花药培养及单倍体育种

植物组织培养的应用一、增加遗传变异性，改良作物单倍体育种：通过花药培养，从小孢子获得单倍体植株，染色体加倍后获得正常二倍体植株，这是一条育种的新途径。

单倍体育种可以缩短育种年限，节约人力物力，较快地获得优良品种，目前已有四十多种植物获得了单倍体植株。

我国在水稻、小麦、烟草、柏树、橡胶、辣椒等植物的单倍体育种的工作上，处于领先地位。

胚培养、子房培养、胚珠培养：为了克服远缘杂交的不亲和性，可采用胚、子房、胚珠培养和试管受精等手段。

最早成功的例子是两个栽培种亚麻的杂交胚发生败育，利有杂种胚培养克服了一些障碍，得到种子。

现在在棉花、黄麻上也获得成功。

从玉米的离体子房培养，经体外受粉可以得到种子。

突变体的选择和应用：由于植物的单细胞培养成功，可以用这个方法诱发单细胞进行突变，通过筛选所需要的突变体，然后使细胞分化成植株，再通过有性世代使遗传性稳定下来，这是从细胞水平来改造植物的一种途径。

除细胞外，愈伤组织、花药、原生质体都可诱发突变。

70 年代以来，世界各国在这方面已有不少成功的例子，如：已选育出抗花叶病毒的甘蔗无性系，抗1-2%NaCl 的野生烟草细胞株，抗除草剂的白三叶草细胞株等。

体细胞杂七杂八交和遗传工程：自1960 年以来用酶法获得大量有活力的植物原生质体，现已从四十多种植物的原生质体产生出再生植株。

通过异种原生质体的相互融合（即体细胞杂交）为植物育种工作开阔新的途径。

原生质体融合的工作自1972 年Carlson 在两个烟草种间成功以来，现在除种内与种间能获得杂种植株外，在属间甚至不同科的植物间亦做了许多工作，如烟草与大豆、烟草与天仙子、矮牵牛与小花矮牵牛、番茄与矮牵牛等都得到了杂种植株。

此外，通过原生质体融合，并以选择胞质链霉素抗性做手段以转移烟草的雄性不育性状，或通过原生质体融合转移胞质的抗林可霉素因子都得到成功。

原生质体没有胞壁，容易接受外来的引入物质。

由于致癌农杆菌可以使多种植物形成肿瘤，以及已发现它所带的Ti 质粒可以有效的插入植物细胞的基因组中，所以一些研究者也设想能否以Ti 质粒作为载体，与固氮基因重组后转入植物的细胞中，如能实现将固氮基因转到非豆科植物如水稻、小麦、玉米等作物中，则遗传工程在创新植物类型上的前景，无疑是非常广阔的。

植物单倍体诱导和育种方法的研究植物育种是交叉育种、自交育种和杂交等手段利用植物的自然或人工杂交的方法，以培育各种新品种。

而在植物育种中，单倍体诱导和育种方法是目前广泛使用的一种方法。

一、什么是植物单倍体植物体细胞通常含有一组二倍体染色体（2n），而植物单倍体则只有一组单倍体染色体（n）。

在植物中，单倍体常常存在于生殖细胞、花粉或胚乳中。

二、植物单倍体诱导植物单倍体诱导是指将植物体细胞诱导成为单倍体细胞的过程。

常见的方法有化学处理、辐射处理和发育停滞等方法。

1、化学处理化学处理是最常见的一种植物单倍体诱导方法。

该方法靠化学物质在体外直接作用于植物体细胞，使染色体分离，形成单倍体细胞。

常用的化学物质有植物生长调节剂、生长素和激素等。

2、辐射处理辐射处理是利用辐射源对植物进行辐射处理，以诱导植物单倍体。

常见的辐射源有X射线和紫外线等。

该方法的缺点是对植物细胞易造成基因突变，影响植物后代的形态和生物学性状。

3、发育停滞发育停滞是将植物体细胞放在营养缺乏或生长停滞的环境中，使细胞停止生长和分裂，进而形成单倍体细胞。

三、植物单倍体育种方法目前，植物单倍体育种方法主要有两种：即卵细胞诱导剂法和花药培养法。

1、卵细胞诱导剂法该方法是首先使用单倍体诱导方法将植物体细胞诱导为单倍体细胞，然后将单倍体细胞作为卵细胞参与杂交育种过程。

由于卵细胞具有很高的遗传变异能力，该方法能够大大提高新品种的育种效率。

2、花药培养法花药培养法是将植物雄蕊花药缺氧处理，使花药中的细胞发育生长并分化形成花粉囊。

然后，将花药细胞培养在营养液中，并加入生长调节剂和抗生素。

通过培养培养出千倍体的花粉囊，再利用去除壳层的方法获取单倍体细胞。

提取得到的单倍体细胞可作为种质资源，或用于育种操作。

四、单倍体育种的意义和发展前景单倍体育种方法在植物育种领域中有着非常重要的作用。

由于单倍体材料的遗传变异能力较高，可以有效的提高植物育种过程的效率，并培育出更具有优异性状的新品种。

花药离体培养获得单倍体的原理花药离体培养获得单倍体是一种常用的植物遗传学技术，其原理是利用花药中的生殖细胞在合适的培养条件下分裂分化，最终得到单倍体植株。

花药是花的雄性生殖器官，包括花粉和花丝。

花药离体培养一般以花期结束后的花药为材料，经过消毒处理后，将其放置在含有适当濃度植物生长调节剂的培养基中，控制温度、光照和湿度等条件，使其逐渐分裂分化生成胚胎或胚愈伤组织。

在特定培养基配方和培养环境的作用下，胚胎或胚愈伤组织可以继续发育，分化出合适的植株。

这种技术的优点在于可以在短时间内大批量地获得同源性强、单倍体的植株，有助于植物育种、品种改良等研究工作的开展。

同时，这种方法适用于不同种类的花卉，包括樱花、玫瑰、百合、茉莉等，可以充分利用植物遗传资源，提高植物的遗传多样性。

此技术同样适用于果树、蔬菜等植物的研究。

然而，花药离体培养也存在着一些缺点和限制。

例如由于植物细胞易被污染所致的不稳定性大、培养环境的影响等，植株的发育率和质量难以保证，需要经过精心的操作和长期的观察和培养。

此外，还要考虑到减数分裂过程中的染色体異變且难以控制，可能导致基因结构改变和表达的不正常，影响植株的生长和遗传稳定性。

总之，花药离体培养是一种有效的植物遗传学技术，可以使植物在较短时间内分化出单倍体的植株，具有重要的科研和实践价值。

但
同时也需要充分了解各种因素的影响，切实提高技术操作水平，才能达到理想的效果。

教学目的：掌握花药培养和花粉培养技术，掌握花药和花粉培养在单倍体育种中的重要应用，了解我国单倍体育种成就。

职业教学技能点：具有进行花药培养和花粉培养的基本能力，具有单倍体育种认知，初步具备查阅资料收集信息基础能力。

教学时间：4学时教学重点：花药培养方法，花粉培养方法，单倍体育种上应用教学难点：花药培养与花粉培养的取材时期，单倍体植物缩短育种年限教学内容：第一节花药培养和花粉培养技术一、概念1．概念花药培养其外植体是植物雄性生殖器官的一部分，就培养方法和技术来讲，属于器官培养的范畴。

花粉培养的精确定义是：将处于一定发育阶段的花粉从花药中分离出来，再加以离体培养。

有时花粉培养也称为小孢子培养(microspore culture)。

从培养方法和技术方面来讲，它属于细胞培养的范畴。

二、花药培养首先报道通过花药培养获得单倍体植株成功的是印度学者Guha、Maheshwari (1964, 1966)。

目前已有250多种植物花药培养成功。

目前，花药培养获得单倍体的技术途径已在禾本科作物、茄科作物、十字花科作物的育种中广泛应用。

花药培养可诱导花粉发育形成单倍体，快速获得纯系；缩短育种周期，利于隐性突变体筛选、提高选择效率；与二倍体融合成体-配杂种。

花药培养的基本程序是：外植体选择－外植体(花蕾)预处理—外植体消毒—剥取花药—接种—诱导培养—分化培养（一）花药培养方法1、材料的选取：大多数植物的花药培养，成功率最高的是单核期或单核中晚期。

花粉发育时期的检测一般将植物的花药置于载玻片上压碎，加醋酸洋红1～2滴染色，再进行镜检以确定花粉发育时期。

水稻等植物的花粉，处于单核期时尚未积累淀粉，在进入三核期后的花粉开始积累淀粉，因此可用碘—碘化钾染色鉴定。

花粉发育时期与花蕾或幼穗大小、颜色等特征之间有一定的对应关系。

花药培养的成功与供试材料的遗传背景、供试材料的生理状态、花粉的发育时期有关。

花粉发育时期图示如下：四分体—小孢子—单核花粉—双核花粉最适期2、材料与处理与灭菌3-5℃低温处理3-10天-（大花蕾将萼片剥掉）-酒精几秒-0.1%升汞10min-无菌水冲洗。

园艺植物育种学：园艺植物育种学是研究选育与繁殖园艺植物优良品种的原理与方法的科学。

育种目标：育种目标就是对所要育成品种的要求，也就是所要育成的新品种在一定自然、生产及经济条件下的地区栽培时，应具备的一系列优良性状的指标。

种质资源：把具有种质并能繁殖的生物体统称为种质资源。

引种：引种驯化简称为引种，就是将一种植物从现有的分布区域（野生植物）或栽培区域（栽培植物）人为的迁移到其他地区种植的过程；也就是从外地引进本地尚未栽培的新的植物种类、类型与品种。

遗传力：遗传力就是亲代性状值传递给后代的能力大小。

选择反应：数量性状的选择效果，决定于选择差与遗传力的乘积，称为选择反应。

芽变：芽变是指发生在芽内分生组织细胞中的突变，属于体细胞突变的一种。

群体品种：群体品种是指群体遗传组成异质，个体杂合，其品种群体可以表现差异，但必须有一个或多个性状表现一致，与其它品种相区分。

有性杂交育种：又称组合育种，它是通过人工杂交的手段，把分散在不同亲本上的优良性状组合到杂种中，对其后代进行多代培育选择，比较鉴定，以获得遗传性相对稳定、有栽培利用价值的定型新品种的育种途径。

两亲杂交：两亲杂交是指参加杂交的亲本只有两个，又称成对杂交或单交。

多亲杂交：多亲杂交是指三个获三个以上的亲本参加的杂交，又称复合杂交或复交。

回交：杂交第一代及其以后世代与其亲本之一再进行杂交称回交。

添加杂交：多个亲本逐个参与杂交的方式称添加杂交。

单交种：两个自交系之间的杂种一代称为单交种。

双交种：双交种是4个自交系先配成两个单交种，再用两个单交种配成用于生产的杂种一代。

三交种：三交种是用两个自交系先配成单交种，再以单交种作母本与第三个自交系杂交而成的杂种一代。

远缘杂交：远缘杂交指的是亲缘关系疏远的类型之间的杂交，多指种属间存在杂交障碍的杂交。

杂种优势：杂种优势是指两个遗传组成不同的亲本杂交产生的F1植株，在生活力、生长势、适应性、抗逆性与丰产性等方面超过双亲的现象。

五种育种方法
育种方法主要有以下五种：
1. 杂交育种：主要应用于有性生殖的生物，利用基因自由组合的原理进行育种。

这种方法育种周期较长。

2. 多倍体育种：培育出的生物果实肥厚，营养含量高，茎杆粗壮。

3. 单倍体育种：采用无性生殖方式（如组织培养），利用花药离体培养的方法，这种方法育种周期较短。

4. 人工诱变育种：通过人工方法使生物的基因发生突变，进而从中选择具有优良性状的个体。

5. 细胞工程育种：主要适用于植物，通过细胞培养和细胞融合等技术进行育种。

6. 基因工程育种：通过改变生物的基因来定向培育新物种。

以上是五种主要的育种方法，不同方法有各自的优缺点和适用范围，可以根据实际情况选择适合的方法进行育种。

单倍体育种的方法
单倍体育种的方法包括以下几个步骤：
1. 筛选单倍体细胞：从雄性花药或雌性柱头中取出花药或柱头，用无菌工具将其切碎，加入酶解液使其分离为单个细胞，再经过筛选、处理等多个步骤，最终获得单倍体细胞。

2. 诱导植物重建：将单倍体细胞培养在适宜的培养基上，通过植物生物技术手段（如植物激素处理、培养基成分调整等）诱导其进入分化阶段，最终形成植物体。

3. 鉴定染色体数目和纯度：通过细胞学方法（如染色体观察、核型分析等）验证所得植物体为单倍体且纯度高。

4. 选育适应性强的单倍体品种：对所得植物体进行育种工作，筛选出适应性强、经济价值高的单倍体品种。

总之，单倍体育种是一种利用植物细胞培养技术获得单倍体细胞，进而进行基因编辑、杂交选育等目的的育种方法。

这种方法可以极大地加速品种改良的进程，提高育种效率和经济效益。

花药离体培养得到的是单倍体么，花药离体培养和单倍体育种的区别花药离体培养得到的植株是单倍体。

单倍体是指体细胞染色体组数等于本物种配子染色体组数的个体。

花药离体培养属器官培养，需要诱导花粉细胞发育成单倍体细胞，最后发育成单倍体植株。

花药离体培养是单倍体育种的第一个环节，其中花药离体培养是一种组织培养技术，主要是为了获得单倍体植株；而单倍体育种是一种育种方法，在得到单倍体幼苗后，使用秋水仙素进行处理，将植株染色体加倍，重新恢复为二倍数。

一、花药离体培养得到的是单倍体么1、花药离体培养得到的植株是单倍体。

花药离体培养属器官培养，花粉离体培养属细胞培养，它们的培养目的都一样，都是要诱导花粉细胞发育成单倍体细胞，最后发育成单倍体植株。

2、花药离体培养得到的植株不一定是一倍体，注意要明确一倍体并不等同于单倍体。

生物学中，把只有一个染色体组的细胞或体细胞中只含有单个染色体组的个体称为一倍体。

单倍体是指体细胞染色体组数等于本物种配子染色体组数的个体。

二、花药离体培养和单倍体育种的区别1、花药离体培养和单倍体育种关系密切，其中花药离体培养是单倍体育种的第一个环节，但两者的步骤以及结果是不同的。

花药离体培养是一种组织培养技术，主要是为了获得单倍体植株；而单倍体育种是一种育种方法，在得到单倍体幼苗后，使用秋水仙素进行处理，将植株染色体加倍，重新恢复为二倍数。

2、花药离体培养：将花药通过无菌操作技术，接种到培养基上进行培养，来改变花药内花粉粒的发育程序，使其分裂形成细胞团，进而分化成胚状体，形成愈伤组织，然后诱导愈伤组织分化出芽和根，最终发育成为植株。

3、单倍体育种：利用植物组织培养技术（如花药离体培养等）诱导产生单倍体植株，再通过某种手段使染色体组加倍（如用秋水仙素处理），从而使植物恢复正常染色体数。

细胞工程是指体外人工培养细胞，通过细胞杂交的方法人为改变细胞的某些生物学特性，加速动物或植物个体繁殖，改良种质或创造生物新品种及获得某些有用物质的过程[1]。

植物细胞工程是一门以植物组织培养为基础，具有广泛应用前景和实用价值的生物技术，其理论基础是植物细胞的全能性。

植物细胞培养是指可以把植物的胚、胚轴、根、茎、叶、花、果实、种子、花粉或分生组织等任一部分离体培养成为植株；植物细胞杂交是指分离植物体上的细胞后用纤维素酶除去细胞壁，使其变为原生质体，在灭活的仙台病毒或PEG 诱导下促进不同品种的两个细胞完成杂交过程，从而培养为杂种植株[2]。

目前，根据人们的需要已经相继完善和发展了一些具有特色的植物细胞工程实用技术，包括植物细胞组织培养技术、无性快繁技术及单倍体育种技术等，这些技术在脱毒苗生产、经济植物快繁、植物新品种选育及有用次生代谢产物生产方面发挥了重要作用[3]。

1植物细胞工程在脱毒苗生产方面的应用长期进行营养繁殖的农作物及果树、蔬菜等往往会积累许多病毒和类病毒，病毒和类病毒的感染常导致亲本性状退化，使农产品的产量和质量明显下降。

植物细胞工程可应用于脱毒苗生产，一般多采用茎尖脱毒的方法，通过茎尖组织培养可以获得无病毒和类病毒感染的再生苗。

如茎尖脱毒获得的脱番茄斑萎病毒（TSWV ）[4]、脱黄瓜花叶病毒（CMV ）[5]及脱菊花病毒B （CVB ）[6]的再生苗等。

近年来，中国相继出现了许多脱毒试管苗生产工厂，黑龙江、内蒙古、湖南、湖北、河南和甘肃等地都建立了生产脱毒种薯的原种场，脱毒马铃薯已经推广了近30万hm 2，平均增产50%以上。

目前，草莓、苹果、柑橘和葡萄等经济植物都已建立了脱毒苗生产技术。

2植物细胞工程在经济植物快繁方面的应用植物快繁是指利用组织培养技术，将来自优良植株的植物组织或细胞进行离体培养，短期内获得大量遗传性状一致的个体的方法。

植物快繁技术在农业上有着广泛的应用，如可以使生根困难的名贵花卉大量繁殖，还可应用于杂合植物材料的快繁，因为很多优良的观赏植物和经济植物植物生理与生物技术植物细胞工程在农业生产中的应用柳成荫，杨洪兵（青岛农业大学生命科学学院，山东青岛266109）摘要：介绍了植物细胞工程在脱毒苗生产、经济植物快繁、植物新品种选育及有用次生代谢产物生产方面的应用情况。

·49·燕麦为一年生草本植物,分为裸燕麦(Avena nuda)和皮燕麦(A.sativa)两种，燕麦中含有丰富的蛋白质、亚油酸、β-葡聚糖等营养成分，裸燕麦作为杂粮食用，具有调节血糖、降低血脂和预防心血管疾病的作用，皮燕麦最有优质牧草资源，在草地畜牧业中发挥重要作用。

燕麦具有抗性强、耐瘠薄、耐干旱、容易栽培管理等优点，在种植业结构中发挥着重要作用，因此加快燕麦品种更新成对积极推进燕麦产业化进程具有重要意义。

杂交育种是进行种质资源创新、选育优质资源的有效方法。

随着皮燕麦引入我国，育种工作者，采取皮燕麦与裸燕麦种间杂交，筛选出抗病性好、产量高的品种，使燕麦育种工作取得突破性进展。

但是皮、裸燕麦间杂交属于远缘杂交，后代分离严重、稳定性差，难以选出纯合系，特别是皮壳性状更难稳定，导致育种速度慢，品种品质差等问题。

为解决上述问题，国内燕麦育种家进行积极的探索，终于突破花药培养技术（也称单倍体育种技术）并在燕麦育种中培养出花早2号、花中21号和花晚6号。

1.花药培养技术的定义及特点图1　裸燕麦常规育种与花培育种程序对比（引自燕麦论-杨才文集）花药培养育种也叫单倍体育种，它是指应用组织培养技术，将花粉发育至一定阶段的花药接种到培养基上，形成花粉胚或花粉愈伤组织，进而分化成单倍体植株，再经过染色体加倍形成二倍体并从选育出优良品种的过程。

花药培养技术与常规技术相比较，具有可缩短育种进程、选择效率高、遗传类型丰富等特点，裸燕麦常规育种与花培育种的程序对比如图1。

2.花药培养技术流程2.1花药培养过程中花粉发育时期的确定花药培养时植物材料的发育时期是决定花药培养能否成功的关键因素，以花药作为外植体进行培养，并不是任何时期的花粉都可以诱导培养出植株，这是因为不同植物的花药对外界刺激敏感期不同，多数植物在花药发育的单核期特别是单核中后期对外界刺激非常敏感，此时进行培养容易获得成功，花粉最佳发育时期可通过压片镜检法确定。