單倍體育種

單倍體育種

單倍體育種(haploid breeding)是植物育種手段之一。即利用植物組織培養技術(如花葯離體培養等)誘導產生單倍體植株,再通過某種手段使染色體組加倍(如用秋水仙素處理),從而使植物恢復正常染色體數。單倍體是具有體細胞染色體數為本物種配子染色體數的生物個體。

  • 中文名稱
    單倍體育種
  • 外文名稱
    monadic breeding
  • 缺    點
    技術復雜,需要雜交育種配合完成
  • 依據原理
    染色體變異
  • 優    點
    明顯縮短育種年限

簡介

有的植物如普通小麥的體細胞染色體數為42,是由6個每組染色體基數為 7的染色體組(6x)組成的。它的染色體倍數性是六倍體,由其配子誘導產生的植株實際上是三倍體,但在育種上仍習慣稱之為"單倍體"或"多倍單倍體"。單倍體植株高度不育。通常套用于農業生產的均為染色體加倍後的產物。

單倍體育種圖解單倍體育種圖解

詳細說明

單倍體來源

單倍體的產生自1964年A.D.伯格納在曼陀羅(Datura stramonium)中發現單倍體植株以來,已發現一系列自發產生的單倍體,並有許多人工誘導單倍體植株的方法問世。單倍體的產生,大體有以下兩方面的途徑:

1. 體內發生即從胚囊內產生單倍體。這包括:①自發產生。與多胚現象常有聯系,如油菜和亞麻的雙胚苗中經常出現單倍體,可能是由溫度驟變或異種、異屬花粉的刺激引起。②假受精。即雌配子或雌性細胞經花粉或雄核刺激後未受精而產生的單倍體植株。如玉米品種間雜交,馬鈴薯、苜蓿、煙草和楊樹的種間雜交等都有此現象。③半受精。雌雄配子都參加胚胎發生,但不發生核融合,因而產生具父母本來源的嵌合植株,這曾在棉花中發現過。④雄核發育或孤雄生殖。卵細胞不受精,卵核消失,或卵細胞受精前失活,由精核在卵細胞內單獨發育成單倍體,因此隻含有一套雄配子染色體。這類單倍體的發生頻率很低。⑤雌核發育或孤雌生殖。精核進入卵細胞後未與卵核融合而退化,卵核未經受精而單獨發育成單倍體。遠緣雜交中有時會出現此種現象。

2.離體誘導植物細胞具有潛在的再生性和全能性,能發育為完整植株,故套用組織培養技術對特定組織進行離體培養,可誘導產生單倍體。方法是將一定發育階段的花葯、子房或幼胚,通過無菌操作接種在培養基上,使單倍體細胞分裂形成胚狀體或愈傷組織,然後由胚狀體發育成小苗或誘導愈傷組織發育為植株。

此外對大麥、小麥還可利用染色體消失法。即將球莖大麥(Hordeum bulbosum)花粉授予普通大麥或小麥,授粉兩周後將幼胚置于培養基上進行離體培養。在胚胎發育的早期,球莖大麥的染色體消失,從而獲得大麥或小麥單倍體植株。

離體培養用的人工培養基,除含無機鹽、蔗糖、維生素和水等外,還需加入植物激素和其他有機物作誘導物質。誘導出的愈傷組織或胚狀體要轉移到含量減少或無誘導物質、蔗糖濃度降低的分化培養基上,才能分化出根、芽以至長成小苗。以上過程都在試管內進行。再生單倍體植株的培養則須將小苗從試管取出移栽到小盆中。培養基的成分、培養的方法和條件(如溫度、光照等)、供體的基因型和生理狀態以及大、小孢子的發育時期等,是影響誘導頻率的主要因素。植株經用秋水仙鹼溶液處理等方法,使染色體數加倍後,即成為能結實的純合二倍體(見倍數性育種)。在離體培養過程中,也會自交產生一些二倍體,但數量很少。

單倍體育種的意義

單倍體植株經染色體加倍後,在一個世代中即可出現純合的二倍體(一般情況下為純合,但在親本為多倍體情況下,得到的單倍體植株加倍後,子代可能為雜合。),從中選出的優良純合系後代不分離,表現整齊一致,可縮短育種年限。單倍體植株中由隱性基因控製的性狀,雖經染色體加倍,但由于沒有顯性基因的掩蓋而容易顯現。這對誘變育種和突變遺傳研究很有好處。在誘導頻率較高時,單倍體能在植株上較充分地顯現重組的配子類型,可提供新的遺傳資源和選擇材料。中國首先套用單倍體育種法改良作物品種,已育成了一些煙草、水稻、小麥等優良品種。單倍體育種如能進一步提高誘導頻率並與雜交育種、誘變育種、遠緣雜交等相結合套用,則在作物品種改良上的作用將更顯著。

方法

花葯離體培養;秋水仙素處理使染色體加倍

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