园艺植物育种学-倍性育种

倍性育种倍性育种的概念：根据一定的育种目标，采用人工诱变等方法，产生染色体倍数性增加或减少的后代，从中培育出优良新品种的过程。倍性育种单倍体育种多倍体育种同一属植物中常存在一连串不同倍性的物种。在一个植物属内，以染色体数目最少的二倍体种的配子染色体数为准，作为全属植物的染色体基数，包括这一基数的染色体称为一个染色体组，用x表示。凡体细胞含有3套及3套以上染色体组的生物个体称之为多倍体

(polyploid)。1.多倍体的概念:第一节多倍体育种一、多倍体的概念与类型

同源多倍体2.多倍体的类型:形成多倍体的染色体组来自同一物种。

异源多倍体由两个或两个以上不同物种的染色体组组成。

异数多倍体（非整数多倍体）细胞中染色体的数目不为基数的整倍性。

物种AF1F1物种B1物种B２物种CAAAB1

B1B2B2B2B1B1CCAAA同源三倍体同源四倍体同源六倍体同源异源八倍体AAAAAAAAAAAAB1B1异源四倍体同源异源三倍体AB1B1AAAAB1B1B1B1同源异源六倍体AAB1B1B1B1节段异源四倍体B1B1B２B２AB1C异源三倍体异源六倍体AAB1B1CC各种多倍体的相互关系二、多倍体的特点

1.巨大性:

在体形和细胞上都表现出明显的巨大性叶片变宽增厚、茎粗壮花、果实、种子增大气孔与花粉增大等RakiaRanneywithapolyploidSinocalycanthusChinensis二、多倍体的特点

2.其它形态及生理特征:

叶色浓绿、花色鲜艳、重瓣性高新陈代谢旺盛，有机合成能力提高生长缓慢，发育延迟呼吸和蒸腾作用减弱，光合效率高适应性增强二、多倍体的特点

3.育性变化:

同源多倍体育性下降三倍体表现高度不育异数多倍体存在一定程度的不育异源多倍体具有较高程度的育性二、多倍体的特点

4.遗传变异性:

遗传性比较丰富分离现象幅度加大变异范围广泛

尤其是异源多倍体三、多倍体育种的意义

多倍体往往具有花大、重瓣性强、花色浓艳、抗逆性强等优点

，在园林植物中具有较大的优点。

多倍体是克服远缘杂交不亲和性及远缘杂种难稔性的重要手段。

多倍体在植物进化中起着重要作用：多倍体在自然界普遍存在，被子植物中1/2以上为多倍体，花卉中2/3为多倍体。常见观赏植物多倍体系列表属名X2X3X4X5X6X7X8X其他蔷薇属(Rosa)菊属(Dendranthema)大丽花属(Dahlia)金鱼草属(Antirrhinum)万寿菊属(Tagetes)石竹属属(Dianthus)唐菖蒲属(Gladiolus)郁金香属(Tulipa)百合属(Lilium)萱草属(Hemerocallis)杜鹃花属(Rhododendron)79881215151212111314181616243030242422262127————45363633—28363232486060484844523545———757560———4254————90—————63567264—56649070属名X2X3X4X5X6X7X8X其他天门冬属(Asparagus)龙舌兰属(Agave)芍药属(Paeonia)莲属(Nelumbo)罂粟属(Papaver)凤仙花属(Impatiens)水仙(Narcissus)李属(Prunus)木兰属(Magnolia)七叶树属(Aesculus)杨属(Populus)柳属(Salix)槭树属(Acer)1030586,7,11712819201919132060101612,14,221424163840383826—9015—363624—6057573940120—3228,442848327680757642—1509560180484811411478176152108属名X2X3X4X5X6X7X8X其他珙桐属(Davidia)泡桐属(Paulownia)榆属(Ulmus)白蜡属(Fraxinus)椴树属(Tilia)柳杉(Cryptomeria)金钱松(Pseudolarix)圆柏(Sabina)铅笔柏(S.virginiana)山茶属(Camellia)茶梅(C.sasanqua)溲疏属(Deutzia)绣球属(Hydrangea)棣棠属(Primula)111014234111111111151513181722—28468222—222230—2636343345405692164444444605272685575

1389090105120属名X2X3X4X5X6X7X8X其他报春花属(Dahlia)8～132(8～13)364(9～12)5472,126月见草属(Oenothera)7142128锦葵属(Malva)5～7,11,1310,14,22,261820,24,28,44,523030,36,42,66425650,70,78,84,112,130鸢尾属(Iris)7～1116,18,20,2224,304(7～11)35,4042,48,54725434,37,38,46,84,86,108四、多倍体形成的原理与途径

在自然条件下，温度的剧变，紫外线照射，恶劣多变的气候条件是产生多倍体细胞的重要原因。

Primula：原产温带

二倍体、同源四倍体分布于我国云南省

异源四倍体同一地区的高山上

6x、8x更北或更南

14x极地。

四、多倍体形成的原理与途径

多倍体形成的主要途径：

1.无性阶段染色体加倍：即体细胞有丝分裂过程中发生核内有丝分裂导致染色体加倍。（无性多倍化asexualpolyploidization）

2.有性阶段染色体加倍：即小孢子母细胞或大孢子母细胞在减数分裂过程中不减数产生2n配子。（有性多倍化sexualpolyploidization）四、多倍体形成的原理与途径

2n配子形成的主要途经：

性母细胞减数分裂前染色体加倍

减数分裂失败形成重组核

减数第一次分裂后，第二次分裂前染色体DNA复制

减数第二次分裂时形成平行纺锤体或纺锤体融合

不正常的胞质分裂

减数分裂后染色体加倍

五、人工诱导多倍体的方法

五、人工诱导多倍体的方法

1.多倍体诱导材料的选择

选用综合性状优良，遗传基础好的材料

选择染色体倍性较低，染色体数少的植物

选用异花授粉植物及杂种后代

选择可利用营养器官进行繁殖的植物

五、人工诱导多倍体的方法

2.秋水仙素诱导多倍体的处理方法

秋水仙素的作用机理：细胞分裂时，抑制纺锤丝的形成，使正常分离的染色体不能拉向细胞的两极；同时抑制细胞板的形成，从而导致加倍。五、人工诱导多倍体的方法

秋水仙素的处理方法：

1）浸渍法：处理种子、枝条等2）滴涂法：处理幼苗顶芽、植株侧芽等的生长点3）注射法：将秋水仙素溶液注射到作用部位4）包埋法5）毛细管法6）离体诱导（培养基法）五、人工诱导多倍体的方法

离体诱导多倍体的优点：

1）易于控制实验条件和重复实验结果

2）可同时处理大批材料，便于提高工作效率

3）利于减少或避免嵌合体

4）受体材料类型广泛五、人工诱导多倍体的方法

影响诱导效果的因素：

1）秋水仙素的浓度

有效浓度：0.001％～1.0％，

0.2％～0.4％用得较多，离体诱导浓度较低2）处理时期与持续时间3）环境温度六、多倍体的鉴定及后代选育1.多倍体诱导的鉴定1）直接鉴定——染色体计数：检查花粉母细胞或根尖、芽等分生组织细胞的染色体数目。

2）间接鉴定：根据植株形态特征、生长特性、细胞学特性、育性等进行判断。六、多倍体的鉴定及后代选育1.多倍体诱导的鉴定2）间接鉴定：根据植株形态特征、生长特性、细胞学特性、育性等进行判断。六、多倍体的鉴定及后代选育①形态特征与生长特性的比较

多倍体通常具有根茎粗壮、叶片肥厚、色绿、锯齿明显、长宽比变小、叶柄变宽、花器、果实、种子变大等形态特征。六、多倍体的鉴定及后代选育②气孔大小、密度及保卫细胞中叶绿体数目

多倍体较二倍体具有气孔体积增大、数目减少、气孔保卫细胞叶绿体增多等特点。六、多倍体的鉴定及后代选育③花粉粒的形态、大小及萌发孔数目的多少

多倍体多表现为花粉粒大，萌发孔数目多，花粉粒形状变化明显。六、多倍体的鉴定及后代选育④花粉母细胞减数分裂行为同源多倍体易形成多价体⑤育性变化六、多倍体的鉴定及后代选育1.多倍体诱导的鉴定3）流式细胞术利用流式细胞光度仪（flowcytometry）测定单个细胞的DNA含量，再根据DNA含量比较推断出细胞的倍性。六、多倍体的鉴定及后代选育2.多倍体后代的选育

无性繁殖植物：直接选择、固定一、二年生草花：进一步杂交选择，克服某些缺点，逐步消除不孕性嵌合体的分离1.单倍体的概念:第二节单倍体育种一、单倍体的概念与特点

狭义：细胞体内只含有一个染色体组的植物。

即一倍体（monoploid）如：牡丹二倍体2n=2x=10，单倍体n=x=5。

广义：具有该植物配子染色体数的植物。

即“半倍体”（haploid），包括“多倍单倍体”

如：菊花2n=6x=54，单倍体为n=3x=272.单倍体的特点:一、单倍体的概念与特点1）与二倍体形态基本相似植株矮小，叶薄，花器较小2）生活力较弱3）高度不孕4）加倍后成为纯合二倍体，恢复育性二、单倍体育种的概念和意义1.概念：

指利用诱发单性生殖（如花药培养）的方法，使杂交后代的异质配子形成单倍体植株，经染色体加倍成为纯系，然后进行选育获得新品种的方法。二、单倍体育种的概念和意义1）克服杂种分离，缩短育种年限2）提高选择的正确性和效率

无显隐性干扰；不发生遗传性重组，选择范围缩小3）节省田间试验的土地与劳力4）克服远缘杂种不育性与分离的困难5）快速培育异花授粉植物的自交系6）利用单倍体植物进行辐射和化学诱变7）直接利用其不育性2.意义：目的：从群体中选出AABB类型F1AaBbF2A-B-A-bbaaB-aabb×F3AABBABAbaBabF1AaBb花粉培养加倍AABBAAbbaaBBaabb从杂交到获得一个稳定的后代，需8～10年时间从杂交到获得一个稳定的后代，需2年时间父本：AAbb母本：aaBB三、获得单倍体的途径与方法1.自然界产生单倍体的方式

孤雌生殖

即由植物胚囊中的卵细胞与极核不经受精，单性发育成植株。

孤雄生殖

无配子生殖

由胚囊中的反足细胞与助细胞不经受精发育而来。三、获得单倍体的途径与方法2.人工获得单倍体的途径

诱导孤雌生殖

利用远缘的异属花粉授粉弱化花粉授粉/延迟授粉用高剂量射线照射的花粉授粉化学药剂处理异常变温处理机械刺激子房

离体诱导花药培养（器官培养）花粉培养（细胞培养）胚珠培养未授粉子房培养四、花药培养的程序与技术1.花粉单性发育成植株的原理

1）世代交替

单倍体（有性世代）

二倍体（无性世代）

2）植物具有再生的特征3）植物细胞的全能性

四、花药培养的程序与技术花粉培养的发育途径：

花粉进行多次细胞内分裂，形成多细胞花粉粒花粉粒破裂，形成类似胚胎发育的“胚状体”分化出根和芽；花粉形成愈伤组织（脱分化过程）愈伤诱导形成单倍体植株（再分化过程）。多数植物表现的途径

四、花药培养的程序与技术

脱分化过程

：花粉在不断的细胞分裂过程中，逐渐丧失原来的分化状态形成愈伤组织的过程，或称愈伤组织诱导过程。

再分化过程：

愈伤组织在一定的条件下经培养后，又能像胚胎发育过程一样进行根、茎、叶的分化，称再分化过程。2.花药（花粉）诱导单倍体的方法（一）材料的选择1基因型：采用优良的杂种一代植株或杂种二代植株的花