花药培养
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花药和花粉培养课件
数据分析
数据整理、统计、分析、解释
处理方法
数据清洗、数据挖掘、可视化呈现
06 相关法律法规与伦理问题
法律法规要求与遵守
法律法规要求
在进行花药和花粉培养实验时，必须遵 守国家和地方的相关法律法规，确保实 验活动的合法性。
VS
遵守要求
遵守实验室安全规定，确保实验操作符合 相关法规要求，避免任何违反法律法规的 行为。
气体控制 控制培养环境中的气体成分，如CO2浓度等，以 优化生长条件。
培养过程中的注意事项
防止污染
严格控制无菌条件，定期检查培 养基和培养环境是否有微生物污染。
观察与记录
定期观察花药和花粉的生长情况， 记录生长数据，以便及时调整培养 条件。
花药和花粉的保存
对于需要长期保存的花药和花粉， 应选择适宜的保存方法和条件。
应用领域拓展
花药和花粉培养技术的应用范围将进一步 拓展，不仅局限于育种领域，还可应用于
生物制药、生物能源等领域。
遗传稳定性研究
将深入研究遗传稳定性问题，寻求解决染 色体变异的有效方法，获得遗传一致的纯 种。
政策支持
随着科技的不断进步和社会对生物技术的 关注度提高，政府将出台更多政策支持花 药和花粉培养技术的发展和应用。
基因工程研究
花药和花粉培养产生的单倍体植株可用于基因工程研究，如 基因敲除、基因沉默等，以深入了解基因功能和植物生长发 育机制。
药物筛选
利用花药和花粉培养技术产生的单倍体细胞系可用于药物筛 选，如抗病、抗虫、抗除草剂等，为新药研发提供有力支持。
实际应用案例分析
水稻育种
通过花药和花粉培养技术，成功获得了大量单倍体植株，经过筛选得到了抗病、 抗虫、高产等优良性状的水稻新品种，为我国水稻生产提供了有力支持。
数据整理、统计、分析、解释
处理方法
数据清洗、数据挖掘、可视化呈现
06 相关法律法规与伦理问题
法律法规要求与遵守
法律法规要求
在进行花药和花粉培养实验时，必须遵 守国家和地方的相关法律法规，确保实 验活动的合法性。
VS
遵守要求
遵守实验室安全规定，确保实验操作符合 相关法规要求，避免任何违反法律法规的 行为。
气体控制 控制培养环境中的气体成分，如CO2浓度等，以 优化生长条件。
培养过程中的注意事项
防止污染
严格控制无菌条件，定期检查培 养基和培养环境是否有微生物污染。
观察与记录
定期观察花药和花粉的生长情况， 记录生长数据，以便及时调整培养 条件。
花药和花粉的保存
对于需要长期保存的花药和花粉， 应选择适宜的保存方法和条件。
应用领域拓展
花药和花粉培养技术的应用范围将进一步 拓展，不仅局限于育种领域，还可应用于
生物制药、生物能源等领域。
遗传稳定性研究
将深入研究遗传稳定性问题，寻求解决染 色体变异的有效方法，获得遗传一致的纯 种。
政策支持
随着科技的不断进步和社会对生物技术的 关注度提高，政府将出台更多政策支持花 药和花粉培养技术的发展和应用。
基因工程研究
花药和花粉培养产生的单倍体植株可用于基因工程研究，如 基因敲除、基因沉默等，以深入了解基因功能和植物生长发 育机制。
药物筛选
利用花药和花粉培养技术产生的单倍体细胞系可用于药物筛 选，如抗病、抗虫、抗除草剂等，为新药研发提供有力支持。
实际应用案例分析
水稻育种
通过花药和花粉培养技术，成功获得了大量单倍体植株，经过筛选得到了抗病、 抗虫、高产等优良性状的水稻新品种，为我国水稻生产提供了有力支持。
花药培养
花药培养应注意的问题
分化培养基为去除2,4－D，加入NAA或 KT。在分化培养基是，愈伤组织会出现 绿点，最后发育成绿色植株。此外，在 禾本科植物的花药培养中，常会出现白 化苗，目前还没有有效的控制方法。
花药培养应注意的问题
5 培养基成分
培养基成分包括无机盐、碳源、氨基酸、维 生素和植物激素等。它们对花药的培养的成 功率有明显的作用。先前是用已有的培养基， 如MS、Miller和Nitsch等，后来研制出适合不 同植物的专用培养基。
花药培养应注意的问题
（2）生理状态：花药供体植株的生 理状态，对花粉愈伤组织的诱导率有 直接影响。
对水稻、小麦和大麦等禾本科植物而 言，大田植株比温室植株、主茎穗比 分蘖穗花粉愈伤组织的诱导率都明显 的要高。
花药培养应注意的问题
不同季节接种的花药愈伤组织诱导 率也有显著变化。如烟草、小麦早 期的花药比晚期的要好，愈伤组织 诱导率高，说明供体植株的生态环 境，特别是温度和光周期可能对花 粉发育及其对离体培养的反应有重 要影响。
花药培养应注意的问题
（3）花粉发育时期：不是任何发育时期的花粉 都可在离体培养时诱导产生愈伤组织或胚状体， 只有那些发育到特定时期的花粉，对离体刺激才 最敏感。
实验证明，烟草、曼陀罗和水稻的花粉从单核中 期到双核早期都可离体诱导产生愈伤组织。
小麦和玉米处于单核中期的花粉培养效果最好。 天竺葵和番茄分别为四分体和中期I的培养效果
最常用的方法是低温冷藏。具体做法是将带 有叶鞘的穗子或花蕾用湿纱布包裹后再用塑 料袋套起，放在冰箱中冷藏。
花药培养应注意的问题
不同材料对处理温度的高低有不同的要 求，一般耐寒植物比喜温可耐受较低的 温度。低温处理时间视使用的温度而定， 较低的温度处理时间要短，反之则长。 烟草7～9度下处理7～14天，水稻7～10 度下处理10～15天，大麦3～7度下处理 7～14天，都可显著提高花药的出愈率。 但低温处理对小麦的效果不稳定物的花粉对离体培养有其特 定的、最敏感的发育时期。然而，对大 多数植物来说，单核期的花粉比较容易 培养成功。
第6章 花粉与花药的培养
花粉的培养
一、材料的预处理
花粉经过预处理不但有利于改变正常的发育途径，而 且还可以促进花粉植株的形成。 处理方法： 处理方法： 1. 低温处理 花蕾剪下放入水中，在4~5℃下保持3~4d。 2. 重力的作用 在烟草花粉培养中，在从花蕾中取出花药 前1h，在5℃条件下进行低温离心机离心，可提高单倍体 的诱导率。
花药的培养
第二节 花药培养 一、培养基的选择 二、花药材料的选择 三、材料的处理与培养 四、花粉发育途径
花药的培养
一、培养基的选择
基本培养基： MS、N6、B5等 诱导愈伤组织的培养基：添加2，4-D(1~3mg/L ) 。 诱导愈伤组织的培养基： 分化培养基： 分化培养基：添加6-BA ( 2~3mg／L )和IAA (0.2~0.5mg／L) 生根培养基： 生根培养基：单独添加生长素(0.5~lmg／L)。
第二节 花粉的培养
花粉培养是指把花粉从花药中分离出来， 花粉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。 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 组织或胚状体发育成的植株都是单倍体植株。且 不受花药的药隔、药壁、花丝等体细胞的干扰。 但缺点是培养难度大。
花药的培养
四、花粉的发育过程
1. 营养细胞发育途径 由营养细胞经多次分裂增生形成愈伤组织或胚状体， 由营养细胞经多次分裂增生形成愈伤组织或胚状体， 进而分化成再生植株。 进而分化成再生植株。 2. 生殖细胞发育途径 由生殖核经多次分裂发育形成愈伤组织或胚状体， 由生殖核经多次分裂发育形成愈伤组织或胚状体， 进而分化成再生植株。 进而分化成再生植株。
花粉的培养
三、培养基成分 基本培养基选用Nitsch培养基 培养基 基本培养基选用 培养基中可添加一些物质，诸如硝酸钙、 硫酸、柠檬酸铁、酵母浸出液和椰子胚乳等， 有促进生长的作用。
(第七章)第八章植物花药(花粉)培养
第四节
花药培养
（2）材料生理状态 花药供体植株的生理状态，对花粉愈伤组织的诱导 率有直接影响。 对水稻、小麦和大麦等禾本科植物而言，大田植株 比温室植株、主茎穗比分蘖穗花粉愈伤组织的诱导率都 明显的要高。不同季节接种的花药愈伤组织诱导率也有 显著变化，例如：水稻，早造比晚造接种的愈伤组织诱 导率要高；烟草，开花早期比开花晚期的花药可产生更 多的花粉植株；小麦，早期接种比晚期接种的材料愈伤 组织诱导率可提高2～3倍。说明供体植株的生态环境， 特别是温度和光周期可能对花粉发育及其对离体培养的 反应有重要影响。
第二节
花药和小孢子的发育
（以烟草花粉发育过程为例，说明被子植物花粉发 育过程，P222） 第一期：小孢子母细胞经减数分裂形成孢子四 分体，随胼胝质分解，4个小孢子分离。 第二期：小孢子为球形细胞，核大，有液泡， 挤核靠边（单核靠边期），期末细胞明显增大，细 胞壁特化，小孢子进行第一次花粉细胞有丝分裂 （不对称），形成2个不均等的细胞。 第三期：小孢子细胞中有2个核。 在离体培养条件下，花粉发育偏离正常发育途 径，第一次花粉细胞有丝分裂是对称的，结果形成 两个形态和体积相等的细胞，把此作为B型。
第四节
花药培养
2、材料预处理 对所取用的穗子或花蕾，进行低温、激素（生长 素）或其他方法预处理，能有效提高愈伤组织诱导 率和苗分化率。 （1）低温预处理： 一般是将材料置于冰箱5～10℃下冷藏一定时 间再接种。处理时间视不同植物而定，水稻在5～ 10℃时为5～8天，烟草在7～9℃时为7～14天。 同种植物不同品种的要求也有差异，需作试验比较 才能确定。
第四节
花药培养
3、材料灭菌： 取回的材料，在接种前必须进行表面灭菌。一 般方法是先用70～75%酒精擦洗穗子和花蕾的外 部苞叶，然后用0.1%升汞浸泡7～10分钟（水稻、 玉米等需剥取穗子浸入消毒液）或用饱和漂白粉溶 液浸泡10～20分钟以灭菌，最后用无菌水冲洗3～ 5次，供接种用。 材料灭菌是花药培养成功与否的一个重要环节， 此关不过，谈不上什么培养。
花药离体培养获得单倍体的原理
花药离体培养获得单倍体的原理花药离体培养获得单倍体是一种常用的植物遗传学技术，其原理是利用花药中的生殖细胞在合适的培养条件下分裂分化，最终得到单倍体植株。
花药是花的雄性生殖器官，包括花粉和花丝。
花药离体培养一般以花期结束后的花药为材料，经过消毒处理后，将其放置在含有适当濃度植物生长调节剂的培养基中，控制温度、光照和湿度等条件，使其逐渐分裂分化生成胚胎或胚愈伤组织。
在特定培养基配方和培养环境的作用下，胚胎或胚愈伤组织可以继续发育，分化出合适的植株。
这种技术的优点在于可以在短时间内大批量地获得同源性强、单倍体的植株，有助于植物育种、品种改良等研究工作的开展。
同时，这种方法适用于不同种类的花卉，包括樱花、玫瑰、百合、茉莉等，可以充分利用植物遗传资源，提高植物的遗传多样性。
此技术同样适用于果树、蔬菜等植物的研究。
然而，花药离体培养也存在着一些缺点和限制。
例如由于植物细胞易被污染所致的不稳定性大、培养环境的影响等，植株的发育率和质量难以保证，需要经过精心的操作和长期的观察和培养。
此外，还要考虑到减数分裂过程中的染色体異變且难以控制，可能导致基因结构改变和表达的不正常，影响植株的生长和遗传稳定性。
总之，花药离体培养是一种有效的植物遗传学技术，可以使植物在较短时间内分化出单倍体的植株，具有重要的科研和实践价值。
但
同时也需要充分了解各种因素的影响，切实提高技术操作水平，才能达到理想的效果。
植物花药培养
选择幼年树花蕾
（二）消毒
1:100倍的84 15%次氯 消毒液15酸钠10-饱和漂白 粉溶液1015min 20min 15min 无菌 水 无菌吸 水纸 吸干水 分 （0.1％氯 化汞溶液） 3～5min 无菌 水冲 洗3～ 5次
花 蕾 表 面
70ห้องสมุดไป่ตู้乙 醇大约 1min
清洗
若花蕾包裹严实，只需用70%乙醇的棉球对叶鞘和花蕾 表面擦拭。
二、花药培养的概念及目的
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过程。
花药培养的主要目的，是培育花粉粒的单倍体植 株，并使单倍体加倍，作为育种材料的来源。
大大缩短育种周期
通 过 多 次 自 交 结或 合近 的交 品获 系得 的 几 乎 是 同 质
培养基主要为N6和MS培养基，不同物种选择不同培养基。 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。
4、预处理
• (1)冷处理：3-6℃低温处理3-15d，不同物种，温 度和时间不同。冷处理可以提高花药培养花粉胚 胎发生的能力。 • (2)热处理：某些物种,将花芽或完整植株在30℃ 下处理24h或40℃下处理1h,能刺激花粉的胚胎发 生。 • (3)化学处理：包括高糖、甘露醇、秋水仙素、乙 烯利等进行处理。例如用一种化学杂交剂喷洒处 于减数分裂前后的小麦植株，后接种单核期花粉， 可使花粉体细胞胚胎数量提高3-20倍。 • (4)其他方法：包括γ射线、离心、磁场等。 • 如将花药直接离心或在取出花药前将花蕾及幼穗 进行短时间离心，将花药置于高浓度蔗糖液中处 理6-8min等，可提高愈伤组织诱导率。
花药培养和花粉培养
梯度离心前 （小孢子形态、活力不一致）
30%蔗糖梯度离心后 （获得均一的小孢子群体）
(二)花粉培养方式
1、平板培养 花粉置琼脂固化培养基上培养。 2、液体培养 花粉悬浮在液体培养基中培养，需震荡，以利通气。 3、双层培养 花粉置固体-液体双层培养基上培养。培养基制作方法： 先铺一层琼脂固体培养基，凝固后，在表面加入少量液体培养基。 4、看护培养 利用花药或花药愈伤组织释放出的活性物质促进花粉 小孢子发育。 5、微室培养 利用小的盖玻片和凹穴载玻片形成微室进行花粉培养 6、条件培养基培养 利用培养过花药的液体培养基或含失活花药提 取物的培养基上培养。花药条件培养基、子房条件培养等。
双单倍体（DH）群体是永久性群体，能有效
例如：水稻、小麦、大麦等禾本科植物，主茎穗比分蘖穗花药愈伤组织的诱导率明显地提高，同步化程度高。
左手持穗，右地手用用镊子于取遗出花传药，图无谱菌培的养皿构中建
1、影响花药诱导频率的因素
5、用于遗传转化 能直接表达外源基因，不受显隐性影响
花药培养简史
1964年：印度学者古哈(Guha)和马斯瓦瑞 （Maheswari ） 将南洋金花花药培养发育成胚 1967年：包金(Bourgin)和尼奇(Nitsch)花药培养获得烟草植 株 1973年：我国首次报道了小麦花药培养获得再生植株 目前：许多农作物及经济植物通过花粉培养都能诱导成植 株
〔优选〕花药培养和花粉培养
花的结构
处于不同发育时期的烟草小孢子
四分体: 醋酸洋红染色
四分体: Alexander’s 染 色
单核期
双核期
成熟花粉粒
一、概 述
花药是花的雄性器官，花药培养属器官培养； 花粉是单倍体细胞，花粉培养与单细胞培养相似 花药和花粉都可以在培养过程中诱导单倍体细胞系和单倍 体植株。 单倍体植株经过染色体加倍就成为纯合二倍体植株，这样 可缩短育种周期，获得纯系。花培已成为植物育种的一种 重要手段。
花药离体培养得到的是单倍体么,花药离体培养和单倍体育种的区别
花药离体培养得到的是单倍体么，花药离体培养和单倍体育种的区别花药离体培养得到的植株是单倍体。
单倍体是指体细胞染色体组数等于本物种配子染色体组数的个体。
花药离体培养属器官培养，需要诱导花粉细胞发育成单倍体细胞，最后发育成单倍体植株。
花药离体培养是单倍体育种的第一个环节，其中花药离体培养是一种组织培养技术，主要是为了获得单倍体植株；而单倍体育种是一种育种方法，在得到单倍体幼苗后，使用秋水仙素进行处理，将植株染色体加倍，重新恢复为二倍数。
一、花药离体培养得到的是单倍体么1、花药离体培养得到的植株是单倍体。
花药离体培养属器官培养，花粉离体培养属细胞培养，它们的培养目的都一样，都是要诱导花粉细胞发育成单倍体细胞，最后发育成单倍体植株。
2、花药离体培养得到的植株不一定是一倍体，注意要明确一倍体并不等同于单倍体。
生物学中，把只有一个染色体组的细胞或体细胞中只含有单个染色体组的个体称为一倍体。
单倍体是指体细胞染色体组数等于本物种配子染色体组数的个体。
二、花药离体培养和单倍体育种的区别1、花药离体培养和单倍体育种关系密切，其中花药离体培养是单倍体育种的第一个环节，但两者的步骤以及结果是不同的。
花药离体培养是一种组织培养技术，主要是为了获得单倍体植株；而单倍体育种是一种育种方法，在得到单倍体幼苗后，使用秋水仙素进行处理，将植株染色体加倍，重新恢复为二倍数。
2、花药离体培养：将花药通过无菌操作技术，接种到培养基上进行培养，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，然后诱导愈伤组织分化出芽和根，最终发育成为植株。
3、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。
花药和花粉培养
单倍体植物与它们的二倍体相比 较，有三个明显的特点： 1.体细胞染色体数减半； 2.生长发育弱，体形小、各器官 明显减小； 3.雌雄配子严重败育，有的甚至 不能进入有性世代。
四.单倍体的应用潜力
1.迅速获得纯合型材料，缩短育种年限；
2.获得育种中间材料；
3.突变体选育；
4.体细胞融合；
5.作为遗传工程受体更为有效
单核期的确定• 根据细胞观察推测，双核期的花粉中开始积累淀
粉，不能使花粉发育成植株。• 通常采用醋酸洋红或碘化钾染色， 再压片镜检，以确定花粉的发育时期。但是接种前不可能把所有 的花粉都进行一次发育时期的镜检，• 通常是按照花蕾长度大小与 花粉发育年龄的相关性，• 在实际操作中取一定大小的花蕾进行的。 如马铃薯在花冠露出萼片一半时大多数花粉处于单核晚期。
重要。在进行花药和花粉培养时，应选择那些容易
培养成功的材料来做。
不同苹果品种的花药培养胚状体的诱导率
品种 接种花药数 产生胚状体数 诱导率（%）
元帅 赤阳 国光 金冠
978 1410 1073 1302
21 10 7 7
2.1 0.7 0.6 0.5
(2) 生理状态的选择 花药和花粉供体植株的生理状态，对花粉愈
6.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。
第二节 花药与花粉培养技术
一.花药培养
花药培养是指改变花粉的发育程序，使其分裂形
成细胞团，进而分化成胚状体，产生再生植株，
或形成愈伤组织，由愈伤组织再分化成植株。 目前已有250多种植物花药培养成功。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。
丝）→接种在诱愈培养基上（每瓶3－5个花药）。
花药
①无性生殖的本质是子代与亲代含有相同的遗传物质，即基因型不变(不考虑后代发生基因突变)。花药离体 培养发育的起点单核花粉粒(染色体数N)是经母体(染色体2N)减数分裂形成，由其发育成单倍体植株的遗传物质 与母体差异较大。
花蕊的形成②组织培养所用的外殖体(染色体数2N)是经有丝分裂形成，而这里所用的外殖体(染色体数N)是 经减数分裂形成，并非通常意义上的外殖体。
花粉粒成熟后，纤维层细胞失水，所产生的机械力使花药在裂口处断开，花粉粒由裂口处纵轴形成的裂缝散 出。花粉囊壁因绒毡层的解体而消失，或仅存痕迹，只剩有表皮及纤维层。
过程
花药的成熟过程比较复杂，其发育初期构造简单，表皮内充满着形态相同的分生细胞。这些细胞不断地分裂 增大，同时在花药表皮下的四角处，分别分化出成一纵行排裂的细胞，这些细胞具有个体较大、核也较大、细胞 质较浓、分裂能力较强等特点，叫做孢原细胞。孢原细胞进行一次分裂，形成内、外两层细胞。外层细胞叫做周 缘细胞，内层细胞叫做造孢细胞。在这以后，花药中部的细胞逐渐分裂，分化成维管束和薄壁细胞，构成药隔。 周缘细胞形成后，经过几次分裂成为3-5层细胞(与外边表皮层共同组成花药的壁)。
花药的壁由表皮层、纤维层、中间层和绒毡层构成 。绒毡层为花粉囊周围的特殊细胞层，具双核或多核结 构，细胞内含较多的RNA和蛋白质，并有油脂和类胡萝卜素等营养物质，具有供应花粉粒发育所需养料的作用。 花粉成熟时，花粉囊自行开裂，散出花粉。
依花药在花丝上着生的方式，可以区分为全着药（花药全部着生在花丝上，如莲）、底着药（花药以其基部 着生于花丝顶端，如莎草、扁果草等）、背着药（花药以其背部贴着在花丝上，如马鞭草、山茱萸等）、丁字着 药（花药横卧，以其背部中央的一点着生于花丝顶端，如百合、水稻等）等几种类型。菊科植物的雄蕊花丝分离， 花药联合，称聚药雄蕊。
花蕊的形成②组织培养所用的外殖体(染色体数2N)是经有丝分裂形成，而这里所用的外殖体(染色体数N)是 经减数分裂形成，并非通常意义上的外殖体。
花粉粒成熟后，纤维层细胞失水，所产生的机械力使花药在裂口处断开，花粉粒由裂口处纵轴形成的裂缝散 出。花粉囊壁因绒毡层的解体而消失，或仅存痕迹，只剩有表皮及纤维层。
过程
花药的成熟过程比较复杂，其发育初期构造简单，表皮内充满着形态相同的分生细胞。这些细胞不断地分裂 增大，同时在花药表皮下的四角处，分别分化出成一纵行排裂的细胞，这些细胞具有个体较大、核也较大、细胞 质较浓、分裂能力较强等特点，叫做孢原细胞。孢原细胞进行一次分裂，形成内、外两层细胞。外层细胞叫做周 缘细胞，内层细胞叫做造孢细胞。在这以后，花药中部的细胞逐渐分裂，分化成维管束和薄壁细胞，构成药隔。 周缘细胞形成后，经过几次分裂成为3-5层细胞(与外边表皮层共同组成花药的壁)。
花药的壁由表皮层、纤维层、中间层和绒毡层构成 。绒毡层为花粉囊周围的特殊细胞层，具双核或多核结 构，细胞内含较多的RNA和蛋白质，并有油脂和类胡萝卜素等营养物质，具有供应花粉粒发育所需养料的作用。 花粉成熟时，花粉囊自行开裂，散出花粉。
依花药在花丝上着生的方式，可以区分为全着药（花药全部着生在花丝上，如莲）、底着药（花药以其基部 着生于花丝顶端，如莎草、扁果草等）、背着药（花药以其背部贴着在花丝上，如马鞭草、山茱萸等）、丁字着 药（花药横卧，以其背部中央的一点着生于花丝顶端，如百合、水稻等）等几种类型。菊科植物的雄蕊花丝分离， 花药联合，称聚药雄蕊。