医学-植物组织培养第八章植物体细胞无性系变异
《植物组织培养》试题及答案
试卷编号NO：高等函授教育《植物组织培养》试题学号：姓名：一名词解释：（10*2分=20分）1、植物细胞组织培养2、细胞全能性3、脱分化4、外植体5、试管苗驯化6、间接不定芽发生7、双极性8、微体嫁接9、人工种子10、体细胞无性系变异二填空：（30*1分=30分）1、目前植物组织培养应用最广泛的方面是和。
2、由脱分化的细胞再分化出完整植株有两种途径，一种叫做，另一种叫做。
3、培养用具的常用灭菌方法有、、。
4、某些生长调节物质及抗生素、酶类物质遇热不稳定，对其灭菌时不能进行，而要进行。
5、一般来说，黑暗条件下有利于的增殖，而往往需要一定的光照。
6、植物离体授粉技术通常包括、、三个方面。
7、一般液体培养的继代时间较短，继代一次；而固体培养继代时间可以长些，继代一次。
8、外植体器官发生的三种途径包括、、。
9、从再生植株倍性来看，小孢子培养通常产生植株，胚培养通常产生植株，通常产生三倍体植株。
10、脱毒苗鉴定与检测的主要方法有、、、。
11、在生长素中，对于许多作物花粉的启动、分裂、形成愈伤组织和胚状体起着决定性作用，但是对却有抑制作用。
12、用平板培养法培养单细胞或原生质体时，常用来衡量细胞培养效果。
13、用药剂处理是诱导染色体加倍的传统方法。
三计算题（1*10分=10分）某培养基的配方是MS＋BA 2.0mg/L＋NAA 0.5mg/L＋2.5%蔗糖＋0.7％琼脂粉。
MS母液的浓度分别是：大量元素２０倍，微量元素500倍，铁盐100倍，有机物５０倍；BA母液浓度1.0 mg/ml ，NAA母液浓度0.1mg/ml。
要配制400ml 该培养基，需要吸取各种母液各多少ml？分别称取蔗糖、琼脂粉各多少克？（要求写出计算步骤）四简答题（5*5分=25分）1、造成组织培养过程中发生污染的原因有哪些？如何有效控制污染？2、简述外植体消毒的一般步骤。
3、胚培养在科学研究及生产实践中有哪些应用？4、结合花粉培养，简述看护培养法。
植物组织培养第8章突变体的诱导与选择
百万到千万个植物细胞。 与种子、芽体比较，细胞水平突变重复性、稳定
性好。 离体筛选的意义：
对农作物形状进行遗传改良；为细胞杂交和转基 因技术提供选择标记，如互补选择；对突变体细 胞进行遗传及生理代谢研究。
突变是遗传变异性的终极来源，它为种群变异提 供原材料。是体现生物多样性和适应多变环境的 重要方式。
Chal effand carlson（1975）进行了高赖氨酸水 稻突变体筛选的研究，采用甲基磺酸乙酯，S（2-氨乙基）-半胱氨酸为选择因子，得到的突变 体中，蛋氨酸含量增加14%；游离天冬氨酸增加 17%；游离异亮氨酸和亮氨酸比野生种增加4～8倍。
Hibberd等（1987）用高浓度苏氨酸和赖氨酸为选 择剂，得到了抗这两种氨基酸的玉米突变体，在 愈伤组织中，其苏氨酸比正常细胞高6倍，在种子 中提高75～100倍。
4 抗逆突变体
耐盐突变体的筛选是通过在培养基中加入高盐浓度，甚至 海水来进行的。在盐浓度逐渐增加的条件下，诱导并筛选 出耐盐的细胞系。
Dix和Steet（1975）利用加入NaCl的液体培养基，培养辣 椒和烟草，结果得到一种可在含1%～2% NaCl条件下生存 的抗盐突变细胞株，培养几代在回到含盐培养基中，仍具 有抗盐性。在抗盐细胞中游离脯氨酸积累量增加，表明脯 氨酸与植物抗盐性的关系。
植物细胞工程目前分为五个分支： 脱毒与快速繁殖。 细胞的大量培养。 体细胞杂交。 细胞遗传转化及产生转基因植株。 无性系变异与分离突变体。
前两者主要利用遗传自动调节，本身遗传潜力进行繁 殖；
后三者则主要利用遗传变异，创建新种质。
离体筛选的优点： 离体筛选突变体的可控程度高，便于进行定向选
体细胞无性系变异
射线：如X-射线及γ-射线
激光
微波
离子束
化学诱变
烷化剂
包括EMS、EI、NEU、NMU、DES、MNNG、NTG等 通过与核苷酸中的磷酸、嘌呤和嘧啶等分子直接反应，在碱基 许多位置上增加了烷基来诱发突变 如5-溴尿嘧啶(BU)和2-氨基嘌呤(AP ) 与DNA正常碱基结构类似的化合物,能在DNA复制时取代正常 碱基掺入并与互补碱基配对。使AT转换为GC碱基对
染色体的结构变异
主要包括缺失、重复、倒位及易位等 结构变异频率随染色体的不同而不同
基因突变（Gene mutation）
由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变， 而引起的基因结构的改变，就叫做基因突变 狭义仅指“点突变” 按照基因结构改变的类型，突变可分为碱基置换、 移码、缺失和插入4种。 按照遗传信息的改变方式，突变又可分为错义、无 义两类 按照表型效应，突变型可以区分为形态突变型、生 化突变型以及致死突变型等，对于基础理论研究及 遗传改良具有重要意义
2 常用的诱变措施
物理诱变 化学诱变 空间技术诱变 复合诱变
物理诱变
紫外线
波长260nm的紫外辐射最有效，使DNA分子形成嘧啶二聚体, 即两个相邻的嘧啶共价连接，减弱双键间氢键的作用,并引起 双链结构扭曲变形,阻碍碱基间的正常配对 电离作用,因而能直接或间接地改变DNA结构 激光是异于自然光的辐射光,能量高度集中。通过光效应、热 效应和电磁效应的综合作用,能使生物的染色体断裂或形成片 断,甚至易位和基因重组 微波辐射属于一种低能电磁辐射,具有较强生物效应的频率范 围在300MHz~300GHz,对生物体具有热效应和非热效应 离子束注入的离子与生物体大分子发生一系列碰撞,而生物大 分子逐步获得能量进而发生键断裂
体细胞无性系变异
染色体的结构变异
主要包括缺失、重复、倒位及易位等 结构变异频率随染色体的不同而不同
基因突变（Gene mutation）
由于DNA分子中发生碱基对的增添、缺失或改变， 而引起的基因结构的改变，就叫做基因突变 狭义仅指“点突变” 按照基因结构改变的类型，突变可分为碱基置换、 移码、缺失和插入4种。 按照遗传信息的改变方式，突变又可分为错义、无 义两类 按照表型效应，突变型可以区分为形态突变型、生 化突变型以及致死突变型等，对于基础理论研究及 遗传改良具有重要意义
3 培养基
培养基成分对体细胞无性系变异有影响 如：
豌豆根尖培养物加激动素（KT）和酵母浸出液，可 以诱导4倍体的分裂 纤细单冠菊的细胞培养中，添加2，4-D，可以诱导 2倍体成为4倍体
细胞质基因组的改变
主要是指独立于核基因组之外的细胞器（如叶绿 体、线粒体等）的遗传物质的变异 常见的如白化苗、雄性不育等
三 影响体细胞无性系变异的因素
基因型 外植体 培养基 继代培养时间 温度 组织原有倍数性
1 基因型
体细胞无性系变异的频率与植物种类和基因型有关 如麝香百合具有较强遗传稳定性，而甘蓝等则出现 各种倍性的嵌合体 如燕麦幼胚组织培养，愈伤组织继代4个月后， Tippecanoe 有12%染色体变异，而Lodi则达到50%
3）原生质体融合的过程包括？其成败关键 是？
异种原生质体—膜融合形成共同的质膜—胞质融 合—产生细胞壁—核融合 细胞核的融合是异种原生质体融合的关键
4）利用体细胞杂交技术获得再生植株的过程 包括那些步骤？
无性
主要内容
植物体细胞无性系变异 体细胞变异体筛选的一般技术 体细胞无性系变异的应用
一、 植物体细胞无性系变异 1. 简介
在植物组织和细胞培养中， 在植物组织和细胞培养中，培养细胞及再生植 株往往会出现各种变异，在这些变异中， 株往往会出现各种变异，在这些变异中，有些是生 理上的原因造成的，是不可遗传的变异； 理上的原因造成的，是不可遗传的变异；而另一些 则是遗传物质发生改变的结果，是可遗传的变异。 则是遗传物质发生改变的结果，是可遗传的变异。 Larkin和Scowcroft（1981）提出，由任 和 （ ）提出， 何形式细胞培养所获得的再生植株称为“ 何形式细胞培养所获得的再生植株称为“体细胞无 性系” ），而将这些植株所表现出 性系”（somaclone），而将这些植株所表现出 ）， 来的变异称为“体细胞无性系变异” 来的变异称为“体细胞无性系变异” （somaclonal variation）。 ）。
作物种类
小麦 水稻 玉米 甘蔗 马铃薯 番茄 烟草 苜蓿 油菜
外植体
未成熟胚 种子胚 未成熟胚 多种 原生质体、 原生质体、叶愈伤组 织 叶片 花药、 花药、原生质体 未成熟子房 花药、 花药、胚、分生组织
变异性状
株高、穗形、芒性、成熟性、分蘖数、 株高、穗形、芒性、成熟性、分蘖数、淀粉酶等 分蘖性、穗形、育性、花期、株高、 分蘖性、穗形、育性、花期、株高、蛋白质含量等 胚乳性状、 胚乳性状、玉米小斑病抗性等 眼斑、斐济病毒、霜霉病、叶耳长度、 眼斑、斐济病毒、霜霉病、叶耳长度、蔗糖含量等 块茎形状、产量、成熟期株型、 块茎形状、产量、成熟期株型、晚疫病抗性等 雄性不育、花梗不连续、 雄性不育、花梗不连续、果实颜色等 株高、叶形、产量等级指数、生物碱含量、 株高、叶形、产量等级指数、生物碱含量、还原糖含量 等 多叶状叶、叶柄长度、株型、株高、 多叶状叶、叶柄长度、株型、株高、干物质含量等 花期、生长习性、 花期、生长习性、腊质性等
《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
《细胞工程》名词解释
植物细胞全能性:植物体的每个细胞都携带有该物种的全部遗传信息，因而只要在适当的条件下，植物一切生活细胞都具有分化为一个完整植株的潜在能力，这就是细胞的全能性。
这是细胞工程的理论基础。
细胞分化:个体细胞发育过程中，后代细胞在形态、结构和生理功能上发生差异的过程。
脱分化:原已分化的细胞，失去原有的形态和机能，又回复到没有分化的无组织的细胞团或愈伤组织，这个过程称为脱分化。
再分化:由脱分化状态的细胞再度分化形成另一种或几种类型的细胞的过程，称为再分化愈伤组织:外植体在离体条件下，细胞经脱分化等一系列过程，转变为一种能迅速增殖的无特定结构和功能的细胞团，称为愈伤组织。
愈伤组织细胞大而不规则,高度液泡化、没有次生细胞壁和胞间连丝。
继代培养:对来自于外植体所增殖的培养物通过更新新鲜培养基及不断切割或分离,进行连续多代的培养.外植体:植物组织培养中用来进行离体无菌培养的材料,可以是器官、组织、细胞和原生质体。
器官发生:指离体培养条件下的组织或细胞团分化形成不定根、不定芽等器官过程。
体细胞胚：由外植体可直接形成胚状体，外植体也可以经脱分化先形成愈伤组织，再由愈伤组织形成胚状体。
胚状体是由体细胞发育而来人工种子：通过将植物组织培养中所产生的体细胞胚或珠芽等包埋在“人工胚乳”和“人工种皮”里，制成的具有播种功能、类似天然种子的颗粒就称为人工种子。
繁殖系数：也叫增殖系（倍)数或增殖率，是指繁殖材料在一个培养周期内增殖的倍数。
污染：指在组织培养过程中培养基和培养材料滋生杂菌，导致培养失败的现象。
褐变：指在组织培养中，由于材料被切割而使多酚氧化酶活化将组织中的酚类物质氧化形成棕褐色的醌类物质，并向培养基中扩散，抑制培养物生长甚至导致其死亡的现象。
玻璃化：指组织培养过程中的特有的一种生理失调或生理病变，试管苗呈半透明状外观形态异常的现象。
悬浮培养：将游离的单细胞或小的细胞团，按照一定的细胞密度，悬浮在液体培养基中进行培养的方法。
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。
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植物体细胞无性系变异
陈传红 制作 2007 / 5
本章内容提要：
• 变异类型概念 • 引起体细胞无性系变异的因素 • 植物体细胞无性系变异的机理 • 在育种中的应用
陈传红 制作 2007 / 5
第一节 体细胞无性系变异
◆定义：指培养物在培养阶段发生变异，进而导
见书本143页 表8—1
陈传红 制作 2007 / 5
陈传红 制作 2007 / 5
山杜英无 性系选育 试验
小 麦
陈传红 制作 2007 / 5
陈传红 制作 2007 / 5
陈传红 制作 2007 / 5
倒 位
陈传红 制作 2007 / 5
易 位
陈传红 制作 2007 / 5
◆体细胞无性系变异体的筛选
●在个体水平上
●在细胞水平上
步骤：
●起始材料的选择
外植体
愈伤组织
悬浮培养
陈传红 制作 2007 / 5
第四节 在育种中的应用
◆改良作物品种、拓宽种质资源 • 利用无性系变异改良定型小麦品种的研究 • 体细胞无性系变异技术在园艺植物育种中的
应用 ◆加强外源基因向栽培中渗透
陈传红 制作 2007 / 5
• 作业：
致再生植株亦发生遗传改变的现象。（广泛存在， 特别是存在于体细胞胚和器官发生途径）
◆变异类型：
1. 形态特征 2. 生长习性 3. 抗性 4. 染色体变异
陈传红 制作 2007 / 5
◆举例：
● 甘蔗体细胞再生植株中出现的变异 • 形态特征变异； • 生长习性变异； • 抗性的变异。 ● 马铃薯体细胞无性系变异有： • 形态特征变异； • 生长习性变异； • 抗性的变异。 ● 禾谷类作物
陈传红 制作 2007 / 5
陈传红 制作 2007 / 5
● 染色体变异
• 植物细胞染色体在愈伤组织阶段稳定性差。 • 通过愈伤组织再生植株的根尖细胞学研究来
证明 • 在许多作物中展开，以小麦，马铃薯的研究
最为深入。
陈传红 制作 2007 / 5
●外植体 ●物种和基因型
低频变异 高频变异 ●培养基 1. 2，4—D 2. 细胞分裂素 3. 生长素和细胞分裂素的组合 ●继代培养时间
陈传红 制作 2007 / 5
第三节 细胞无性系变异机理
1. 预先存在的变异表达 2. 染色体数目 3. 点突变 4. 体细胞染色体交换及姐妹染色体交换 5. DNA复制和缺失 6. 转座子的活化 7. DNA甲基化 8. 胞质DNA的改变 9. 外遗传变异
●突变株的选择
1）培养细胞的种类
2）突变细胞的选择方法
小细胞团
陈传红 制作 2007 / 5
单细胞
外植体
步骤：
1、诱导产生愈伤组织； 2、愈伤组织反复继代，使 组织不断增殖，提高愈伤 组织的松散性；
陈传红 制作 2007 / 5
愈伤 组织
继代
悬浮
3、将愈伤组织在液体培养基中培养， 建立悬浮培养物
摇床用于振荡
优点：细胞团成小细胞团 或单细胞；在培养基中均 匀分布；有空气交流。
陈传红 制作 2007 / 5
愈伤组织培养
悬浮细胞培养
陈传红• 1、回去复习本章书上内容。 • 2、细胞无性系变异含义，其机理是什么？ • 3、细胞无性系变异的缺点和优点，有什么
利用价值。
陈传红 制作 2007 / 5
◆ 染色体变异的类型
1. 数目变异：由整倍体变异为非整倍体， 或出现异源双二倍体
2. 结构变异 • 缺失 • 互换 • 倒位 • 易位
陈传红 制作 2007 / 5
缺失
陈传红 制作 2007 / 5
陈传红 制作 2007 / 5