10.项目八 马铃薯花药和花粉的组织培养
马铃薯组织培养
马铃薯组织培养前言：马铃薯组织培养的意义 .马铃薯（Solanum tuberosum）属茄科茄属植物! 常见的育种途径有: 常规二倍体杂交法,四倍体水平的品种间杂交法,远缘种间杂交法 ,2n配子利用法。
这些途径都是通过有性生殖产生马铃薯变异体，通过系谱，回交，轮回选择的方法，需经过6-8代选出附合目标性状的新个体。
进入 20世纪90年代后，随着生物技术的深入发展，人类对植物细胞遗传行为，基因表达传递行为达到分子水平深入了解，作物育种工作者开始引入了除单纯户外有性杂交育种之外，又一育种方法室内体细胞无性系变异育种法，其中组织培养（tissue culture）诱导再生植株的突变就是最常用的一种。
当马铃薯外植体（茎尖脱毒分生组织）培养时，由于组培环境引发了细胞异染色质 DNA延迟复制, 产生了较田间自然突变率高出500倍的大量变异。
这一现象已越来越被马铃薯育种工作者所认可，并成为一条马铃薯育种的有效途径。
现从组织培养及组织培养在马铃薯育种上的发展历史，研究意义，研究方式以及未来展望等方面逐一论述。
马铃薯的市场效益（为什么选马铃薯作试验材料）马铃薯是世界上仅次于小麦、水稻和玉米的第四种主要农作物就单位面积出产的干物质而言，它高于小麦、大麦和玉米，就单位面积出产的蛋白质而言，分别为小麦、水稻和玉米的2.02，1.33和1.20倍。
目前我国马铃薯常年种植面积为467万公顷左右，鲜薯年总产量5 500万吨，居世界第一位。
种植区域主要分布在黑龙江、吉林、内蒙古、山西、甘肃、青海、云南、贵州、四川等广大地区。
但是我国的马铃薯加工业发展十分缓慢，基本上以鲜食为主，少部分用于传统食品加工和制取粗淀粉，深加工产品很少，而且加工生产规模小，工艺落后。
20世纪90年代国内以马铃薯为原料的食品工业进入了一个蓬勃发展的时期然而产品与外同类产品相比，无论是在色泽、口味、品质，还是在包装上均存在一定差距。
马铃薯块茎水分多、脂肪少、单位体积的热量相当低，所含的维生素C是苹果的10倍，B族维生素是苹果的4倍，各种矿物质是苹果的几倍至几十倍不等，土豆是降血压食物膳食中某种营养多了或缺了可致病。
2021新教材人教版高中生物选择性必修第二册对应练习--第2课时 植物细胞工程的应用
第2课时植物细胞工程的应用基础过关练题组一掌握植物繁殖的新途径1.植物的快速繁殖技术是通过哪种技术实现的()A.植物体细胞杂交B.嫁接C.营养繁殖D.植物组织培养2.下列属于快速繁殖的是()A.马铃薯的块茎繁殖B.胡萝卜根的形成层繁殖C.杨树的扦插繁殖D.果树的嫁接繁殖3.(2020江苏徐州一中高二开学考试)马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖,种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产,为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。
获得无病毒植株的最佳办法是(深度解析)A.选择优良品种进行杂交B.在田间喷洒消毒剂C.利用芽体进行组织培养D.人工诱导基因突变4.通过植物组织培养技术繁殖农作物,其优点不包括(易错)A.加快繁殖速度B.保持亲本优良性状C.培育无病毒植株D.改变植物的基因型5.马铃薯是一种重要的经济作物,传统的繁殖方式感染病毒严重,导致产量大大降低。
科研人员利用种苗脱毒技术可有效解决这个问题,基本操作流程如下:配制培养基→外植体的取材和消毒→剥离和接种→培养和移栽→结果检测请回答问题:(1)该技术称为,其理论基础是。
(2)利用种苗脱毒技术培育马铃薯,常用的培养基有脱分化培养基、生芽培养基、生根培养基。
这三种培养基的主要差异是。
(3)在培育过程中,选取的外植体是,原因是。
(4)脱毒马铃薯的产量要比未脱毒马铃薯的产量。
6.草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代,导致产量降低、品质变差。
运用快速繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。
草莓快速繁殖的基本过程如图,请回答下列问题。
外植体愈伤组织芽、根植株(1)与常规的种子繁殖方法相比,植物快速繁殖技术的特点有(答出2点即可)。
(2)过程①中配制好的培养基中,常常需要添加,有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。
接种后2~5d,若发现外植体边缘局部污染,原因可能是。
(3)过程②要进行照光培养,其作用是。
(4)离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养,最终能够形成完整的植株,说明该叶肉细胞具有该植物全部的。
马铃薯组织培养技术
Zhongfeinongyao
马铃薯组织培养技术
刘志强
一、马铃薯的组织培养
1、种薯的茎尖脱毒 植 物 组 织 培 养 也 叫 PlantTissueCul－ ture，广义指在特定条件下，植物生长过程
灯火焰下 10cm 以内接入到三角瓶内，每 遍，要求认真细心，避免折断薯苗，清洗后 瓶接种 10 段左右，火焰封口后，贴上标签， 的薯苗再置于一定浓度的杀菌剂溶液中浸 标签上要标注接种时间、品种及接种人。重 泡 5min 后，立即移栽。按 6～8cm 的株距移
接种人员先换上拖鞋、剪掉手指甲、用
香皂洗净双手后，进入到缓冲间内。换上拖 鞋及工作服后，进入接种室，用 75%的酒精 对双手、套袖进行喷雾消毒，然后就座于超
移栽前一天揭开封口膜。移栽时，小心
的用手洗去根部附着的培养基，水温在 22℃左右，去掉培养基的苗再用清水洗两
活。因此要采取防治手段，主要有下面几 点：①使用固体培养方法，提升琼脂浓度，
品，每次接种前需将超净工作台用紫外灯 改变了人为的条件，短时间中组培苗适应 组织结构发生变化，生理功能产生异常，主
进行杀菌半小时左右，20min 后工作人员 不能适应。因此，组培苗必须移出培养室， 要体现为分化能力下降，不能独立增殖成
方可进入。
在室温下炼苗 3-5 天。
芽或者生根，移栽到自然界中更是很难成
管斜面上，每个试管内接种一块愈伤组织， 生长出浓密而粗壮的不定根，以提高组培 操作环境方法减少真菌产生。另外植物组
在 25℃左右的培养室进行培养。脱毒培养 苗对外界环境的适应力及驯化移栽的成果 织培养过程中，内源菌污染的处理工作比
基一般为 MS 培养基中加入 0.5mg·L-16- 率，获得更多高质量的商品苗。马铃薯组培 较复杂。该污染指外植体材料内部中微生
植物组织培养试题(综合)
植物组织培养综合测试题（一）一、填空题（每空0.5分，共10分）1. 植物组织培养按培养对象分为_______、_________、_________、__________、__________等几种类型。
2. 在分离原生质体的酶溶液内，需要加入一定量的_______其作用是保持原生质体膜的稳定，避免破裂。
3. 1902年德国植物生理学家Haberlandt第一次提出植物_______的理论概念；1943年White提出植物细胞“_________”学说，并出版了《植物组织培养手册》，从而使植物组织培养成为一门新兴的学科。
4. 用烘箱迅速干燥洗净后的玻璃器皿时温度可以设在_________℃的温度范围内，而若用它高温干燥灭菌则需在_________℃的温度下1-3小时；烘干植物材料的温度是_________℃。
5. 细胞全能性是指植物的每个细胞都具有该植物的__________和__________的能力。
6. 1962年，Murashige和Skoog为培养烟草花叶细胞设计了__________培养基，其特点是__________浓度较高，且为较稳定的__________。
7. 7.6-BA / NAA的高低决定了外植体的发育方向，比值低时促进__________的生长，这时__________占主导地位；比值高促进__________的生长，这时__________占主导地位。
二、不定项选择题（每题2分，共10分）1. 培养室里的度一般保持在_________A 30~40%；B 50~60%；C 70~80%；D 80~90%2. 下列不属于生长素类的植物激素是_________。
A Kt；B IAA；C NAA；3. 影响培养基凝固程度因素有_________。
A 琼脂的质量好坏；B 高压灭菌的时间；C 高压灭菌的温度；D 培养基的PH4. .活性炭在组织培养中的作用有_________。
马铃薯组织培养
马铃薯组织培养1、繁殖瓶苗将待繁脱毒苗在无菌条件下每叶节切一段，接种在仅含大量元素、微量元素和铁盐的无激素M S固体或液体（可用纸桥）培养基的组培瓶中，置培养室内培养。
培养条件为：光照1000-3000lx,光周期13-16h/d,培养温度（25±2）℃，空气相对湿度50%-60%，自然通风。
叶节段接种30-50d后长成3-5片叶的幼苗。
记录苗芽发生时间，生长状况，污染率。
再按照上述方法重复进行扩繁，直到达到要求繁殖数量为止。
2、繁殖微型薯将上述具有3-5片叶幼苗，加入液体培养基（MS+BA2-10mg/L)或（MS+BA2-10mg/L+IAA1m g/L+CCC100-500mg/L+糖80-100g/L),放入培养室，遮光全黑暗或光照时数少于8h/d，温度（20±2）℃，空气相对湿度50%-60%，自然通风。
经40-70d后，在植株叶腋处长出微型薯。
记录微型薯发生时间，生长状况，污染率。
马铃薯组织培养及原原种生产技术摘要：本文作者根据自己多年的工作经验，详细地介绍了马铃薯组织培养方法和原原种生产技术。
关键词：马铃薯组织培养原原种生产技术病毒和类病毒的累积性感染是引起马铃薯种性退化的重要因素，而通过组织培养获取无病毒种薯来恢复种性的方法已被马铃薯生产地区广泛采用。
现将马铃薯组织培养方法和原原种生产技术介绍如下：1 马铃薯组织培养1.1外植体培养从已催出芽（芽长一般2—4cm）的干净健康马铃薯块茎上掰下芽，用自来水冲洗干净，放入0.1—0.15%的升汞溶液中浸泡8—10分钟，在超净工作台上消毒完后，放入无菌水中浸泡6次，每次5分钟，然后接种到MS＋6－BA1.5mg/L （毫克/升）＋GA30.5mg/L＋IBA0.5mg/L＋琼脂8g/L＋蔗糖30g/L（PH值为5.8）的培养基上，每个培养瓶接种1—5个外植体。
1.2茎尖剥离及初代培养外植体培养20天后，在超净工作台上解剖镜下用解剖针将生长点0.1——0. 5mm部分剥离出来，转接到MS＋肌醇100mg/L+6－BA1.5mg/L＋GA30.5mg/L＋泛酸钙1.5mg/L＋蔗糖30g/L＋琼脂8g/L＋活性炭0.17g/L（PH值为5.8）的培养基上，每个培养瓶接种4—5个生长点。
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
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。
马铃薯组织培养脱毒快繁
马铃薯组织培养脱毒快繁植物组织培养（Plant tissue culture）是指在无菌的条件下，将离体的植物（根、茎、叶、花、果实、种子等）、组织（形成层、花药组织、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞和生殖细胞）以及原生质体，培养在人工配制的培养基上，给予适当的培养条件，使其长成完整的植株。
由于培养物是脱离植物母体，在玻璃瓶中进行培养，所以也叫做离体培养。
在有些情况下，再分化也可不经愈伤组织阶段，而直接发生于脱分化的细胞。
[1]植物组织培养脱毒快繁是人工在无菌条件下利用植物体的一部分，在人工控制的营养和环境条件下繁殖植物，脱除病毒得到无毒苗株，继而在大田快速繁殖的技术。
脱毒及离体快繁，这是目前植物组织培养应用最多、最广泛和是有效的一个方面。
主要是进行茎尖培养脱除病毒。
对于脱毒苗、新育成、新引进、稀缺良种、优良单株、濒危植物和基因工程植株等可通过离体快速繁殖，同时可不受地区和气候的影响，比传统的繁殖方法快数万倍。
植物组织培养已发展成为一门富有生命力的学科。
[2]植物组织技术在农业上的应用有很多方面，其中植物脱毒和离体快速繁殖是目前植物组织培养应用最多、最有效的一个领域。
通过植物生物技术改良作物是以后农业科学领域最重要的发展之一。
首先用茎尖脱毒获得无病毒植株成功的是法国人莫勒尔,他们用大丽花为原料,在1952 年试验产生了无病毒植株。
在1955 年以马铃薯为材料产生了无病毒植株。
农业生产中，许多农作物都带有病毒，无性繁殖方式植物如马铃薯、甘薯、大蒜等尤为严重，但是感病植株并非每个部位都带有病毒。
[3]一、国内外研究动态（一）研究背景栽培种的马铃薯(Solanurn tuberosurn)是双子叶种子植物, 属茄科(Solanceae)茄属(Solanum)的一年生草本植物,生产上绝大多数是利用块茎进行无性繁殖。
[4]马铃薯用块茎繁殖，植株长势逐年削弱、矮化，分枝变小，结薯变小，产量逐年下降，甚至绝产，这种现象叫做种性退化。
第七章——花药和花粉组织培养
预处理方法：
• 1.高低温处理 • 低温预处理：指在接种之前将材料用0℃以上低温处理一段时
间后再接种。 • 应用较多。处理温度一般在1-14℃，时间从几小时至几十天不
等；不同作物所用的预处理温度及时间差异较大；不同的处理 温度需要不同的时间。
• 例子: • 小麦穗子培养前4℃预处理几天，花药培养效率显著提高。 • 十字花科未经低温预处理的花蕾，每花药产胚数为4.39个，6-
小孢子分裂数次形成愈伤组织，愈伤组织再分化形成花粉植株。此途 径产生的植株会出现变异且倍性复杂。
三、花粉植株形态发生方式
• 体细胞胚：植物组织培养过程中，某些体细胞在形态上转变为 与合子发育成的胚（具胚根、胚芽、胚轴等结构）非常相似的 结构，称作体细胞胚或胚状体。
• 花粉胚：植物组织培养过程中，某些单倍体性细胞在形态上转 变为与合子发育成的胚非常相似的结构，称作花粉胚或胚状体。
第七章 花药和花粉培养
植物花药和花粉培养的概念
• 花药：植物花的雄性器官，包括二倍性的组织和单倍性的雄性 性细胞。药壁和药隔组织 （2n）；花粉粒 （n）。
植物花药和花粉培养的概念
• 花粉：由花粉母细胞经过减数分裂形成的单倍体的生殖细胞。
花粉粒的形成
花药和花粉培养
• 花药和花粉培养指在合成培养基上，改变花粉的正常发育途径， 使其不形成配子，而像体细胞一样进行分裂、分化、最终发育 成完整植株。
移栽驯化
• 同组培快繁。
白化苗现象
白化苗产生的原因及机理
1.白化苗产生的原因： 内因：供体植株基因型（如籼稻比粳稻白苗率高）、花粉发育时期。 外因：预处理、培养基成分、激素水平与种类、培养条件和方法、愈伤组 织转分化时间等。 2.白化苗产生的机理 核基因起关键作用，导致质体DNA缺失，产生白苗。另外，无性系变异也 可能是原因之一。
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• （三）具体步骤
• 将选定的外植体常规消毒后，在超净工作台内剥去萼片，取出花 冠，放入10%漂白粉溶液中消毒10min，换无菌水洗一次。在取花 药之前用70%酒精将手擦洗两遍。取花药时左手持花柄，右手用镊 子取出花药，放在无菌培养皿中，待花药有一定数目时，用接种 环将他们接种到培养基上。培养5天后，花药逐渐变为黑褐色，20 天左右花药裂开，从中长出淡黄色的花粉愈伤组织，以后先形成 芽，后长出根，形成幼苗。必须注意整个操作过程中不应使花药 受到损伤，若受到损伤，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。花药培养的条件，一般是光照（12 h～18 h, 5000 lx～10000lx, 28°C）和黑暗（12 h～16 h, 22°C）周期交替 进行。
• 这是目前获得单倍体植株的主要方法，因此在单倍体 育种中有着广泛的应用。
• 一般所说的单倍体可以分为两大类，一类是一倍体，即二 倍体物种产生的单倍体；另一类是多单倍体，即多倍体物 种产生的单倍体。
• 栽培马铃薯品种是四倍体，因此，其产生的单倍体实质是 双单倍体，获得的单倍体经染色体加倍而成为正常结实二 倍体植株。所以前者属于真正的纯系，这和常规多代自交 纯化方法相比，可节省大量的时间和劳力。同时，花药和 花粉培养是研究减数分裂，花粉生长机制的生理、生化、 遗传等基础理论的最好方法。
• （二）培养基
• 在马铃薯花药培养中，低湿预处理、高温前处理、培养基 中添加50～100umol/L的AgNO3均可提高花药培养再生植株 的频率。我国马铃薯花药培养的研究多由是普通四倍体栽 培品种诱导双单倍体植株。也有一些利用双单倍体和二倍 体野生种诱导产生一倍体。
图8-2 自花传粉作物常规杂交育种 和单倍体育种程序比较
• 花粉离体培养尽管不受花药壁、药隔等二倍体细胞的干扰， 但这种特殊单倍体细胞的培养技术难度较大，目前只在少 数植物上获得成功。
• 四、影响花药和花粉培养的因素
• 培养材料对花药和花粉培养的成功起着重要作用。花粉发 育时期是影响培养效果的重要因素。不同物种的花粉最适 发育期不同，对多数植物来说，单核中晚期的花粉最容易 形成花粉植株。另外，花药供体植株的生长条件对花药培 养的影响也是很大的，一般主茎上的花粉易于培养成功。
项目八
马铃薯花药和花粉的 组织培养
• 知识目标
• 1. 了解花药和花粉培养的概念。 • 1. 了解花药和花粉培养的缺点。
• 技能目标
• 掌握花药和花粉培养的基本方法和技术。
任务一 马铃薯花药培养和花粉培养
• 近些年来对马铃薯的花药和花粉培养进行了大量的研 究工作，早在1972年Irikura 和Sakagachi通过花药培养 从产块茎的野生马铃薯中得到单倍体植株，其根尖细 胞具有12条染色体。1973年Dunwell和Sunderland从马 铃薯栽培品种的花粉培养中得到胚状体。这为马铃薯 花药花粉培养奠定了良好的基础。
• 一、马铃薯花器结构
• 植物的花器官是种子植物的有性繁殖器官，一朵完整的花包括 了六个基本部分，即花梗（pedicel）、花托（receptacle）、花 萼（calyx）、花冠（corolla）、雄蕊群（androecium）和雌蕊 群（gynoecium）。雄蕊是花的雄性生殖器官，是由具花粉囊 （小孢子囊）的花药（anther）着生于一个细的花丝（faliment） 上构成。
花粉植株的诱导途径
• 三、花药和花粉培养的优缺点
• 从培养过程来看，花药离体培养相对较容易，技术比较成 熟，但最后需要对培养成的植株进行染色体倍数检测，一 般是离体培养花粉都是处于单核时期（小孢子）的花药。 由于花粉发育时期和花蕾的某些外部形态特征（如花冠筒 长度和花冠露出花萼的时间等）之间的大致的相关性，因 此可以利用这些外部标志，来选择大致处于所需要时期的 花蕾。
图8-1 马Βιβλιοθήκη 薯花序及花结构图• 二、花药培养和花粉培养的概念
• 花药和花粉培养是一种组织培养技术，指在生长条件 下，从幼年的供体植株中取出花药，通过培养使它离 开正常的发育途径（即形成成熟花粉最后产生精子的 途径），不经过受精而发生细胞分裂，最终分化成一 个完整植株的过程，所获得的植株叫单倍体植株。
• ①把花粉发育到一定阶段的花药，通过无菌操作技术，接 种在人工培养基上进行离体培养；
• ②花粉在培养基所提供的特定条件下可以发生多次分裂， 形成类似胚胎的构造（胚状体）或愈伤组织；
• ③诱导愈伤组织分化出芽和根，最后长成植株。
• （一）外植体的选取时期
• 在花药培养过程中, 取材时期对于花药培养成功与否有着 决定性的作用。根据其它作和马铃薯花药培养的报道，一 般花粉发育时期处在单核晚期时培养效果最好。（图8-2）
• 单倍体容易与二倍体野生种杂交而有效利用野生种资源。另外， 通过获得的单倍体纯系间杂交或与2n配子材料杂交，可获得性 状整齐一致的后代，为选育不分离的实生种子提供优良亲本。
任务二 花药培养和花粉培养的过程
• 马铃薯花药培养一般可分为三个步骤，及制备培养基、接 种花药和培养三步骤。
• 培养的具体过程为：
• 花药离体培养是指把花粉发育到一定阶段的花药接种到培 养基上，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，由愈伤组织 再分化成植株。花粉离体培养是指把花粉从花药中分离出 来，以单个花粉粒作为外植体进行离体培养的技术，由于 花粉已是单倍体细胞，诱发它经愈伤组织或胚状体发育而 成的植株都是单倍体，且不受花药的药隔、药壁、花丝等 体细胞的干扰。
• 培养基是花药和花粉培养中影响花粉启动和再分化的重要 条件。
• 培养温度也是影响花药培养的一个重要因素。
• 五、花药和花粉培养的意义
• 花药培养的方法是通过花粉粒直接培养出单倍体植株。该方法 具有技术简单、诱导容易和诱导频率高等优点，许多栽培物种 都用这种方法获得了单倍体植株。取得的花粉植株是单倍体， 为了快速得到可育的二倍体，通常采用人工措施来提高加倍频 率，使用秋水仙素处理植株使得染色体加倍，采取浸泡试管苗、 浸泡根等方法来处理。