植物单倍体培养
单倍体育种
单倍体育种（孙莉）学号：11015071113一、单倍体产生的途径正常植物的孢子体为无性世代，含有来自雌雄双亲的两套染色体，为二倍性（2n）。
二倍性的孢子体经减数分裂产生配子体，其染色体是单倍的（n）。
高等植物的单倍体是指含有配子染色体数的孢子体（n)。
二倍体植物产生的单倍体，体细胞中仅含有一个染色体组。
这种单倍体称为一倍体。
由异源多倍体产生的单倍体其体细胞中有几个染色体组，称为多元单倍体，如，普通小麦的单倍体含A、B、D三个染色体组，但是，在育种学上它们都称为单倍体。
单倍体既可以自然产生，也可以人工诱导，它一般是由不正常的受精过程产生的，即由孤雌生殖、孤雄生殖、无配子生殖等方式产生的。
在育种工作中，单倍体主要靠人工诱导产生。
人工诱导产生单倍体的途径主要有下列几种：（一）组织和细胞离体培养通过细胞和组织培养是育种工作中产生单倍体的主要途径。
1.花药（花粉）离体培养：这是目前人工获得单倍体最简单有效的方法。
其原理是：作物的每一特化的细胞都具有发育成完整植株的潜力。
花药培养产生单倍体的途径有二：一是花粉经历了去分化和胚胎发生过程，通过胚状体而形成单倍体的胚，以后直接发育成单倍体植株(胚胎发生系统)；另一种是花粉多细胞团增殖，形成愈伤组织，以后再经诱导分化成再生植株(器官发生系统) 。
用花粉培养获得单倍体是否有育种价值，取决于用于培养的原材料是否优良和是否易于诱导成功。
实践证明，不同基因型的植物材料间单倍体的诱导率不同，所以选择恰当的培养材料是花粉育种的重要一环。
2.未授粉的子房（胚珠）培养: 用未授粉的子房（胚珠）离体培养是诱导大孢子发育成单倍体的另一途径。
研究表明，来自大孢子的单倍体有更强的生活力，并且后代的性状也比较稳定，尤其是对于那些难以用花粉培养获得单倍体的植物或雄性不育植物提供了获得单倍体的有效途径，所以在植物的改良中有较大意义。
（二）远缘杂交通过不同种、属间作物杂交来诱发孤雌生殖是产生单倍体的一条有效途径。
单倍体育种流程
单倍体育种流程单倍体育种流程是一种常用的植物细胞培养方法。
这种方法的主要目的是通过控制细胞生长的环境条件，让其在适当的营养基质中进行无性繁殖，生长出单倍体的植株。
下面，我将为大家介绍一下关于单倍体育种流程相关的步骤以及注意事项。
第一步：基因资料收集在进行单倍体育种之前，我们需要对目标植物的胚胎愈伤组织进行采样，获取其基因组的信息。
这一步骤需要注意的是，采样时需要遵循科学的伤口消毒和操作规范，防止细菌的侵入等问题。
第二步：培养培养基在获取了目标植物的样本之后，我们需要对其进行切割、清洗等处理步骤，将其制成所需的细胞组织。
之后，将其放入含有营养基质的培养环境中，利用高压灭菌技术进行消毒，促进培养基的生长。
第三步：愈伤组织分离将植物样本的细胞组织放置于含有生长激素（如激素、生长素等）的培养环境中进行分离处理。
这个步骤是非常重要的，因为它的目的是让植物愈伤组织快速分裂并不断产生新的细胞，最终得到足够多的单倍体植株。
第四步：胚胎培养在愈伤组织分离的基础上，我们需要对其在适宜条件下进行胚胎培养，从而最大程度地促进新细胞的产生和生长。
在这个环节中，各种生长因子和激素的添加是必要的，要谨慎监控培养环境的温度、湿度等参数，以确保细胞的生长和繁殖。
第五步：单倍体植株培养在达到足够的细胞数和组织质量之后，我们需要将这些细胞转移至含有单倍体植株的培养环境中，继续进行细胞的生长和繁殖。
这个步骤是十分关键的，因为这时我们已经可以看到培养出的单倍体植株，如果出现任何问题都会影响到后续的实验。
第六步：单倍体植株筛选与鉴定一旦我们获得了足够的单倍体植株，我们就需要进行筛选和鉴定，以确保其种质纯度与稳定性。
这个步骤中，不仅需要进行基因检测和表型检测等科学手段，还需要多方位的团队协作和精心的管理和维护。
总体而言，单倍体育种流程是一项复杂的实验技术。
虽然流程中的每个步骤都十分重要，但是对每一个环节的细心、耐心和专业度，才是保障这个实验成功的最大保证。
第十章 单倍体与多倍体育种
②倍性鉴定长成为花粉株后，要检查其染色体数，确定其倍性。 方法：根尖→固定→染色→压片→ 镜检 ③加倍花粉植株未经自然加倍时，一般为单倍体，不能正常结实， 因而需人工加倍（秋水仙素）。 双子叶植物可采用1.5份0.1—0.4%的秋水仙素十1份羊毛脂， 调成糊状乳液，涂株单倍体植株的腋芽或生长点，使生长点加倍 成二倍体。 单子叶植物如小麦、水稻等可将幼苗或新生的分蘖株基部浸在 0.04—0.1%秋水仙溶液中，在20—25℃下1—4天，取出用清水 洗净，栽入土中，可获得染色体加倍植株。 加倍时要注意秋水仙素浓度，植物种类不同，其浓度不同。 ④选择花粉株加倍成活后，要像一般植物管理一样，种子成熟后， 应单株、单穗分别苗种，备作进一步的试验。F1后各代的选育工 作同一般选育工作一样进行试验、鉴定、从中选出优良株系，扩 大繁殖试种，最后用于生产。
四、诱发多倍体的方法： 1、用物理因素诱异多倍：
物理因素有：温度激变，机械创伤，电离射线非电离射线、 离心力等。 物理因素虽可诱导多倍体，但频率较低，在多倍体诱导中成 效不大。
2、用化学因素诱导多倍体：
秋水仙素处理方法：
①秋水仙素介绍 秋水仙素是从百合科秋水仙植物中提炼出来的一种剧毒药剂， 其分了子式为C22H25NO6 H2O。一般秋水仙素是淡黄色粉末， 纯品是针状结晶体，性极毒，对中枢神经有麻醉作用，进入眼 睛，会使其失明，易溶于水、酒精、氯仿和甲醛中，不易溶解 于已醚和苯。
④处理方法：
浸渍法：多用于处理干种子，萌动种子及幼苗。 滴液法：禾本科幼苗，茎基部生长点切一小斜口，使其夹住一 小片滤纸，用吸管滴药液，浓度0.02—0.05%。双子叶植物，用脱 脂棉将顶芽，腋芽包裹住，然后滴液每日一至数次，反复数日 注射法：是用注射针头把秋液注入植株小苗分蘖节的上部。 这种方法适于禾本科谷类作物，尤其对水稻加倍，效果良好。 富民农处理方法 富民农的化学名称：对甲苯磺硫苯胺苯汞，分子式 C19H17H9NSO2，为灰白色粉末，基本不溶于水，溶于丙酮。使 用时应先将纯的药粉1克倒入25ml丙酮中，在热水中（80℃左右） 加热，制成淡黄色溶液，趁热将此液徐徐倒入1000ml原液稀释到 0.01—0.03%即可使用。 还有乙酸（IAA）、氧化亚氨（N2O）等也可加倍染色体数目。
单倍体育种有性生殖还是无性生殖,无性生殖的优点
单倍体育种有性生殖还是无性生殖，无性生殖的优点
单倍体育种采用性细胞的染色体加倍获得纯种，所以算是有性生殖。
有性生殖是指由亲本产生的有性生殖细胞（配子），经过两性生殖细胞（例如精子和卵细胞）的结合，成为受精卵，再由受精卵发育成为新的个体的生殖方式。
无性生殖的优点：缩短植物生长周期，保留农作物的优良性状，增加了一些新的优点，增加农作物产量。
一、单倍体育种有性生殖还是无性生殖
1、单倍体育种采用性细胞的染色体加倍获得纯种，所以算是有性生殖。
广义上来说，发生减数分裂的过程，就是有性生殖的表现。
2、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。
单倍体是具有体细胞染色体数为本物种配子染色体数的生物个体。
3、有性生殖是指由亲本产生的有性生殖细胞（配子），经过两性生殖细胞（例如精子和卵细胞）的结合，成为受精卵，再由受精卵发育成为新的个体的生殖方式，通常生物的生活周期中包括二倍体时期
与单倍体时期的交替。
4、无性生殖是一类不经过两性生殖细胞的结合，由母体直接产生新个体的生殖方式，可以分为分裂生殖（如细菌及原生物）、出芽生殖（酵母菌、水螅等）、孢子生殖（蕨类等）、营养生殖（草莓匍匐茎等）。
二、无性生殖的优点
1、缩短植物生长周期，加快了繁殖速度。
2、保留了农作物的优良性状，其遗传性和母株基本一致，而且增加了一些新的优点，更加适应环境，有利于种族的繁衍。
3、增加农作物产量。
单倍体育种的过程
单倍体育种的过程
单倍体育种是一种重要的育种方法，通过单倍体技术可以大幅简化杂交育种的
过程，加速新品种的研发。
本文将介绍单倍体育种的过程，包括杂交、转单倍体、单倍体杂种优势等内容。
1. 杂交
单倍体育种的过程以杂交为起点。
一般而言，选取两个具有优良基因型的亲本
进行杂交，获得双倍体杂种。
在这个过程中，通过控制花期、人工授粉等技术手段，确保雄性和雌性花粉结合，产生具有父本和母本遗传信息的杂种。
2. 转单倍体
接下来的步骤是将双倍体杂种转化为单倍体。
这通常通过诱导杂种体细胞减数
分裂产生单倍体细胞，再通过愈伤组织培养和激素处理等技术手段，促使单倍体细胞再生成植株。
这一过程需要严密的实验操作和有效的培养技术支持。
3. 单倍体杂种优势
单倍体杂种有着独特的优势，主要表现在以下几个方面：
•遗传多样性：单倍体杂种具有更广泛的基因组组合，表现出更大的遗传多样性，有助于克服疾病、适应环境等方面的挑战。
•生长势旺盛：由于单倍体杂种中包含了不同亲本的基因，其生长势往往比同源双倍体要强，有助于提高作物产量。
•抗逆性强：单倍体杂种中相对更多的基因组组合有助于提高植株对逆境的抗性，包括抗病虫、耐旱涝等方面。
结语
单倍体育种是一种重要的育种方法，通过转单倍体的方式可以获得具有较强生
长势和抗逆性的新品种。
在实际应用中，单倍体育种需要高超的技术水平和精细的实验操作，但其带来的潜在收益和效益是巨大的。
随着技术的不断进步和完善，相信单倍体育种将在未来发挥更加重要的作用。
以上为单倍体育种的简要介绍，希望对读者有所启发和帮助。
单倍体培育的原理
单倍体培育的原理单倍体呢，就是体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。
你可以想象一下，就像是从正常的一群染色体里，挑出了一半来组成一个新的小团体，这个小团体就是单倍体啦。
在自然状态下，植物的雄配子（花粉）和雌配子（卵细胞）结合，然后就像小两口组成家庭一样，它们的染色体融合在一起，就形成了正常的二倍体或者多倍体的后代。
但是单倍体培育可不想这么按部就班。
科学家们就像调皮的小魔法师一样，他们想办法把雄配子或者雌配子单独拿出来，让这个配子自己发育成一个完整的个体，这个个体就是单倍体啦。
比如说，花粉就像是一个小小的潜力股。
科学家们会用一种特殊的技术，让花粉脱离了正常的受精过程，直接开始发育。
这就好比是本来花粉是要去找卵细胞一起过日子的，结果现在科学家说：“花粉小老弟，你自己也能闯天下呢！”然后在合适的培养条件下，花粉就开始拼命生长，细胞不断分裂，慢慢地就长成了一个小植株，这个小植株就是单倍体植株啦。
单倍体培育还有一个很厉害的地方呢。
因为单倍体只有一套染色体，所以它的基因都是纯合的。
这就像是一个非常纯粹的小世界，没有那些杂七杂八的基因组合。
这对于植物育种来说可太重要啦。
就好比我们要找一个最纯正的品种，单倍体就像是一个纯净的源头。
你想啊，如果我们用传统的方法培育新品种，可能要经过好多好多代的杂交、筛选，才能得到我们想要的纯合品种。
但是单倍体培育就像是走了一条捷径。
我们得到单倍体之后，再用一些化学物质或者其他手段，让这个单倍体的染色体加倍，一下子就得到了纯合的二倍体。
这就像是本来只有一个小小的积木房子（单倍体），现在我们把它变成了一个坚固的大城堡（二倍体），而且这个城堡的每一块积木都是一模一样的，超级稳定呢。
而且单倍体培育还能帮助我们快速地筛选出优良的基因。
比如说，我们有一堆植物，里面可能有一些隐藏着很好的基因，但是在正常情况下，这些基因可能被其他基因掩盖了。
但是通过单倍体培育，我们可以把这些基因单独拎出来，看看它们到底有多厉害。
单倍体育种的应用案例
单倍体育种的应用案例标题：单倍体育种的应用案例：优化作物育种的新策略引言：单倍体育种是一种利用植物细胞培养技术产生无性状元胞的方法，它为作物育种带来了前所未有的机遇和挑战。
本文将深入探讨单倍体育种在作物育种中的应用案例，展示其在提高作物品质、耐逆性、抗病能力以及增加产量等方面的潜力。
我们还将分享对该技术在未来发展中的观点和理解。
第一部分：单倍体育种的基本原理和方法在单倍体育种的基础知识部分，我们将介绍单倍体育种的原理和方法。
我们将解释如何通过基因突变、细胞培养和植物生长调节剂等技术手段，获得植物无性或单倍体细胞。
我们将详细介绍如何利用体细胞或花药培养、双倍体恢复和染色体片段引导等技术手段，将这些细胞转变为单倍体植物。
通过这一清晰的引导过程，我们能够确保所得到的单倍体植物具有良好的遗传背景和稳定的基因组。
第二部分：单倍体育种在作物改良中的应用案例在这一部分中，我们将呈现几个典型的单倍体育种在作物育种中被广泛应用的案例。
我们将重点介绍在提高作物品质方面的应用案例。
通过单倍体育种的筛选和遗传改良，研究人员成功地改善了大豆的蛋白质含量和氨基酸组成，在保持产量稳定的同时提高了作物的营养水平。
我们将探讨单倍体育种在增加作物耐逆性方面的应用。
在水稻育种中，单倍体育种技术被用于提高水稻抗盐碱、抗病害和抗旱能力，为粮食产量稳定和农业可持续发展提供了有力支持。
我们还将介绍其他作物，如玉米和小麦等，在单倍体育种中得到的突破性应用案例。
第三部分：单倍体育种的潜力和未来发展展望在这一部分中，我们将分享对单倍体育种技术未来发展的观点和理解。
我们将讨论该技术在减少育种时间和成本、提高育种效率等方面的潜力。
随着技术的不断发展和完善，我们可以预见，单倍体育种将成为作物育种的重要策略之一，为农业生产提供高效、可持续的解决方案。
我们将展望单倍体育种技术在遗传改良和基因组编辑等前沿领域的应用。
结合单倍体育种和基因编辑技术，我们有望实现对作物基因组的精确改良，为培育更适应不同环境和市场需求的作物品种打开全新的可能性。
单倍体育种的方法
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。
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营养细胞
生殖细胞
精子
雄配子体的发育
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A、花粉发育时期
四分体 小孢子 单核花粉 双核花粉 最适期
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B、花药和花粉培养的取材时期
四分体 单核早期 单核晚期 双核早期 双核晚期 三核期
小孢子
花粉粒
花粉培养 花药培养
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不同植物 有区别
Sunderland（1971）对烟草不同花粉发育 时期的培养反应进行了观察：
（1）、基因型
以花药培养获得单倍体植株的植物：
茄科
十字花科
禾本科
百合科
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不同苹果品种的花药培养胚状体的诱导率
品种
元帅 赤阳 国光 金冠
接种花药 产生胚状 诱导率
数
体数
（%）
978
21
2.1
1410
10
0.7
1073
7
0.6
1302
0.5
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（2）、培养基
蔗糖浓度
基本培养 基
激素种类 和浓度
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基本培养基：
MS和H培养基：适合双子叶植物花药培养； B5培养基：适合豆科和十字花科花药培养； N6培养基：适合禾谷类作物的花药培养。
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激素种类和浓度
细胞分裂素可促进胚状体形成； 生长素可诱导愈伤组织形成。
细胞分裂素与生长素比值高时可诱 导愈伤组织分化苗
B.两个细胞分裂中，形成核融合，产生多倍体。
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2、不对称发育途径：不均等分裂。形成营养和 生殖核
A 生殖核发育途径：生殖核继续分裂，形成多 细胞的花粉，进一步发育形成愈伤组织或胚状 体。
B 营养核发育途径：营养核继续分裂，形成多 细胞的花粉，进一步发育形成愈伤组织或胚状 体。
C 营养核与生殖核并发发育途径：营养核和生 殖核分别继续分裂，形成多细胞的花粉，进一 步发育形成愈伤组织或胚状体。
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雄 花药 芯 花丝
花的结构
花托
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柱头 雌
花柱 芯 子房 花瓣 花 花萼 冠
花柄
第七章 植物单倍体(花药)培养
名词
单倍体植物(haplobiont) 用离体培养花药的方法使花粉发育成一个完整
的植株。
花粉和花药的培养(pollen and anther culture) 是指花粉在培养基上改变其正常发育和机能，
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第七章 植物单倍体(花药)培养
第一节 花药和花粉培养技术
一、花药培养是将花粉发育至一定阶段的花药接 种到人工培养基上进行培养，以形成花粉胚或 愈伤组织进而分化成植株的技术。
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1964年，印度学 者采用花药培养 方法，首次获得 毛叶曼陀罗单倍
体植株
发生核 融合
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一些植物花药和花粉培养适宜的小孢子发育时期
适宜小孢子发育时期
代表植物
减数分裂期 四分孢子期
单核早期 单核晚期 单核早期至晚期 单核早期至双核期 四分孢子期至双核期
番茄、草莓 葡萄 油菜、苹果、石刁柏 小麦、茄子、青椒、荔枝、楸子 烟草、柑橘、橡胶、龙眼、杨树 水稻、甘蓝、梨 玉米
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第七章 植物单倍体(花药)培养
第七章 植物单倍体(花药)培养(2学时)
本章主要内容： 花粉和花药培养技术 花粉和花药培养应用
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第七章 植物单倍体(花药)培养
本章教学目的与要求
(1)掌握花药培养和花粉培养的区别； (2)了解花药最佳接种时期； (3)掌握花药培养的大致过程； (4)掌握花粉发育的四种途径； (5)掌握花粉培养的大致过程。
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四、离体小孢子发育的影响因素
植株基因型：裸子植物难，被子植物简单
大白菜：早熟简单，晚熟难。
培养基成分：MS.其次B5.N6培养基。
植物生长条件和生理状态：幼年、开花初期。
小孢子发育状态：单核期（多）。
预处理：低温处理
培养条件：一般温度25℃，光照无或正常光照 等
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（5）、预处理
◆花药和花粉的预处理措施主要是低温处理 ◆耐寒植物比喜温植物处理的温度可低些
◆较低温度处理时间要短，较高温度处理时间宜 长
水稻：510℃,3-12天
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小麦：15℃,2-7天
不同资料有 所不同！
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低温处理的作用机理：
A、低温可改变花粉粒第一次有丝分裂纺锤体 的轴向，形成两个均等细胞，使得花粉朝着 胚胎方向发育； B、低温使花粉保持较长时间的活力，使营养 细胞得以完成细胞质的改组而转向胚胎发生。
不经受精而发生细胞分裂，由单个花粉粒发育成 完整单倍体植株的技术。
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➢花药培养：其外植体为 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：将处于一定 发育阶段的花粉从花药中 分离，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。
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蔗糖浓度
较高浓度蔗糖可诱导花粉形成愈伤组织； 较低 浓度蔗糖可使愈伤组织分化成苗。
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（3）、生理状态的选择
1.幼年的花药好于老年的花药 2.开花初期花药好于开花末期花 药 3.不同季节接种的花药愈伤组织 诱导率有显著变化。
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百合的成熟花粉
（4）、小孢子发育状态
药物处 理
第一节 花药和花粉培养技术
二、花粉培养：是将花粉从花药中分离 出来进行离体培养的过程。
花粉囊 花粉囊壁 花药裂口 成熟花粉粒
油菜成熟花药的结构
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三、离体单倍体发生途径
1、对称发育途径：均等分裂，形成两个相同的 核。
A. 两个细胞再次分裂，一个停止，一个持续分 裂，形成愈伤组织。
花粉发育时期 减数分裂期 单核时期 单核晚期 双核时期
胚状体诱导率（%） 0 14 44 55
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烟草小孢子发育时期对胚状体诱导率的影响
小孢子发育时期 培养花药数
单核早期
15
单核靠边（中）
77
单核靠边（晚）
21
双核早
63
双核晚
30
胚状体（%）
0 7.8 19.4 1.59 0
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大多数植物，在单核时期的花粉 比较容易培养成功。
确定花粉发育时期的方法可用 涂片法来进行。
采用醋酸洋红染色， 压片镜检，确定花
粉的发育时期
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电镜下的花粉粒
小孢子发育状态
花粉粒即雄配子体。为2细胞花粉或3细胞花粉
2--细胞花粉
3--细胞花粉
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花粉发育时期：
适宜时期：单核期,尤其是单核中、晚期(单核靠边期)