范文一:单倍体育种的应用
单倍体育种的应用
生物工程10-1 韩汝豪 100913014
摘要: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。本文讲解了单倍体育种的原理、方法、应用以及中国的研究现状和单倍体育种的前景。从而突显单倍体育种的重要性。
关键词:单倍体育种、植物组织培养、体内发生、诱导产生、单倍体育种的应用、单倍体育种的前景。
单倍体育种(haploid breeding)是植物育种手段之一。即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。
单倍体育种图解
单倍体只有一套染色体组,染色体上的每个基因都能表现相应的性状,极易发现所产生的突变,尤其是隐性突变,所以单倍体是进行染色体遗传分析的理想材料。单倍体植株经染色体加倍后,在一个世代中即可出现纯合的二倍体,从中选出的优良纯合系后代不分离,表现整齐一致,可缩短育种年限。在诱导频率较高时,单倍体能在植株上较充分地显现重组的配子类型,可提供新的遗传资源和选择材料。
很早以前就有人提出过在育种工作中利用单倍体植物的设想,但由于找不到一种获得大量单倍体植物的方法而无法实现。一九六四年Guha和Maheshwari在进行曼陀罗花药培养时发现从花药中长出许多胚状体,一九六六年又进一步研究证明它们是从花粉发育而成的幼小的单倍体植物。这个发现立即引起了育种工作者的注意,紧接着开始在烟草、水稻等作物进行从花粉培育单倍体植物的试验,并相继获得成功。近几年来,单倍体培养技术和育种工作相结合逐步形成了一种新的育种方法—单倍体育种法。单倍体育种法运用植物实验胚胎学、植物细胞学和植物生理学的近代技术,开辟了一条快速育种的新途径,是对传统育种方法的一次重大技术革新,目前国内外正在大力进行试验研究。(中国首先应用单倍体育种法改良作物品种,已育成了一些烟草、水稻、小麦等优良品种。单倍体育种如能进一步提高诱导频率并与杂交育种、诱变育种、远缘杂交等相结合应用,则在作物品种改良上的作用将更显著。)
单倍体的产生,大体有以下两方面的途径:
1. 体内发生即从胚囊内产生单倍体。这包括:?自发产生。与多胚现象常有联系,如油菜和亚麻的双胚苗中经常出现单倍体,可能是由温度骤变或异种、异属花粉的刺激引起。?假受精。即雌配子或雌性细胞经花粉或雄核刺激后未受精而产生的单倍体植株。如玉米品种间杂交,马铃薯、苜蓿、烟草和杨树的种间杂交等都有此现象。?半受精。雌雄配子都参加胚胎发生,但不发生核融合,因而产生具父母本来源的嵌合植株,这曾在棉花中发现过。?雄核发育或孤雄生殖。卵细胞不受精,卵核消失,或卵细胞受精前失活,由精核在卵细胞内单独发育成单倍体,因此只含有一套雄配子染色体。这类单倍体的发生频率很低。?雌核发育或孤雌生殖。精核进入卵细胞后未与卵核融合而退化,卵核未经受精而单独发育成单倍体。远缘杂交中有时会出现此种现象。
2.离体诱导植物细胞具有潜在的再生性和全能性,能发育为完整植株,故应用组织培养技术对特定组织进行离体培养,可诱导产生单倍体。方法是将一定发育阶段的花药、子房或幼胚,通过无菌操作接种在培养基上,使单倍体细胞分裂形成胚状体或愈伤组织,然后由胚状体发育成小苗或诱导愈伤组织发育为植株。
此外对大麦、小麦还可利用染色体消失法。即将球茎大麦(Hordeum bulbosum)花粉授予普通大麦或小麦,授粉两周后将幼胚置于培养基上进行离体培养。在胚胎发育的早期,球茎大麦的染色体消失,从而获得大麦或小麦单倍体植株。
单倍体的产生可以是自然产生,也可以是诱导产生,但单倍体自然发生的几率很低,约为几十万分子一,因此目前在农业育种上通常采用人工诱导的方法获得单倍体。
玉米单倍体育种
玉米在全世界范围广泛种植 ,是仅次于小麦和水稻的第三大粮食作物 (,,, ,1 994 )。目前人们多利用两个自交系产生的,1代的杂种优势来提高玉米的产量和抗病性 ,但是用常规育种方法获得高配合力的纯合自交系 ,常需耗费大量的人力和时间 ,加以连续多年的人工自交与选择 ,获得一个纯系平均需要 4, 6年的时间 (,,,等 ,1 994 )。而通过花药培养获得的单倍体 ,一经加倍形成的二倍体 ,就是一个标准的自交系。因此 ,通过花药培养获得单倍体植株的途径 ,只需一年时间就可获得新纯合自交系 ,这可以大大缩短育种周
期 ,是现代植物育种中快速、高效的育种途径之一。1 975年 ,谷明光等首次获得玉米花粉植株 (中科院遗传所组织培养室 ,1 975)以来 ,国内外学者利用花药离体培养方法在快速获得玉米纯系、缩短育种年限方面取得较大进展。广西玉米研究所杭玲等育成了玉米花培杂交种“桂三 1号” ,于 1 992年通过广西壮族自治区品种审定 ,推广 8万多亩 ,这是国内外用花培方法育成的第一个玉米杂交种。在玉米育种的领域中,常用的单倍体育种有以下几种:1.花药培养;2.花粉培养;3.Ig、Stock单倍体技术;4.化学物质诱导的孤雌生殖等。
茄子花药培育单倍体育种技术
子花药培养的研究开始于20世纪70年代,Raina等通过花药培养经愈伤组织获得了茄子单倍体植株;同年,我国的王纪方等通过茄子花药培养也成功获得了纯合体的单倍体植株。1975年,北京市农业科学院蔬菜所单倍体育种组以六叶茄、九叶茄为材料经花药培养同样获得了单倍体植株,并且已有经花药培养而成的品种“龙丹茄一号”在生产中推广应用。 茄子离体培养再生植株的获得主要有两种途径:一种是愈伤组织直接分化不定芽长成植株,另一种是形成愈伤组织,再在其上长出胚状体,由胚状体发育成植株。
烟草胚胎培养在单倍体育种上的应用
近些年来,烟草胚胎培养的不断发展和完善,促使国内外有不少人力图探索利用未授粉的子房、胚珠进行离体培养,诱导出单倍体植株的新途径。尽管烟草花药和花粉培养已取得较大的进展,花粉单倍体技术已经应用于常规育种之中,形成了花培育种,但胚胎培养应用于单倍体育种比花培具有独特的价值:(1)雄性不育单倍体的培育。在烟草上有的雄性不育败育非常彻底,根本不产生花丝和花药,这样试图利用早期花粉培养而形成单倍体已是不可能。(2)花粉植株表现明显的倍性变异和性状变异,子房培养后代也许较为稳定。祝仲纯与吴海珊(1979,1980)就从普通烟草、黄花烟草的未授粉子房诱导出单倍体苗,烟草未授粉子房培养成功,说明胚胎培养有希望成为与花药培养并行不悖的技术而在物种改良中发挥作用。
洋葱单倍体技术
洋葱(Allium cepaL.)是百合科葱属二年生蔬菜,在世界范围内广泛栽培,素有蔬菜皇后的美称。与其他异花授粉植物相比,洋葱带有不利的隐性基因,自交衰退严重。通常只能自交2,3次,很难获得基因型和表现型完全一致的自交系,而且育成优良的洋葱自交系需要6,10a。单倍体育种作为一种新的育种途径,在较短时间内便可以选育出整齐一致的纯系,同时由于不存在基因间的显隐性作用,一些由隐性基因决定的性状便可以得到充分表现和利用,在筛选育种材料时能大大降低误选频率,明显提高选择效果。这样既大大缩短了育种年限,又能丰富种质资源。此外,利用单倍体培养可以快速获得双单倍体(Doubled-haploid,DH)群体,DH群体是重要性状分子标记研究的理想材料,而分子标记辅助育种是现代高效育种体系的重要组成部分。因此进行洋葱单倍体培养技术的研究,对于选育具有突出优点的亲本自交系、加速育种进程、培育优势杂交组合具有重要意义。
鲤鱼雌核单倍体育种技术
最早Yamamoto[18]用涂抹青鱼将(medaka)血液的探针刺激成熟的青鱼将卵子,并成功获得了囊胚期以及原肠胚早期的单倍体,但从未获得后期的单倍体胚胎。Uwa[19]用10-5的甲苯胺蓝溶液处理青鱼将精子使其遗传失活,然后诱导成熟卵子进行雌核发育,“授精”的卵子大多发育成单倍体。其大多数能正常卵裂并正常发育到囊胚期,不过发育进程远慢于雌核发育二倍体;囊胚期后,单倍体胚胎的发育开始异常且发育严重迟缓,约1/2死于原肠胚中期以前;最后仅1/3的胚胎能发育到神经胚期,且出现严重的胚胎畸形,最后都不能发育到孵化期。Uwa认为,发育过程中大多数胚胎死于原肠胚期是单倍体胚胎中核质比的下降以及隐性致死因子的出现所造成的,也不排除细胞的分裂或者成形素的发展等细胞学因素;而胚胎不能发育到孵化期可归因于胚胎的器官、系统无规则和不完善的发育所引起的常规生理条件下的干扰,于是阻碍了胚胎快速增长所需的对营养物质和氧的充分吸收等。在国内有张梅芬[20]、丁君等[21]学者分别对泥鳅(loach)、中间球海胆(Strongylocentroyusintermediu)的雌核发育单倍体胚胎进行了初步研究。与Uwa的研究结果一致,几乎所有单倍体的发育速度都慢于二倍体,且都因单倍体综合症不能发育到孵化期。张梅芬等[20]还测得二倍体和单倍体的核质比一样,证实了单倍体综合症并非核质比率不正常所造成。丁君等[21]则首次探明了人工诱导中间球海胆雌核发育紫外灭活的最适剂量为270mJ/cm2,并对其失活精子入卵后的行为与正常精子作了比较,最后认为染色质小体———DCB的存在可以作为判断早期胚胎单倍体化的依据。Miskolczi等[22]用低温冷藏精子诱导非洲鲶鱼(Clariasgariepinus)卵子授精,经倍性分析表明胚胎中有单倍体的出现,并对其单倍体出现的原因进行了推测:(1)精子在冻融的过程中,从受损细胞或死细胞中释放出来的活性氧成分或者细胞内冰的各种变化对精子基因组的直接损伤,其作用类似于r射线对DNA的破坏;(2)DMSO、甲醇等低温防腐剂的基因毒性。不过,第二种推测与YuandQuinn[23]、Harve[24]等研究者的结论有着较大的争议
甜瓜花药培养技术
通过离体培养诱导甜瓜花药产生单倍性胚性愈伤组织,进而诱导产生胚状体和单倍体再生植株,能简化花药培养的过程,加快单倍体育种的进程。但目前对花药离体培养的研究,多集中在十字花科和禾本科作物上,对甜瓜花药胚状体和胚性愈伤组织发生以及甜瓜花药单倍体愈伤组织发生过程中的组织和生理生化变化机制的研究较少。
单倍体育种的在其他方面的应用
除了以上列出的各种技术,单倍体育种还有很多重要的应用,如甜(辣)椒花药培养技术、马铃薯双单倍体育种技术、大麦单倍体育种的应用、水稻单倍体育种技术等。这些技术不一一作介绍,想要了解可以去阅读相关书籍。
在我国单倍体育种研究的园地上,经过10多年来许多生物科学、农林科学工作者的辛勤垦植和培育,已经结出了丰硕的果实.有些方面,特别是应用花药培养于育种实践方面,已经达到了相当高的水平。 单倍体育种已成为作物育种的一条
新途径。目前全世界已经有40多种植物获得了单倍体植株。我国在水稻、小麦、烟草、柏、橡胶和辣椒等植物的单倍体育种上,处于世界领先地位。在单倍体育种领域,我国科学家做出了突出贡献,早在1974年就成功地培育出世界上第一个作物新品种——单育1号烟草品种。随后又成功地培育出中花8号、11号水稻和京花1号小麦等作物新品种。 单倍体育种的研究已经取得了很多很多令人兴奋的成果。相关的各种技术应用也越来越多,越来越成功。像是玉米单倍体技术,经过不懈的努力,已经在生产中推广,并取得了非常满意的成果。还有其它方面,如茄子花药培养技术、甜(辣)椒花药培养技术研究等等,都取得了不错的成绩。
我们在单倍体育种的研究上,确实是取得了很好的成绩。很多一直困扰着我们的难题,最后都被我们逐一攻破,使得研究工作一步步向前迈进。但是,我们的前进速度非常之慢,很多难题依然阻碍着我们前进的步伐。 我们的研究才刚刚开始,还有无数的难题依然令我们的专家束手无策。单倍体植株无法正常结实、单倍体育种在生产中成本高等等问题,依然无法得到很好的解决。
还有,就是单倍体育种只局限与植物,而不能应用于动物体身上。这也是有待解决的问题。我们很迫切的想要知道,动物体到底能不能采用单倍体育种。 我们要明确我们的研究现状,逐个攻破当前的难题,这样才能使得研究工作得以顺利进行下去。
各种研究成果表明,单倍体育种已经成为一种新的育种途径,在育种领域中起到了无可替代的作用。 单倍体育种的很多技术已经应用到生产实践中,给我们的生产创造了巨大利益。但是,这些还远远不够。因为我们的技术毕竟还不够成熟,很多问题还有待解决,尤其是生产中遇到的问题,对我们的影响很大。只要我们能够解决了这些一直困扰我们的问题,将会给整个社会带来不可估量的巨大利益。 我们的研究工作时刻在进行着,并且不断的在突破各种各样的难题。相信,只要通过我们的不懈努力,我们的研究工作会越来越顺利,越来越深入。 单倍体育种的研究是很具价值的,我们一定不能错过这样的好机会。
参考文献: 1、高盛香. 遗传机理在单倍体育种上的应用[J]. 内蒙古师范大学学报(教育科学版), 1997, (04)
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9、《农业科技资料》1972年第04期 10、《植物学通报》2001年第01期
11、王建革《单倍体技术在玉米育种上的应用》 12、韦启《有关单倍体育种的研究前景 13、《中国蔬菜》2010年06期等
范文二:分析单倍体的育种
对教材“单倍体”问题的几点补商意见
赖 广
(四川省乐至中学 四川·资阳 641500)
一、教材知识回顾
(一)单倍体概念:
体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。通过对比二倍体和多倍体概念,可以看出二倍体和多倍体生物是由受精卵发育而来,单倍体则是由配子发育而来。绝大多数生物是二倍体,如果由他们的配子形成的单倍体应该只有一个染色体组。但是由四倍体等多倍体生物的配子发育形成的单倍体就不仅仅只有一个染色体组。上述可总结为:一个染色体组的生物一定为单倍体,反之这不然。
(二)单倍体生物的特点:
1.一般比较矮小纤弱;
2.几乎都不能形成种子,高度不育;(原因:细胞核内的染色体为奇数,所以在进行减数分裂时会发生联会紊乱,无法产生正常的配子)
3.染色体一经加倍,可以得到纯合的正常植物体,缩短育种年限。
(三)单倍体育种过程:
为得到纯合体植株,我们需要一年的培育时间,具体操作过程如下:
(杂合体)的花药→(离体培养)→得到单倍体幼苗→再用秋水仙素处理或低温诱导幼苗使染色体加倍→得二倍体(纯合体)→自交可以得到纯合的种子
二、教材知识反思
检视教材关于“单倍体”问题的叙述,笔者认为,有如下几点值得进一步研探:
1.单倍体可育
若单倍体由四倍体的配子发育而来,我们可作如下分析:
AAaaBBbb→配子(AABB;AABb;AAbb;AaBB;AaBb;Aabb;aaBB;aaBb;aabb。)→(花药离体培养)单倍体植物。这样形成的单倍体含有两个染色体组,在减数分裂可以形成配子,从而可育。其实由二倍体配子形成的单倍体,如果它的一个染色体组件数分裂时移向同一极也是可以形成正常的配子。
2.单倍体育种可得到杂合子
例题:将二倍体玉米的幼苗用秋水仙素处理,待其长成后用其花药进行离体培养得到了新的植株,有关新植株的叙述正确的一组是( )
(1)是单倍体(2)体细胞内没有同源染色体(3)不能形成可育配子(4)体细胞内有同源染色体(5)能形成可育的配子(6)可能是纯合子也有可能是杂合(7)一定是纯合体
(8)是二倍体
A.(4)(5)(7)(8) B.(1)(4)(5)(6)
C.(1)(2)(3)(6) D.(1)(4)(5)(7)
【答案】B
【解析】AaBb(幼苗)→(秋水仙素处理)AAaaBBbb→配子(AABB;AABb;AAbb;AaBB;AaBb;Aabb;aaBB;aaBb;aabb。)→(花药离体培养)单倍体植物。通过分析发现,培育
出来的单倍体可以是纯合子也有可能是杂合子。所以,答案为B
3,单倍体中同源染色体的探究
范文三:单倍体育种的几个问题
单倍体育种的几个问题
(2011-06-15 13:40:02) 转载原文 标签:
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原文地址:单倍体育种的几个问题作者:玉米田
关于玉米单倍体育种,最近谈得很多了,感兴趣的可以查看中国玉米博客上陈绍江老师的博文,也可以进一步浏览
http://www.pioneer.com/CMRoot/pioneer/research/pipeline/brochures/DblHapBrch.pdf。我在此补充一些看法。
单倍体育种目前已经成为国外的一些大公司玉米商业育种的主要手段。除了加快育种进程外,与传统方法相比,这种方法具有以下优点。首先,系谱记载简化了,所有材料都是从自交系起始,而不是传统方法那样起始于不同的近交阶段,记载起来较为复杂;因为避免了早期人工选择干预,家系间和家系内的加性效应遗传变异达到最大化,从而发掘配合力更高的系,这应该是最重要的一点;单倍体由于没有等位基因,不受显隐性的影响,经加倍成DH群体中,没有显隐杂合子;DH与分子标记相结合应用于分子育种,也更为方便。
玉米单倍体育种的报道最早见于1929年,但直到50年代美国遗传学家Coe和Chase Ed Coe(1956)得到高频率诱发单倍体的材料Stock6,才使得这项技术育种应用成为可能。几十年发展缓慢,主要原因可能在几个方面。 1、单倍体诱导系
单倍体育种遇到的第一个问题,就是单倍体发生的频率低,而容易发生单倍体的基因型不一定符合育种目标,因此需要得到大规模的植株。研究表明,玉米单倍体诱导率是由多基因数量位点所控制 (Lashermes & Beckert, 1988; Deimling等,1997)。经过几个研究小组50多年的研究,诱导效率得到很大提高,使得商业化育种成为可能。下面是博主所查到的一些好的诱导系,当据本人所知,目前应用于商业育种的主要以RWS为主。
2、如何快速准确地鉴定出单倍体。
一般来讲,杂交后代中紫顶白胚的应该是单倍体,但在实际中情况比较复杂。该系统关键基因是Rnj:cudu显性遗传标记系统,它与其它主效着色控制基因一起,在授粉当代的籽粒糊粉上产生颜色,着色主要在籽粒顶端,以及生长的小盾板上,而着色程度受修饰基因所控制(C1-I、Idf等),这些又受发育环境等因素的影响。一些系,如硬粒型,携带显性花青甙抑制等位基因,如CI或Idf,C1(着色)对c1-n(无色)显性。C1-I(抑制因子)对C1显性。大多北美玉米带系通常为c1。一些资源,如西北硬粒,携带显性稀释或抑制因子,使得着色浅淡。不同基因型背景对选择影响很大,大多商业玉米具有诸如C1-I的色素抑制因子,显性颜色标记(如Pl1)在初生根和/或胚芽鞘表达。这样,对单倍体籽粒的选择就比较麻烦。通过转基因的方法,利用除草剂杀死双倍体植株,或许是一种好的解决策略。 3、加倍问题
由于精核进入卵细胞后未与卵核融合而退化,卵核未经受精而单独发育成单倍体。由于没有同源的染色体,多数情况下单倍体子细胞染色体组不完全,表现高度不育。人工诱导使染色体数目加倍,恢复到正常染色体数目得到的植株,不仅能够正常生殖,而且每对染色体上的成对基因都是纯合的,自交产生后代不会发生性状分离。
在实际应用中,秋水仙素处理胚芽鞘在育种实际中应用较为广泛,加倍效率也高,尽管其毒性较强。实际应用时,也可以采用一些毒性较小的干扰有丝分裂的试剂,如某些除草剂,但效果也较差;将切去胚芽鞘的幼苗在秋水仙和DMSO的溶液浸泡,加倍率可以达到14%左右(R?ber & Geiger,2001);3~4叶期注射秋水仙和DMSO的溶液到幼苗顶端,加倍率大概在8% 左右(Eder & Chalyk,2002);V4期N2O气体(有丝分裂抑制剂)处理,也有很好效果(Kato A,2002)。 随着国内外对以上问题的探索和进展,单倍体育种在大规模得到纯系的商业育种中得到广泛应用。此外,这种方法在作图群体构建、单倍体型(haplotype)与具体性状的关联等方面,都具有广泛的前景。
范文四:单倍体育种
染色体变异之单(双)倍体育种
(这节内容非常重要,尤其是育种方法)
一、常见的一些关于单倍体与多倍体的问题
⑴一倍体一定是单倍体吗?单倍体一定是一倍体吗?
(一倍体一定是单倍体;单倍体不一定是一倍体。)
⑵二倍体物种所形成的单倍体中,其体细胞中只含有一个染色体组,这种说法对吗?为什么? (答:对,因为在体细胞进行减数分裂形成配子时,同源染色体分开, 导致染色体数目减半。) ⑶如果是四倍体、六倍体物种形成的单倍体,其体细胞中就含有两个或三个染色体组,我们可以称它为二倍体或三倍体,这种说法对吗?
(答:不对,尽管其体细胞中含有两个或三个染色体组,但因为是正常的体细胞的配子所形
成的物种,因此,只能称为单倍体。)
(4)单倍体中可以只有一个染色体组,但也可以有多个染色体组,对吗?
(答:对,如果本物种是二倍体,则其配子所形成的单倍体中含有一个染色体组;如果本物
种是四倍体,则其配子所形成的单倍体含有两个或两个以上的染色体组。)
二、育种方法:
三、单倍体育种方法:
四、列表比较多倍体育种和单倍体育种:
(1)细胞中同种形态的染色体有几条,细胞内就含有几个染色体组 。
问:图中细胞含有几个染色体组?(图一)
(2) 根据基因型判断细胞中的染色体数目,根 据细胞的基本型
确定控制每一性状的基因出现的次数,该次数就等于染色体组数。
问:图中细胞含有几个染色体组? (图二)
(3)根据染色体数目和染色体形态数确定染色体数目。染色体组数=细胞内染色体数目/染色体形态数。
果蝇的体细胞中含有8条染色体,4对同源染色体,即染色体形态数为4
(X、Y视为同种形态染色体),染色体组数目为2。人类体细胞中含有46条染色体,共23对同源染色体,即染色体形态数是23,细胞内含有2个染色体组。
六、三倍体无子西瓜的培育过程图示:
注:亲本中要用四倍体植株作为母本,二倍体作为父本,两次使用二倍体花粉的作用是不同的。
单倍体一般都是高度不育(孕)的,减数分裂无法联会或联会紊乱造成的。
7、多倍体育种
(1)概念:由受精卵发育而来,体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。
(2)实例:香蕉:含三个染色体组,称为三倍体。马铃薯:含四个染色体组,称为四倍体。
普通小麦:含六个染色体组。小黑麦:含八个染色体组。
(3)特点:与二倍体植株相比,多倍体植株常常是茎秆粗壮,叶片、果实和种子都比较大,糖类与蛋白质等营养物质含量丰富。
(4)人工诱导多倍体
正在的萌发
种子或幼苗
细胞中染色体加倍
典例分析 抑制纺锤体形成多倍体植物 染色体不分离例1.关于染色体结构变异的叙述,不正确的是
A.外界因素可提高染色体断裂的频率
B.染色体缺失了某段,可导致生物性状发生改变
C.一条染色体某一段颠倒180°后生物性状不发生改变
D.染色体结构变异一般可用显微镜直接检验
解析:染色体变异是由于某些自然条件或人为因素造成的,这些变化可以导致生物性状发生相应的改变。虽然倒位是某段染色体的位置颠倒,但是其中的基因位置发生了改变,也可导致生物性状发生变化。答案:C。
例2.韭菜的体细胞中含有32条染色体,这32条染色体有8种形态结构,韭菜是:
A.二倍体 B.四倍体 C.六倍体 D.八倍体
解析:判断染色体组的多少有三种方法,在没有图示的情况下,根据同一染色体组中的染色体都是非同源染色体,也即形态结构不相同,所以每个染色体组有八条染色体,即四个染色体组.答案:B
例3.关于多倍体的叙述,正确的是
A.植物多倍体不能产生可育的配子
B.八倍体小黑麦是用基因工程技术创造的新物种
C.二倍体植株加倍为四倍体后,营养成分必然增加
D.多倍体在植物中比在动物中更为常见
解析:多倍体中如果染色体组是奇数,则减数分裂中联会异常,不能产生正常的配子,偶数则可产生正常配子。同时一般来说,多倍体的诱导方法是低温和秋水仙素处理,对动物来说,是不适用的。答案:D 例4.下列关于育种的叙述中,错误的是 ..
A.用物理因素诱变处理可提高突变率
B.诱变育种和杂交育种均可形成新的基因
C.三倍体植物不能由受精卵发育而来
D.诱变获得的突变体多数表现出优良性状
解析:四种常见育种方法的比较总结,注意各自的概念、原理、过程、优缺点。答案:BCD。
例5、低温诱导植物染色体数目变化
(1)将洋葱放在装满清水的广口瓶,让洋葱的的 接触水面。待洋葱长出 cm左右的不定
根时,将整个装置放入冰箱的低温室(4℃)内,诱导培养36小时。
(2)剪去诱导处理的根尖约0.5-1cm,放入卡诺氏液中浸泡0.5-1小时,以固定 ,然后用体积分数约95%的 冲洗2次。
(3)制作装片,包括: 、 、 和 4个步骤,具体操作方法与“ ”实验相同。
(4)先用低倍镜寻找 形态较好的分裂相。视野中既有正常的二倍体细胞,也有染色体数目发生发生改变的细胞,发生染色人体数目变化的细胞中染色体数目可能为正常细胞的 倍。确认某个细胞发生染色体数目变化后、再用 观察。
5、答案: (1)底部;1 (2)细胞的形态;酒精 (3)解离;漂洗;染色;制片;观察植物细胞的有丝分裂(4)染色体;两;高倍镜
例6、四倍体水稻是重要的粮食作物,下列有关水稻的说法正确的是( )
A.四倍体水稻的配子形成的子代含两个染色体组,是二倍体
B.二倍体水稻经过秋水仙素加倍后可以得到四倍体植株,表现为早熟、粒多等性状
C.三倍体水稻的花粉经离体培养,可得到单倍体水稻,稻穗、米粒变小
D.单倍体水稻是由配子不经过受精直接形成的新个体,是迅速获得纯合子的重要方法
解析:所有配子不经过受精形成的新个体都是单倍体(无论含有几个染色体组),所以四倍体水稻的配子形成的子代虽然含有两个染色体组,但仍然是单倍体。二倍体水稻经秋水仙素处理,染色体数目加倍,得到四倍体水稻,多倍体植株的特点是其种子粒大,子粒数目减少,但是发育周期延长,表现为晚熟。三倍体水稻高度不育,不能形成正常配子,所以无法形成单倍体。答案D
例7、无子西瓜是由二倍体(2n=22)与同源四倍体杂交后形成的三倍体。回答下列问题:
(1)杂交时选用四倍体植株作母本,用二倍体植株作父本,取其花粉涂在四倍体植株的______上,授粉后套袋。四倍体植株上产生的雌配子含有______条染色体,该雌配子与二倍体植株上产生的雄配子结合,形成含有______条染色体的合子。
(2)上述杂交获得的种子可发育为三倍体植株。该植株会产生无子果实,该果实无子的原因是三倍体的细胞不能进行正常的 分裂。
(3)为了在短期内大量繁殖三倍体植株,理论上可以采用____的方法。
【解析】
(1)利用多倍体育种技术培育无子西瓜时,在二部体西瓜的幼苗期,用秋水仙素处理得到四倍体植
株,以其作母本,用二倍体植株作父本,两者杂交,把得到的种子种下去会长出三倍体植株,由于三倍体植物在减数分裂时联会紊乱,无法形成正常配子,所以在其开花后用二倍体的花粉涂抹其雌蕊或柱头,即可利用花粉产生的生长素刺激子房发育成果实,由于没有受精,所以果实里没有种子,即为无子西瓜。四倍体植株由二倍体植株经染色体加倍而来,体细胞中含有22×2=44条染色体,减数分裂产生的雌配子所
4422含的染色体体数目为体细胞的一半(2=22),二倍体植株产生的雄配子含2 =11条染色体,两者结合
形成含有33条染色体的受精卵。
(2)三倍体植物体细胞中的染色体含有三个染色体组,减数分裂时会发生联会的紊乱而无法形成正常的配子。
(3)利用植物组织培养技术可以快速、大量繁殖植物植株。
【答案】(8分)
(1)雌蕊(或柱头)(2分)
(2)减数(2分)
(3)组织培养(2分,其他合理答案也给分)
例8、已知西瓜的染色体数目2n=22,请根据下面的西瓜育种流程回答有关问题:22(1分) 33(1分)
(1)图中①③过程所用的试剂分别是 和 。
(2)培育无子西瓜A的育种方法称为 。
(3)④过程中形成单倍体植株所采用的方法是 。该过程利用了植物细胞的
(4)为确认某植株是否为单倍体,应在显微镜下观察根尖分生区细胞的染色体,观察的最佳时期为 。
解析(1)试剂①为秋水仙素,试剂③为生长素而不是生长激素(动物激素),不要混淆。
(2)无子西瓜A是三倍体,联会紊乱,不育无法结子,应为多倍体育种。
(3)单倍体育种基本流程是:植株杂交花药的离体培养单倍体植株秋水仙素加倍筛选获得纯合子。 答案(1)秋水仙素生长素(2)多倍体育种(3)花药离体培养全能(4)有丝分裂中期
例9、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。据图作答:
(1)秋水仙素的作用是 。
(2)秋水仙素溶液应滴在二倍体西瓜 (填部位),原因是 。
(3)H瓜瓤是 色,基因型为 ,H中无子的原理是 。
(4)生产上培育无子西瓜的原理是 。
(5)每年都要制种很麻烦,可以采用的替代方法是 。
答案:(1) 抑制细胞分裂过程中纺锤体的形成,使染色体数目加倍 (2)幼苗的芽尖 细胞分裂旺盛
(3)红 Rrr 减数分裂过程中染色体联会紊乱,不能形成正常的生殖细胞 (4) 染色体变异 (5)植物组织培养
例9、白菜、甘蓝均为二倍体,体细胞染色体数目分别为20、18。以白菜为母本、甘蓝为父本,经人工授粉后,将雌蕊离体培养,可得到“白菜-甘蓝”杂种幼苗。
请回答问题:
(1)白菜和甘蓝是两个不同的物种,存在 ______________隔离。自然条件下,这两个物种间不能通过__________________ 的方式产生后代。雌蕊离体培养获得“白菜-甘蓝”杂种幼苗,所依据的理论基础是植物细胞具有_____________________ 。
(2)为观察“白菜-甘蓝”染色体的数目和形态,通常取幼苗的 ____________做临时装片,用______________ 染料染色。观察、计数染色体的最佳时期是__________________ 。
(3)二倍体“白菜-甘蓝”的染色体数为_________。这种植株通常不育,原因是减数分裂过程中 ______________________________。为使其可育,可通过人工诱导产生四倍体“白菜-甘蓝”,这种变异属于 _____________________。
【答案】(1)生殖 杂交(有性生殖) 全能性
(2)根尖(茎尖) 醋酸洋红(龙胆紫、碱性) 有丝分裂中期
(3)19 没有同源染色体配对的现象 染色体变异
【解析】经人工授粉后得到的雌蕊进行离体培养,这样得到的雌蕊主要利用的是融合的受精卵,它是由白菜的卵细胞(n=10)和甘蓝的精子(n=9)结合而来。这样培育得到的“白菜-甘蓝”是异源二倍体,染色体数是2n=10+9=19,由于在杂种体内没有同源染色体,在减数分裂时联会紊乱,不能形成正常的配子,所以通常是不育的;可用秋水仙素处理使染色体数目加倍得到可育的四倍体“白菜-甘蓝”。幼苗中细胞分裂活动最旺盛的是根尖的分生区,在有丝分裂的中期染色体形态固定、数目清晰可数,是对染色体进行观察和计数的最佳时期。
例10、填空回答下列问题:
(1)水稻杂交育种是通过品种间杂交,创造新变异类型而德育新品种的方法。其特点是将两个纯合亲本的 通过杂交集中在一起,再经过选择和培育获得新品种。
(4)从F2代起,一般还要进行多代自交和选择,自交的目的是 ;选择的作用是 。
答案:(1)优良性状(或优良基因)(2分)
(4)获得基因型纯合的个体 保留所需的类型(每空2分,其他合理答案也给分
例11、普通小麦中有高杆抗病(TTRR)和矮杆易感病(ttrr)两个品种,控制两队相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验:
请分析回答:
(1)A组由F1获得F2的方法是 _____ ,F2矮杆抗病植株中不能稳定遗传的占____。
(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类矮杆抗病植株中,最可能产生不育配子的是 _______ 类。
(3)A、B、C三组方法中,最不容易获得矮杆抗病小麦新品种的方法是 ____ 组,原因是 _________________ 。
(4)通过矮杆抗病Ⅱ获得矮杆抗病小麦新品种的方法是 __________。获得的矮杆抗病植株中能稳定遗传的占 _______ 。
(5)在一块高杆(纯合体)小麦田中,发现了一株矮杆小麦。请设计实验方案探究该性状出现的可能的原因(简要写出所用方法、结果和结论)
【答案】(17分)(1)杂交 2/3 (2)Ⅱ
(3)C 基因突变发生的频率极低且是不定向的突变。
(4)秋水仙素(或者低温)诱导染色体加倍 100%
(5)方法一:将矮杆小麦与高杆小麦杂交;如果子一代全为高杆,子二代高杆:矮杆=3:1(或出现性状分离),则矮杆性状是基因突变造成的;否则矮杆是由环境引起的。
方法二:或将矮杆小麦与高杆小麦种植在相同的环境条件下;如果两者未出现明显差异,则矮杆性状由环境引起,否则矮杆性状是基因突变的结果。
方法三:取该矮杆小麦种子在其他小麦田(与原高杆环境相同)种下,让其自交,若还全是高杆,说明矮秆性状的出现是由环境引起的,若后代出现高杆、矮秆两种性状,则是基因突变引起的。
例12、下图是三倍体西瓜育种原理的流程图:
(1)用秋水仙素处理________时,可诱导多倍体的产生,因为这时的细胞具有________的特征,秋水仙
素的作用在此为
________________________________________________________________________。
(2)三倍体植株需要授以二倍体的成熟花粉,这一操作的目的在于
________________________________________________________________________。
(3)四倍体母本上结出的果实,其果肉细胞为________倍体,种子中的胚为________倍体。三倍体植株不能进行减数分裂的原因是______________________________,由此而获得三倍体无子西瓜。
(4)三倍体西瓜高产、优质、无子,这些事实说明染色体组倍增的意义在于________;上述过程中需要的时间周期为________。
[答案] (1)萌发的种子或幼苗 分裂旺盛 抑制有丝分裂前期纺锤体的形成 (2)通过授粉为子房发育成无子果实提供生长素 (3)四 三 联会紊乱 (4)促进基因效应的增强 2年
例题13、下面是八倍体小黑麦培育过程(A、B、D、E各表示一个染色体组):
据图作答:
(1)普通小麦的配子中含有________个染色体组,黑麦配子中含________个染色体组,杂交后代含________个染色体组。
(2)普通小麦和黑麦杂交后代不育的原因是______________。必须用__________将染色体加倍,加倍后含________个染色体组,加倍后可育的原因是________________________,这样培育的后代是________(同源、异源)八倍体小黑麦。
[答案] (1)3 1 4
(2)无同源染色体 秋水仙素 8 具有同源染色体,能联会 异源
[解析] 由于A、B、D、E表示的是染色体组,因此从图中可以看出普通小麦为异源六倍体,黑麦是二倍体,它们产生的配子分别含有3个染色体组和1个染色体组,结合后形成的后代F1为异源四倍体。由于F1中无同源染色体,所以不能正常进行减数分裂,是不可育的。必须用秋水仙素处理使其染色体加倍变成异源八倍体,才有了同源染色体,才能正常产生配子,正常结子。
范文五: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。远缘花粉不与卵细胞受精,但能刺激卵细胞单性生殖。
(三)染色体消失
用二倍体普通大麦与二倍体球茎大麦进行杂交,在受精卵开始分裂、发育、形成幼胚及极核受精后的胚乳发育过程中,球茎大麦的染色体在有丝分裂过程中逐渐消失,最后形成只具有普通大麦染色体的单倍体,通过这种方法可获得大量的单倍体植株。
(四)异质体(异种、属细胞质-核替代系)
木原均等(1962)报道:普通小麦的细胞质被尾状山羊草的细胞质代替的一个系,其后代产生单倍体的频率为1.75%。
(五)孪生苗(双生苗)
一粒种子上长出的2株或多株苗称为孪生苗(双胚苗)或多胚苗。被子植物中少数属如柑橘属中常常出现双胚或多胚现象。双胚种子长成的双生苗中有单倍体,其出现的频率较单生苗高。我国在水稻、苎麻、亚麻中均发现双胚苗、多胚苗类型,能够出现单倍体。
(六)半配合生殖(Semigamy )
半配合是一种不正常的受精类型,当精核进入卵细胞后,不发生精核和卵核结合,而是精核和卵核各自独立分裂,并发育成胚,形成代表父本和母本性状的嵌合体。
由这种杂合胚形成的种子长成的植株多为嵌合体的单倍体。单倍体加倍即形成纯合的双二倍体
植株,这种方法产生的单倍体较花药培养简单易行,而且性状表现稳定,但是频率低。
(七)辐射诱导
用X 射线等辐射照射花或父本花粉,给去雄的母本授粉,以影响其受精,可诱导孤雌生殖产生单倍体。
(八)化学药物诱导
某些化学药物能刺激未受精的卵细胞发育形成单倍体植株。常用的化学药剂有硫酸二乙脂、2,4-D 、NAA 、6BA 、二甲基亚砜(DMSO)、乙烯亚胺(EI )等。一般用上述药剂直接处理未授粉雌花。
二、单倍体的鉴定
通过各种途径获得的单倍体后代常是混倍体,各个体间的染色体数目并不完全相同,有的植物在试管培养中其再生植株的染色体数目也常发生变异,所以必须对其后代进行鉴定。鉴定方法既可以根据形态特征进行间接鉴定,也可以镜检体细胞中的染色体数或花粉母细胞中染色体数以及染色体配对的情况进行直接鉴定。此外还可以根据花粉的育性或利用遗传标志性状进行鉴定。
三、单倍体在育种上的应用价值
1、缩短育种年限:获得单倍体植株后,经染色体加倍即得纯合二倍体 ,排除显隐性的干扰,提高了选择的准确性 :只要选得符合育种目标要求的二倍体植株,即可繁殖推 广,这样从杂交到纯合品种的获得只需 3~4 年,而常规杂交育种一般需要 7~8 年,这样单倍体育种大大缩短了育种年限。
2、克服远缘杂交的困难;
3、提高诱变育种的效率:单倍体较易发生突变,变异当代便可表现,便于早期识别选择;
4、合成育种新材料:远缘杂交 F1 加倍后可产生由双亲部分遗传物质组成的崭新材料。
四、单倍体育种的主要步骤
1、诱导材料的选择: 应该选择表现型优良的个体作为诱导材料。因为诱导出的单倍体受到供试验植株基因型的影响,诱导材料带有不良基因,这些基因很可能在诱导出的单倍体中出现。
2、单倍体材料的获得:获得单倍体的途径主要有两个方面,一个是利用自然界的单倍体变异株;另一途径是通过人工的方法诱导单倍体。
3、单倍体材料染色体加倍: 经过选择获得的单倍体经过秋水仙素或其他方法加倍后,可获得双二倍体植株。
4、二倍体材料后代的选择 :对于后代的二倍体材料按常规育种的方法进行性状的系统鉴定,从中选出符合育种目标的优良品系,选择方法同常规育种。单倍体加倍后,双倍体植株的基因型是纯合的,可进行株系比较试验及选择,按选择育种的方法进行。
五、单倍体育种的缺陷
与常规育种相比,单倍体育种也有不足之处。
1、产生的单倍体是随机的基因型,不一定是理想基因型;
2、单倍体试管苗经加倍即得纯合体,缺少常规育种分离世代中基因的分离与重组,后代不能积累更多的优良基因,尤其是数量性状难以打破连锁获得理想基因型;
3、最大不足之处是:单倍体诱导频率低(出愈率与绿苗率),以及移栽的成活率低,加之单倍体群体小,很多优良基因型可能被淘汰。
4、花药培养力品种间差异大。
六、将单倍体育种技术结合用于其它育种途径,在遗传育种中有广阔的前景。
与诱变育种相结合,可避免显隐性的干扰,使隐性突变个体当代能显现;
与远缘杂交相结合,可迅速转移不同种、属的基因;
可利用单倍体产生纯合的二倍体,以代替自交系;
创造雄性不育系,产生非整倍体、附加系、替换系等。
也可在花药培养过程中加入毒素等进行抗病、耐盐碱等品种的筛选等;
花药和花粉培养的系统还可用于转基因。