2.单倍体在育种中的应用：
（1）缩短育种年限,加快育种进程
大大缩短育种周期。
eg：
A B
a B
a——高产 B——抗旱
AB aB 有性繁育
单倍体诱导 AABB aaBB 1 ： 1
AABB AaBB aaBB 1 : 2 : 1
以水稻为例：
杂交育种 固定性状，获得等基因纯系
8～10年
若采用单倍体培养加速杂合体纯合化
2～3年
（2） 提高目标基因型的频率：
eg: F1
Ab Ab aB ab AB AAbb AaBb Aabb AABb
AaBb
aB AaBb aaBB aaBb AaBB
ab Aabb aaBb aabb AaBb
AB AABb AaBB AaBb AABB
如：F1(Aa)→自交→ 1/4AA+1/2Aa+1/4aa
选取主穗（一级侧枝）的花蕾，因为一级侧枝的 花蕾发育良好，数量大，发育同步。
操作过程中不应使花药受到损伤，若受损伤，则 应淘汰，因为损伤常常会刺激花粉壁形成二倍体的愈 伤组织。
（二）预处理
低温预处理可以提高花粉胚的诱导频率 以1-5℃预低温处理小麦小穗，能提高花粉愈伤组织 的产量。在4℃下冷冻石刁柏花蕾，预处理4天、8天和12 天，愈伤组织诱导率比室温对照分别提高2.4倍、1.9和 1.5倍。
第三章 植物主要组织培养方法



第一节 第二节 第三节 第四节
植物离体无性繁殖 无病毒植物培养 植物花药和花粉培养 植物胚胎培养
第三节 植物花药和花粉培养
思考：
蜜蜂采蜜采的是雄蕊还是雌蕊，为什么？ 为什么自然界代单倍体的产生方式是以孤雌生 殖为主，而离体培养产生单倍体则是以“孤雄 生殖”为主？
太空育种是集航天技术、生物技术和农业育 种技术于一体的农业育种新途径。是当今世界农业 领域中最尖端的科学技术课题之一，通过已进行的 太空农业试验，植物、动物等生物体的许多特性奥 秘被揭示。目前，世界上只有美国、俄罗斯、中国 三个国家拥有返回式卫星技术。在这方面，中国走 在世界前列。 太空育种成果 自1987年以来，我国利用返回式卫星和神舟飞 船，先后进行了10多次搭载，有1000多个品种的种 子和生物材料上天。
用浸透0.1％～0.4％的秋水仙素的棉球放置在 植株顶芽和腋芽生长点处，处理一定时间后用清水 冲洗，以后从处理过的顶芽和腋芽发出的枝条中， 鉴定出加倍材料，并采用适当的方法，分离和繁殖 出来。
秋水仙素加倍方法（组培）
在培养基中加入秋水仙素进行培养； 在培养过程中单独使用秋水仙素溶液浸泡材料， 然后置于不含秋水仙素的培养基中进行培养。
合子是产生孢子体的 第一个原始细胞 花粉是产生花粉孢子 体的第一个原始细胞
•花粉形成花粉胚或花粉愈 伤组织的第一次有丝分裂 称为花粉孢子体第一次有 丝分裂。 •花粉形成花粉植株的途径 即花粉孢子体途径。
二、
培养材料的选取与制备
（一）材料选择 （二）预处理
（三）外植体制备及接种
（一）材料选择
花粉培养
低温预处 理
消毒 取下花蕾（镜检）
接种 预培养数天
取花药
选幼年树花蕾
分离 花粉 过滤离心
通过药壁吸收、贮存和转 化培养基中的外源物质 药壁向花粉提供营养物质；
再生
三、
花粉植株再生
1. 在离体培养条件下，小孢子发生脱分化，改 变原来的发育途径，通过器官发生型和胚状体 发生型再生成完整植株。 2. 离体小孢子发育途径（A、B、C) 3. 花粉的脱分化培养方法
形成配子并 进行繁殖的世代 称为配子世代， 配子世代的生物 体称为配子体。 一般来说，植物 配子体为单倍体 （n）。
花粉原来的发育途径（配子体途径）
初 生 周 缘 层 造 孢 细 胞
1
纤维层（药室内壁）
中层（逐渐消失） 绒毡层（逐渐消失）
幼 嫩 细 胞
孢 原 细 平周 胞 分裂
花 粉 母 细 胞
鉴定方法
1. 2. 3. 4.
129
形态鉴定 结实性鉴定 染色体数目鉴定 遗传标记鉴定
花药（粉）单倍体植株的染色体加倍
秋水仙素加倍的原理： 秋水仙是从百合科植物秋水仙的种子和其它器官中提取出来 的一种生物碱。溶于水、酒精、甲醛等。 当秋水仙素渗入植物正在分裂的细胞时，能抑制纺锤体的形 成，导致染色体不分离，从而引起染色体加倍。 染色体数目加倍的细胞继续进行正常的有丝分裂，将来就 可以发育成多倍体植株。典型的例子有三倍体无子西瓜和甜 菜，八倍体黑小麦等。
本节内容
一、 二、 三、 四、 植物花药（粉）培养的概念及意义 培养材料的选取与制备 花粉植株再生 单倍体植株鉴定和染色体加倍
一、
植物花药（粉）培养的概念及意义
（一）单倍体及其在育种中的应用 1. 单倍体的概念 2. 单倍体在育种中的应用 3. 单倍体产生的途径 （二）花药（粉）培养的概念（本节重点）
在高等植物中，所有单倍体几乎都是由于生殖过程不 正常产生的，如孤雌生殖、孤雄生殖等。在自然界，大部 分单倍体是孤雌生殖形成的，人工单倍体多数是通过花药 的离体培养而得到的。
花粉和花药培养
指离体培养花药和花粉，使小孢子改变原 有的配子体发育途径，转向孢子体发育途径， 形成花粉胚或花粉愈伤组织，最后形成花粉植 株，并从中鉴定出单倍体植株并使之二倍化的 细胞工程技术。
1.秋水仙素诱导多倍体形成的原因是：
A诱导染色体多次分裂 B抑制细胞有丝分裂时纺锤体的形成 C促使染色单体分开，形成染色体 D促使细胞融合
B
3.小孢子细胞途径C发育示意图
3.花粉的脱分化培养方法
液体培养 双层培养 分步培养（花粉自然散落） 条件培养基培养（培养过花药的液体） 看护培养 微室培养
四、
单倍体植株鉴定和染色体加倍
花药和花粉培养的主要目的是制备单倍体，但其再生植 株并不都是单倍体，有单倍体、二倍体、多倍体和非整 倍体，因此，必须对获得的花药和花粉植株进行倍性鉴 定。
1
花粉母细胞减数分裂过程 （单子叶植物）
花粉母细胞 （小孢子母细胞）
花粉母细胞
1
减数分裂
四分体
4
单核 花粉 粒
1花粉母细胞
减数 分裂 4个小孢子
有丝 分裂
4个花粉管细胞核
4个生殖细胞核 有丝分裂
8个精子
孢子体
产生孢子进行无性生殖的世代称为孢子体世代，这 个世代的生物体称为孢子体。
合子 花粉 胚 花粉胚 花粉愈伤 幼小植株（孢子体） 花粉植株（花粉孢子体）
植物的世代交替 胚 (2n) 受精卵 （2n）
Alternation of generation
孢子体 （2n)
无性世代 有性世代
孢子母细胞 （2n)
精子
（n）
卵
（n）
孢子
（n）
孢子
（n）
雌配子 雄配子
明确几个概念
配子体世代（有性世代）、配子体 孢子体世代（无性世代）、孢子体 花粉孢子体 （花粉）孢子体的第一个原始细胞 （花粉）孢子体的第一次有丝分裂
各种植物要求预处理的温度和时间不同。
（三）外植体制备及接种
花药和花粉培养中的表面灭菌通常先用70％乙 醇浸润花蕾30S左右，然后在饱和漂白粉溶液 （上清液）中浸泡10～20min ，或在0.1％氯化 汞溶液中处理5～10分钟，之后用无菌水漂洗 3～5次。
花药材料的选取
关键选取处于合适发育期的花 药，离体培养后才能启动花粉发育。 实践表明，从减数分裂期至双核期 的花药，均有可能诱导离体孤雄发 育。 大多数园艺植物的花药培养， 成功率最高的时期为单核期，或单 核中晚期。
-5
-4
ii、孤雄生殖：eg： 金鱼草、烟草
iii、无融合生殖： 助细胞 反足细胞
单倍体 单倍体
蜜蜂、蚜虫的卵细胞可以 直接发育成新个体 （孤雌生殖）
蜜蜂比较特殊，雌性蜜蜂是受精卵孵化成的，而雄蜂则是未受精卵孵化成的，也就是说需要有雄蜂才 能生出雌蜂，而只有雌蜂本身就能生出雄蜂来。雌蜂则根据喂养的方式分别长成蜂王和工蜂。
秋水仙素加倍方法（禾本科）
用0.02％～0.4％秋水仙素处理花药和花粉单 倍体植株，处理方式和部位随植物种类而异，禾 本科植物的处理应在分蘖期进行，将分蘖节以下 部分浸泡在0.1％左右秋水仙素溶液中2～3天。处 理后用流水冲洗半小时，然后栽入土中，以后从 结实获得的植株中鉴定出加倍材料。
秋水仙素加倍方法（木本）
在水稻中，以单核靠边期的花粉对诱导单倍体 植株较为适宜，在外部形态上可根据叶枕距为 5-15cm，颖片淡黄绿色、雄蕊长度接近颖片长 度的1/2这些条件鉴定。
3. 生理状态的选择
花药和花粉供体植株的生理状态，对花粉 愈伤组织的诱导率也有直接影响。比如大田栽 培还是温室栽培植株的花药；是主茎穗还是分 蘖穗的花药。水稻、小麦、大麦等禾本科植物， 主茎穗比分蘖穗花药愈伤组织的诱导率明显地 提高。
F1(Aa)→单倍体加倍→ 1/2AA+1/2aa 以水稻为例：2n=24 ,则纯合基因的频率如下： 杂交育种 单倍体育种
½2n
1/16777716
½n
1/4096
3. 单倍体产生的途径
(1)自然产生单倍体
(2) 人工诱发产生单倍体
（1）自发形成的单倍体：（频率10 ～10 ）
i、孤雌生殖：未受精卵细胞 单倍体
由于植物种子体积小，携带方便，在选育 新品种方面具有较大的选择空间。已进行搭载 的有粮食作物类：小麦、水稻、大豆、玉米、 绿豆、豌豆、高粱等；蔬菜类：西红柿、辣椒、 黄瓜、甜菜、茄子、萝卜等；经济作物有棉花、 烟草等；花卉有万寿菊、鸡冠花、三色槿、龙 葵、荷花、百合等；中草药材有黄芪、甘草； 树木种子有油松、白皮松及石刁柏，还有草坪 种子。