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(第九章)第十章 体细胞无性系变异及突变体筛选

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《体细胞无性系变异》课件

《体细胞无性系变异》课件

未来研究方向
在未来，研究人员将进一步探索体细胞无性系变 异的分子机制和应用领域。
总结
1 体细胞无性系变异的重要性
体细胞无性系变异在遗传学和分子生物学领域具有重要的理论和应用价值。
2 需要进一步深入研究和应用的方向
未来的研究应该聚焦于体细胞无性系变异的机制、调控以及在医学和农业领域的应用。
《体细胞无性系变异》 PPT课件
体细胞无性系变异是指体细胞中染色体在无性繁殖过程中发生的异常变化。 本课件将介绍体细胞无性系变异的概述、分类、诱发因素、检测和诊断、应 用以及体细胞无性系变异是指体细胞中染色体在无性繁殖过程中发生的异常变化。
为什么会发生体细胞无性系变异
应用
1
体细胞无性系变异在医学上的应用
体细胞无性系变异的研究为遗传疾病的治疗和基因编辑技术的发展提供了重要的依据。
2
体细胞无性系变异在农业上的应用
体细胞无性系变异的研究为改良农作物的耐性和产量提供了新的途径。
研究进展
相关学科的发展趋势
随着生物学和基因组学的进展，体细胞无性系变 异的研究正日益受到重视。
2 辐射
高能辐射，如X射线和γ射线，可能会导致细胞染色体的结构和数量异常。
3 病毒感染
某些病毒感染可能会引起细胞染色体的变异，以及遗传信息的改变。
检测和诊断
常用的检测技术
• 核酸杂交技术 • 染色体核型分析 • 荧光原位杂交技术
临床诊断应用
体细胞无性系变异的检测和诊断在遗传疾病的 预防和治疗中具有重要的意义。
体细胞无性系变异发生的原因可能涉及化学物质、辐射和病毒感染等多种因素。
分类
染色体数目变异
染色体结构变异
- 多染色体综合征 - 单染色体缺失 - 单染色体重复 - 倒位重组 - 染色体环形结构 - 染色体片段缺失或重复

植物体细胞无性系

植物体细胞无性系

⑵非整倍体变异 在离体培养中，经常也会出现奇数（n、3n等）的变异。这 可能是因为核融合，或者多被体细胞有丝分裂期间染色体 发生错配造成的。 染色体结构变异
李耿光等报道的玉米等再生植株中染色体结构 的变化频率显著高于染色体数目的异常,主要是染 色体断裂所引起的缺失以及粘合后出现的易位、 倒位、重排等引起的。
• 后代稳定快
一般无性系二代就可获得稳定株系,这是优良性状选择的 关键时期,从而大大缩短育种年限。但也有少部分无性系 是杂合体,要继续分离,不过多属简单分离,像株高,芒性等, 分离程度与供体植株的遗传背景有关,如水稻稳定无性系
• 能基本保持原品种的优良特性 仅改变1-2个性状，这就可以根据育种目标 , 针对现有品种的个别缺点进行选育,以期在短期 （2-3d）内筛选出所需的性状,避免基因重组带来 的麻烦。刁现民等认为 ,虽然利用无性系变异在 短时间内创造有很大突破的全新品种可能性比较 小,但针对现有 品种在株高、株型、抽穗期、粒 型、熟性、抗病性等单个性状进行有针对性的改 善是非常有效的 。
体细胞无性系变异的提出
Larkin和Scowcroft对有关植株变异的研 究结果进行总结，正式提出了植物细胞无 性系变异这一术语。
体细胞无性系变异的类型
遗传变异：自发变异，也有一部分是外植体中预先 存在的变异（个体发育中自然发生）
生理适应 非遗传变异 后生遗传变异
体细胞无性变异的类型
1） 生理适应是指由于某种外界条件存在而引起的性 状变异，这种变异会随着外界因素的消失而消失。 2） 后生遗传变异是指在基因的DNA序列没有发生变 化的情况下，基因功能发生了可遗传的变化，并最终导致 了表型变化，它是由基因表达调控发生变化，并不涉及基 因结构的改变。 后生遗传变异在细胞水平上可遗传的，在诱发条件消 除后，也能通过细胞分裂在一定时间内继续存在，但不能 通过再生植株的有性生殖传递给后代植株，也不能继续表 现在再生植株的二次培养物中。

突变体筛选

突变体筛选
第十一页，课件共有26页
间接筛选法
‫ غ‬缺乏直接选择表型指标或者直接选择条件 对细胞不利时
‫ غ‬借助与突变表型有关的形状作为选择指示 或者筛选压
‫ غ‬如：脯氨酸含量可以用来鉴定抗逆突变体
第十二页，课件共有26页
温度敏感型突变体的筛选
‫ غ‬这方面的工作主要有抗旱、耐低温突变体的筛选干旱时 细胞内脯氨酸含量急剧上升，苯丙氨酸含量则显著下降， 因此可利用这一指标进行抗干旱突变体筛选。
第八页，课件共有26页
一步选择法和多步选择法
‫ غ‬一步选择法：所用筛选呀可一次性消灭正 常细胞 【对单基因性状的抗性筛选】
‫ غ‬多布筛选法：先加入低剂量的选择剂，是 一部分细胞不能正常生长，再逐步加大剂 量，进行多布筛选，得到耐受最高选择的 突变细胞团。【对多基因控制的抗性筛选】
第九页，课件共有26页
植物体细胞无性系变异与突变体的筛选植物体细胞无性系变异与突变体的筛选植物体细胞无性系突变体的筛选?一突变体筛选的一般原则?二体细胞无性系突变体筛选的方法?三体细胞无形细细突变体筛选的程序?四植物细胞无性系突变体筛选的应用?五体细胞无性系突变体筛选的局限性相筛复与筛初合结相段手测检种多一?结合一多种检测手段相结合初筛与复筛相结合合结相种育规常与选筛体离二?二离体筛选与常规育种相结合突变体筛选的一般原则株变突用有选筛接直中株植生再从?从再生植株中直接筛选有用突变株选筛的物养培体离对?对离体培养物的筛选法岛绿?绿岛法体细胞无性系突变体筛选的方法过程外植体离体培养过程外植体离体培养产生愈伤组织分化成苗定植于大田或者营养钵中成熟采收种子采收种子次年按照株系种植常规育种选育常规育种选育从再生植株中直接筛选有用突变株对离体培养物的筛选法选筛接直?正选择法主要对抗性突变体的筛选负选择法主要对营养缺陷型或者温度敏感型突变体的筛选直接筛选法正选择法主要对抗性突变体的筛选负选择法主要对营养缺陷型或者温度敏感型突变体的筛选法选筛接间?间接筛选法对离体培养物的筛选直接筛选法向方择选定确先首?首先确定选择方向类碱类盐度浓高如质物学化用采可?除草剂抗生素真菌毒素重金属和特定代谢物等和物理条件低温高温等处理可采用化学物质如高浓度盐类碱类除草剂抗生素真菌毒素重金属和特定代谢物等和物理条件低温高温等处理性抗或织组伤愈性抗得获胞细常正去筛?细胞系筛去正常细胞获得抗性愈伤组织或抗性细胞系株植体变突性抗得获生再?再生获得抗性突变体植株正选择法体变突于用作接直?直接作用于突变体有胞细常正对入加中基养培适最在后生产体变突?害的化学物质突变体产生后在最适培养基中加入对正常细胞有害的化学物质正常细胞死亡而突变细胞可以生长正常细胞死亡而突变细胞可以生长择选其将可而从长生续继胞细体变突的质物此抗?出来

(第九章)第十章体细胞无性系变异及突变体筛选详解

(第九章)第十章体细胞无性系变异及突变体筛选详解

第一节 体细胞无性系变异
六、体细胞无性系变异的特点
3、能基本保持原品种特性 因为体细胞无性系变异大部为单一性状变异，做 能基本保持原品种的特性。 4、潜在隐性性状活化 在体细胞无性系后代中，常见一些原供体植株所 没有的隐性性状变异，象雄性不育性、矮杆、叶绿 体突变等，有些隐性特性对育种实践具有重大利用 价值。 由于体细胞无性系变异具有上述4个特点，因此， 在育种上的应用日益受到重视。
第一节 体细胞无性系变异
三、体细胞无性变异的表现及类型
2、育性上的变异 变异表现为全不育或半不育，如水稻、番茄等。 3、生长势上的变异 （1）抽穗期：早于或迟于原供体植株，如水稻， 玉米。 （2）花期：早于或迟于原供体植株 （3）成熟期：早于或迟于原供体植株 （4）杂种优势：生长势强于原供体植株，如玉米。
第一节 体细胞无性系变异
七、影响体细胞无性系变异的因素
影响体细胞无性系变异频率的因素很多，主 要有： 1、植物的繁殖类型： 2、外植体的来源部位： 3、植物再生的方式： 4、继代培养次数和培养时间： 5、生长调节剂浓度的影响：
第一节 体细胞无性系变异
七、影响体细胞无性系变异的因素
第一节 体细胞无性系变异
三、体细胞无性变异的表现及类型
1、植株外部形态的变异
（1）株高：高于或矮于原供体植株，如水稻、小麦，烟草等； （2）叶形：1）大于或小于原供体植株； 2）形状不同于原供体植株，如烟草； （3）叶色：1）有叶片条纹，如燕麦； 2）叶片缺绿（白化苗），如玉米 （4）茎色：茎有条纹，如甘蔗，茎有黄色条纹（呈黄绿相间）， 像一种竹（斑竹）。 （5）穗型：1）大于或小于原供体植株； 2）密于或疏于原供体植株。 （6）粒型：1）大于或小于原供体植株； 2）大于或短于原供体植株。 （7）粒色：不同于原供体植株。 （8）芒性：1）芒有无；2）芒长短。

第九章 生物技术在药用植物育种上的应用1

第九章 生物技术在药用植物育种上的应用1

人造血液及其生产
通过基因工程的方式 创造了能合成人干扰素的 大肠杆菌，每1Kg的培养液 可提取4～20mg干扰素，若 从人血中提取干扰素， 300L血才提取1mg！
1983 SCIENCE Cover – Transgenic Mice 1997 TIME Cover - DollyScience Vol来自 222, Nov. 1983
殊环境下的药用植物引种困难等问题，生物技术
在药用植物育种上的应用研究已成为当今中药研 究的热点，如育出了茎尖地黄新品系，已在产区 应用，并将使传统中药进入一个崭新的时代。
什么是生物技术？

生物技术（Biotechnology ）：
Bio Biology Technology Application The application of Biology for the benefit of humans
一、离体培养技术（in vitro culture）
植物细胞的全能性（Cell Totipotency） 一个植物细胞能产生一个完整植株的固 有能力称之为细胞的全能性。 即广义的组织培养，是现代生物技术的一个 重要组成部分，它是指运用无菌操作技术，将 从植物体分离的符合需要的组织、器官或细胞 （包括去壁后的原生质体）等，接种在人工培 养基上，置于人工控制的环境条件下进行培养， 以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的 其它生物产品的技术。
S – sensitive plants R – resistant plants
Biotechnology:
A collection of technologies
The Applications of Biotechnology


植物体细胞无性系变异与育种

植物体细胞无性系变异与育种

材料基因型和外植体的选择
预处理或不处理（χ、γ射线、紫外线、EMS、SA等）
诱导愈伤组织或悬浮细胞 均一稳定性实验 单纯继代 胁迫与正常交替继代 再生植株 抗性鉴定 抗性突变体 自交、遗传分析 获得后代、保存利用 选择
图10-2 植物抗病突变体离体筛选技术程序（顾玉成，2004）

早在1973年，Carlson 以烟草野火病（Pseudomonas tabaci）毒素类似物MSO （Methionine sulfoxi-mine，磺氧化亚胺蛋氨酸）为选择 剂，从经EMS处理的烟草原生质体和细胞培养物中筛选 出抗性突变体，引起了人们的重视。

•
•
Gentile等（1992 ，1993）和Deng等（1995） 分别利用柠檬干枯病的病原菌Phoma tracheiphila产生的毒 素选择压，筛选其愈伤组织和原生质体，获得抗性愈伤组 织及其再生植株； 抗性材料接种病原菌后能自主地向胞内和胞间产生和释放 过量的几丁质酶（一种PR蛋自质）和葡聚糖酶，从而达 到抗病的目的；抗病体细胞无性系变异柠檬的抗病等级同 柠檬抗病栽培品种Monachello相同。
植物体细胞无性系变异与育种
1体细胞无性系变异具有重要的理论和实践意义


植物体细胞无性系变异是指植物细胞经组织培养产生的 遗传变异。体细胞无性系变异是植物组织培养中的普遍 现象（朱至清，1991）。 为在细胞和组织水平上研究遗传变异机制提供了良好的试 验体系； 为遗传育种、突变体筛选提供了新的突变源，扩大了变异 幅度； 因而具有重要的理论和实践意义。


世界上有大面积盐渍土。 抗盐作物品种的育种可使目前荒芜的大面积盐渍土得到利 用， 为解决粮食问题做出贡献。

•

第9章植物体细胞无性系变异


AUX1、AUX2；番茄抗病基因Df9等。
3．发育生物学研究
植物的个体发育是一个渐进过程，每一个器官和组织 的分化都是一个复杂的调控过程。利用体细胞突变策 略对植物发育的基因调控研究取得了突破性进展。特 别是利用拟南芥和金鱼草等模式植物，已分离出一大
批不同发育阶段和组织类型的突变体，包括顶端分生
组织、根、开花转变、花序、花分生组织、胚胎发育
第9章 体细胞无性系变异
一、植物体体细胞无性系变异的概念及筛选
二、影响体细胞无性系变异的因素 三、植物体细胞无性系变异的机理 四、植物体细胞无性系变异的应用
一、植物体体细胞无性系变异的概念及筛选

概念：由任何形式的组织或细胞培养所获得的再 生植株中所表现出来的变异，称为~


该种变异广泛存在于各种再生途径的组培中。


继代培养多次后，植株再生能力减弱
一些变异经经自交或杂交后，表现不稳定
变异无可预见性，产生的变异不一定符合育种需要。
二、影响植物体细胞无性系变异的因子

供体植株
包括外植体的类型、生理状态、倍性水
平、基因型、外植体细胞的分化程度。

培养基及培养方式
培养基的成分、物理状态及培养类型
原生质体培养的体细胞变异大于细胞培养的变
异；而细胞培养的变异又大于组织器官培养的
变异。
继代培养的次数
一般来讲，继代时间越长、继代次 数越多，细胞变异的几率就越大。
三、植物体细胞无性系变异的机理

基因的变异表达 染色体数目变化 点突变 体细胞染色体交换及姐妹染色单体交换 DNA复制和缺失 转座因子的活化ຫໍສະໝຸດ 抑制变异可从以下几点考虑：

第十章 植物体细胞无性系变异


• 以突变体为工具，还从组织学和细胞学角度分析鉴 定了一些基因的表达与植物发育的关系。
• 在烟草、玉米中均通过质体突变体分离鉴定了与植
物叶绿体发育有关的核基因。玉米黄化突变体pun
是一个在光照下不可逆转的突变体，分析显示，该 突变体为一核单基因隐性突变，该基因的突变扰乱 了叶绿体基因编码的蛋白质积累，进而使叶绿体膜 系统发育不足，类囊体相关蛋白不能积累。
小
结
• 细胞工程技术对培养细胞具有遗传稳定性和变异性 的双重影响
• 体细胞变异在培养类型中具有普遍性，在变异性状 上具有局限性
• 体细胞变异可自发产生也可通过理化因子诱导产生
• 体细胞变异包括染色体数量和结构变异，但大多数 可利用变异多为基因突变；
• 利用体细胞变异可以直接培育品种也可作为生物学 相关研究的基础材料
（三）诱变
物理诱变 化学诱变
转座子插入
化学诱变
常用的化学诱变剂： - 烷化剂如DES，可改变DNA结构而引起突变； - 碱基类似物，核酸复制时，可掺入到新 合成的DNA分子中引起错配； - 移码诱变剂，如ICR化合物。
转座子插入诱变
• 转座子插入诱变是近年来利用分子生物学技术发 展起来的新的体细胞诱变方法。转座子既可直接 将外源基因带入细胞内获得新性状，又可以独立 插入通过其转座功能诱导变异。
• 激素引起的变异大多为倍性增加。 • 少数情况下激素引起类减数分裂而使倍性
减少。
二、培养基—物理状态
• 一般来讲，悬浮培养的细胞较半固体培养 的细胞易产生变异。
三、培养类型
• 原生质体培养的体细胞变异大于细胞培养， 而细胞培养的变异又大于组织器官培养的 变异。在细胞培养中，性细胞培养再生植 株的变异要大于体细胞培养的植株。

植物体细胞无性系变异


• 二、物种和基因型
• 体细胞无性系变异具有对物种和基因型的依赖
性，即无论再生模式如何，物种和基因型都影响 着体细胞无性系变异的发生o。5个大蒜品种经愈
伤组织培养以后，由体细胞胚胎发生途径产生再 生植株，对其中35株进行RAPD分析，发现变异 频率随品种而异：2个无性系SolenWhite和 CaliforniaLate的变异率接近1％，而另外3个无 性系Chineses·、LongKeeper和Madena约为 0.35％；用2个菠萝品种Kew、Queen和1个杂交 种KewXQueen的腋芽作为外植体进行再生，发
500个无性系中有5个对早疫病抗性增强， 800个无性系中有20个对晚疫病的抗性提高， 还有至少4个无性系表则为多抗。
• 培养禾谷类作物的未成熟组织，获得的再生植株 也发生了变异(图8—1)。观察这些再生引株的种 子后代特性，就能够确定这些变异的遗传性。在 墨西哥小麦品系Yaqui 50E的再生植株中观察到 大量的体细胞无性系变异，包括数量性状如高度、 分蘖数等和质量性状如子粒颜色、α—淀粉酶、 麦醇溶蛋白等。尽管大部分变异性状会在再生植 株自交后表现分离，但仍有一些变异性状是不分 离的，因此认为前者变异的·基因型是杂和态的， 后者是纯合态的。此外，相似的变异如株高、分 蘖数、谷粒数份蘖、单粒重、白化苗率等，在水 稻、玉米及其他禾谷类作物中也有报道。
第三节 植物体细胞无性系变异的机理
• 目前一些可能的机理包括：①预先存在的 变异表达；②染色体数目变化；③点突变； ④体细胞染色体交换及姐妹染色单体交换； ⑤DNA复制和缺失；⑥转座因子的活化； ⑦DNA甲基化；⑧胞质DNA的变化；⑨外 遗传变异。
一、预先存在的变异表达
• 预先存在的变异有两种形式：①来源于不同组织、 染色体倍性存在差异的细胞，或称为多细胞外植 体(multicellularexplant)，如韧皮部细胞、薄壁 细胞、木质部细胞等。这些细胞在不同组织内的 分化和生长是非同步的，当外界条件改变(如不同 生长调节剂条件下)时，这些细胞的发育就会改变 方向，从而产生变异。②嵌合体(chimeras)。 Harmann(1983)认为：嵌合体的存在主要是由于 “构成组织的细胞遗传背景不同，或者是分生组

突变体筛选技术及其在生物学研究中的应用

突变体筛选技术及其在生物学研究中的应用在生物学研究中，突变体筛选技术是常用的方法之一。

通过对基因进行随机或定向的突变，筛选出具有特殊表型的突变体，有助于研究基因的功能与调节机制。

本文将介绍突变体筛选技术及其在生物学研究中的应用。

一、突变体筛选技术分类突变体筛选技术主要分为两类：随机突变体筛选和定向突变体筛选。

其中，随机突变体筛选是最常用的筛选方法之一。

1. 随机突变体筛选随机突变体筛选是通过对基因进行随机突变，从中筛选出具有特殊性状或表型的突变体。

该方法的主要优点是可以对全基因进行突变，筛选出具有多种表型的突变体。

其中，随机突变体筛选的代表性技术有化学诱变、胁迫筛选和自然选择等。

化学诱变是指通过化学物质对基因进行突变，从中筛选出具有特殊性状或表型的突变体。

其中，常用的诱变剂有亚硝酸乙酯、甲基磺酸乙酯等。

胁迫筛选是指通过对菌落、细胞等进行胁迫，筛选出具有特殊性状或表型的突变体。

其中，常用的胁迫条件有温度、pH值、药物压力等。

自然选择是指通过自然条件选择筛选出具有特殊性状或表型的突变体。

例如，耐药菌株的筛选即属于自然选择的范畴。

2. 定向突变体筛选定向突变体筛选是通过对基因进行特定的定向突变，从中筛选出具有特殊表型的突变体。

该方法的主要优点是可以针对特定的基因进行定向突变，比较适用于针对特定性状或表型的研究。

其中，代表性的定向突变技术有CRISPR/Cas9技术。

该技术可以通过介导Cas9蛋白剪切特定DNA序列，实现对基因的精准编辑。

二、突变体筛选技术在生物学研究中的应用突变体筛选技术在生物学研究中应用广泛，例如在生物农业、医学研究等多个领域都有其应用。

1. 生物农业生物农业中的突变体筛选技术主要应用于提高作物的产量、品质等。

例如，在水稻、小麦等作物中进行化学诱变，从中筛选出具有高产、耐逆等性状的突变体，有助于提高作物的产量和品质。

2. 医学研究医学研究中的突变体筛选技术主要应用于研究基因与疾病的关系。

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第一节 体细胞无性系变异
三、体细胞无性变异的表现及类型
5、某些酶或同工酶发生差异 （1）α—淀粉酶，如小麦 （2）酯酶同工酶，如甘蔗 6、次生代谢物的差异
第一节 体细胞无性系变异
三、体细胞无性变异的表现及类型
7、染色体结构或数量上的变异 （1）染色体结构： 1）染色体桥：如胡萝卜、单冠毛菊、烟草等 2）染色体X、2X、3X、4X、8X…… 3）落后染色体：如柳杉 （2）染色体数量： 1）非整倍体：如柳杉、常春藤、龙葵、小麦等； 2）多倍体：如五针松、西藏长叶松、烟草、大麦 等； 3）混倍体：如玉米、茄子等。
第一节 体细胞无性系变异
三、体细胞无性变异的表现及类型


体细胞无性系变异主要表现在以下几个方面： （或分为几种类型） 1、植株外部形态的变异 2、育性上的变异 3、生长势上的变异 4、抗性变异 5、某些酶或同工酶发生差异 6、次生代谢物的差异 7、染色体结构或数量上的变异 8、某些基因组DNA的变异
第一节 体细胞无性系变异
三、体细胞无性变异的表现及类型
8、某些基因组DNA的变异 （1）核基因突变： ①单基因突变（隐性或显性）； ②多基因突变。 （2）细胞质基因突变： ①线粒体基因变异； ②细胞质雄性不育基因突变，不育→可育
第一节 体细胞无性系变异
四、体细胞无性系变异的频率
第一节

体细胞无性系变异
八、体细胞无性系变异在育种上的应用
体细胞无性系变异在育种上应用的时间虽然不长 （从1971年开始系统研究甘蔗无性系算起，这方 面工作仅有20多年历史），但一些育种学家已利 用它有效地进行品种改良，并已育出一些新品种。 如台湾从甘蔗再生植株中选育高糖量的品种；中 国水稻研究所（赵成章）从水稻无性系中选出高产 新品种；美国的DNA植物技术研究所从番茄无性系 中选出了新品种；Shepard等和Matern等也分别 从马铃薯原生质体细胞系中选育出了一些新的高产 或抗病新类型，等等。
图： 孢子体体细胞[二倍体]无性系变异选育品种程序
待改良的品种 变异前自 然加倍 二倍体愈伤组织 变异 杂合二倍体植株（H1） 花药（粉）培养 单倍体花粉愈伤组织 变异 单倍体植株 人工加倍 纯合二倍体植株（H1） 选择变异株 变异后自然加 倍
第一节 体细胞无性系变异
八、体细胞无性系变异在育种上的应用
利用体细胞无性系变异育种有如下主要优点：（6点）
１、变异率较高；（前已讲，高于自发变异和理化诱变）

如水稻，经组培获得的突变率可达16.7%，经理、化处理的诱变 率一般为7~8%，比高2倍。 2、致死和半致死突变率低于常规诱发突变； 用常规物理诱变， 如CO60照射，致死和半致死突变率较高 3、单基因变异频率高； 利用此种变异可改变作物的个别性状而不使其它优良性状发生重 组及分离。 4、可在试管中筛选特定的变异体； 5、如采用单倍体细胞作为培养物，隐性变异可在当代（Ro）表 现，利于选择； 6、育种周期较短。
体细胞无性系变异的频率在一些作物上是非 常高的，可达10%以上。 表14-4：一些植物的体细胞无性系变异 （表型）出现的频率
表14-4：一些植物的体细胞无性系变异（表型）出现的频率
植物种 再生植株来源 表型变异频度 （%） 研究者
菠萝
幼果愈伤组织
裔芽愈伤组织 腋芽愈伤组织 冠芽愈伤组织
100
98 34 7
Wakasa(1979)
Wakasa(1979) Wakasa(1979) Wakasa(1979)
烟草
水稻 甘蔗 玉米
体细胞愈伤组 织
胚愈伤组织 幼穗愈伤组织 幼叶愈伤组织 体细胞愈伤组 织
10
71.9 97.3 >18
Popchristov和Zaganska(1977)
Oono(1978) 赵成章等（1982） Heinz(1971,1976)
1、植物的繁殖类型： 一般认为长期营养繁殖的植物变异率较高，有人认为 这是由于外植体的体细胞中已积累着遗传差异。自然 条件下，如一些果树的芽变（在无性繁殖、扦插、嫁 接等）。 2、外植体的来源部位： 不同来源部位的外植体，无性系变异频率有较大的 差异。如菠萝，来源于顶芽组织（冠芽）的较低，而 其它来源的较高。 3、植物再生的方式： 通过愈伤组织分化不定芽的方式再生的植株变异多， 通过胚状体途径再生的植株变异较少。通过茎尖或分 生组织培养增殖侧芽，可以保持基因型基本不变。
第一节 体细胞无性系变异
三、体细胞无性变异的表现及类型
4、抗性变异 （1）抗病性：强于原供体植株。 ①抗玉米小斑病毒； ②抗甘蔗斐济病毒，霜病毒； ③抗水稻白叶枯病； ④抗马铃薯晚疫病、枯萎病。 （2）抗代谢物： （3）抗铝毒性：如水稻（国际水稻研究所， Swwcroft,1986） （4）耐盐性：比原供体植株耐盐。
第一节

体细胞无性系变异
一、体细胞无性系变异的定义
体细胞无性系变异（Somaclonal variation）（我们在第一章 第二节“植物细胞工程常用术语”中曾叙述到）——指在组织培 养过程中，来自体细胞的培养物及再生植株发生的变异。 此句里面还有2层意思：第一层意思是这一变异来自组织培养， 以区别于一般所指的自然变异、遗传变异和理化诱变；第二层意 思是这一变异发生在体细胞，而不是性细胞，以区别于花药（花 粉）培养。 这一定义最早来自Larkin（拉金）和Swwcroftl（斯考史罗 夫特）（1981），以后，Evanz（埃文斯）（1984）、 Larkin（1985）和朱自清（1991）等对此作过评述。1990年 又出版了Bajai（巴扎）主编的有关体细胞无性系变异的专著。 体细胞无性系变异有遗传性的和生理性的，遗传性的变异主要 为基因和染色体发生的变异，可代代遗传；生理性的变异主要是 由于环境条件的改变，使组织或细胞的某些生理功能发生变化， 一般不能遗传。（在多种植物出现同种变异，在同种植物出现多 种变异）

第一节 体细胞无性系变异
八、体细胞无性系变异在育种上的应用
体细胞无性系变异用于育种的主要程序（2种）
待改良的品种 组织或细胞 培养物变异 R0
再 次 组 织 培 养
R1群体 选择（决选） 回交 改良了的无性系 田间试验
性状稳定性评价 多点试验 品系 区域试验 新品种
测定变异的遗传基础
第一节 体细胞无性系变异
六、体细胞无性系变异的特点
主要有4点： 1、变异广泛： 2、后代稳定性： 3、能基本保持原品种特性 4、潜在隐性性状活化
第一节 体细胞无性系变异
六、体细胞无性系变异的特点
1、变异广泛： 如前所述，植物体细胞无性系变异现象相当普遍，变 异所涉及到的性状也相当广泛，包括数量性状和质量性 状的变化，染色体数目和结构的变化、DNA扩增或减 少，生化特性的变化等。 2、后代稳定性： 虽然体细胞无性系再生植物的绝大部分性状变异是生理 效应，不能遗传，但也有少数性状变异是可以遗传的， 如水稻的粒型、丛生型、抗病性等。这些可遗传的变异 通常在再生植株二代便可稳定下来，成为稳定株系。但 也有部分株系是杂合体继续产生分离。不过这种分离多 属简单分离，分离的程度与供体植株的遗传背景有关， 一般小麦稳定株系为30~50%，水稻为90%左右。
第一节 体细胞无性系变异
三、体细胞无性变异的表现及类型
2、育性上的变异 变异表现为全不育或半不育，如水稻、番茄等。 3、生长势上的变异 （1）抽穗期：早于或迟于原供体植株，如水稻， 玉米。 （2）花期：早于或迟于原供体植株 （3）成熟期：早于或迟于原供体植株 （4）杂种优势：生长势强于原供体植株，如玉米。
第一节 体细胞无性系变异
七、影响体细胞无性系变异的因素
4、继代培养次数和培养时间： 随着愈伤组织继代培养次数和培养时间的增加， 变异率不断增高，（实为激素累积影响，“激素累 积效应”）年龄幼小的培养物再生的植株变异率低， 年龄偏老的培养物再生的植物变异率较高。 5、生长调节剂浓度的影响： 在高浓度生长调节剂作用下，细胞分裂和生长均 加快，但不正常分裂频率增高，再生植株的变异也 增多。
第一节

体细胞无性系变异
二、体细胞无性系变异的普遍性
大量资料表明，体细胞无性系变异是植物组织培养过程中出 现的普遍现象。已经观察到体细胞无性系变异的农作物有：甘 蔗（Heinz,et al, 1971）、马铃薯（Oono,1987）、小麦 （Larkin,et al,1984）玉米（Peschke,etal,1987）燕麦 （Cummings etal,1976）大麦（Deambrogio,1980）,小 黑麦（Nakamura,etal，1982）、谷子（赵连元等，私人通 信）、油菜（Hoffmann,etal.,1982）、大豆 （Freytag,etal.,1981）、兰花（魏亚鉥 ，1992）、蕃茄、 茄子、瓜类，甜菜、菊苣、烟草、草莓、桃、天竺葵、倒挂金 钟、香石竹、水晶掌和锦带花等（Bajaj,1990）。 1971年，Heinz（海因茨）和Mee（米）报道甘蔗再生植 株中存在广泛的变异，包括形态学、细胞遗传学和同工酶谱。 其中观赏植物的无性系变异可利用性很广泛，是值得注意的 新动向。 组织培养中的这种体细胞无性系变异既不限于某种物种，也 不局限于某些器官。变异所涉及的性状也相当广泛。
马铃薯 幼叶愈伤组织
100
14
Shepard(1980)
Green(1977)
第一节 体细胞无性系变异
五、体细胞无性系变异的机理
对体细胞无性变异现象，由于是在上世纪 七十年代末期才开始系统研究，所以迄今对 其起因尚未完全清楚。 总的来说不外乎两方面的原因：一是供体 组织的细胞中原已发生变异，当它们再生成 完整植株时，这种变异便表现出来。但对这 种看法目前尚无足够的实验证据。二是组织 培养循环过程诱导培养的细胞产生变异，这 点已为许多试验所证实。