优选第六章园艺植物的染色体工程
第六章 染色体工程
某植物的一对染色体被他种植物的一对染色体所代换而成为异代换系。
四、单倍体育种
1 单倍体的特性
1）是研究基因或基因剂量效应，进行染色体遗传分析的理想实验材料。单倍体只有一套（基因）染色体，其上的每个基因都能表现相应的性状，尤其是隐性突变性状。
2）在育种上有极高的应用价值。单倍体加倍便可获得纯合二倍体，大大缩短了育种时间。
指采用组织培养的方法，使花药内花粉（小孢子）发育形成单倍体植株。
取F1代的花药置于特定培养基培养，由于细胞的全能性，（自身不育）诱导花粉长成单倍体植株，然后在秋水仙素的处理下，实现染色体加倍，加倍后的植株不仅正常可育，而且完全纯合。
目前统计，全世界已有52属，2000多种植物获得单倍体植株，其中大约有1/4首先是在中国得到的。
（二）多倍体产生的途径
1 原种或杂种所形成的未减数配子的受精结合。自然界中自发产生的多倍体多以此方式。
2 原种或杂种的合子的染色体加倍。多为人工诱导产生多倍体的方式。
（三）动、植物多倍体的特点比较
（四）多倍体育种方法
1 生物学方法
采用胚乳培养和体细胞杂交等方法进行。
3）在花药培养中还会出现三倍体、四倍体、多倍体等，为育种提供了大量的选择材料。
4）能克服远缘杂交的不孕性，创造出新物种。
2 人工诱导单倍体形成的方法——花药培养
人工诱导单倍体形成的方法很多，1964年前，人们尝试过的方法有远缘杂交、延迟授粉、激素处理、低温处理、照射花粉授粉等方法，都收效甚微。1964年，印度学者创造了花药培养法。目前是最为有效、应用最多的单倍体育种法。我国在这方面处于世界领先地位。
包括染色体的分离与微切割技术，可根据需要分离任意一条染色体或特定的染色体片段。
染色体工程的名词解释
染色体工程的名词解释染色体工程（Chromosome Engineering），是指利用现代生物技术手段，对生物体的染色体进行人工操控和改造的过程。
通过改变染色体的结构和组成，染色体工程可以实现对生物体基因组的精确编辑和调控，从而影响生物个体的遗传特征和表达方式。
【引言】染色体是细胞核中的重要成分，携带着生物体遗传信息的基因。
染色体工程的出现，为人们深入研究基因的功能和调控机制，以及开展基因治疗、种质改良等方面的研究提供了前所未有的机会。
本文旨在对染色体工程的概念、操作方法和应用领域进行解释与阐述。
【染色体工程的概念】染色体工程源于20世纪60年代末的细胞遗传学研究，当时科学家们最早开始探索将人工合成的DNA序列导入真核细胞中的可能性。
随着技术的不断发展，染色体工程已逐渐演变为一种具有广泛应用前景的生物工程技术。
其基本原理是通过模块化设计的DNA序列和遗传载体的辅助，将人工合成的DNA片段引入目标生物的染色体中，实现对基因组的精确编辑和调控。
【染色体工程的操作方法】染色体工程的操作方法主要包括：基因克隆、DNA合成、基因导入和基因修饰等关键步骤。
首先，科学家们通过PCR、限制性内切酶和DNA合成等技术手段，将目标基因的DNA序列复制并扩增出来。
然后，利用载体（如质粒、病毒等），将目标基因导入到目标生物的染色体上。
最后，利用基因编辑工具（如CRISPR-Cas9系统），对染色体中的目标基因进行精确编辑和修饰。
【染色体工程的应用领域】染色体工程在许多领域都有广泛应用。
其中之一是基因治疗。
通过染色体工程技术，科学家们可以将治疗性基因导入到病人的染色体中，从而校正或替代患者染色体上的缺陷基因，实现对疾病的治疗和预防。
此外，染色体工程也在农业领域有着重要的应用，可以通过编辑作物染色体上的目标基因，提高农作物的产量、品质和抗逆性。
另外，染色体工程还可以用于生物工厂的构建，通过引入特定的代谢途径和基因组部件，实现对微生物的功能强化，从而生产出具有高附加值的化合物。
植物染色体工程
•异源四倍体 •AABB •(2n=4x)
•染色体加倍
无籽西瓜的育成：
•二倍体西瓜 •秋水仙素加倍 •四倍体西瓜
•2n=2x=22
•2n=4x=44
•四倍体西 瓜
•x
•二倍体西 瓜
•2n=4x=44
•2n=2x=22
•配子：n=2x=22 •配子：n=X=11
•三倍体西瓜 •2n=3x=33
异源八倍体小黑麦的培育
基本培养基选择 植物激素的调节 糖浓度调节
完整植物体的形成再生小植株的驯化和移植Βιβλιοθήκη （4）单倍体植物的染色体加倍
加倍方法：
用得最多的是化学诱变法 秋水仙素、富民农、对二氯苯、8-羟基喹
啉等
加倍技术
小苗浸泡法 生长锥处理 培养基加倍
二、染色体非整倍体变化
1. 个别染色体的削减和添加 2. 染色体代换
1、个别染色体的削减和添加
（2）植物单倍体育种方法
异源花粉授粉 延迟授粉 未授粉子房培养和花粉培养
种间或属间远缘杂交
• 栽培大麦(Hordeum vudare, 2n=2x=14)与野生球茎大麦(H. bulbosus, 2n=2x=14)杂种胚发育过程中，两物种染色体的行 为不协调可导致球茎大麦的染色体逐渐丢失(称为染色体消 减现象)，可获得大麦的单倍体植株
植物染色体工程
2020年5月31日星期日
定义
染色体工程: 是人们按照一定的设 计,有计划地消减、添加或代换同种 或异种染色体的技术。
广义上讲它还包括染色体内部的部 分遗传操作技术。
染色体数目变异
整倍变化：
多倍体：细胞中含有三个或更多染色体组的个体 单倍体：细胞中含有正常体细胞的一半染色体数
第六章园艺植物有性杂交育种
第六章园艺植物有性杂交育种一、名词解释1.常规有性杂交育种：根据品种选育目标，有目的地选配遗传性不同的品种、变种、亚种或种作为亲本，通过人工交配使它们的雌雄配子结合产生变异的后代，再进行一系列的培育选择，经比较鉴定后，获得遗传性相对稳定的新品种，称为有性杂交育种，也称为重组育种。
2.非轮回亲本：只参加一次杂交的亲本称为非轮回亲本。
3.合成杂交：参加杂交的亲本先两两配成单交种，两个单交种再杂交。
4.轮回亲本：多代用以回交的亲本称为轮回亲本。
5.添加杂交：多个亲本逐个依次参加杂交的称为添加杂交。
6.杂交合成群体：由二个以上自交系品种杂交后繁殖出的分离的混合群体，最后成为一个由多种纯合基因型构成的混合群体。
个体纯合，个体间异质，但主要农艺性状表现差异较小。
7.回交育种：从杂种一代起多次用杂种与亲本之一继续杂交，从而育成新品种的方法。
8.近交：指不存在杂交障碍的同一物种内，不同品种或变种间的杂交。
9.远交：指植物学上不同种、属以上类型间的杂交。
10.亲本选择：根据品种选育目标选用具有优良性状的品种类型作为杂交亲本。
11.亲本选配：是指选用那两个（或两个以上）亲本配组杂交和配组的方式（如决定父母本，多亲杂交时那两个亲本先配组等）。
12.回交：杂交后代与其亲本之一再进行杂交称为回交。
13.单交：两个亲本之间只有一次杂交。
14.系谱法：按照育种目标，以遗传力为依据，从杂种的第一次分离世代开始，代代选单株，直到选出纯合一致、性状稳定的株系后，转为株系(系统) 评定。
由于当选单株有系谱可查，故称系谱法。
15.混合-单株选择法：在杂种分离世代按杂交组合混合种植，不选单株，只淘汰明显的劣株。
直到群体中纯合体频率达到要求(一般要求80%左右)时，才开始选择一次单株，下一代种成株系，从中选择优良株系升级试验。
16.单子传代法：从杂种第一次分离世代开始，每株取1粒(或者2粒)种子混合组成下一代群体，直到纯合程度达到要求时(F6及其以后世代)再按株收获，下年种成株(穗)行，从中选择优良株(穗)系，以后进行产量比较。
染色体工程
1、染色体的分离技术
哺乳动物细胞培养 秋水仙碱处理细胞使其处于分裂中期 低渗处理，加皂苷，破裂细胞 TMS液处理，离心，收集染色体 染色体储存于含20％甘油的TM液中
2、染色体转移技术
染色体悬液与受体细胞混合 生长于非选择培养基中持续3代，加多聚L 鸟氨酸可提高染色体进入受体细胞的几率 约3天后移入选择培养基 筛选与鉴定
YAC的缺点 YAC的缺点： 的缺点
1、插入片段大，稳定性较差，发生序列重排， 造成序列错乱。
四、细菌人工染色体（BAC） 细菌人工染色体（BAC）
三、人工染色体
染色体作为基因转移的天然载体，可转移 连锁的基因群，故在此基础上发展了人工 染色体。 现正在研究的人工染色体有三种： 酵母人工染色体（YAC，1000kb） 细菌人工染色体（BAC，300kb） 哺乳类人工染色体（MAC）
载体基本序列元件： YAC 载体基本序列元件：
• 酵母染色体DNA自主复制顺序（ARS）： 负责DNA复制 • 酵母染色体的着丝粒顺序（CEN）： 保证酵母细胞分裂时染色体的分配 • 酵母染色体的端粒顺序（TEL）： 维持染色体结构的稳定性（两端各一个） • 选择标记：用于重组克隆的筛选 pYAC4是一个大肠杆菌穿梭质粒，含有Amp大肠杆 菌筛选标记
染色体工程
染 色 体 工 程 (chromosome engineering) 指 的是按设计有计划削减、添加和代换同种 或异种染色体的方法和技术，也称为染色 体操作。 染色体工程一词，虽然在20世纪70年代初 才 提 出 ， 但 早 在 30 年 代 ， 美 国 西 尔 斯 (E.R.Sears)及其学生就已开始研究。它不 仅在改良植物的遗传基础培育新品种上受 到重视，而且也是基因定位，和染色体转 移 等 基 础 研 究 的 有 效 手YAC构建 示意图
园艺植物育种
一、名词解释1.常规杂交育种：按育种目标选择选配亲本，通过人工杂交的方法将亲本的优良性状集于杂交后代，再通过对杂交后代进行自交分离，选择出符合目标要求的，遗传性稳定一致的优良新品种。
2.轮回亲本：在回交过程中多次参与杂交的亲本，又是特定有利性状的接受者，也叫“受体亲本”。
3.非轮回亲本：在回交过程中只参与一次杂交的亲本，也叫“供体”或“供体亲本”。
4.杂种优势：是生物界一种普遍现象，指两个形状不同的亲本杂交产生的杂种，在生长势、生活力、繁殖力、适应性以及产量、品质等性状方面超过其双亲的现象。
5.一般配合力：指若干个自交系或品种相互杂交，其中每一个自交系或品种与其他自交系或品种所配得的F1某种性状的平均值与所能配成的全部F1总评均值相比的差值，通常用离均差表示。
6.特殊配合力：某一杂交组合的的实际配合力可能距两亲本的一般配合力之和有些离差，这离差就称为特殊配合力。
7.自交不亲和：植物花期正常授粉，自交不能正常结实的特性称为自交不亲和。
具有自交不亲和的系统或品系称为自交不亲和系。
8.远缘杂交：指亲缘关系疏远类型之间的杂交。
一般认为植物学上种以上分类单位之间的杂交都是远缘杂交。
9.诱变育种：指利用理化因素诱发生物体发生变异，再通过选择培育成新品种的方法。
10.临界致死剂量：被照射生物体存活率为40%的剂量。
11.半致死剂量：被照射生物体存活率为50%的剂量。
12.多倍体：体细胞染色体组在三个（3x）或三个以上的个体。
13.同源多倍体：多倍体的几组染色体全部来自同一物种，或者说由同一个物种的染色体组加倍而成14.异源多倍体：来自不同种、属的染色体组构成的多倍体或者说由不同种、属间个体杂交得到的F1再经染色体加倍得到的多倍体15.单倍体：指由未受精的配子发育成的含有配子染色体数的体细胞或个体。
16.一元单倍体：来自二倍体植物（2n=2x）的单倍体细胞中，只有一组染色体（1x）,叫做一元单倍体，简称一倍体17.多元单倍体：来自四倍体植物（2n=4x）的单倍体体细胞中，含有两组染色体（2x），叫做多元单倍体。
第6章染色体工程
化学方法
有些化学物质也可以用来阻止第二极体的排出或 受精卵的有丝分裂而产生三倍体或四倍体。 细胞松弛素B能抑制肌动蛋白聚合微丝，从而抑 制细胞质分裂。 秋水仙碱可以抑制细胞分裂中纺锤丝的形成，因 而抑制有丝分裂，这在植物中已经广泛应用。 其它药物还有麻醉剂，如N2O、CHClF2和聚乙二 醇等。 缺点：化学药品一般比较昂贵、且具有毒性，影 响处理后的胚胎发育，同时加上化学药物诱导产 生的多倍体往往是在育种上没有价值的镶嵌体， 所以化学方法在实际中的应用不及物理方法。
优点和缺点
多倍体育种技术方法简单、见效快，具有潜在的理论和应 用价值。 许多诱导的多倍体动物如两栖类、鱼类、贝类等却具有良 好的生存力和生长率。 种间杂交生长快，可以同时具有两个不同的种的优良特性， 但成活率较低。 利用三倍体不育的特性，将生殖腺发育消耗的能量用于动 物生长，可以避免因繁殖季节及肉质下降而延误上市时间 或影响商品价值，缩短了养殖周期，减少了养殖成本，这 在鲍鱼、昆虫等方面已有应用。 某些多倍体动物肉质量、含氧量、抗病性等经济性状较二 倍体好。 虽然，还有一些难点比如准确的处理时间、诱导率、成活 率、孵化率、倍性鉴定方法等还未解决，但随生命科学的 进一步发展，多倍体育种技术将为人类做出更大的贡献。
历史
1911年，赫特威氏就第一个成功地人工消 除了精子染色体活性，并发现了“赫特威 氏效应”。 赫特威氏效应指只有在适当的高辐射剂量 下，才能导致精子染色体完全失活，届时 精子虽能穿入卵内，却能起到激活卵球启 动发育的作用。
雌核发育的关键问题
要达到实验性二倍体雌核发育目的， 必须解决两个最主要的问题。 第一：人为地使精子的遗传物质失活； 第二：阻止雌性个体染色体数目的减 少。 不同种类的物理辐射和化学药品的处 理对精子遗传物质失活颇为有效。
植物染色体工程概述
合肥学院Hefei University细胞工程课程综述题目: 植物染色体工程概述系别:专业:学号:姓名:2013年6月25日植物染色体工程概述李双双1002012045 生工二班摘要：植物细胞工程[1]涉及胚拯救、小孢子培养、体细胞杂交、离体受精、体细胞无性系变异、染色体工程等多方面内容。
本文是对染色体工程这方面的概述，主要内容包括加倍技术、内容、实践运用和发展方向。
关键词：染色体工程加倍技术内容实践运用发展方向染色体工程，又称染色体操作(chromosome manipulation)，是人们按照一定的设计，有计划的削减、添加或代替同种或异种染色体，从而达到定向改变遗传特性和选育新品种的一种技术。
自从1879年，由德国生物学家弗莱明经过大量实验发现了染色体的存在。
由此后1883年美国学者提出了遗传基因，（所谓遗传基因，也称为遗传因子，是指携带有遗传信息的DNA或RNA序列，是控制性状的基本遗传单位。
）在染色体上的学说，科学家们对染色体的研究就从未断过，染色体工程也就不断在进展。
目前，植物学家们已经将染色体工程用于作物品种的改良，使其成为一门育种新技术，此外它也是研究基因定位和异源基因导入的有效手段。
其基本的操作程序包括如下几个步骤：杂交；依靠杂种(或亲本) 减数分裂时染色体联合的规律性变化产生具有不同染色体组成的配子；在杂种或杂种后代中通过细胞学鉴定，筛选所需要的材料。
一、染色体加倍技术[2]1 化学诱导方法1.1细胞松驰素B(cytochalasin)在细胞分裂中期使用，能抑制肌动蛋白聚合成微丝，从而抑制细胞质分裂，使用最早、最广泛，其诱导效果也最突出。
1.2秋水仙素(colchicine)在细胞分裂中期使用，阻止细胞分裂过程中的纺缍体的形成。
其特点为价格昂贵，有毒性。
2 物理学方法2.1温度休克法包括冷休克法和热休克法两种，即用略高于或略低于致死温度的冷或热休克来诱导三倍体或四倍体的方法。
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第一节 园艺植物单倍体的制备
单倍体（haploid）是指体细胞中含有本物种配子体 （gametophyte）染色体数目的个体。制备园艺植物单倍 体一般采用离体诱导法从具有单倍染色体数的性器官获得 植株。其中，雄配子途径以雄性器官为外植体，经历雄核 发育（androgenesis）获得单倍体；而雌配子途径以雌性 器官及其相关结构为外植体，经雌核发育（gynogenesis） 获得单倍体植株。
第一次有丝分裂为均等分裂，B途径.
第一次有丝分裂为不均等分裂. A.途径（D. 自然萌发）
C途径，在第一次不均等分裂后，营养核、生殖核同时核内复制
Figure - Segmentation pattern of in vitro wheat pollen observed from the 1st to 14th day of anther culture. The figure shows that a uninucleated microspore may degenerate before division, (a) or may give rise, by mitosis, to normal binucleated grain presenting vegetative and generative nuclei (b). Identical nuclei are formed in low frequency (c). The first mitotic division occurs at the 4th day of culture. The normal binucleated pollen may follow the normal in situ developmental pattern forming starch and then, degenerate (d). The second mitotic division takes place at the 6-8th and at the 10th day of culture. In the androgenetic pollen, the vegetative, generative or both nuclei are able to divide giving rise to an embryo (e, f, g). In pollen with identical nuclei, both cells contribute to androgenesis (h). Pollen degeneration can occur in any step of this process. At the 14th day, multicellular structures can be seen (i).
花粉植株的诱导： （1）胚状体途径
直接形成胚状体。 （2）愈伤组织途径
形成愈伤组织然后分化出不定芽等药和花粉（小孢子）培养的主要因素
（1）供体植株基因型：植物属间、种间、品种间可能存在 一定的差异。
（2）小孢子发育时期：醋酸洋红染色镜检花粉发育时期。 大多数植物以单核后期花粉适宜花药培养。
小孢子第一次分裂为均等分裂（B途径）
形成大小相似的细胞，然后由单一类细胞形成多核花粉细 胞（途径Ⅰ)。
小孢子第一次分裂为不均等分裂(A途径)：根据第二次及以后 的分裂不同又分为
A-V途径（营养核分裂,途径Ⅱ）、A-G（生殖核分裂，途径 Ⅲ）、A-VG（营养和生殖核均分裂，途径Ⅳ）、
C（分裂中出现融合加倍等现象）途径等。
一、雄配子途径
采用花药或花粉培养 （或游离小孢子），即 离体培养花药和花粉 （小孢子），使小孢子 改变原来的配子体发育 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，从中鉴定出 单倍体并加倍成纯合二 倍体。
离体条件下对植物的花粉或花药进
行培养（Pollen Culture and Anther Culture）获得单倍体植株 的技术最早是在1964年由印度植物 学家Guha 和Maheshiwari在毛叶
B.过筛：把上述的花药残渣和花粉的混合液经·一定孔 径的不锈钢网或尼龙网过滤。花粉滤液注入离心管。
C.清洗：花粉药壁混合液置于100-1000转／分的速 度下离心1-5分钟，上清液再离心，最后悬浮花粉。密 度为104-105/ml。
（3）花粉培养方式：
直接培养法：不经预处理直接接种于培养基。
看护培养法：花药接种于培养基，上面放置一块 滤纸，花粉接种于滤纸上。
曼佗罗（Datura innoxia)的花药培
养中成功获得单倍体植株。 目前已在250多种植物中由花药或
花粉培养获得单倍体植株。
1. 花药和花粉（小孢子）培养的基本程序:
外植体的选择----预处理----表面灭菌----接种---培养----再生植株-----单倍体鉴定----染色体加倍---获得纯合二倍体。
微室培养法:盖玻片上滴加一滴琼脂，花粉接种在 琼脂上，反向放置于凹型载玻片上。
2.雄核发育
在适宜离体培养的条件下，花粉（或小孢子）的发育 偏离活体时的正常发育而转向孢子体发育，经胚状体途 径或器官发生途径形成完整植株，称为雄核发育。
离体小孢子发育途径（雄核发育，Androgenesis）：
（1）材料的表面灭菌与无菌操作：
对花蕾进行表面灭菌，然后分离花药和花粉。
（2）花粉的分离与清洗：
花药漂浮培养自然释放法：把花药接种在液体培养基 上，花药漂浮于液体表面经1-7天的培养，药壁开裂， 花粉自然散落下来．及时将花药壁从培养瓶取出，留下 的花粉继续培养。
机械分离法
A.分离：把花药放在玻璃容器中，加入一定量适当浓 度的蔗糖溶液，加入适量液体培养基，用注射器内筒 轻轻挤压花药把花粉挤出来。或用磁力搅拌器把花药 搅裂使花粉散出来。
（3）供体植株的生理状态：受植株生长环境和生理年龄等 影响。如木本植物幼龄植株比老龄诱导率高；始花期和盛 花期比开花末期适宜；一二年生草本生长健壮且处于生殖 高峰期的花粉花药诱导率高。