.体细胞无性系筛选的成功范例体细胞无性系筛选的成功范例(略略)二、植物体细胞无性系突变体的筛选二、植物体细胞无性系突变体的筛选5

16、.植物细胞无性系突变体筛选的应用植物细胞无性系突变体筛选的应用 1)在农业上的应用在农业上的应用 创造育种中间材料或直接筛选新品种创造育种中间材料或直接筛选新品种 在全世界在全世界50多个国家中，已培育出多个国家中，已培育出1000多个由直接多个由直接突变获得的或由这些突变体杂交而衍生的品种突变获得的或由这些突变体杂交而衍生的品种 通过体细胞诱变选育的谷类作物品种中，品质得到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不同程度改良的占34.3。 抗病，占诱变品种的抗病，占诱变品种的1/4、耐盐、抗除草剂、耐寒、耐盐、抗除草剂、耐寒、耐旱；耐旱；二、植物体细胞无性系突变体的筛选二、植物体细胞无性系突变体的筛选5.植物细胞无性系突变体筛选的应用植物细胞无性系突变体筛选的应用 2)在植物细胞大规模培养生产次生代谢物的应用在植物细胞大规模培养生产次生代谢物的应用 筛选高产突变株筛选高产突变株二、