单倍体及生物育种技术
玉米诱导单倍体育种技术与应用 ppt课件
Inducer
Stock6 ZMS WS14 5329C KEMS MHI RWS UH400
CAUHOI
2020/2/16
诱导系
Rate(%)
2.3 0.6～3.4 3.0～5.0 3.05～18.57
6.3 5.5～6.7 8.65～13.39
8～15 1.9～9.2
subproject 2.2
▪ 多------易于规模化 ▪ 快------选系速度快 ▪ 好------纯度高 ▪ 省------
3）单倍体育种应用状况
国内：2013－250万个单倍体以上
规模化单倍体育种
国外应用
▪ 先锋、孟山都、先正达、利马格兰、KWS 等均有大规模应用,DH系占新选系可以达到 90%，已经替代传统选系成为主要的选系 方法
生产上应用的诱导系类型
32
农大高诱5号(CAUHI5)果穗与植
关联群体自交系与诱导系CAUHI5杂交后表现
33
籽粒标记R-nj遗传---花粉直感
果穗中的单倍体
单倍体产生的生物学机理：
雄配子体发育
双受精示意图
(引自Fre´de´ ric Berger等，2008)
（二）、单倍体鉴定
田间鉴定（早期） 细胞遗传学方法 形态学方法 放射性方法 除草剂 方法 分子标记法 遗传标记法 ★ 油份鉴定法
2020/2/16
5
一、背景介绍
产生玉米单倍体的途径
1) 品种间杂交自发产生的孤雌生殖单倍体 2) 不定配子体基因ig诱导的孤雄生殖单倍体 3) 化学和物理方法诱导的单倍体 4) 花药组织和花粉培养产生的单倍体 5) 雌穗、子房或胚珠的离体培养 6) 孤雌生殖诱导系杂交诱导产生单倍体
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。
生物育种-培优
生物育种代小琼1．生物育种的定义：培育优良生物的生物学技术。
有关育种要注意的问题：1、育种的根本目的是培育具有优良性状(抗逆性好、品质优良、产量高)的新品种，以便更好地为人类服务。
2、选择育种方法要视具体育种目标要求、材料特点、技术水平和经济因素，进行综合考虑和科学决策：①一般作物育种可选杂交育种和单倍体育种；②为得到特殊性状可选择诱变育种(如太空育种)或多倍体育种；③若要将特殊性状组合到一起，但又不能克服远缘杂交不亲和性，可考虑运用基因工程和细胞工程育种，如培育各种用于生物制药的工程菌。
3、从基因组成上看，育种目标基因型可能是：①纯合体，便于制种、留种和推广； ②杂交种，充分利用杂种优势。
课后练习1．下图为水稻几种下同育种方法示意图，请判断下列选项不正确的是（ ）A ．图中“A →B →C ”的育种方式与“A 、D ” 方向的育种方式相比，其优越性主要表现在明显缩短育种年限B ．图中过程“B ”常用方法所利用 的原理是植物细胞全能性C ．图中过程“C、F”常用药剂的作用 是抑制纺锤体形成和着丝点分裂D ．图中“E ”方法所运用的原理是 基因突变，由“G 、K →J ”过程 涉及基因工程、植物体细胞杂交 技术和植物组织培养技术2．假设A 、b 代表玉米的优良基因，这两种基因是自由组合的。
现有AABB 、aabb 两个品种，为培育出优良新品种AAbb ，可以采用的方法如下图所示。
（3）过程④在完成目的基因与运载体的结合时，必须用到的工具酶是 。
与“过程⑦”的育种方法相比，“过程④”育种的优势是 。
3．以下各图分别表示几种不同的育种方法。
请据图回答：（1）A图所示过程是一种克隆动物的新技术，新个体丙的性别决定于亲本。
（2）在B图中，由物种P突变为物种P′，在指导蛋白质合成时，③处的氨基酸由物种P的改变成了。
（缬氨酸GUC；谷氨酰胺CAG；天门冬氨酸GAC）（3）C图所示的育种方法叫，该方法最常用的做法是在1处。
【创新设计】高中生物 5-2-2多倍体育种和单倍体育种配套课件 新人教版必修2
6．已知西瓜红色瓤(R)对黄色瓤(r)为显性。图中A是黄瓤 瓜种子(rr)萌发而成的，B是红瓤瓜种子(RR)长成的。 据图回答下面的问题。
(1)秋水仙素的作用是_______________________________ ________________________________________________。 (2)G瓜瓤是______色，其中种子的胚的基因型是______。 (3)H瓜瓤是________色，H中无子的原因是____________ ________________________________________________。 (4)生产上培育三倍体无子西瓜的原理是______________ ________________________________________________。 而培育无子番茄的原理是_________________________。
【巩固1】 下列关于单倍体育种、多倍体育种的说法中，错误
的是(多选)
( )。
A．单倍体育种和多倍体育种过程中均运用了植物组织培
养技术
B．普通小麦的花药离体培养后，长成的植株细胞中含三 个染色体组，但不是三倍体
C．单倍体幼苗用秋水仙素处理得到的植株，不一定是纯
合的二倍体
D．人工诱导多倍体的唯一方法是用秋水仙素处理萌发的
2．方法步骤
[思维激活2] 上述实验中染色所用的染色剂是什么？还可 用什么染色剂？ 提示 改良苯酚品红染液。还可用醋酸洋红液或龙胆 紫染液。
1．实验试剂的作用 (1)卡诺氏液：固定细胞形态。 (2)95%酒精：冲洗附着在根尖表面的卡诺氏液。 (3)解离液(体积分数为15%HCl和体积分数为95%酒精 1∶1混合)：使组织中的细胞相互分离开来。 (4)清水：洗去解离液，防止解离过度，便于染色。 (5)改良苯酚品红染液：使染色体(质)着色，便于观察染色 体(质)的形态、数目、行为。
高中生物常见的七种育种方法和原理
高中生物常见的七种育种方法和原理1诱变育种(1)原理：基因突变(2)方法：用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、中子、激光、电离辐射等)或化学因素(如亚硝酸、碱基类似物、硫酸二乙酯、秋水仙素等各种化学药剂)或空间诱变育种(用宇宙强辐射、微重力等条件)来处理生物。
（马上点标题下“高中生物”关注可获得更多知识干货，每天更新哟！）(3)发生时期：有丝分裂间期或减数分裂第一次分裂间期(4)优点：能提高变异频率，加速育种进程，可大幅度改良某些性状，创造人类需要的变异类型，从中选择培育出优良的生物品种；变异范围广。
(5)缺点：有利变异少，须大量处理材料；诱变的方向和性质不能控制。
改良数量性状效果较差，具有盲目性。
(6)举例：青霉素高产菌株、太空椒、高产小麦、“彩色小麦”等2杂交育种(1)原理：基因重组(2)方法：连续自交，不断选种。
(不同个体间杂交产生后代，然后连续自交，筛选所需纯合子)(3)发生时期：有性生殖的减数分裂第一次分裂后期或四分体时期(4)优点：使同种生物的不同优良性状集中于同一个个体，具有预见性。
(5)缺点：育种年限长，需连续自交才能选育出需要的优良性状。
(6)举例：矮茎抗锈病小麦等3多倍体育种(1)原理：染色体变异(2)方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗。
(3)优点：可培育出自然界中没有的新品种，且培育出的植物器官大，产量高，营养丰富。
(4)缺点：结实率低，发育延迟。
(5)举例：三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦4单倍体育种(1)原理：染色体变异(2)方法：花药离体培养获得单倍体植株，再人工诱导染色体数目加倍。
(3)优点：自交后代不发生性状分离，能明显缩短育种年限，加速育种进程。
(4)缺点：技术相当复杂，需与杂交育种结合，其中的花药离体培养过程需要组织培养技术手段的支持，多限于植物。
(5)举例：“京花一号”小麦5基因工程育种(转基因育种)(1)原理：基因重组(2)方法：基因操作(目的基因的获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定)(3)优点：目的性强，可以按照人们的意愿定向改造生物；育种周期短。
单倍体技术工程化应用选育玉米自交系及多抗新品种
在我国饲料、深加工、绿色清洁能源行业中，玉米这一粮食作物被广泛运用。
在传统育种模式下，选育一个优良的自交系，较多的依靠育种人员的丰富经验，其周期往往需要6-8代，其不仅耗费大量的人力、物力，占用大量的土地，选育的自交系其纯度难以有效保障，且商业化推广较难。
通过玉米单倍体技术快速选育自交系及新品种，可以缩短育种年限，大大提高育种效率，成为玉米商业化、工程化育种中不可缺少的重要技术之一。
笔者结合本单位单倍体育种工作的经验，从优秀种质资源汇聚、诱导获得单倍体、单倍体加倍、自交系甄选及分析、组配新组合，选育新品种等方面对该技术进行阐述，以期为单倍体育种工作提供一定参考。
玉米单倍体育种技术也称DH技术,因其能够将传统玉米育种6-8代的周期大大缩短至2代而成为玉米商业化、工程化育种中不可缺少的重要技术之一。
目前单倍体育种的主要方法是使用基础群体与单倍体诱导系杂交产生单倍体,经自然或人工化学加倍产生纯合可育二倍体。
随着世界范围内商业化玉米育种竞争日益激烈,玉米单倍体育种技术被越来越广泛地应用,但单倍体的获得与加倍的效率一直是限制DH技术发展的重要因素。
一、单倍体概述玉米单倍体这一概念是由Randolph和Stadler于1929年首次报道的，该概念一出，吸引了一大批遗传学及育种学方面的专家及相关人员对其进行研究及探讨。
在全球商业化形势愈发激烈的时代背景下，研究玉米单倍体育种技术，无论从经济角度还是遗传育种角度来说，都具有重要的价值，因此，近年来各育种公司及企业都加大了对这一课题的研究与投入。
玉米单倍体育种技术，顾名思义，就是在单倍体诱导的基础上，再经过染色体加倍，从而获得基因位点完全纯合的双单倍体系。
这种育种技术，也叫作DH育种技术，这种玉米单倍体在玉米原有甜、糯等优势的基础上，还具有长势较强、株高相对较高的优势，其抗倒伏的能力和抵御玉米常见病虫害的能力也要强于一般玉米品种，所以近年来在国内、国外的发展都比较迅猛，且受到广泛的关注。
单倍体育种技术
在第1和第9染色体上发现诱导基因
1680/uh
qHI-1
CAU/UH
qHI-9
诱导基因分子标精选记p可pt 以用于辅助选育诱导系
61
1号染色体诱导基因精细定
位<250kb
direction
X68
bnlg1811 X64
X41 umc2390 X93 X22 X18
umc1917
★
AC191011
0.00
精选ppt
52
SSR分子标记检测
精选ppt
53
DGAT1-2 测序结果
精选ppt
54
B染色体传递
玉米小孢子第二次分裂中B染色体的不分离现象
精选ppt
55
玉米染色体荧光免疫染色结果（金危危教授提供） 黄绿色信号为CENH3抗体，箭头所指为玉米B染色体（信号相对较弱）
如果有B染色体说明不是单受精精选，ppt诱导系A染色体消失为排除所致 56
秋水仙素
配方的优化
加倍环节的优化（时间、温度等）
精选ppt
43
药剂加倍
除草剂：
APM (amiprophosmethy1)、拿草特(pronamide）、安磺灵 (oryzalin)、氟乐灵(trifluralin)等；
秋水仙素
多种因素影响（药剂浓度、 处理时间、处理温度等）。
精选ppt
44
田间加倍
精选ppt
41
植株颜色鉴别
精选ppt
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（三）、单倍体加倍
➢ 自然加倍
与小麦、水稻等不同，玉米单倍体自然加倍率一般低于10％ ，有些材料不发生自然加倍（Zabirova, 1993; Shatskaya, 1994）
第十章 倍性育种
3、多倍体——体细胞内含有三组或三组以上染色体 组的生物体称多倍体。 如：3x、4x、7x等。
苜蓿2n=4x=32（四倍体） 羊草2n=4x=28（四倍体）
4、单倍体——包含生殖细胞染色体组的生物称单倍 体（含体细胞染色体组一半的生物称单倍体） 如：燕麦2n=6x=42（六倍体）n=3x=21（单倍体）
三、单倍体育种程序及操作技术—（花粉培养） 1、原材料的准备： 一般采用优良亲本配成的杂交组合所产生的杂种一代植 株的花粉，或从杂种F2中选择优良植株的花药进行培养。 2、培养基的配制： 不同植物要求不同的培养基，为选择出合适的培养基， 先要进行试验，选出适宜的培养基。 培养基：大量元素无机盐+微量元素无机盐+铁盐+
②作用原理 细胞分裂时，秋水仙素能抑制纺锤丝的形成，所以染色体虽
能正常复制，但不能分向两极，细胞未分裂，造成染色体分裂 而成细胞不分裂，处理后，用清水洗净秋水仙碱的残液，细胞 分裂通常可恢复正常。 ③影响因素：
秋水仙素的有效浓度与处理时间是诱发多倍体的关键，浓度 低，时间短，不易成功；过高，时间长会使细胞甚至整个组织 和植物死亡。此外还要注意温度，一般认为15℃为宜。
二倍体与同源多倍体细胞核比较
玉米的同源多倍体植株矮小，茎粗叶大
二倍体基因型
同源多倍体基因型复杂 三倍体基因型
四倍体基因型
五、诱发多倍体在牧草中的意义及利用
1、利用异源多倍体（双二倍体）能克服远缘杂种的不孕性，提 高远缘杂交的结实率。 2、人工诱发的一些植物的同源多倍体具有不少宝贵性状。 3、多倍体结实率低，生活力弱。
由于这些原因，一些多倍体的再现反而不如正常类型的牧草， 如八倍体玉米的生活力就较四倍体为弱，而且完全不育。