植物胚胎培养.pdf

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1、第十章 植物胚胎培养第十章 植物胚胎培养 第一节 胚胎培养的内容及意义第一节 胚胎培养的内容及意义 胚胎培养是指胚及具胚器官胚胎培养是指胚及具胚器官(如子房、胚珠如子房、胚珠) 在离体无菌培养条件下，使胚发育成幼苗的技 术。从离体胚发育成完整植株有三条途径： 在离体无菌培养条件下，使胚发育成幼苗的技 术。从离体胚发育成完整植株有三条途径： A.正常胚胎发育途径正常胚胎发育途径 B.脱分化形成愈伤组织脱分化形成愈伤组织 C.早熟萌发产生畸形苗早熟萌发产生畸形苗 一、胚胎培养的概念一、胚胎培养的概念 二、胚胎培养的内容二、胚胎培养的内容 胚培养 胚乳培养 胚珠培养 胚培养 胚乳培养 胚珠培养(未受

2、精的未受精的&受精后的受精后的) 子房培养子房培养 (未受粉的未受粉的&受粉后的受粉后的) 1、克服种、属间受精障碍，获得杂种 三、胚胎培养的意义 、克服种、属间受精障碍，获得杂种 三、胚胎培养的意义 自然界两种隔离机制自然界两种隔离机制 拒绝异种受精，杂交不亲和现象，保持物种遗传稳定性。拒绝异种受精，杂交不亲和现象，保持物种遗传稳定性。 拒绝自花受精，自交不亲和现象，确保物种具有强生活力。拒绝自花受精，自交不亲和现象，确保物种具有强生活力。 植物受精不育障碍的表现形式植物受精不育障碍的表现形式 花粉在柱头上不萌发，或萌发后花粉管不能伸入花柱或生 长缓慢，使配子丧失受精机会； 花粉在柱头上不萌

3、发，或萌发后花粉管不能伸入花柱或生 长缓慢，使配子丧失受精机会； 花粉管生长正常，有配子融合，胚败育；花粉管生长正常，有配子融合，胚败育； 配子融合，缺乏同源染色体，染色体配对障碍。配子融合，缺乏同源染色体，染色体配对障碍。 2.培育单倍体和多倍体植株培育单倍体和多倍体植株 远缘杂交后，通过染色体的定向消除，可以 获得单倍体 远缘杂交后，通过染色体的定向消除，可以 获得单倍体 通过胚乳培养可以获得三倍体植株通过胚乳培养可以获得三倍体植株 3、打破种子休眠，促进胚萌发、打破种子休眠，促进胚萌发 种胚发育不全幼胚培养种胚发育不全幼胚培养 抑制物质抑制种胚发芽幼胚或胚培养抑制物质抑制种胚发芽幼胚或胚

4、培养 4、缩短育种周期、缩短育种周期,快速繁殖良种快速繁殖良种 蔷薇属植物需一年才开花蔷薇属植物需一年才开花,通过胚胎培养能在通过胚胎培养能在1年 内产生两个世代 年 内产生两个世代. 苹果属的一些品种播种后几个月才能萌发苹果属的一些品种播种后几个月才能萌发,培养胚培养胚 48h即萌发即萌发. 柑橘类常规育种中，珠心组织等处发生的不定胚 干扰了有性胚的识别，不定胚生长势强，具有强 竞争力，影响杂交育种结果。利用胚离体培养， 可以使合子胚正常发育成植株。 柑橘类常规育种中，珠心组织等处发生的不定胚 干扰了有性胚的识别，不定胚生长势强，具有强 竞争力，影响杂交育种结果。利用胚离体培养， 可以使合子

5、胚正常发育成植株。 5、克服种子生活力低下,提高萌发率5、克服种子生活力低下,提高萌发率 果树的早熟种由于胚发育不全果树的早熟种由于胚发育不全, 其种子发芽率极 低，通过胚离体培养能够提高胚的萌发率和成苗率。 其种子发芽率极 低，通过胚离体培养能够提高胚的萌发率和成苗率。 长期营养繁殖的植物，具有形成种子的能力，但常 是无生活力的，如野蕉、芋等。胚离体培养，对于 自然不育性植物的杂交育种有很大帮助。 长期营养繁殖的植物，具有形成种子的能力，但常 是无生活力的，如野蕉、芋等。胚离体培养，对于 自然不育性植物的杂交育种有很大帮助。 6、种子生活力测定、种子生活力测定 测定种子休眠后的生活力测定种子

6、休眠后的生活力,应用一般的种子萌 发试验需要很长时间 应用一般的种子萌 发试验需要很长时间,木本植物需要层积处理打 破休眠。 而离体胚萌发更可靠、更精确，因为研究表 明未经层积处理的和经层积处理的种子胚在离 体培养条件下萌发率一致。 木本植物需要层积处理打 破休眠。 而离体胚萌发更可靠、更精确，因为研究表 明未经层积处理的和经层积处理的种子胚在离 体培养条件下萌发率一致。 第二节 胚培养第二节 胚培养 培养方法 胚龄与胚性发育 技术关键 Hanning早在早在1904年就培养了萝卜和辣根的胚， 这是世界上胚培养最早获得成功的一例。 年就培养了萝卜和辣根的胚， 这是世界上胚培养最早获得成功的一例

7、。 Laibach在在19251929年间，通过培养亚麻种间 杂种幼胚，成功地获得了种间杂种，首次证实了 这种方法在实际应用中的价值。 年间，通过培养亚麻种间 杂种幼胚，成功地获得了种间杂种，首次证实了 这种方法在实际应用中的价值。 李继侗，李继侗，1933年在银杏培养中发现了胚乳提取物 能够促进银杏离体胚的生长。为后人使用天然物 质促进培养物生长具有启示作用。 年在银杏培养中发现了胚乳提取物 能够促进银杏离体胚的生长。为后人使用天然物 质促进培养物生长具有启示作用。 一、离体胚培养的方法一、离体胚培养的方法 成熟胚成熟胚 幼胚幼胚 成熟胚培养 将受精后的果实或种子（带种皮），用药剂 进行表面

8、灭菌，在无菌条件下剖开种子，剥 离种胚，接种于培养基上，使其发育成完整 植株。 将受精后的果实或种子（带种皮），用药剂 进行表面灭菌，在无菌条件下剖开种子，剥 离种胚，接种于培养基上，使其发育成完整 植株。 杉木成熟胚培养杉木成熟胚培养 幼胚培养幼胚培养 外植体外植体 (整个幼果、子房或胚珠整个幼果、子房或胚珠) 清洗 表面灭菌剥离胚（或将胚珠预培养后 再剥离）接种培养植株再生 清洗 表面灭菌剥离胚（或将胚珠预培养后 再剥离）接种培养植株再生 百 合 子 房 横 切 百 合 子 房 横 切 百合幼胚培养百合幼胚培养 二、胚龄与胚性发育的关系二、胚龄与胚性发育的关系 不同发育时期的幼胚，离体培养

9、成功率差异很大。 处于原胚期的幼胚即使采用胚珠预培养的方法，也仅 有少数植物种能够成功，如烟草、矮牵牛。 离体培养中幼胚培养的成功率主要取决于 不同发育时期的幼胚，离体培养成功率差异很大。 处于原胚期的幼胚即使采用胚珠预培养的方法，也仅 有少数植物种能够成功，如烟草、矮牵牛。 离体培养中幼胚培养的成功率主要取决于培养基的培养基的 组成。组成。 三、离体胚培养的技术关键三、离体胚培养的技术关键 1、培养基渗透压对胚性发育的作用、培养基渗透压对胚性发育的作用 曼陀罗离体胚培养曼陀罗离体胚培养 前心形期前心形期(胚长胚长0.3mm) 8% 后心形期后心形期4% 鱼雷形期鱼雷形期0.5-1% 成熟期成

10、熟期0% 防止幼胚早熟萌发的方法防止幼胚早熟萌发的方法 提高糖浓度提高糖浓度 提高无机盐浓度提高渗透压提高无机盐浓度提高渗透压 加入甘露醇加入甘露醇 2、培养基酸碱度对胚性发育的影响、培养基酸碱度对胚性发育的影响 荠菜：荠菜：5.4-7.5 曼陀罗曼陀罗:5.0-8.1 水稻水稻:5.0 大麦大麦:4.9 3、环境条件对胚性发育的影响、环境条件对胚性发育的影响 光照条件光照条件 温度条件温度条件 第三节 胚乳培养第三节 胚乳培养 一、胚乳培养概况一、胚乳培养概况 胚乳培养最早研究始于1933年，Lampe和Mills首例进行 了玉米胚乳培养。胚乳培养的研究主要集中在以下一些问题 的探讨： 胚乳

11、培养最早研究始于1933年，Lampe和Mills首例进行 了玉米胚乳培养。胚乳培养的研究主要集中在以下一些问题 的探讨： 1、胚乳细胞的全能性。1、胚乳细胞的全能性。在离体培养条件下，胚乳细胞是 否与其它体细胞和花粉一样，具有全能性而再生植株。 2、大多数被子植物的胚乳是三倍体，能否通过胚乳培养 在离体培养条件下，胚乳细胞是 否与其它体细胞和花粉一样，具有全能性而再生植株。 2、大多数被子植物的胚乳是三倍体，能否通过胚乳培养 获得三倍体植株获得三倍体植株而得到无籽结实；通过胚乳培养技术，探 索改良农、林及园艺植物三倍体育种技术的可能性。 3、研究离体培养条件下胚和胚乳的关系 而得到无籽结实；

12、通过胚乳培养技术，探 索改良农、林及园艺植物三倍体育种技术的可能性。 3、研究离体培养条件下胚和胚乳的关系。 到目前为止，已有40多种植物的胚乳进行了培 养。其中苹果、柚、橙、檀香、枸杞、猕猴桃、玉 米、大麦、小黑麦、水稻、马铃薯、梨、核桃等的 胚乳培养得到了再生植株。其它有的分化芽、根、 叶等或得到愈伤组织。 到目前为止，已有40多种植物的胚乳进行了培 养。其中苹果、柚、橙、檀香、枸杞、猕猴桃、玉 米、大麦、小黑麦、水稻、马铃薯、梨、核桃等的 胚乳培养得到了再生植株。其它有的分化芽、根、 叶等或得到愈伤组织。 二、植物胚乳的发育特性二、植物胚乳的发育特性 植物胚乳可以分为两大类：植物胚乳可以

13、分为两大类： 被子植物胚乳是双受精的产物，它由二个极核和一个 雄配子融合形成，属于三倍体组织。 被子植物胚乳是双受精的产物，它由二个极核和一个 雄配子融合形成，属于三倍体组织。 裸子植物胚乳在受精前就已形成。为配子体的一部 分，由大孢子直接分裂发育而成，属于单倍体组织。 裸子植物胚乳在受精前就已形成。为配子体的一部 分，由大孢子直接分裂发育而成，属于单倍体组织。 被子植物胚乳按发育初期 是否形成细胞壁分为三类： 被子植物胚乳按发育初期 是否形成细胞壁分为三类： 游离核期胚乳:游离核期胚乳: 胚乳最初发育经过一段游离核阶段，游离核 阶段时间长短因植物不同而异。 胚乳最初发育经过一段游离核阶段，游

14、离核 阶段时间长短因植物不同而异。 细胞型胚乳:细胞型胚乳: 胚乳初生核第一次分裂后即形成两个子细胞， 以后每次分裂都形成细胞壁。 胚乳初生核第一次分裂后即形成两个子细胞， 以后每次分裂都形成细胞壁。 沼生目型胚乳:沼生目型胚乳: 中间型，初生胚乳核第一次分裂为细胞型， 以后两个细胞中的核进行游离核分裂。 中间型，初生胚乳核第一次分裂为细胞型， 以后两个细胞中的核进行游离核分裂。 游离核期的胚乳为材料离体培养很难成功，游离核期的胚乳为材料离体培养很难成功，细胞期胚乳细胞期胚乳离 体培养成功率较高 离 体培养成功率较高 植物种类不同，传粉后进入细胞期的时间不同植物种类不同，传粉后进入细胞期的时间

15、不同 三、胚乳培养的方法三、胚乳培养的方法 取有胚乳的果实或种子，进行表面灭菌，在无菌条 件下剥离胚乳接种培养，培养时有 取有胚乳的果实或种子，进行表面灭菌，在无菌条 件下剥离胚乳接种培养，培养时有带胚培养带胚培养和和不带不带 胚培养胚培养两种方式，带胚培养容易成功。两种方式，带胚培养容易成功。 胚乳培养获得再生植株，多数需经过愈伤组织阶 段，然后再通过器官发生或胚胎发生途径再生完整 植株。 胚乳培养获得再生植株，多数需经过愈伤组织阶 段，然后再通过器官发生或胚胎发生途径再生完整 植株。 四、胚乳培养的技术关键四、胚乳培养的技术关键 1、胚乳的发育时期1、胚乳的发育时期 几种植物胚乳培养的最佳

16、时间(授粉后天数） 玉米8 几种植物胚乳培养的最佳时间(授粉后天数） 玉米812天 大麦1020天 黄瓜716天 小黑麦714天 12天 大麦1020天 黄瓜716天 小黑麦714天 2、胚的作用、胚的作用 处于旺盛生长期的未成熟胚乳，一般无须原位 胚的参与就能形成愈伤组织；成熟胚乳尤其是干 瘪种子中的胚乳，生理活动微弱，必须借助原位 胚的萌发使其活化。 处于旺盛生长期的未成熟胚乳，一般无须原位 胚的参与就能形成愈伤组织；成熟胚乳尤其是干 瘪种子中的胚乳，生理活动微弱，必须借助原位 胚的萌发使其活化。 3、培养基酸碱度、培养基酸碱度 玉米玉米 6.1-7.0 蓖麻蓖麻 5.6 苹果苹果 6.0

17、-6.2 麻风树麻风树 5.2 番荔枝番荔枝 4.0 4、其他因素、其他因素 基因型基因型 激素激素 培养条件培养条件 五胚乳培养的形态发生五胚乳培养的形态发生 愈伤组织形成愈伤组织形成 器官发生器官发生 六. 胚乳植株的倍性特点六. 胚乳植株的倍性特点 嵌合体的普遍性嵌合体的普遍性 倍性不稳定倍性不稳定 倍性多倍化倍性多倍化 胚乳愈伤组织和再生植株的染色体数目胚乳愈伤组织和再生植株的染色体数目 玉米:玉米: 多倍体、亚倍体和非整倍体细胞&正常染色体数的细胞多倍体、亚倍体和非整倍体细胞&正常染色体数的细胞 巴豆、麻疯树：巴豆、麻疯树：得到倍数高于3N 的细胞得到倍数高于3N 的细胞 黑麦草黑麦

18、草：保存10年，多数是三倍体：保存10年，多数是三倍体 檀香、柚、苹果檀香、柚、苹果：三倍体：三倍体 胚乳培养的应用前景胚乳培养的应用前景 经济上有重要价值：三倍体无籽果实；经济上有重要价值：三倍体无籽果实； 三倍体比二倍体植物高大，生长速度快，生物量高，适用 于以营养体为产品的植物； 三倍体比二倍体植物高大，生长速度快，生物量高，适用 于以营养体为产品的植物； 三倍体植物的品质有时优于二倍体，如木材好，制浆好；三倍体植物的品质有时优于二倍体，如木材好，制浆好； 比常规三倍体育种好（诱导4倍体，与二倍体杂交），缩短 育种时间。 比常规三倍体育种好（诱导4倍体，与二倍体杂交），缩短 育种时间。

19、第四节 植物的离体受精第四节 植物的离体受精 一、离体受精的概念和意义一、离体受精的概念和意义 离体受精或试管受精,是指在离体条件下通过在 裸露的胚珠上授粉而结实的方法.从 离体受精或试管受精,是指在离体条件下通过在 裸露的胚珠上授粉而结实的方法.从花粉萌发到受精花粉萌发到受精 形成种子形成种子，从种子萌发到幼苗形成，从种子萌发到幼苗形成的整个过程，均 在离体条件下进行。 的整个过程，均 在离体条件下进行。 离体受精技术在克服植物受精不育障碍，特别是 克服 离体受精技术在克服植物受精不育障碍，特别是 克服花粉在柱头上不萌发花粉在柱头上不萌发或或萌发后花粉管不能伸萌发后花粉管不能伸 入花柱入花柱

20、，或，或在花柱中生长缓慢在花柱中生长缓慢，使配子不能如期 配合的障碍有着及其重要的意义。 ，使配子不能如期 配合的障碍有着及其重要的意义。 二、离体受精的方法二、离体受精的方法 从胎座上切下单个胚珠（裸露胚珠），接种在培养 基上，然后撒播花粉。 从胎座上切下单个胚珠（裸露胚珠），接种在培养 基上，然后撒播花粉。 带着完整胎座或部分胎座接种并撒播花粉。带着完整胎座或部分胎座接种并撒播花粉。 带着完整子房或部分子房壁接种并撒播花粉。带着完整子房或部分子房壁接种并撒播花粉。 柱头接近法柱头接近法 哺育法哺育法 试 管 授 精 操 作 程 序 试 管 授 精 操 作 程 序 烟草 黄花烟草 三、离体受精成功的技术关键三、离体受精成功的技术关键 1、离体胚珠的成活率和受精力、离体胚珠的成活率和受精力 2、花粉萌发和花粉管的生长速度、花粉萌发和花粉管的生长速度 3、花粉的灭菌、花粉的灭菌 4、培养基及培养条件、培养基及培养条件 本章复习重点本章复习重点 熟悉胚胎培养的概念、内容及意义；熟悉胚胎培养的概念、内容及意义； 掌握胚培养和胚乳培养的方法和应用；掌握胚培养和胚乳培养的方法和应用； 熟悉离体受精的概念及意义；了解离体受精 的方法。 熟悉离体受精的概念及意义；了解离体受精 的方法。