植物组织培养技术：花药和花粉的应用

2023-11-20 理论教育版权反馈

【摘要】：花药和花粉培养所得单倍体植株不能开花结实，本身无利用价值。单倍体育种对F1或F2代花药进行培养，将所获得的单倍体植株进行加倍处理，获得稳定的纯合二倍体，下一代植株性状基本稳定，育种只需3～5年。这一技术加快了自交系培育，促进了异花授粉植物杂种优势的利用。远缘杂交的花药与花粉培养，可克服其不育性。此外，花药与花粉培养作为一种实验手段也被用于花粉发育及其控制、物种形成等理论研究。

花药和花粉培养所得单倍体植株不能开花结实，本身无利用价值。应用于植物品种改良和新品种选育，形成单倍体育种技术，有重要作用。

（一）单倍体植物在育种中的作用

1.克服后代分离，缩短育种年限

常规育种中，杂交后代自第二代（F2）起开始出现分离，多样化的性状分离要持续到F6代后才能选择，育成一个品种需8～10年。单倍体育种对F1或F2代花药进行培养，将所获得的单倍体植株进行加倍处理，获得稳定的纯合二倍体，下一代植株性状基本稳定，育种只需3～5年。

2.选择效率高

花粉单倍体及其纯合二倍体是配子体，从来源于配子体的植株中选择某一种基因型的概率是（1/2）n（n为不同的等位基因数），而从常规杂交F2代群体中选择某一基因型的概率为（1/2）2n，单倍体育种的选择效率是常规育种的2n倍。

3.有利于隐性基因控制性状的选择

杂交育种中常因等位基因中的隐性基因被显性基因掩盖，而使隐性基因控制的性状不表现，要连续种植数代，直至隐性基因纯合，才出现该基因的性状。单倍体育种是从加倍后的纯合二倍体中选择，因显性、隐性基因都被加倍而纯合，不存在隐性基因被掩盖的性状，因而可直接对其性状进行鉴定，较常规育种连续种植后选择，节省土地、劳力与时间。

4.快速获得自交系的超雄株(www.chuimin.cn)

异花授粉植物如玉米、高粱、洋葱等，利用杂种优势，可使产量大幅度提高，但必须掌握一定数量的高纯度自交系。通常采用连续人工自交方法，获得1个自交系至少需6年。而通过花药培养产生单倍体植株，再加倍使之成为二倍体即标准自交系，只需要1年。这一技术加快了自交系培育，促进了异花授粉植物杂种优势的利用。

5.其他

花药培养也可用于品种提纯复壮。远缘杂交的花药与花粉培养，可克服其不育性。此外，花药与花粉培养作为一种实验手段也被用于花粉发育及其控制、物种形成等理论研究。

（二）我国单倍体育种的成就

自1964年印度Guha和Maheshwari从毛叶曼陀罗花药培养中获得单倍体植株以来，这项技术已被广泛应用，世界上已有24个属250多种植物花药培养成功。其中50多种植物如小麦、玉米、大豆、甘蔗、橡胶、杨树等是我国首先培育成功的，并培育了水稻、油菜、烟草、甜椒、玉米、小麦等新品种，累计种植面积达200万hm2。

（三）物种进化研究

利用单倍体材料可查明其原始亲本染色体组的组成。利用单倍体植物进行分裂时形成二价染色体的可能性及其数目和形状，可以说明有无同源染色体。若发现大量的二价染色体，且植物表现出高度的可孕性，说明核内有相同的染色体组，产生此单倍体的植物是二倍体。也可以通过对单倍体孢子母细胞减数分裂时的联会情况分析，结合利用DH群体进行限制性片断多态性、随机扩增多态性分析等，追溯各个染色体组之间的同源或部分同源关系。

植物组织培养技术：花药和花粉的应用

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