植物细胞工程

第一章第一章 植物细胞全能性与形态发生植物细胞全能性与形态发生第二篇第二篇 植物细胞工程植物细胞工程第三章第三章 植物组织和器官培养植物组织和器官培养第五章第五章 原生质体培养原生质体培养第四章第四章 植物细胞培养与次生产物生产植物细胞培养与次生产物生产第二章第二章 离体培养下的遗传与变异离体培养下的遗传与变异第六章第六章 人工种子人工种子第一章第一章 植物细胞全能性与形态发生植物细胞全能性与形态发生1.1 1.1 细胞全能性及其表达细胞全能性及其表达1.2 1.2 器官发生器官发生1.3 1.3 体细胞胚胎发生体细胞胚胎发生1.1 1.1 细胞全能性及其表达细胞全能性及其表达1.1.11.1.1细胞全能性概述细胞全能性概述 简单地讲，一个生活细胞所具有的产简单地讲，一个生活细胞所具有的产生完整生物个体的潜在能力称之为细胞生完整生物个体的潜在能力称之为细胞的全能性。的全能性。l植物细胞可分为三类：植物细胞可分为三类： 第一类第一类是茎尖、根尖及形成层细胞，是茎尖、根尖及形成层细胞，这类细胞始终保持分裂能力，从一个周这类细胞始终保持分裂能力，从一个周期进入另一个周期，为周期细胞。期进入另一个周期，为周期细胞。 第二类第二类是筛管、导管、气孔保卫细胞是筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞，他们为永久失去分裂能力等特化细胞，他们为永久失去分裂能力的细胞，为终端分化细胞。的细胞，为终端分化细胞。 第三类第三类是表皮细胞及各种薄壁细胞，是表皮细胞及各种薄壁细胞，这类细胞在通常情况下不分裂，但在受这类细胞在通常情况下不分裂，但在受到外界刺激后可重新启动分裂，称为到外界刺激后可重新启动分裂，称为Go细胞细胞 一个植物细胞向分生状态回复过程所一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在自然部位上能进行的程度，取决于它在自然部位上所处的位置和生理状态。所处的位置和生理状态。1.1.2 1.1.2 培养条件下的细胞脱分化培养条件下的细胞脱分化 培养条件下使一个已分化的细胞培养条件下使一个已分化的细胞回复到原始无分化状态或分生细胞状回复到原始无分化状态或分生细胞状态的过程就是态的过程就是细胞脱分化细胞脱分化（dedifferentiationdedifferentiation）。）。l细胞脱分化过程中生理活动与细胞脱分化过程中生理活动与细胞结构细胞结构的变化的变化 脱分化过程中细胞结构会发生急剧脱分化过程中细胞结构会发生急剧变化。这些变化总体上包括：细胞质显变化。这些变化总体上包括：细胞质显著变浓，大液泡消失，核体积增加并逐著变浓，大液泡消失，核体积增加并逐渐移位至细胞中央，细胞器增加。液泡渐移位至细胞中央，细胞器增加。液泡蛋白体的出现和质体转变为原质体被认蛋白体的出现和质体转变为原质体被认为是细胞脱分化的为是细胞脱分化的重要特征重要特征。 根据脱分化过程的时空顺序，细胞的脱分化过根据脱分化过程的时空顺序，细胞的脱分化过程可分为三个阶段：程可分为三个阶段： 第一阶段为第一阶段为启动阶段启动阶段，表现为，表现为细胞质增生细胞质增生，并，并开始向细胞中央伸出细胞质丝，开始向细胞中央伸出细胞质丝，液泡蛋白体液泡蛋白体出现；出现； 第二阶段为第二阶段为演变阶段演变阶段，此时细胞核开始向中央，此时细胞核开始向中央移动，质体演变成原质体；移动，质体演变成原质体； 第三阶段为第三阶段为脱分化终结期脱分化终结期，细胞回复到分生细，细胞回复到分生细胞状态，细胞分裂即将开始。胞状态，细胞分裂即将开始。细胞脱分化的调控机理细胞脱分化的调控机理 细胞周期调控细胞周期调控 激素的作用激素的作用 PSKPSK的调控作用（促分裂肽）的调控作用（促分裂肽） 染色体变化（解凝聚）染色体变化（解凝聚）l细胞分裂与愈伤组织形成细胞分裂与愈伤组织形成 脱分化是细胞生理状态的改变，而脱分化是细胞生理状态的改变，而形成愈伤组织是离体培养中的一个阶段。形成愈伤组织是离体培养中的一个阶段。1.1.3 1.1.3 细胞分化细胞分化 所谓细胞分化（所谓细胞分化（differentiationdifferentiation），），是指导致细胞形成不同结构，引起功能改是指导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在发育方式改变的过程。变或潜在发育方式改变的过程。 一个细胞在不同的发育阶段上可以有一个细胞在不同的发育阶段上可以有不同的形态和机能，这是在时间上的分化；不同的形态和机能，这是在时间上的分化；同一种细胞后代，由于所处的环境（如部同一种细胞后代，由于所处的环境（如部位）不同而可以有相异的形态和机能，这位）不同而可以有相异的形态和机能，这是在空间上的分化。是在空间上的分化。 单细胞生物仅有时间上的分化，如单细胞生物仅有时间上的分化，如噬菌体的溶菌型和溶原型。多细胞生物噬菌体的溶菌型和溶原型。多细胞生物的细胞不但有时间上的分化，而且由于的细胞不但有时间上的分化，而且由于在同一个体上的各个细胞所处的位置不在同一个体上的各个细胞所处的位置不同，因而发生机能上的分工，于是又有同，因而发生机能上的分工，于是又有空间上的分化，如一个植物个体在其顶空间上的分化，如一个植物个体在其顶端、根、茎、叶等不同部位具有不同的端、根、茎、叶等不同部位具有不同的细胞。细胞。细胞分化与基因组变化细胞分化与基因组变化 染色体重复复制染色体重复复制 DNADNA的差异扩增的差异扩增 基因重排基因重排l极性与细胞分化极性与细胞分化 所谓极性是指植物的器官、组织、甚所谓极性是指植物的器官、组织、甚至单个细胞在不同的轴向上存在的某种形至单个细胞在不同的轴向上存在的某种形态结构以及生理生化上的梯度差异。极性态结构以及生理生化上的梯度差异。极性无论在低等植物或高等植物中均普遍存在。无论在低等植物或高等植物中均普遍存在。极性一旦建立，在一般情况下不可逆转。极性一旦建立，在一般情况下不可逆转。在很多情况下，细胞的不均等分裂是细胞在很多情况下，细胞的不均等分裂是细胞极性建立的标志。极性建立的标志。TETE细胞分化及其调控细胞分化及其调控 作为维管系统的主要成分，管状分子作为维管系统的主要成分，管状分子（tracheary elementstracheary elements，TEsTEs）在维管系统）在维管系统的形成中具有中心作用。在植物系统发育条的形成中具有中心作用。在植物系统发育条件下，件下，TEsTEs由根和芽的原形成层或次生形成由根和芽的原形成层或次生形成层细胞分化形成。在离体培养条件下，层细胞分化形成。在离体培养条件下，TEsTEs则由愈伤组织薄壁细胞分化形成，这也是愈则由愈伤组织薄壁细胞分化形成，这也是愈伤组织细胞分化器官的前提。伤组织细胞分化器官的前提。l激素在细胞分化中的调控作用激素在细胞分化中的调控作用 激素在植物生长发育中具有重要的调控激素在植物生长发育中具有重要的调控作用，也是离体培养条件下调控细胞脱分化作用，也是离体培养条件下调控细胞脱分化和再分化的主要因素，其中生长素和细胞分和再分化的主要因素，其中生长素和细胞分裂素是两类主要的调控培养条件下细胞生长裂素是两类主要的调控培养条件下细胞生长和分化的植物激素。此外，在有些试验中也和分化的植物激素。此外，在有些试验中也显示，显示，GA3、ABA、乙烯等也在细胞分化中、乙烯等也在细胞分化中起到一定的调节作用。起到一定的调节作用。1.2 1.2 器官发生器官发生 植物的离体器官发生是指培养条件下的植物的离体器官发生是指培养条件下的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定根组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定根（adventitious rootsadventitious roots）、不定芽）、不定芽（adventitious shootsadventitious shoots）等器官的过程。）等器官的过程。l1.2.1 离体培养中器官发生的方式离体培养中器官发生的方式 通过器官发生形成再生植株大体上有三种通过器官发生形成再生植株大体上有三种方式：方式： 第一种方式是先芽后根第一种方式是先芽后根 第二种方式为先根后芽第二种方式为先根后芽 第三种方式是在愈伤组织的不同部位第三种方式是在愈伤组织的不同部位形成芽和根，再通过维管组织的联系形成形成芽和根，再通过维管组织的联系形成完整植株。完整植株。1.2.2 1.2.2 器官分化过程器官分化过程 离体培养条件下，经过愈伤组织再分化器官离体培养条件下，经过愈伤组织再分化器官一般要经过三个生长阶段。一般要经过三个生长阶段。 第一阶段是外植体经过诱导形成愈伤组织。第一阶段是外植体经过诱导形成愈伤组织。 第二阶段是第二阶段是“生长中心生长中心”形成。当把愈伤组形成。当把愈伤组织转移到有利于有序生长的条件下以后，首先在织转移到有利于有序生长的条件下以后，首先在若干部位成丛出现类似形成层的细胞群，通常称若干部位成丛出现类似形成层的细胞群，通常称之为之为“生长中心生长中心”，也称为拟分生组织，它们是，也称为拟分生组织，它们是愈伤组织中形成器官的部位。愈伤组织中形成器官的部位。 第三阶段是器官原基及器官形成。第三阶段是器官原基及器官形成。 在有些情况下，外植体不经过典型的愈伤组在有些情况下，外植体不经过典型的愈伤组织即可形成器官原基。这一途径有两种情况：织即可形成器官原基。这一途径有两种情况： 一是外植体中已存在器官原基，进一步培一是外植体中已存在器官原基，进一步培养即形成相应的组织器官进而再生植株，如茎养即形成相应的组织器官进而再生植株，如茎尖、根尖分生组织培养；尖、根尖分生组织培养； 另一种情况是外植体某些部位的细胞，在另一种情况是外植体某些部位的细胞，在重新分裂后直接形成分生细胞团，然后由分生重新分裂后直接形成分生细胞团，然后由分生细胞团形成器官原基。这种不经过愈伤组织直细胞团形成器官原基。这种不经过愈伤组织直接发生器官的途径在以品种繁殖为目的的离体接发生器官的途径在以品种繁殖为目的的离体培养中具有重要的实践意义。培养中具有重要的实践意义。 研究表明，在叶肉细胞再生植株过程研究表明，在叶肉细胞再生植株过程中，最初分裂细胞的第一次分裂轴向是十中，最初分裂细胞的第一次分裂轴向是十分重要的。在不经过愈伤组织的器官分化分重要的。在不经过愈伤组织的器官分化中，这次平周分裂既是叶肉细胞的脱分化，中，这次平周分裂既是叶肉细胞的脱分化，同时也是该细胞转变发育方式极性的确定。同时也是该细胞转变发育方式极性的确定。现在，有人把最先启动分裂的这些细胞称现在，有人把最先启动分裂的这些细胞称之为感受态细胞。之为感受态细胞。1.2.3 1.2.3 起始材料对器官分化的影响起始材料对器官分化的影响母体植株的遗传基础母体植株的遗传基础外植体的类型外植体的类型 外植体对诱导反应及其再生能力的影响体现在外植体对诱导反应及其再生能力的影响体现在外植体的生理状态上。总体来讲，生理状态年轻，外植体的生理状态上。总体来讲，生理状态年轻，来源于生长活跃或生长潜力大的组织和器官的细胞来源于生长活跃或生长潜力大的组织和器官的细胞更有利于培养，但具体到不同的植物类型则有较大更有利于培养，但具体到不同的植物类型则有较大差异。差异。 外植体选取合理与否，不仅影响培养的难易，外植体选取合理与否，不仅影响培养的难易，而且有时甚至影响分化的程度和器官类型。而且有时甚至影响分化的程度和器官类型。19741974年年Tran ThanhTran Thanh Van Van等取烟草正在开花的植株的薄层表等取烟草正在开花的植株的薄层表皮进行培养，结果不同部位的表皮外植体所形成的皮进行培养，结果不同部位的表皮外植体所形成的芽的类型不同。芽的类型不同。 激素在细胞生长与个体发育中具有重要的调激素在细胞生长与个体发育中具有重要的调控作用。离体培养下的器官分化，在大多数情况控作用。离体培养下的器官分化，在大多数情况下是通过外源提供适宜的植物激素而实现的。在下是通过外源提供适宜的植物激素而实现的。在众多的植物激素中，生长素与细胞分裂素是两类众多的植物激素中，生长素与细胞分裂素是两类主要的植物激素，在离体器官分化调控中占有主主要的植物激素，在离体器官分化调控中占有主导地位。离体培养中，外源激素在细胞内的吸收导地位。离体培养中，外源激素在细胞内的吸收和代谢影响到激素的活性从而影响其培养效果。和代谢影响到激素的活性从而影响其培养效果。1.2.4 1.2.4 激素对器官分化的调控激素对器官分化的调控 光照时间、强度以及光质对器官分化均有影光照时间、强度以及光质对器官分化均有影响。由于培养条件下光合作用能力较低，因此光响。由于培养条件下光合作用能力较低，因此光照的作用更大程度上是调节细胞的分化状态，而照的作用更大程度上是调节细胞的分化状态，而不是合成光合产物。不是合成光合产物。 光照对器官发生的调节可能与其对培养物内光照对器官发生的调节可能与其对培养物内源激素平衡的调节有关。源激素平衡的调节有关。1.2.5 1.2.5 光照对器官分化的影响光照对器官分化的影响 离体培养下没有经过受精过程，但经过了离体培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过程所形成的胚的类似物（不管培胚胎发育过程所形成的胚的类似物（不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞），统称为养的细胞是体细胞还是生殖细胞），统称为体细胞胚或胚状体。体细胞胚或胚状体。 1.3 1.3 体细胞胚胎发生体细胞胚胎发生这一定义有以下几方面的界定：这一定义有以下几方面的界定： 其一，体细胞胚是离体培养的产物，只限于在其一，体细胞胚是离体培养的产物，只限于在离体培养范围使用，以区别于无融合生殖胚；离体培养范围使用，以区别于无融合生殖胚； 其二，体细胞胚起源于非合子细胞，以区别于其二，体细胞胚起源于非合子细胞，以区别于合子胚；合子胚； 其三，体细胞胚经过了胚胎发育过程，以区别其三，体细胞胚经过了胚胎发育过程，以区别与离体培养中器官发生形成个体的途径（崔凯荣与离体培养中器官发生形成个体的途径（崔凯荣和戴若兰，和戴若兰，2000）。）。1.3.1 1.3.1 体细胞胚的形成体细胞胚的形成体细胞胚从外植体上直接发生体细胞胚从外植体上直接发生 在以叶片为外植体的培养中，体细胞胚的直接在以叶片为外植体的培养中，体细胞胚的直接形成可分为两个阶段：形成可分为两个阶段： 第一个阶段为诱导期。在此阶段中，叶片表皮第一个阶段为诱导期。在此阶段中，叶片表皮细胞或亚表皮细胞感受培养刺激，进入分裂状态。细胞或亚表皮细胞感受培养刺激，进入分裂状态。 第二个阶段是胚胎发育期。在这一阶段，形成第二个阶段是胚胎发育期。在这一阶段，形成的瘤状物继续发育，经过球形胚、心形胚等发育过的瘤状物继续发育，经过球形胚、心形胚等发育过程，最后形成体细胞胚。程，最后形成体细胞胚。经过愈伤组织的体细胞胚发生经过愈伤组织的体细胞胚发生经过愈伤组织的胚胎发生需要三个培养阶段：经过愈伤组织的胚胎发生需要三个培养阶段： 第一阶段是诱导外植体形成愈伤组织；第一阶段是诱导外植体形成愈伤组织； 第二阶段是诱导愈伤组织胚性化；第二阶段是诱导愈伤组织胚性化； 第三阶段是体细胞胚形成。第三阶段是体细胞胚形成。 在以幼胚、胚以及子叶为外植体时，通在以幼胚、胚以及子叶为外植体时，通常可以直接诱导胚性愈伤组织产生，进而发常可以直接诱导胚性愈伤组织产生，进而发生体细胞胚。因此，经过愈伤组织的体细胞生体细胞胚。因此，经过愈伤组织的体细胞胚胎发生，胚性愈伤组织的形成是培养的关胚胎发生，胚性愈伤组织的形成是培养的关键。进而发生原胚，经过不同时期完成体细键。进而发生原胚，经过不同时期完成体细胞胚胎发育。胞胚胎发育。细胞悬浮培养的体细胞胚胎发生细胞悬浮培养的体细胞胚胎发生 在胡萝卜细胞悬浮培养中，体细胞胚胎在胡萝卜细胞悬浮培养中，体细胞胚胎形成的细胞学观察表明，其培养物中存在两形成的细胞学观察表明，其培养物中存在两种类型的细胞：一是自由分散在培养基中的种类型的细胞：一是自由分散在培养基中的大而高度液泡化的细胞，这类细胞一般不具大而高度液泡化的细胞，这类细胞一般不具备胚胎发生潜力；二是成簇成团的体积小而备胚胎发生潜力；二是成簇成团的体积小而细胞质致密的细胞，这类细胞具有成胚能力，细胞质致密的细胞，这类细胞具有成胚能力，因而，把这类细胞团又称为胚性细胞团。因而，把这类细胞团又称为胚性细胞团。 胚性细胞团转移到适宜的胚胎发生培养基上胚性细胞团转移到适宜的胚胎发生培养基上以后，其外围的许多细胞开始第一次不均等分裂，以后，其外围的许多细胞开始第一次不均等分裂，靠近细胞团方向的一个细胞较大，以后发育成类靠近细胞团方向的一个细胞较大，以后发育成类似胚柄的结构。另一个细胞则继续分裂形成类似似胚柄的结构。另一个细胞则继续分裂形成类似原胚的结构，以后经过类似于体内的发育过程，原胚的结构，以后经过类似于体内的发育过程，经球形期、心形期等发育阶段形成完整的体细胞经球形期、心形期等发育阶段形成完整的体细胞胚。胚。 通过悬浮细胞系再生体细胞胚，由于胚性细通过悬浮细胞系再生体细胞胚，由于胚性细胞可以继代增殖，因此可以提高胚胎的生产效率。胞可以继代增殖，因此可以提高胚胎的生产效率。与器官发生形成个体的途径相比：与器官发生形成个体的途径相比： 体细胞胚发育再生植株有两个明显的特点。一体细胞胚发育再生植株有两个明显的特点。一是体细胞胚具有双极性（是体细胞胚具有双极性（double polaritydouble polarity），二是），二是体细胞胚形成后与母体的维管束系统连系较少，即体细胞胚形成后与母体的维管束系统连系较少，即出现所谓的生理隔离（出现所谓的生理隔离（physiological isolationphysiological isolation）现象。现象。 由于大多数体细胞胚起源于单细胞，因此对于由于大多数体细胞胚起源于单细胞，因此对于单个植株来讲，通过体细胞胚形成的再生植株，其单个植株来讲，通过体细胞胚形成的再生植株，其遗传特性相对稳定。遗传特性相对稳定。 1.3.2 1.3.2 体细胞胚的结构与发育特点体细胞胚的结构与发育特点与合子胚相比：与合子胚相比： 合子胚在发育初期具有明显的胚柄，而体细胞合子胚在发育初期具有明显的胚柄，而体细胞胚一般没有真正的胚柄只有类似胚柄的结构。特别胚一般没有真正的胚柄只有类似胚柄的结构。特别是那些发育初期类似于动物胚胎发育途径的体细胞是那些发育初期类似于动物胚胎发育途径的体细胞胚，这一点更为明显。胚，这一点更为明显。 合子胚的子叶是相当规范的，可以作为分类的合子胚的子叶是相当规范的，可以作为分类的依据，而体细胞胚的子叶常不规范，有时具有两片依据，而体细胞胚的子叶常不规范，有时具有两片以上的子叶。以上的子叶。 与相同植物比较，体细胞胚的体积明显小与相同植物比较，体细胞胚的体积明显小于合子胚。体细胞胚没有休眠而体细胞胚则直接于合子胚。体细胞胚没有休眠而体细胞胚则直接形成植株。合子胚在胚胎发育完全进入子叶期以形成植株。合子胚在胚胎发育完全进入子叶期以后，经过一系列的物质积累和脱水就进入休眠。后，经过一系列的物质积累和脱水就进入休眠。（1 1）外源激素对体细胞胚胎发生的调控）外源激素对体细胞胚胎发生的调控 2 2，4 4D D是应用最为广泛的生长素。是应用最为广泛的生长素。 2 2，4 4D D的应用有着规律性的变化。首先是在的应用有着规律性的变化。首先是在较高浓度下诱导胚性细胞的形成，然后在降低较高浓度下诱导胚性细胞的形成，然后在降低2 2，4 4D D的浓度下产生早期胚胎，一般在球形胚形成的浓度下产生早期胚胎，一般在球形胚形成后，除去生长素则有利于体细胞胚的继续发育。后，除去生长素则有利于体细胞胚的继续发育。1.3.3 1.3.3 影响体细胞胚发生的因素影响体细胞胚发生的因素（2 2）培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响）培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响 体细胞胚的产生要求培养基中含有一定浓度的体细胞胚的产生要求培养基中含有一定浓度的还原态氮。还原态氮。 球形胚形成后，如果降低培养基的无机盐浓度，球形胚形成后，如果降低培养基的无机盐浓度，可以显著促进体细胞胚的进一步发育。可以显著促进体细胞胚的进一步发育。 在一些试验中还发现，体细胞胚发育后期降低在一些试验中还发现，体细胞胚发育后期降低蔗糖浓度，也有利于胚的继续发育和提高体细胞胚蔗糖浓度，也有利于胚的继续发育和提高体细胞胚的成苗率。的成苗率。（3 3）不同基因型间体细胞胚形成能力的差异）不同基因型间体细胞胚形成能力的差异 体细胞胚的产生在不同类型的植物间具有明显体细胞胚的产生在不同类型的植物间具有明显差异。差异。 在已成功获得体细胞胚的植物中，以自然条件在已成功获得体细胞胚的植物中，以自然条件下容易产生无融合生殖胚的植物为多，且培养条件下容易产生无融合生殖胚的植物为多，且培养条件相对较为简单，如咖啡属植物、芸香科植物等。相对较为简单，如咖啡属植物、芸香科植物等。 即使是同类植物的不同基因型，在体细胞胚即使是同类植物的不同基因型，在体细胞胚诱导的难易、形成时间以及单个外植体产生体细诱导的难易、形成时间以及单个外植体产生体细胞胚的数量上也存在明显差异。马铃薯胞胚的数量上也存在明显差异。马铃薯18个不同个不同基因型品种的体细胞胚形成能力的比较研究显示，基因型品种的体细胞胚形成能力的比较研究显示，以接种外植体与体细胞胚能否形成的资料统计，以接种外植体与体细胞胚能否形成的资料统计，有有7个品种的体细胞胚发生率为个品种的体细胞胚发生率为100，而频率最，而频率最低则只有低则只有10。（1 1）体细胞胚形成过程中内源生长素的变）体细胞胚形成过程中内源生长素的变化化 体细胞胚胎发育研究表明，外源生长体细胞胚胎发育研究表明，外源生长素对体细胞胚产生和发育的调控是通过调素对体细胞胚产生和发育的调控是通过调节内源激素的合成、代谢、极性运输和平节内源激素的合成、代谢、极性运输和平衡而起作用的。衡而起作用的。 1.3.4 1.3.4 体细胞胚胎发生的生化与分子基础体细胞胚胎发生的生化与分子基础 体细胞胚胎发生中，外源生长素的使用模式或体细胞胚胎发生中，外源生长素的使用模式或者说规律，在大多数植物中是相似的，如诱导胚性者说规律，在大多数植物中是相似的，如诱导胚性细胞产生，或诱导愈伤组织转化为胚性愈伤组织，细胞产生，或诱导愈伤组织转化为胚性愈伤组织，均需要高浓度的生长素。当球形胚形成后，则需要均需要高浓度的生长素。当球形胚形成后，则需要降低生长素水平才能完成体细胞胚的继续发育。降低生长素水平才能完成体细胞胚的继续发育。 研究显示，生长素的这一应用规律与胚胎发育研究显示，生长素的这一应用规律与胚胎发育过程中内源激素的变化是一致的。过程中内源激素的变化是一致的。（2 2）体细胞胚发生过程中的特异蛋白质）体细胞胚发生过程中的特异蛋白质 有关体细胞胚形成中蛋白质含量和组分的变化，有关体细胞胚形成中蛋白质含量和组分的变化，尽管不同研究在绝对含量上不尽相同，但总体趋势尽管不同研究在绝对含量上不尽相同，但总体趋势均表现出，体细胞胚形成过程中水溶性蛋白明显增均表现出，体细胞胚形成过程中水溶性蛋白明显增加。加。（3 3）体细胞胚形成的基因表达调控）体细胞胚形成的基因表达调控 通过基因表达的差异显示和胚胎发育突变体等通过基因表达的差异显示和胚胎发育突变体等技术，已分离出几十个与体细胞胚发育相关的基因。技术，已分离出几十个与体细胞胚发育相关的基因。除了一些典型的激素调控基因外，还有其它类型的除了一些典型的激素调控基因外，还有其它类型的基因基因。第二章第二章 离体培养下的遗传与变离体培养下的遗传与变异异 细胞组织的离体培养属于无性繁殖范畴。从理细胞组织的离体培养属于无性繁殖范畴。从理论上来说，无论是细胞还是组织培养，再生的个体论上来说，无论是细胞还是组织培养，再生的个体均承传了母体的遗传基础，这也是离体培养技术作均承传了母体的遗传基础，这也是离体培养技术作为植物快速繁殖应用的基础。为植物快速繁殖应用的基础。 由于培育过程的影响，离体培养的细胞、愈伤由于培育过程的影响，离体培养的细胞、愈伤组织以及再生植株均普遍存在着变异。由于离体培组织以及再生植株均普遍存在着变异。由于离体培养条件下并没有发生雌雄配子的受精，因此，养条件下并没有发生雌雄配子的受精，因此，Larkin和和Scowcroft（1981）提出把由任何形式的细）提出把由任何形式的细胞培养所产生的植株统称为体细胞无性系胞培养所产生的植株统称为体细胞无性系（somaclones），而把这些植株所表现出来的变异），而把这些植株所表现出来的变异称之为体细胞无性系变异（称之为体细胞无性系变异（somaclonal variation）。）。 就对生物遗传的影响而言，细胞工程技术本身包含就对生物遗传的影响而言，细胞工程技术本身包含了双重性：遗传的稳定性和变异性。了双重性：遗传的稳定性和变异性。2.1 2.1 离体培养中的遗传与变异特点离体培养中的遗传与变异特点2.2 2.2 体细胞变异的细胞遗传学基础体细胞变异的细胞遗传学基础2.3 2.3 体细胞变异的分子遗传学基础体细胞变异的分子遗传学基础2.4 2.4 体细胞无性系变异的诱导与选择体细胞无性系变异的诱导与选择 离体培养的细胞学基础是有丝分裂。有丝分离体培养的细胞学基础是有丝分裂。有丝分裂的裂的DNADNA半保留复制和染色体均等分裂机制，从半保留复制和染色体均等分裂机制，从理论上可以保证离体培养物在一般情况下的遗传理论上可以保证离体培养物在一般情况下的遗传稳定性。稳定性。2.1.1 2.1.1 离体培养中的遗传稳定性离体培养中的遗传稳定性2.1 2.1 离体培养中的遗传与变异特点离体培养中的遗传与变异特点 在准确选择培养方式的前提下，离体在准确选择培养方式的前提下，离体无性繁殖可以具有较高的遗传稳定性无性繁殖可以具有较高的遗传稳定性（Phillip等，等，1994）。正是基于这一理论，）。正是基于这一理论，利用离体培养技术建立了多种植物的无性利用离体培养技术建立了多种植物的无性繁殖体系。繁殖体系。 离体培养的遗传稳定性表现的另一个离体培养的遗传稳定性表现的另一个方面是，即使发生某些变异，也可以即时方面是，即使发生某些变异，也可以即时淘汰变异。淘汰变异。普遍性：普遍性：变异可发生在各种培养类型中；变异可发生在各种培养类型中；变异发生在各种植物的培养中；变异发生在各种植物的培养中；变异发生与培养方式有关。变异发生与培养方式有关。2.1.2 2.1.2 离体培养条件下遗传变异的特点离体培养条件下遗传变异的特点 局限性：局限性： 从表型上看，在不同植物类型中经常发生的从表型上看，在不同植物类型中经常发生的体细胞变异主要是植株形态（株高、叶形、叶色体细胞变异主要是植株形态（株高、叶形、叶色等）、生长势、育性、某些抗性等性状的变异。等）、生长势、育性、某些抗性等性状的变异。 从生理生化特性上看，容易出现同功酶谱、从生理生化特性上看，容易出现同功酶谱、次生代谢的消长等变异。次生代谢的消长等变异。 一些单基因控制的性状不仅发生隐形突变，一些单基因控制的性状不仅发生隐形突变，也发生显性突变。也发生显性突变。嵌合性：嵌合性： 嵌合性是指同一有机体中同时存在有遗传组嵌合性是指同一有机体中同时存在有遗传组成不同的细胞，它是组织培养中常见的现象。成不同的细胞，它是组织培养中常见的现象。2.1.3 2.1.3 影响体细胞遗传与变异的因素影响体细胞遗传与变异的因素A A 供体植物供体植物供体植物倍性水平；基因型；外植体细胞分化程度供体植物倍性水平；基因型；外植体细胞分化程度B B 培养基及培养方式培养基及培养方式 不同的激素浓度可以有选择地诱导不同倍性的不同的激素浓度可以有选择地诱导不同倍性的细胞的分裂。激素除了引起染色体倍性的增加外，细胞的分裂。激素除了引起染色体倍性的增加外，在一些培养中还发现染色体倍性减少的现象。在一些培养中还发现染色体倍性减少的现象。 培养基的物理状态以及培养类型也会引起细胞培养基的物理状态以及培养类型也会引起细胞的变异。一般来讲，悬浮培养的细胞较半固体培养的变异。一般来讲，悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞易产生变异。的细胞易产生变异。C C 继代培养的次数继代培养的次数 一般来讲，继代时间越长，继代次数越多，细胞变一般来讲，继代时间越长，继代次数越多，细胞变异的几率就越高。异的几率就越高。2.2 2.2 体细胞变异的细胞遗传学基础体细胞变异的细胞遗传学基础 DNADNA在核内重复复制（在核内重复复制（endoreduplicationendoreduplication）但不发生细胞分裂，其结果是染色体组数增加，但不发生细胞分裂，其结果是染色体组数增加，形成同源多倍体。如果这种形成同源多倍体。如果这种DNADNA重复复制多次发重复复制多次发生，细胞内生，细胞内DNADNA含量就会不断上升。含量就会不断上升。2.2.1 DNA2.2.1 DNA核内重复复制核内重复复制2.2.2 2.2.2 染色体断裂与重组染色体断裂与重组 染色体结构变异是体细胞变异的另一重要类型。染色体结构变异是体细胞变异的另一重要类型。染色体断裂与重组是离体培养中染色体结构变异的染色体断裂与重组是离体培养中染色体结构变异的主要原因之一，也是体细胞变异中经常发生的现象。主要原因之一，也是体细胞变异中经常发生的现象。 染色体结构变异的细胞学特征是，分裂中期出染色体结构变异的细胞学特征是，分裂中期出现断裂的染色体片段、落后染色体以及染色体桥，现断裂的染色体片段、落后染色体以及染色体桥，其结果是在体细胞中出现染色体易位、缺失、倒位其结果是在体细胞中出现染色体易位、缺失、倒位等多种类型的结构变异。等多种类型的结构变异。 离体培养中，染色体除了整倍性变异外，还可离体培养中，染色体除了整倍性变异外，还可观察到大量的非整倍性变异，这种愈伤组织往往分观察到大量的非整倍性变异，这种愈伤组织往往分化能力低下，再生植株大多生长不正常，有性繁殖化能力低下，再生植株大多生长不正常，有性繁殖的遗传稳定性差。纺锤体形成异常使得有丝分裂不的遗传稳定性差。纺锤体形成异常使得有丝分裂不正常是其原因之一。正常是其原因之一。 非正常有丝分裂包括多极纺锤体形成和核裂。非正常有丝分裂包括多极纺锤体形成和核裂。2.2.3 2.2.3 非正常有丝分裂非正常有丝分裂2.3 2.3 体细胞变异的分子遗传学基础体细胞变异的分子遗传学基础 碱基突变是指碱基突变是指DNADNA序列中碱基的改变。如果改变碱基序列中碱基的改变。如果改变碱基的的DNADNA序列处于结构基因的位置或调控序列的位置，就序列处于结构基因的位置或调控序列的位置，就可能导致遗传状态的改变。碱基突变是产生体细胞变异可能导致遗传状态的改变。碱基突变是产生体细胞变异的重要途径之一。的重要途径之一。 对于单基因控制的遗传性状，大多数碱基突变可以对于单基因控制的遗传性状，大多数碱基突变可以稳定遗传，而且符合孟德尔遗传分离规律，这一点已在稳定遗传，而且符合孟德尔遗传分离规律，这一点已在水稻、烟草和玉米的体细胞变异中得以证实（张春义和水稻、烟草和玉米的体细胞变异中得以证实（张春义和杨汉民，杨汉民，19941994）。）。2.3.1 2.3.1 碱基突变碱基突变 在许多植物中均观察到，在许多植物中均观察到，DNADNA分子中一些重复序分子中一些重复序列在培养条件下发生了扩增。列在培养条件下发生了扩增。LapitanLapitan等（等（19881988）以生物素标记的以生物素标记的480 bp480 bp重复序列重复序列DNADNA片段为探针，片段为探针，发现小黑麦杂种再生植株当代发现小黑麦杂种再生植株当代7R7R染色体短臂端粒位染色体短臂端粒位置上的这种重复序列发生了扩增，而且这种扩增可置上的这种重复序列发生了扩增，而且这种扩增可以遗传至少三代。以遗传至少三代。2.3.2 DNA2.3.2 DNA序列的选择性扩增与丢失序列的选择性扩增与丢失 在许多植物种类中还观察到，在组织培养过程在许多植物种类中还观察到，在组织培养过程中，以及经组织培养再生的植株，甚至在这些植株中，以及经组织培养再生的植株，甚至在这些植株的后代中，有时也会发生的后代中，有时也会发生DNA序列丢失的现象。序列丢失的现象。 现有资料显示，现有资料显示，DNA序列丢失多发生在序列丢失多发生在rDNA及其间隔序列，某些重复序列及其间隔序列，某些重复序列DNA区域也易发生丢区域也易发生丢失。失。 研究还发现，研究还发现，DNA的减少不仅发生在核的减少不仅发生在核DNA中，也有发生在叶绿体基因组中。一些中，也有发生在叶绿体基因组中。一些DNA序列的序列的减少只发生在愈伤组织形成阶段，植株再生过程中减少只发生在愈伤组织形成阶段，植株再生过程中又恢复到正常状态，目前还不清楚这种变化的生物又恢复到正常状态，目前还不清楚这种变化的生物学意义。学意义。 转座子（转座子（transposontransposon）首先是由）首先是由McClintockMcClintock在玉米中发现的，现已证实它是在玉米中发现的，现已证实它是引起许多遗传不稳定现象的重要原因。引起许多遗传不稳定现象的重要原因。 上个世纪上个世纪8080年代，年代，LarkinLarkin和和ScowcroftScowcroft首首先提出，转座因子的活化可能是体细胞无性先提出，转座因子的活化可能是体细胞无性系变异的原因之一。系变异的原因之一。 2.3.3 2.3.3 转座子活化转座子活化 我国学者朱至清（我国学者朱至清（1991）认为，也可能是转座）认为，也可能是转座子在培养环境中首先被激活而转座，从而造成染色子在培养环境中首先被激活而转座，从而造成染色体的结构变异。体的结构变异。 目前关于转座子引起体细胞变异的直接实验证目前关于转座子引起体细胞变异的直接实验证据还十分有限，但许多学者认为，用转座子解释体据还十分有限，但许多学者认为，用转座子解释体细胞变异有许多合理性，如变异频率高、沉默基因细胞变异有许多合理性，如变异频率高、沉默基因活化等。因此，有关转座子在体细胞无性系变异中活化等。因此，有关转座子在体细胞无性系变异中的作用，也是将来体细胞遗传变异研究的热点。的作用，也是将来体细胞遗传变异研究的热点。 2.3.4 DNA2.3.4 DNA甲基化甲基化 DNA甲基化（甲基化（methylation）在基因表达调控中具）在基因表达调控中具有重要作用。有重要作用。 甲基化的主要形式有甲基化的主要形式有5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶,N6-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤和和7-甲基鸟嘌呤。原核生物中甲基鸟嘌呤。原核生物中CCA/TGG和和GATC常被常被甲基化，而真核生物中甲基化仅发生于胞嘧啶。甲基化，而真核生物中甲基化仅发生于胞嘧啶。DNA 的甲基化是在的甲基化是在DNA 甲基化转移酶（甲基化转移酶（DNMTs）的作用）的作用下使下使CpG二核苷酸二核苷酸5端的胞嘧啶转变为端的胞嘧啶转变为5甲基胞嘧啶。甲基胞嘧啶。 离体培养再生植株的甲基化变化首先离体培养再生植株的甲基化变化首先在玉米体细胞无性系再生植株中发现。来在玉米体细胞无性系再生植株中发现。来自玉米幼胚再生植株的某些无性系与供体自玉米幼胚再生植株的某些无性系与供体相比发生超甲基化，而另一些再生植株却相比发生超甲基化，而另一些再生植株却只在与只在与G相邻的相邻的C上发生甲基化，而且这种上发生甲基化，而且这种甲基化在基因组中的分布是不均匀的。甲基化在基因组中的分布是不均匀的。 胡萝卜、番茄、马铃薯等多种植物的培养细胡萝卜、番茄、马铃薯等多种植物的培养细胞或再生植株中，均报道发现了因胞或再生植株中，均报道发现了因DNA甲基化改甲基化改变而产生的体细胞变异（刁现民和孙敬三，变而产生的体细胞变异（刁现民和孙敬三，1994）。）。 除了除了DNA甲基化程度的增加外，离体培养甲基化程度的增加外，离体培养中的某些变异还来自于中的某些变异还来自于DNA甲基化程度的降低。甲基化程度的降低。最典型的例子是油棕体细胞胚植株由于甲基化的最典型的例子是油棕体细胞胚植株由于甲基化的减少而造成的雄蕊雌性化变异。（减少而造成的雄蕊雌性化变异。（Rival，1997）。）。2.4 2.4 体细胞无性系变异的诱导与选择体细胞无性系变异的诱导与选择离体条件下的体细胞无性系变异的筛选有以下一些离体条件下的体细胞无性系变异的筛选有以下一些明显的优点：明显的优点： （1 1）由于筛选可以在离体条件下进行，从而可）由于筛选可以在离体条件下进行，从而可以在小空间内对大量个体进行选择。以在小空间内对大量个体进行选择。 （2 2）细胞突变体的筛选可以在几个细胞周期内）细胞突变体的筛选可以在几个细胞周期内完成，且不受季节限制，因此筛选效率高。完成，且不受季节限制，因此筛选效率高。 （3）因为试验是在人工设计的培养条件下进行的，因此）因为试验是在人工设计的培养条件下进行的，因此诱变和筛选条件可以根据需要进行调节和控制，从而提高诱变和筛选条件可以根据需要进行调节和控制，从而提高了试验的重复性。了试验的重复性。 （4）由于变异是在单细胞水平上进行的，因此，一个突）由于变异是在单细胞水平上进行的，因此，一个突变体就是来自一个细胞，不会有非突变细胞的干扰，避免变体就是来自一个细胞，不会有非突变细胞的干扰，避免了整体植株水平上无性变异常呈现出的嵌合体，因而可以了整体植株水平上无性变异常呈现出的嵌合体，因而可以省去变异分离的麻烦。省去变异分离的麻烦。 （5）在细胞培养系统中，理化诱变剂可较均匀地接触）在细胞培养系统中，理化诱变剂可较均匀地接触细胞，因此可以引起培养细胞相对较高频率地发生突变，细胞，因此可以引起培养细胞相对较高频率地发生突变，增加了选择机会。增加了选择机会。 选择起始材料需根据试验目标确定，一般需选择起始材料需根据试验目标确定，一般需考虑以下几方面的问题：考虑以下几方面的问题： 其一，目标性状的可行性。体细胞突变的频其一，目标性状的可行性。体细胞突变的频率虽然较高，但对于某一个体来讲，变异的性状率虽然较高，但对于某一个体来讲，变异的性状是个别的，因此选择综合性状良好的植物品种材是个别的，因此选择综合性状良好的植物品种材料，通过诱变改变个别不良性状，是体细胞突变料，通过诱变改变个别不良性状，是体细胞突变系选择的目的。系选择的目的。2.4.1 2.4.1 体细胞变异诱导材料的选择体细胞变异诱导材料的选择 其二，必需充分考虑试验植物的细胞培其二，必需充分考虑试验植物的细胞培养技术水平，只有对起始材料有良好的培养养技术水平，只有对起始材料有良好的培养技术，才有可能制定完满的诱变及选择方案。技术，才有可能制定完满的诱变及选择方案。如果起始细胞的培养技术不成熟，不能再生如果起始细胞的培养技术不成熟，不能再生整株，则不能进行后续的各项操作。整株，则不能进行后续的各项操作。 其三，适当的细胞类型亦是提高体细胞其三，适当的细胞类型亦是提高体细胞突变系筛选效率的重要条件。突变系筛选效率的重要条件。 离体培养的植物细胞会出现较高频率的自发变异，离体培养的植物细胞会出现较高频率的自发变异，离体培养中体细胞自发突变所产生的变异往往比较稳离体培养中体细胞自发突变所产生的变异往往比较稳定，没有人工诱变的后续干扰，有利于分离和选择。定，没有人工诱变的后续干扰，有利于分离和选择。育种家们应用自发突变的这些优点，已选育出一些新育种家们应用自发突变的这些优点，已选育出一些新品种，如美国品种，如美国RNARNA植物技术公司已从番茄体细胞无性植物技术公司已从番茄体细胞无性系变异中选育出新品种，台湾的育种家也从甘蔗体细系变异中选育出新品种，台湾的育种家也从甘蔗体细胞无性系再生植株变异中选育出新品种。胞无性系再生植株变异中选育出新品种。2.4.2 2.4.2 培养细胞的自发变异培养细胞的自发变异2.4.3 2.4.3 培养细胞的诱变培养细胞的诱变A A 物理诱变物理诱变 物理诱变主要是通过射线、磁场以及温度等物理诱变主要是通过射线、磁场以及温度等对培养物进行一定处理，然后对处理后的培养物对培养物进行一定处理，然后对处理后的培养物进行培养筛选。常用的射线处理包括进行培养筛选。常用的射线处理包括X X射线、射线、射射线、快中子、紫外线等。线、快中子、紫外线等。 B 化学诱变化学诱变 化学诱变是通过在培养基中添加一些化学物质，化学诱变是通过在培养基中添加一些化学物质，细胞对这些化学物质吸收后直接或间接引起碱基突细胞对这些化学物质吸收后直接或间接引起碱基突变。常用的化学诱变剂主要有：变。常用的化学诱变剂主要有： 烷化剂（硫酸二乙酯烷化剂（硫酸二乙酯 DES，乙基磺酸乙酯，乙基磺酸乙酯 EES，甲基黄酸乙酯甲基黄酸乙酯 EMS，环氧乙烷，环氧乙烷EO，乙烯亚胺，乙烯亚胺 EI等），此类诱变剂有一个或多个活化烷基，可与等），此类诱变剂有一个或多个活化烷基，可与DNA分子中的碱基或磷酸基结合，改变分子中的碱基或磷酸基结合，改变DNA的结构的结构而引起突变；而引起突变； 碱基类似物（碱基类似物（5溴尿嘧啶是胸腺嘧啶溴尿嘧啶是胸腺嘧啶类似物，类似物，2氨基嘌呤是腺嘌呤类似物等），氨基嘌呤是腺嘌呤类似物等），在细胞内核酸复制时，这些类似物可以掺入在细胞内核酸复制时，这些类似物可以掺入到新合成的到新合成的DNA分子中引起错配；分子中引起错配； 移码诱变剂，如移码诱变剂，如ICR化合物和吖啶类似化合物和吖啶类似物等；物等； 其它如亚硝酸、羟胺等某些抗菌素亦可其它如亚硝酸、羟胺等某些抗菌素亦可引起突变产生。引起突变产生。C C 复合因子诱变复合因子诱变 诱变处理可以是单因子处理，亦可以是复合因诱变处理可以是单因子处理，亦可以是复合因子诱变。一般来说，复合诱变的效果比单因子诱变子诱变。一般来说，复合诱变的效果比单因子诱变好。好。D D 转座子插入诱变转座子插入诱变 转座子既可直接将外源基因带入细胞内获得新转座子既可直接将外源基因带入细胞内获得新性状，又可以独立插入通过其转座功能诱导变异。性状，又可以独立插入通过其转座功能诱导变异。 目前，使用较多的转座子体系主要是玉米的目前，使用较多的转座子体系主要是玉米的Ac/Ds系统，其主要操作过程是，首先采用基因转系统，其主要操作过程是，首先采用基因转化的方法将化的方法将Ac/Ds导入受体细胞，再通过体细胞培导入受体细胞，再通过体细胞培养或再生植株的自交或测交使养或再生植株的自交或测交使Ac因子切除，由于转因子切除，由于转座子插入的随机性，即可在切除座子插入的随机性，即可在切除Ac的植株中筛选出的植株中筛选出不同变异。不同变异。 利用这一途径已在苜蓿、马铃薯、番茄、甘蓝利用这一途径已在苜蓿、马铃薯、番茄、甘蓝等多种植物上获得可利用的体细胞变异植株。等多种植物上获得可利用的体细胞变异植株。A A 直接筛选法直接筛选法 直接筛选法是在设计的选择条件下，直接筛选法是在设计的选择条件下，能使培养细胞或再生个体获得直接感官上能使培养细胞或再生个体获得直接感官上的差异，因此能将突变个体和非突变个体的差异，因此能将突变个体和非突变个体分离。分离。 2.4.4 2.4.4 体细胞突变体的筛选体细胞突变体的筛选 最直接的做法是用一种含有特定物质的选择最直接的做法是用一种含有特定物质的选择培养基，在此培养基上只有突变细胞能够生长，培养基，在此培养基上只有突变细胞能够生长，而非突变细胞不能生长，从而直接筛选出突变体。而非突变细胞不能生长，从而直接筛选出突变体。如抗除草剂、抗盐碱突变体的筛选，均可直接在如抗除草剂、抗盐碱突变体的筛选，均可直接在培养基中加入一定浓度的除草剂或增加渗透压的培养基中加入一定浓度的除草剂或增加渗透压的物质。物质。 目前采用这一途径，已从多种植物中筛选出目前采用这一途径，已从多种植物中筛选出可利用的体细胞变异体。可利用的体细胞变异体。B B 间接筛选法间接筛选法 间接选择法是一种借助于与突变表现型有关的性间接选择法是一种借助于与突变表现型有关的性状作为选择指标的筛选方法。当缺乏直接选择表型指状作为选择指标的筛选方法。当缺乏直接选择表型指标或直接选择条件对细胞生长不利时，可考虑采用间标或直接选择条件对细胞生长不利时，可考虑采用间接筛选法。如脯氨酸（接筛选法。如脯氨酸（ProPro）作为一种渗透调节物质，）作为一种渗透调节物质，在维持细胞膜稳定性、细胞水分平衡等方面具有重要在维持细胞膜稳定性、细胞水分平衡等方面具有重要的生物学意义。植物在非生物胁迫如干旱、低温等条的生物学意义。植物在非生物胁迫如干旱、低温等条件下，体内件下，体内ProPro常常有不同程度的升高，而且耐干旱和常常有不同程度的升高，而且耐干旱和耐寒植物的体内耐寒植物的体内ProPro往往较高。往往较高。 抗病突变体的筛选也常常用间接筛选的策抗病突变体的筛选也常常用间接筛选的策略。由于在离体培养中直接接种病原物会严重略。由于在离体培养中直接接种病原物会严重障碍细胞生长，因此可以在培养基中加入一定障碍细胞生长，因此可以在培养基中加入一定剂量的病原物类毒素来增加选择压力。赤霉病剂量的病原物类毒素来增加选择压力。赤霉病是小麦最严重的真菌性病害之一，同时由赤霉是小麦最严重的真菌性病害之一，同时由赤霉菌产生的赤霉菌毒素（菌产生的赤霉菌毒素（DON）不仅影响小麦正）不仅影响小麦正常生长，还可残留在籽粒中，严重时可造成人常生长，还可残留在籽粒中，严重时可造成人畜中毒。畜中毒。A A 创造育种中间材料或直接筛选新品种创造育种中间材料或直接筛选新品种 据统计，诱导突变已被用来改良诸如小麦、水据统计，诱导突变已被用来改良诸如小麦、水稻、大麦、棉花、花生和菜豆这些种子繁殖的重要稻、大麦、棉花、花生和菜豆这些种子繁殖的重要作物。在全世界作物。在全世界5050多个国家中，已培育出多个国家中，已培育出10001000多个多个由直接突变获得的或由这些突变体杂交而衍生的品由直接突变获得的或由这些突变体杂交而衍生的品种。这些品种的主要特性包括品质改良、增强抗病种。这些品种的主要特性包括品质改良、增强抗病性和抗逆性等性和抗逆性等。2.4.5 2.4.5 体细胞变异的利用体细胞变异的利用B B 遗传研究遗传研究 突变体作为基因克隆和标记筛选具有独特的优突变体作为基因克隆和标记筛选具有独特的优点。因为突变一旦发生，即可在表现型上与供体显点。因为突变一旦发生，即可在表现型上与供体显著不同，通过差异显示或分子杂交筛选，即可快速著不同，通过差异显示或分子杂交筛选，即可快速获得突变位点的获得突变位点的DNADNA序列，经过测序与功能鉴定，就序列，经过测序与功能鉴定，就可能获得与突变性状相关的基因。即使通过分析不可能获得与突变性状相关的基因。即使通过分析不能获得功能基因，这些能获得功能基因，这些DNADNA序列也可作为与突变性状序列也可作为与突变性状相关的分子标记，用于相关遗传研究。相关的分子标记，用于相关遗传研究。 突变体用于基因克隆和功能鉴定早已成为模式突变体用于基因克隆和功能鉴定早已成为模式植物如拟南芥等的常规方法，近年来也已开始广泛植物如拟南芥等的常规方法，近年来也已开始广泛用于其它作物中。特别是与转座子标签插入突变技用于其它作物中。特别是与转座子标签插入突变技术相结合，更显现出这一途径的高效性。目前，利术相结合，更显现出这一途径的高效性。目前，利用突变体策略已分离出一些功能基因和抗病基因，用突变体策略已分离出一些功能基因和抗病基因，如玉米乙醇脱氢酶基因如玉米乙醇脱氢酶基因ADH，赤霉素合成相关基，赤霉素合成相关基因因GA1、GA4，生长素敏感性基因，生长素敏感性基因AUX1、AUX2、番茄抗病基因番茄抗病基因Df9等。等。C C 发育生物学研究发育生物学研究 植物的个体发育是一个渐进过程，每一个器官和植物的个体发育是一个渐进过程，每一个器官和组织的分化都是一个复杂的调控过程。利用体细胞突组织的分化都是一个复杂的调控过程。利用体细胞突变策略对植物发育的基因调控研究取得了突破性进展。变策略对植物发育的基因调控研究取得了突破性进展。特别是利用拟南芥和金鱼草等模式植物，已分离出一特别是利用拟南芥和金鱼草等模式植物，已分离出一大批不同发育阶段和组织类型的突变体，包括顶端分大批不同发育阶段和组织类型的突变体，包括顶端分生组织、根、开花转变、花序、花分生