1700-植物染色體工程

第17章植植物染色色體工程程(PlantChromosomeEngineering)◆植物染色色體倍性性改造◆植物物染色體體非整倍倍體改造造染色體工工程:是人們按按照一定定的設(shè)計計,有計劃地地消減、、添加或或代換同同種或異異種染色色體的技技術(shù)。廣義上講講它還包包括染色色體內(nèi)部部的部分分遺傳操操作技術(shù)術(shù)。定義義染色體數(shù)數(shù)目變異異整倍變化化：多倍體：：細(xì)胞中含含有三個個或更多多染色體體組的個個體單倍體：：細(xì)胞中含含有正常常體細(xì)胞胞的一半半染色體體數(shù)非整倍體體變化：：染色體減少少：單體（減1條）、缺體（減1對）染色體增加加：三體（加1條）、四體（加1對）染色體代換換：同種代換、、異種代換換一、植物物染色體倍倍性改造1.人工誘導(dǎo)植植物多倍體體的意義2.染色體加倍倍技術(shù)3.植物的多倍倍體育種4.植物的單倍倍體育種1.人工誘導(dǎo)植植物多倍體體的意義多倍體(polyploidy):植物的性狀狀比原來的的二倍體氣氣孔、花、、果實和種種子比二倍倍體者為大大，葉肉較較厚，莖稈稈也較粗壯壯煙草2倍體，4倍體和8倍體葉片表表皮細(xì)胞的的比較多倍體育種種的重要應(yīng)應(yīng)用新型農(nóng)業(yè)食食品資源無籽西瓜：：沒有籽、、品質(zhì)好、、食用方便便、高產(chǎn)抗抗病異源多倍體體小黑麥：：產(chǎn)量高、、品質(zhì)好高品質(zhì)樹木木培育多倍體桑樹樹：體細(xì)胞胞較大、葉葉肉厚、葉葉質(zhì)較好、、抗寒性強(qiáng)強(qiáng)三倍體毛白白楊2.染色體加倍倍技術(shù)A、化學(xué)誘導(dǎo)導(dǎo)方法B、生物學(xué)方方法A、化學(xué)方法法1.細(xì)胞松馳素素B(cytochalasin)能抑制肌動動蛋白聚合合成微絲，，從而抑制制細(xì)胞質(zhì)分分裂，使用用最早、最最廣泛，其其誘導(dǎo)效果果也最突出出。2.秋水仙素(colchicine)阻止細(xì)胞分分裂過程中中的紡綞體體的形成。。特點點：：化學(xué)學(xué)藥藥物物價價格格昂昂貴貴，，有有毒毒性性三倍倍體體無無籽籽西西瓜瓜的的生生產(chǎn)產(chǎn)母本本父本本四倍倍體體二倍倍體體有籽籽西西瓜瓜父本本母本本去雄雄授授粉粉普通通西西瓜瓜植植株株種下下去去三倍倍體體植植株株無籽籽西西瓜瓜花粉粉刺刺激激（提提供供生生長長素素））用秋秋水水仙仙素素誘誘導(dǎo)導(dǎo)植植物物多多倍倍體體注注意意事事項項處理理部部位位：：正在在分分裂裂的的細(xì)細(xì)胞胞處理理方方式式：：用水水溶溶液液，，也也可可混混入入羊羊毛毛脂脂、、瓊瓊脂脂或或凡凡士士林林中中。。藥劑劑濃濃度度：：一般般在在0.01%－0.4%處理理時時間間：：一般不少于24h處理溫度：一般18－25℃B、生物學(xué)方法法1——遠(yuǎn)緣雜交B、生物學(xué)方法法2——體細(xì)胞雜交（原生質(zhì)體融融合）3.植物的多倍體體育種二倍體AA(2n=2x)二倍體BB(2n=2x)同源三倍體AAA(2n=3x)同源異源八倍倍體AAAABBB(2n=8x)同源四倍體AAAA(2n=4x)異源四倍體AABB(2n=4x)染色體加倍染色體加倍染色體加倍無籽西瓜的育育成：二倍體西瓜2n=2x=22秋水仙素加倍倍四倍體西瓜2n=4x=44四倍體西瓜2n=4x=44x二倍體西瓜2n=2x=22配子：n=2x=22配子：n=X=11三倍體西瓜2n=3x=33異源八倍體小小黑麥的培育育植物異源多倍倍體——八倍體小黑麥麥的人工培育育普通小麥品種種間雜種♀×♂黑麥（AABBDD2n=42）（（RR2n=14）雜種一代不不孕（ABDR4x=28)人工加倍染色色體八倍體小黑麥麥（AABBDDRR8x=56)4.植物單倍體育育種植物減數(shù)分裂裂后形成的雌雌雄配子，其其染色體數(shù)目目為體細(xì)胞的的一半。將這這種具有單套套染色體的細(xì)細(xì)胞稱為單倍倍體細(xì)胞單倍體細(xì)胞在在人工離體條條件下培養(yǎng)，，使其單性發(fā)發(fā)育成植物體體。這種具有有單套染色體體的植物稱為為單倍體植物物高等植物孢子子體與配子體體

世代交替替（1）單倍體育種種的概念將具有單套染染色體的單倍倍體植物，經(jīng)經(jīng)人工染色體體加倍，使其其成為純合二二倍體。從中中選出具有優(yōu)優(yōu)良性狀的個個體，直接繁繁育成新品種種；或選出具具有單一優(yōu)良良性狀的個體體，作為雜交交育種的原理理材料，稱為為單倍體育種植物單倍體育育種:由于單倍體只只有一套染色色體，染色體體上的每個基基因都能顯示示相應(yīng)的性狀狀，所以極易易發(fā)現(xiàn)所產(chǎn)生生的突變，尤尤其是隱性突突變，在表型型上可以直接接表現(xiàn)出來，，所以單倍體體是研究基因因或基因效應(yīng)應(yīng)、進(jìn)行染色色體遺傳分析析的理想實驗驗材料1）克服雜種分分離，縮短雜雜交育種年限限2）排除顯、隱隱性基因干擾擾，提高選擇擇效率3）單倍體是誘誘變育種的良良好材料4）能克服遠(yuǎn)緣緣雜交的不孕孕性，創(chuàng)造生生物新類型5）利用單倍體體對栽培品種種進(jìn)行純化3、單倍體育種種的優(yōu)越性（2）植物單倍體體育種方法異源花粉授粉粉延遲授粉未授粉子房培培養(yǎng)和花粉培培養(yǎng)種間或?qū)匍g遠(yuǎn)遠(yuǎn)緣雜交栽培大麥(Hordeumvudare,2n=2x=14)與野生球莖大大麥(H.bulbosus,2n=2x=14)雜種胚發(fā)育過過程中，兩物物種染色體的的行為不協(xié)調(diào)調(diào)可導(dǎo)致球莖莖大麥的染色色體逐漸丟失失(稱為染色體消減現(xiàn)現(xiàn)象)，可獲得大麥麥的單倍體植植株花藥培養(yǎng)獲得得單倍體染色體消減獲獲得單倍體大大麥（3）花粉單倍體體植物的培養(yǎng)養(yǎng)程序材料準(zhǔn)備順利通過污染染關(guān)選用適宜發(fā)育育時期的花粉粉逆境處理對促促進(jìn)小孢子脫脫分化和再分分化的效應(yīng)誘導(dǎo)花粉脫分分化形成愈傷傷組織或胚狀狀體小孢子脫分化化和再分化的的時間誘導(dǎo)小孢子形形成胚狀體和和愈傷組織的的技術(shù)關(guān)鍵愈傷組織的植植株分化或胚胚狀體的正常常生長基本培養(yǎng)基選選擇植物激素的調(diào)調(diào)節(jié)糖濃度調(diào)節(jié)完整植物體的的形成再生小小植株的馴化化和移植（4）單倍體植物物的染色體加加倍加倍方法：用得最多的是是化學(xué)誘變法法秋水仙素、富富民農(nóng)、對二二氯苯、8-羥基喹啉等加倍技術(shù)小苗浸泡法生長錐處理培養(yǎng)基加倍二、染色體非非整倍體變化化1.個別染色體的的削減和添加加2.染色體代換1、個別別染色色體的的削減減和添添加單體（（2n-1）與缺缺體（（2n-2）的制制備以小麥麥為例例：2N=42，AABBDD1）單倍倍體小小麥ABD自交（（配子子中有有N=20；N=21）正常小小麥、、單單體小小麥、、缺缺體體小麥麥（2N=42）（（2N=41）（（2N=40）2）單倍倍體小小麥與與二倍倍體小小麥正常小小麥、、單體體小麥麥3）單體體小麥麥（2N=41）自交交自交（（配子子中有有N=20；N=21）正常小小麥、、單單體小小麥、、缺缺體體小麥麥（2N=42）（（2N=41）（（2N=40）有目標(biāo)標(biāo)地替替換染染色體體小麥抗抗病品品種：：20II+6BIIRR；不抗病病6B單體：：20II+6BIIrr；20II+6BIr；x20II+6BIIRR20II+6BIIRr（雙體體抗病?。?0II+6BIR（單體體抗病病）20II+6BIIRR小麥：：AABBDDRRxAABBDDAABBDD+R（7I）（2n+1）：AABBDD+I1RAABBDD+I2R…….…ABD+IRxABD-IT20II+IT+IR（異代換系系）20IIT+IIR異附加系：：AABBDD+II1R………………缺體21II––6DIIx20II+6DIIrr20II+6DIR20II+6DIIRR個別染色體體的削減和和添加三體、四體體的制備三倍體二二倍體體（配子中出出現(xiàn)的N+1類型）（（配配子=N）雜交產(chǎn)生三體植植物（2N+1)三體小麥（（2N+1）自交產(chǎn)生正常小小麥、三體體小麥、四四體小麥2、染色體代代換