第九讲-倍性育种.ppt
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LOGO第九讲倍性育种基本概念基本概念【多倍体育种多倍体育种】利用人工诱变或自然变异等,通过细胞利用人工诱变或自然变异等,通过细胞染色体组加倍获得多倍体育种材料,用以选育作物新染色体组加倍获得多倍体育种材料,用以选育作物新品种的技术。
品种的技术。
【单倍体育种单倍体育种】利用植物仅有的利用植物仅有的11套染色体的配子体而套染色体的配子体而形成纯系的育种技术。
形成纯系的育种技术。
倍性育种倍性育种使植物染色体数目发生倍数性变化,用使植物染色体数目发生倍数性变化,用以培育植物新品种或者育种中间材料的技术。
以培育植物新品种或者育种中间材料的技术。
Part1多倍体育种多倍体育种一、多倍体现象与形成途径一、多倍体现象与形成途径二、多倍体二、多倍体育种在园艺生产中的实际应用育种在园艺生产中的实际应用育种在园艺生产中的实际应用育种在园艺生产中的实际应用三、多倍体的三、多倍体的诱变方法诱变方法诱变方法诱变方法四、多倍体的选择、鉴定与利用四、多倍体的选择、鉴定与利用PolyploidBreeding一、多倍体现象与形成途径一、多倍体现象与形成途径【多倍体多倍体】体细胞中具三个体细胞中具三个或三个以上整倍染色体组的或三个以上整倍染色体组的植物体。
植物体。
(一)多倍体现象
(一)多倍体现象【多倍体植物的特点】植物各器官均较二倍体大,果实中含营养物质多。
生长发育延迟,结实率低。
【同源多倍体同源多倍体】种内染色体加倍种内染色体加倍【异源多倍体异源多倍体】种间杂交杂种染色体加倍种间杂交杂种染色体加倍普通小麦普通小麦异源六倍体异源六倍体AABBDDAABBDDn现存裸子植物中少见;被子植物中多倍体种占30-35%但分布不规则。
n有研究表明,多倍体比率最高:
多年生草本一年生草本木本植物。
n园艺植物属的染色体基数见表10-1,如:
草莓属、树莓属、蔷薇属,草莓属、树莓属、蔷薇属,x=7x=7萝卜属、胡萝卜属等,萝卜属、胡萝卜属等,x=9x=9物种物种AA(2x)物种物种BB(2x)物种物种B1B1(2x)物种物种CC(2x)物种物种DD(2x)AAAA(同源四倍体)同源四倍体)(4x)F1AAA(同源三倍体)同源三倍体)(3x)F1AB(双单倍体)双单倍体)(2x)AABB(双二倍体)(双二倍体)(异源四倍体)异源四倍体)(4x)F1BB1BBBB(同源四倍体)(同源四倍体)(4x)BBB1B1(部分异源四倍体)(部分异源四倍体)(4x)F1ABC(三倍单体)(三倍单体)(3x)AAAABBBB(同源异源八倍体)(同源异源八倍体)(4x)AABBCC(异源六倍体)(异源六倍体)(6x)F1AABBC(异源五倍体)(异源五倍体)(5x)F1ABCD(四倍单体)(四倍单体)(4x)AABBCCDD(异源八倍体)(异源八倍体)(8x)
(二)植物多倍体形成的途径
(二)植物多倍体形成的途径多倍体在动多倍体在动物界极少发物界极少发生,在植物生,在植物界却相当普界却相当普遍。
很多植遍。
很多植物种都是通物种都是通过多倍体途过多倍体途径而产生的。
径而产生的。
多倍体与物种进化关系密切多倍体与物种进化关系密切远缘杂交形成异源多倍体是新种产生的重要原因远缘杂交形成异源多倍体是新种产生的重要原因二、多倍体育种在园艺生产中的实际应用二、多倍体育种在园艺生产中的实际应用
(一)多倍体植物的特征
(一)多倍体植物的特征A、外观、外观巨大性巨大性n随着染色体的加倍,细胞核和细随着染色体的加倍,细胞核和细胞变大,胞变大,组织器官也变大组织器官也变大;n一般表现为一般表现为茎粗、叶宽厚、颜色茎粗、叶宽厚、颜色深、花大、果大、种子大而少深、花大、果大、种子大而少。
三倍体大花萱草三倍体大花萱草四倍体石榴巨大性巨大性经济价值高经济价值高B、细胞学结构、细胞学结构(形态变化的细胞学机制)(形态变化的细胞学机制)二倍体的花和气孔较小四倍体的花和气孔较大C、可孕性低、可孕性低品质上升品质上升n三倍体的性细胞在减数分裂中,染色体分配不均匀n形成非整倍体的配子,表现出无籽或种子皱缩。
无籽西瓜无籽西瓜无籽葡萄无籽葡萄无籽蜜橘无籽蜜橘D、有机合成速率增加、有机合成速率增加营养成分增加营养成分增加内内质上升质上升n由于多倍体染色体数量增多,有多套基因,新陈代谢旺盛,酶活性加倍,从而提高了蛋白质、碳水化合物、维生素、植物碱以及单宁等有机物质的合成速率。
多倍体的花卉香味浓郁多倍体的花卉香味浓郁三倍体甜菜的含糖量提高三倍体甜菜的含糖量提高E、杂合性、杂合性适应性强适应性强n适应性增强:
耐辐射、耐旱、抗寒等特性适应性增强:
耐辐射、耐旱、抗寒等特性染色体数量加倍,杂合位点增加染色体数量加倍,杂合位点增加等位等位/非等位基因互作效应增强非等位基因互作效应增强F、可克服远缘杂交的、可克服远缘杂交的不育性不育性本来不孕的杂种,通过染色体本来不孕的杂种,通过染色体加倍,成为可孕的新种加倍,成为可孕的新种欧洲李欧洲李(6X)(6X)樱桃李樱桃李(2X)(2X)黑刺李黑刺李(4X)(4X)不育杂种不育杂种(3X)(3X)人人工工诱诱导导器官器官“巨大性巨大性”营养成分合成率增加营养成分合成率增加可孕性下降可孕性下降克服远缘杂交不育克服远缘杂交不育适应性增强适应性增强花期延长花期延长。
基因剂量效应基因剂量效应基因剂量增大基因剂量增大改变基因平衡关系改变基因平衡关系
(二)实际应用创创造造品品质质产产量量新品种新品种克服远缘克服远缘杂交不育杂交不育利利用用三、多倍体的诱变方法三、多倍体的诱变方法途径途径自然诱导自然诱导人工诱导人工诱导物理因素诱导物理因素诱导化学因素诱导化学因素诱导秋秋秋秋水水水水仙仙仙仙素素素素1.秋水仙素(秋水仙素(colchicine)的诱发原理)的诱发原理n温度的骤变、适当浓度的秋水仙素能在不影响细胞活力的条件下抑制纺锤体生成或破坏纺锤体。
导致染色体复制且着丝点分裂后不能分配到两个细胞中,从而使细胞内的染色体数目加倍。
(一)秋
(一)秋
(一)秋
(一)秋水水水水仙仙仙仙素素素素2.处理过程处理过程浸浸渍渍
(一)秋
(一)秋
(一)秋
(一)秋水水水水仙仙仙仙素素素素
(一)秋
(一)秋
(一)秋
(一)秋水水水水仙仙仙仙素素素素
(一)秋
(一)秋
(一)秋
(一)秋水水水水仙仙仙仙素素素素
(一)秋
(一)秋
(一)秋
(一)秋水水水水仙仙仙仙素素素素
(一)秋
(一)秋
(一)秋
(一)秋水水水水仙仙仙仙素素素素
(一)秋
(一)秋
(一)秋
(一)秋水水水水仙仙仙仙素素素素
(一)秋
(一)秋
(一)秋
(一)秋水水水水仙仙仙仙素素素素3.注意事项注意事项n诱变材料的选择诱变材料的选择(亲本选择(亲本选择p228)杂合性高、染色体倍数少、异交方式、较高经济价值杂合性高、染色体倍数少、异交方式、较高经济价值n植物部位的选择植物部位的选择细胞分裂旺盛、活跃部位细胞分裂旺盛、活跃部位n药剂浓度与处理时间药剂浓度与处理时间根据植物组织不同而定根据植物组织不同而定n植株生长条件植株生长条件温度、冲洗干净温度、冲洗干净
(一)秋
(一)秋
(一)秋
(一)秋水水水水仙仙仙仙素素素素
(二)有
(二)有
(二)有
(二)有性性性性杂杂杂杂交交交交三倍体无籽西瓜三倍体无籽西瓜其它多倍体植物甘蔗是三倍体。
最早的野生甘蔗就像芦苇又细又甘蔗是三倍体。
最早的野生甘蔗就像芦苇又细又短且开花结籽。
这种野生甘蔗发生自然加倍形成四倍短且开花结籽。
这种野生甘蔗发生自然加倍形成四倍体甘蔗,四倍体甘蔗与野生甘蔗自然杂交,就形成了体甘蔗,四倍体甘蔗与野生甘蔗自然杂交,就形成了现在的甘蔗。
现在的甘蔗。
水果一般都是多倍体。
水果一般都是多倍体。
甘薯、马铃薯等以无性繁殖为主的作物及许多花卉甘薯、马铃薯等以无性繁殖为主的作物及许多花卉四、多倍体的鉴定与利用四、多倍体的鉴定与利用11、鉴定:
、鉴定:
形态比较、气孔鉴定、花粉粒鉴定等形态比较、气孔鉴定、花粉粒鉴定等22、利用:
、利用:
通过有性杂交所得到的多倍体类型,有些可以通过有性杂交所得到的多倍体类型,有些可以直接选优利用直接选优利用;不稳定嵌合型进行分离同型化;不稳定嵌合型进行分离同型化(与芽(与芽变育种结合)变育种结合);作;作育种的中间材料育种的中间材料;远缘杂交前,先;远缘杂交前,先进行亲本倍性育种,再杂交(进行亲本倍性育种,再杂交(克服远缘杂交不育克服远缘杂交不育)第二节第二节单倍体在遗传育种中的应用单倍体在遗传育种中的应用单倍体植株的特点单倍体植株的特点单倍体是指配子染色体数,它具有正常体细胞染单倍体是指配子染色体数,它具有正常体细胞染色体(色体(2n)数的一半()数的一半(n)。
请思考,单倍体到请思考,单倍体到底有没有优点?
底有没有优点?
n形态特征:
营养器官和繁形态特征:
营养器官和繁殖器官的变化及植株矮化。
殖器官的变化及植株矮化。
n生理生化特性:
花粉败育生理生化特性:
花粉败育率很高,不育性是很可靠率很高,不育性是很可靠的标志。
的标志。
单倍体的优点是:
没有等位基因,单倍体的优点是:
没有等位基因,经染色体加倍获得纯种!
经染色体加倍获得纯种!
生长瘦弱,高度不孕,又有什么用?
生长瘦弱,高度不孕,又有什么用?
秋水仙素处理使它的染色体加倍,变秋水仙素处理使它的染色体加倍,变成纯种!
对其培育选择获得新品种!
成纯种!
对其培育选择获得新品种!
其实,单倍体育种应该叫单倍体加多倍体联合育种才对!
例题:
小麦高秆(D)对矮秆(d)为显性,抗锈病(T)对不抗锈病(t)为显性,现有纯合的高秆抗锈病的小麦(DDTT)和矮秆不抗锈病的小麦(ddtt),怎样才能得到矮秆抗病的优良品种(ddTT)?
高抗高抗矮不抗矮不抗高抗高抗DDTTddttDdTtddTt高抗高抗高不抗高不抗矮抗矮抗矮不抗矮不抗ddTT矮抗矮抗ddTT杂交杂交自交自交选优选优自交多次自交多次F3-n选优选优解答解答22单倍体加多倍体联合育种【单倍体产生途径单倍体产生途径】将花粉处于单核时期(小孢子)的花药进行离体培养。
通将花粉处于单核时期(小孢子)的花药进行离体培养。
通过培养使它离开正常的发育途径(即形成成熟花粉最后产生精子的途径)而过培养使它离开正常的发育途径(即形成成熟花粉最后产生精子的途径)而分化成为单倍体植株。
分化成为单倍体植株。
【离体诱导产生单倍体离体诱导产生单倍体离体诱导产生单倍体离体诱导产生单倍体】nn将一定发育阶段的花药、花粉、将一定发育阶段的花药、花粉、将一定发育阶段的花药、花粉、将一定发育阶段的花药、花粉、子房,通过无菌操作接种在培子房,通过无菌操作接种在培子房,通过无菌操作接种在培子房,通过无菌操作接种在培养基上,使单倍体细胞分裂形养基上,使单倍体细胞分裂形养基上,使单倍体细胞分裂形养基上,使单倍体细胞分裂形成胚状体或愈伤组织,然后由成胚状体或愈伤组织,然后由成胚状体或愈伤组织,然后由成胚状体或愈伤组织,然后由胚状体发育成小苗或诱导愈伤胚状体发育成小苗或诱导愈伤胚状体发育成小苗或诱导愈伤胚状体发育成小苗或诱导愈伤组织发育为植株。
组织发育为植株。
组织发育为植株。
组织发育为植株。
优点优点:
控制杂种后代分离,提高获得纯合材料的效率;缩短育种年限,:
控制杂种后代分离,提高获得纯合材料的效率;缩短育种年限,加速育种进程;克服远缘杂种不孕性。
加速育种进程;克服远缘杂种不孕性。
单倍体加多倍体联合育种的优缺点单倍体加多倍体联合育种的优缺点单倍体加多倍体联合育种的优缺点单倍体加多倍体联合育种的优缺点用人工诱导使单倍体植株染色体加倍,用人工诱导使单倍体植株染色体加倍,这样,这样,它的体细胞中不仅含有正常植株它的体细胞中不仅含有正常植株体细胞中的染色体数,而且每对染色体体细胞中的染色体数,而且每对染色体上的成对的基因都是纯合上的成对的基因都是纯合,这样植株后,这样植株后代就不会发生性状分离。
代就不会发生性状分离。
这种方法比杂这种方法比杂交育种所需时间大大地缩短了交育种所需时间大大地缩短了。
花药离花药离体培养体培养秋水仙秋水仙素处理素处理与其他的育种方法相结合,提高选择效果与其他的育种方法相结合,提高选择效果单倍体的基因没有显隐性关系,可有效地发现、选择它单倍体的基因没有显隐性关系,可有效地发现、选择它所产生的所产生的突变体。
突变体。
由由花药、花粉培养得到的单倍体植株可用组织培养技术花药、花粉培养得到的单倍体植株可用组织培养技术快繁和保存材料,便于诱导和选择快繁和保存材料,便于诱导和选择突变体。
、突变体。
、小孢子或花药可用作转基因的受体材料。
小孢子来源的小孢子或花药可用作转基因的受体材料。
小孢子来源的小孢子或花药可用作转基因的受体材料。
小孢子来源的小孢子或花药可用作转基因的受体材料。
小孢子来源的胚也可用作转化受体。
胚也可用作转化受体。
胚也可用作转化受体。
胚也可用作转化受体。
二、单倍体产生途径之花药二、单倍体产生途径之花药诱导单倍体诱导单倍体通过一定方法将花粉从花药里通过一定方法将花粉从花药里取出,直接培养花粉获得再生取出,直接培养花粉获得再生的单倍体植株的过程。
的单倍体植株的过程。
花粉培养花粉培养/小孢子培养小孢子培养n花粉培养花粉培养完全排除了花药完全排除了花药组织的干扰,使得既组织的干扰,使得既可可以避免花粉与花药组织以避免花粉与花药组织在培养过程中分裂和增在培养过程中分裂和增殖的竞争殖的竞争,有利花粉植,有利花粉植株株的形成;的形成;n省略省略花药培养获得再生植花药培养获得再生植株是否来自花药的鉴定株是否来自花药的鉴定程序。
程序。
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