中 国 农 学 通 报 2010,26(11):45-49 Chinese Agricultural Science Bulletin 植 物 多 倍 体 育 种 研 究 进 展 1,2 彭 静, 魏 岳 荣 2 1, 熊 兴 华 ( 1 湖 南 农 业 大 学 生 物 科 学 技 术 学 院, 长 沙 410005; 2 广 东 省 农 业 科 学 院 果 树 研 究 所, 广 州 510640) 摘 要 : 多 倍 体 育 种 现 在 广 泛 应 用 于 生 产 与 育 种 研 究 中 通 过 查 阅 国 内 外 大 量 相 关 的 文 献, 阐 述 了 多 倍 体 育 种 的 目 的 意 义, 多 倍 体 植 物 的 特 征 重 点 介 绍 了 多 倍 体 诱 导 的 方 法 并 指 出 多 倍 体 育 种 中 存 在 的 问 题 及 对 未 来 育 种 前 景 的 展 望 关 键 词 : 植 物 ; 多 倍 体 ; 育 种 中 图 分 类 号 :S335.1 文 献 标 志 码 :A 论 文 编 号 :2009-2744 Polyploid Induction of Plant Research Summary Peng Jing 1,2, Wei Yuerong 2, Xiong Xinghua 1 ( 1 College of Biological Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410005; 2 Fruit Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640) Abstract: Polyploid breeding is now widely used in the production and breeding research. In this paper, access to domestic and foreign large number of relevant literature, describes the purpose of breeding polyploid meaning, characteristics of polyploid plants. Focuses on polyploidy induction method. And pointed out that in polyploid breeding problems and prospects for future breeding prospects. Key words: plant; polyploidy; breeding 0 引 言 1916 年 Winker [1] 在 研 究 Salanum nigum 嫁 接 时 从 愈 伤 组 织 得 到 了 四 倍 体 植 物, 首 先 引 入 了 多 倍 体 这 一 概 念 多 倍 体 植 物 在 自 然 界 中 普 遍 存 在, 并 被 认 为 是 推 动 植 物 进 化 的 重 要 因 素, 是 物 种 形 成 的 途 径 之 一 自 然 界 中 大 约 一 半 的 被 子 植 物,2/3 的 禾 本 科 植 物,80% 的 草 类,18% 的 豆 类 是 多 倍 体 蓼 科 景 天 科 蔷 薇 科 锦 葵 科 禾 本 科 和 鸢 尾 科 中 多 倍 体 最 多 在 果 树 中 约 [2] 有 半 数 以 上 的 树 种 含 有 多 倍 体 类 型 或 为 多 倍 体 种, 常 见 的 果 树 如 苹 果 梨 葡 萄 柑 橘 等, 均 含 有 多 倍 体 类 型 而 且, 果 树 中 的 多 倍 体 类 型 多 种 多 样, 从 三 倍 体 [3] 四 倍 体 到 八 倍 体 甚 至 十 二 倍 体 都 有, 这 说 明 多 倍 体 对 于 果 树 种 质 形 成 有 相 当 重 要 的 影 响 与 此 同 时, 多 倍 体 育 种 在 农 业 生 产 上 也 产 生 了 深 远 的 影 响, 多 倍 体 植 株 具 有 茎 粗 壮 内 含 物 多 抗 逆 性 强 耐 贮 运 等 特 点, 因 而 多 倍 体 品 种 将 大 大 增 强 植 物 的 观 赏 价 值 和 商 品 价 值 [4], 用 秋 水 仙 素 诱 导 多 倍 体 的 技 术 在 植 物 上 应 用 广 泛 [5], 常 见 的 多 倍 体 植 物 有 三 倍 体 苹 果 [6-7] 多 倍 体 柑 橘 三 倍 体 梨 多 倍 体 葡 萄 [8] 四 倍 体 金 丝 小 枣 [9] 橡 胶 树 等 1 多 倍 体 植 物 的 特 征 1.1 植 株 高 大, 生 长 势 强, 分 枝 性 减 弱, 生 育 期 延 长 多 倍 体 植 物 由 于 染 色 体 加 倍, 其 外 部 形 态 特 征 和 二 倍 体 有 明 显 的 差 别, 主 要 表 现 在 根 茎 叶 的 形 态 和 大 小 上 一 般 而 言, 同 源 多 倍 体 植 株 高 大, 生 长 势 强, 茎 粗 叶 厚, 叶 片 长 度 宽 度 增 长 率 大, 叶 面 积 增 加, 生 活 力 增 强, 分 枝 数 和 叶 片 数 减 少, 生 长 期 延 长 如 同 源 四 倍 体 荞 麦 的 外 部 形 态 特 征 与 普 通 小 麦 比 较, 植 株 平 基 金 项 目 : 国 家 科 技 支 撑 项 目 (2008BAD92B06); 广 东 省 科 技 攻 关 项 目 (2007A020200003-3); 科 技 部 国 际 合 作 项 目 (2009DFA31470); 国 家 948 项 目 (2008-G1) 第 一 作 者 简 介 : 彭 静, 女,1985 年 出 生, 湖 南 益 阳 人, 硕 士 研 究 生, 研 究 方 向 : 生 物 工 程 系 分 子 遗 传 学 专 业 通 信 地 址 :510640 广 东 省 天 河 区 五 山 镇 大 丰 二 街 80 号 广 东 省 农 业 科 学 院 果 树 研 究 所,E-mail:pengjing_617@yahoo.com.cn 通 讯 作 者 : 熊 兴 华, 男,1967 年 出 生, 湖 南 安 乡 人, 副 教 授, 从 事 油 菜 基 因 工 程 研 究 工 作 通 信 地 址 :410005 湖 南 农 业 大 学 生 命 科 学 楼,E-mail: xiongxh6799@yahoo.com.cn 收 稿 日 期 :2009-12-22, 修 回 日 期 :2010-02-27
46 中 国 农 学 通 报 http://www.casb.org.cn 均 增 高 19 cm, 生 长 势 增 强, 分 枝 减 弱, 生 长 期 延 长 5~7 天, 茎 秆 变 粗, 叶 片 变 厚 增 大 植 物 气 孔 性 状 较 稳 定 与 [10] 倍 性 有 较 大 关 系 荞 麦 同 源 四 倍 体 保 卫 细 胞 长 度 宽 度 分 别 增 加 50.9% 和 22.8% 气 孔 器 保 卫 细 胞 叶 绿 体 数 目 随 倍 性 增 加 而 增 加, 如 西 瓜 同 源 四 倍 体 同 源 三 倍 体 与 二 倍 体 叶 片 保 卫 细 胞 叶 绿 体 数 目 之 比 为 4:3:2 日 本 于 20 世 纪 40 年 代 育 成 的 四 倍 体 美 浓 早 生 萝 卜, 性 耐 寒, 生 长 旺, 肉 质 根 长 而 大, 呈 白 色, 多 汁 味 甜, 产 量 提 高 20% 左 右, 抽 薹 晚 不 结 球 白 菜 四 倍 体 品 种 南 农 矮 脚 黄, 其 表 现 比 二 倍 体 叶 色 更 深, 叶 片 更 厚, 产 量 增 [11] 加 20%~30%, 抗 逆 性 强 1.2 多 倍 体 种 子 增 大, 结 实 率 降 低 多 倍 体 植 株 的 花 器 花 粉 粒 增 大, 花 粉 萌 发 孔 增 多, 植 株 育 性 降 低 或 完 全 不 育, 种 子 增 大 且 种 子 萌 发 率 弱 多 倍 体 的 染 色 体 组 奇 数 加 倍 后, 致 使 其 后 代 遗 传 达 到 严 重 的 不 平 衡, 在 减 数 分 裂 形 成 配 子 时, 染 色 体 不 能 正 常 配 对, 形 成 正 常 配 子, 所 以 多 倍 体 的 育 性 下 降, 尤 其 表 现 在 奇 数 多 倍 体 三 倍 体 介 于 二 倍 体 和 四 倍 体 之 间, 几 乎 全 不 育, 可 以 利 用 这 一 优 势 进 行 果 蔬 的 无 籽 化 生 产, 如 著 名 的 三 倍 体 的 无 籽 西 瓜 的 培 育 三 倍 体 无 籽 西 瓜 是 目 前 在 生 产 上 利 用 异 源 多 倍 体 面 积 最 大 的 水 果 之 一, 与 二 倍 体 西 瓜 相 比 具 有 抗 逆 性 强 含 糖 量 [12] 高 无 籽 耐 贮 运 产 量 高 等 优 点, 如 蜜 枚 一 号 无 籽 黑 蜜 二 号 郑 抗 无 籽 雪 峰 无 籽 洞 庭 无 籽 汴 京 五 号 等 均 是 中 国 西 瓜 主 栽 品 种 多 倍 体 育 性 降 低 的 程 度 却 因 不 同 的 基 因 型 差 异 而 差 别 很 大, 如 同 源 四 倍 体 玉 米 的 育 性 一 般 下 降 85%~95%, 同 源 四 倍 体 柑 桔 花 粉 育 性 仅 为 二 倍 体 的 60%, 同 源 四 倍 体 草 棉 则 几 乎 不 育 奇 倍 数 的 同 源 多 倍 体 育 性 更 低, 如 三 倍 体 完 全 不 育 另 外 花 粉 的 形 状 也 存 在 差 异, 如 西 瓜 四 倍 体 花 粉 为 正 方 形, 二 倍 体 为 三 角 形 1.3 多 倍 体 的 有 机 营 养 成 份 含 量 增 高 有 机 营 养 物 质 成 分 及 其 含 量 变 化 由 于 生 长 缓 慢, 代 谢 强 度 改 变, 多 倍 体 的 化 学 成 分 如 氮 碳 化 合 物 植 物 碱 等 有 机 物 含 量 增 加 如 一 些 药 用 植 物 瞿 粟 的 多 倍 体 所 含 的 吗 啡 比 二 倍 体 多, 三 倍 体 西 瓜 和 甜 瓜 的 含 糖 量 更 高 瓜 类 蔬 菜 四 倍 体 的 可 溶 性 固 形 物 含 量 一 般 较 二 倍 体 高 10%~30% [13] 同 源 四 倍 体 茄 子 品 种 新 茄 一 号 的 果 实 脂 肪 蛋 白 质 含 量 分 别 较 对 照 二 倍 体 品 种 明 显 增 加 1.4 多 倍 体 的 维 生 素 及 矿 物 质 含 量 有 增 加 多 倍 体 一 般 含 有 较 多 的 维 生 素 和 矿 物 质, 如 四 倍 体 番 茄 和 甘 蓝 的 维 生 素 C 含 量 均 比 相 应 的 二 倍 体 含 量 高 如 不 结 球 白 菜 四 倍 体 较 二 倍 体 维 生 素 C 增 加 30%, 而 且 Ca P Fe3 种 矿 质 元 素 成 倍 或 数 倍 的 增 加 1.5 多 倍 体 植 物 抗 逆 性 强 ( 特 别 是 异 源 多 倍 体 ) 等 位 基 因 杂 合 性 提 高 了 它 们 的 遗 传 多 样 性 和 适 应 能 力, 因 此, 多 倍 体 对 不 良 环 境 的 抵 抗 力 也 比 二 倍 体 强 如 三 倍 体 和 四 倍 体 西 瓜 对 枯 萎 病 有 较 强 的 抗 性, 四 倍 体 萝 卜 对 普 通 根 肿 病 的 抗 性 比 二 倍 体 高 ; 白 菜 中 的 南 农 矮 脚 黄 热 优 二 号 品 种 抗 热 性 强, 弥 补 了 叶 菜 夏 淡, 而 寒 优 一 号, 又 适 合 冬 季 栽 培, 目 前 栽 培 面 积 已 超 过 20 万 m 2 不 结 球 白 菜 四 倍 体 较 二 倍 体 的 抗 寒 性 抗 热 性 及 抗 病 性 均 有 明 显 的 提 高 2 多 倍 体 产 生 的 途 径 2.1 自 然 发 生 多 倍 体 的 自 然 发 生 包 括 合 子 的 染 色 体 加 倍, 配 子 形 成 时 的 染 色 体 未 减 数 等 方 式 其 中 合 子 的 染 色 体 加 倍 是 指 二 倍 体 产 生 少 数 四 倍 体 细 胞 或 四 倍 体 组 织, 如 四 倍 体 月 见 草 的 自 发 形 成 等 配 子 的 染 色 体 未 减 数 即 未 减 数 的 雄 配 子 (2n) 与 减 数 的 雌 配 子 (n) 结 合, 形 成 三 倍 体, 三 倍 体 继 而 产 生 未 减 数 雄 配 子 (3n) 与 减 数 的 雌 配 子 (n) 结 合, 又 可 形 成 四 倍 体 有 时 未 减 数 的 雄 配 子 (2n) 与 未 减 数 的 雌 配 子 (2n) 结 合, 直 接 形 成 四 倍 体 据 不 完 全 统 计, 已 在 85 个 属 的 植 物 中 发 现 过 2n 配 子, 故 认 为 这 种 方 式 是 自 然 界 多 倍 体 形 成 的 普 遍 方 式 此 外 不 联 合 基 因 的 配 对 也 会 使 其 产 生 多 倍 体 [14] 2.2 人 工 诱 导 2.2.1 物 理 诱 导 用 于 诱 导 多 倍 体 的 物 理 方 法 有 温 度 激 变 电 离 辐 射 机 械 创 伤 离 心 力 等 物 理 因 素 诱 导 染 色 [15] 体 加 倍 孙 清 荣 等 通 过 γ- 射 线 照 射 梨 试 管 苗, 诱 导 产 生 多 倍 体 变 异 咖 啡 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 时, 用 骤 变 低 温 (8~10 ) 直 接 处 理 花 器 官, 可 获 得 大 量 二 倍 性 花 粉 粒 [16] ; 另 外, 一 些 愈 伤 组 织 内 的 染 色 体 能 自 然 加 倍, 发 育 成 多 倍 体 枝 条 但 物 理 方 法 由 于 效 率 低 且 不 稳 定 而 未 能 普 及 利 用 [17] 2.2.2 化 学 诱 导 应 用 于 研 究 及 生 产 中 的 化 学 试 剂 有 各 种 植 物 碱 麻 醉 剂 生 长 素 等, 其 诱 导 效 果 不 佳, 成 功 率 很 低 目 前, 秋 水 仙 素 是 诱 变 多 倍 体 效 果 最 好 的 药 剂 之 一 由 于 秋 水 仙 素 诱 变 作 用 只 在 细 胞 分 裂 时 期, 对 于 那 些 处 于 静 止 状 态 的 细 胞 没 有 作 用, 因 此, 所 处 理 的 植 物 组 织 必 须 是 分 裂 最 活 跃 最 旺 盛 的 部 分, 通 常 是 处 理 萌 动 的 或 刚 发 芽 的 种 子 幼 苗 嫩 枝 的 生 长 点 芽 及 花 蕾 等, 对 于 那 些 发 芽 慢 的 干 燥 种 子 效 果 往 往 不 好 秋 水 仙 素 可 以 抑 制 纺 锤 体 的 形 成, 导 致 细 胞 不 分 裂, 使 染 色 体 数 目 进 行 加 倍 随 着 植 物 组 织 培 养 技 术 的 发 展, 越 来 越 多 的 植 物 可 以 通 过 组 织 培 养 再 生 植 株, 这 使 得 秋 水 仙 素 在 离 体 组 织 水 平 上 诱 导 细 胞 内 染 色 体 加 倍
彭 静 等 : 植 物 多 倍 体 育 种 研 究 进 展 47 成 为 可 能 离 体 组 织 细 胞 染 色 体 加 倍 也 以 其 容 易 控 制 实 验 条 件 和 重 复 实 验 结 果, 提 高 工 作 效 率, 减 少 嵌 合 体 等 优 势 而 逐 渐 受 到 重 视 化 学 诱 导 又 可 分 为 活 体 诱 导 和 离 体 诱 导 两 种 基 本 方 法 活 体 诱 导 处 理 部 位 可 为 种 子 幼 苗 芽 等, 诱 变 [18] 率 一 般 在 0.1%~1% 刘 惠 吉 等 用 0.4% 的 秋 水 仙 素 水 溶 液 处 理 具 2~3 片 真 叶 的 短 白 梗 白 菜 幼 苗, 选 育 出 了 四 倍 体 白 菜 热 伏 2 号 目 前, 通 过 此 方 法 已 经 在 叶 菜 类 花 菜 类 根 菜 类 瓜 类 茄 果 类 等 蔬 菜 作 物 上 获 得 了 同 源 四 倍 体 三 倍 体 品 系 但 是 这 种 传 统 的 活 体 诱 导 处 理 方 法 具 有 诱 变 率 低 嵌 合 率 高 获 得 的 四 倍 体 植 株 稔 性 低 不 易 获 得 大 量 四 倍 体 等 缺 点 离 体 培 养 结 合 化 学 诱 导 剂 处 理 获 得 多 倍 体 的 频 率 比 较 高 在 染 色 体 加 倍 实 验 中, 以 其 容 易 控 制 实 验 条 件 和 重 复 实 验 结 果, 提 高 工 作 效 率, 减 少 嵌 合 体 等 优 势 而 逐 渐 受 到 重 视 离 体 材 料 一 般 是 愈 伤 组 织 胚 状 体 茎 尖 组 织 或 子 [19] 房 原 生 质 体 张 兴 平 等 在 西 瓜 幼 胚 子 叶 不 定 芽 再 生 的 前 7 天, 在 再 生 培 养 基 中 添 加 0.05% 的 秋 水 仙 素, 使 再 生 植 株 中 四 倍 体 的 频 率 由 对 照 ( 不 加 秋 水 仙 素 ) 的 8% 提 高 到 了 52%, 大 大 提 高 了 组 织 培 养 再 生 四 倍 体 的 [20] 频 率 和 效 率 郭 启 高 等 在 培 养 过 程 中, 用 秋 水 仙 素 溶 液 处 理 培 养 材 料 并 在 西 瓜 芽 再 生 培 养 基 中 添 加 BA, 即 可 产 生 高 频 率 的 四 倍 体 变 异 利 用 西 瓜 和 甜 瓜 的 未 成 熟 子 叶 子 叶 和 真 叶 作 外 植 体 进 行 离 体 培 养, 利 用 植 株 再 生 过 程 中 发 生 染 色 体 数 目 变 异, 可 获 得 较 高 [21-26] [26] 频 率 的 四 倍 体 变 异 Kunitake 等 报 道 石 刁 柏 和 胡 萝 卜 的 组 织 培 养 过 程 中 很 容 易 产 生 四 倍 体 随 着 植 物 组 织 培 养 技 术 的 发 展, 越 来 越 多 的 植 物 可 以 通 过 组 织 培 养 再 生 植 株, 秋 水 仙 素 在 离 体 组 织 水 平 上 诱 导 细 [27] 胞 内 染 色 体 加 倍 成 为 一 条 重 要 途 径 杨 丽 娟 等 用 秋 水 仙 素 离 体 诱 导 大 花 蕙 兰, 获 得 多 倍 体 植 株 唐 晓 义 [28] 等 通 过 秋 水 仙 素, 诱 导 获 得 新 疆 一 枝 篙 多 倍 体 王 [29] [30] 丽 艳 等 诱 变 得 到 扁 茎 黄 芪 多 倍 体 常 建 忠 通 过 秋 [31] 水 仙 素 诱 导 获 得 美 洲 商 陆 四 倍 体 代 勇 用 秋 水 仙 素 通 过 对 青 蒿 愈 伤 组 织 进 行 多 倍 体 诱 导, 成 功 地 解 决 了 利 用 青 蒿 种 子 进 行 多 倍 体 诱 导 时 出 现 的 嵌 合 体 问 题 2.3 有 性 杂 交 获 得 多 倍 体 在 小 孢 子 和 大 孢 子 时 期 减 数 分 裂 异 常 产 生 2n 配 子, 通 过 单 向 多 倍 化 ( 双 亲 之 一 产 生 2n 配 子 ) 或 双 向 多 倍 化 ( 双 亲 均 能 产 生 2n 配 子 ) 均 能 提 高 杂 交 后 代 的 倍 性 水 平, 以 此 方 法 获 得 的 四 倍 体 比 用 秋 水 仙 素 处 理 获 得 [32] 的 四 倍 体 稔 性 提 高 快 王 子 欣 报 道 以 秋 水 仙 素 处 理 诱 发 产 生 的 结 球 白 菜 四 倍 体 为 母 本 与 二 倍 体 结 球 白 菜 [33] 杂 交, 获 得 了 新 的 同 源 四 倍 体 刘 学 岷 等 用 5 个 不 同 包 球 类 型 并 含 有 2n 配 子 的 二 倍 体 大 白 菜 与 四 倍 体 大 白 菜 杂 交, 选 育 出 具 有 不 同 熟 性 抗 逆 性 强 品 质 优 良 的 大 白 菜 材 料 和 多 育 1 2 3 号 杂 交 一 代 利 用 2n 配 子 可 便 利 地 转 移 抗 性 基 因, 如 马 铃 薯 的 细 菌 性 萎 蔫 病 在 湿 热 条 件 下 发 生 严 重, 其 四 倍 体 栽 培 种 的 抗 性 较 弱, Watanabe 等 用 抗 病 的 二 倍 体 与 感 病 的 四 倍 体 杂 交, 获 得 了 抗 病 的 四 倍 体 后 代 2.4 体 细 胞 融 合 获 得 多 倍 体 原 生 质 体 融 合 可 以 克 服 远 缘 杂 交 遇 到 的 生 殖 障 碍, 获 得 有 价 值 的 多 倍 体 植 株 通 过 电 融 合 和 PEG 融 合 等 方 法 将 原 生 质 体 融 合, 经 培 养 产 生 愈 伤 组 织, 再 诱 导 分 化 为 杂 种 植 株 获 得 异 源 多 倍 体 和 同 源 多 倍 [34] 体 Cardi 等 利 用 电 融 合 技 术 将 马 铃 薯 和 野 生 种 的 二 倍 体 原 生 质 体 融 合, 得 到 了 比 亲 本 更 有 活 性 的 再 生 植 株, 同 时 杂 种 株 获 得 了 野 生 种 的 耐 冷 性 高 比 重 有 [35] 丝 分 裂 突 变 率 高 等 特 性 Warra 等 将 马 铃 薯 双 单 倍 体 的 原 生 质 体 用 化 学 方 法 融 合 获 得 了 四 倍 体 和 六 倍 体 杂 种 植 株 3 问 题 与 展 望 自 然 界 中, 尽 管 通 过 同 倍 体 之 间 的 杂 交 可 以 产 生 新 的 物 种, 但 是 在 分 布 区 域 重 叠 的 情 况 下, 通 过 多 倍 体 化 形 成 新 物 种 具 有 更 加 重 要 的 意 义 [36], 多 倍 化 在 高 等 植 物 的 进 化 中 起 着 重 要 的 作 用 但 令 人 矛 盾 和 费 解 的 现 象 是 自 然 界 在 合 成 多 倍 体 方 面 取 得 了 巨 大 的 成 功, 而 人 类 在 这 方 面 却 收 效 甚 微 [37], 推 究 其 原 因, 一 方 面 可 能 是 自 然 多 倍 体 是 长 期 自 然 选 择 和 进 化 的 产 物, 人 类 难 以 在 短 期 内 重 复 和 完 成 这 一 过 程, 一 方 面 可 能 是 对 多 倍 体 的 遗 传 机 制 还 缺 乏 深 入 了 解, 再 者 自 然 诱 变 环 境 难 于 摸 拟 和 重 复 以 及 目 前 采 用 的 诱 变 方 法 不 当 研 究 不 够 深 入 等, 因 此, 加 强 诱 变 方 法 及 其 机 理 的 研 究 十 分 必 要 实 验 室 多 利 用 离 体 愈 伤 组 织 培 养 技 术 诱 导 多 倍 体, 这 一 方 法 操 作 简 便, 实 验 条 件 容 易 控 制, 重 复 性 好, 诱 导 效 率 高, 嵌 合 体 少, 易 于 大 批 量 处 理 和 筛 选, 筛 选 出 的 优 质 株 系 可 以 应 用 组 织 培 养 技 术 在 短 期 内 大 量 繁 殖, 大 大 地 缩 短 了 育 种 周 期 中 国 应 用 此 技 术 已 对 [38] [39] [40] [41] 黄 芩 宁 夏 枸 杞 百 合 党 参 等 多 种 药 用 植 物 进 行 了 多 倍 体 诱 导, 取 得 了 较 好 的 效 果 植 物 多 倍 体 诱 导 过 程 中 出 现 嵌 合 体 的 现 象 是 经 常 的, 即 一 部 分 细 胞 或 器 官 为 二 倍 体, 而 另 一 部 分 则 为 多 倍 体 在 诱 导 过 程 中, 二 倍 体 向 多 倍 体 转 化, 如 果 处 理 时 间 短 浓 度 低, 在 解 除 处 理 后 二 倍 体 细 胞 多 于 多 倍 体 细 胞, 在 竞 争 中 具 优 势, 则 产 生 回 复 突 变, 细 胞 或 器 官 经 继 续 分 裂 生 长 后 均 回 复 为 二 倍 体, 诱 变 没 有 效 果 随 着 处 理 时 间 延 长, 二 倍 体 细 胞 数 目 越 来 越 少, 多 倍 体
48 中 国 农 学 通 报 http://www.casb.org.cn 细 胞 数 目 越 来 越 多, 当 多 倍 体 细 胞 数 量 明 显 多 于 二 倍 体 细 胞 时, 去 掉 诱 导 剂 的 抑 制 作 用, 多 倍 体 细 胞 在 与 二 倍 体 细 胞 的 竞 争 中 处 于 优 势 时, 则 形 成 多 倍 体 生 物 个 体 当 然, 当 诱 变 剂 浓 度 过 高 或 处 理 时 间 过 长 时, 虽 然 被 诱 导 的 生 物 体 细 胞 均 变 为 多 倍 体 或 高 倍 体, 但 细 胞 活 力 近 于 丧 失, 难 于 恢 复 分 裂 能 力 而 死 亡 准 确 地 掌 握 这 一 处 理 时 间 浓 度 时 期 对 各 种 生 物 来 说 千 差 万 别, 工 作 量 大, 这 其 中 是 否 存 在 一 些 共 性 机 理 如 何? 均 值 得 深 入 研 究 近 年 采 用 的 愈 伤 组 织 或 其 他 外 植 体 处 理, 进 行 悬 浮 培 养 单 细 胞 培 养 及 植 物 组 织 培 养 中 的 丛 生 芽 利 用 将 大 大 提 高 多 倍 体 纯 合 体 的 选 择 效 率 自 然 多 倍 体 形 成 的 主 要 途 径 为 利 用 2n 配 子, 而 目 前 在 人 工 多 倍 体 诱 导 中 很 少 采 用, 对 于 2n 雄 配 子 的 研 究 和 应 用 较 为 深 入, 而 对 于 2n 雌 配 子 的 研 究 和 应 用 相 对 较 少, 可 以 效 法 天 然 多 倍 体 的 形 成 途 径, 利 用 2n 配 子 进 行 植 物 多 倍 体 育 种,2n 配 子 的 杂 合 性 和 二 倍 性, 使 其 在 植 物 多 倍 体 育 种 上 极 具 诱 惑 力, 深 入 研 究 2n 配 子 的 产 生 条 件 遗 传 控 制 机 制 选 择 高 产 2n 配 子 的 植 物 个 体 运 用 到 育 种 中, 必 将 事 半 功 倍, 推 动 多 倍 体 育 种 工 作 朝 着 简 明 实 用 方 向 发 展 [42] 化 学 诱 变 是 人 工 创 造 多 倍 体 的 主 要 方 法, 而 目 前 使 用 的 化 学 诱 变 剂 大 多 为 微 管 微 丝 抑 制 剂 或 称 解 聚 剂, 然 而 目 前 对 化 学 诱 变 剂 究 竟 怎 样 对 微 管 微 丝 起 作 用, 在 诱 导 过 程 中 微 管 微 丝 的 形 为 和 结 构 变 化 如 何 等 方 面 研 究 不 多 秋 水 仙 碱 为 最 常 用 的 诱 变 剂, 利 用 秋 水 仙 素 进 行 细 胞 染 色 体 加 倍 具 有 经 济 方 便 和 诱 变 作 用 专 一 性 强 的 特 点, 但 是 由 于 秋 水 仙 素 毒 性 大, 因 此, 在 具 体 实 验 操 作 过 程 中, 注 意 使 用 其 药 剂 浓 度 不 宜 过 高, 处 理 时 间 也 不 能 太 长 近 年 发 现 一 些 微 管 抑 制 剂 如 APM Oryzalin Pronamide Trifluralin 似 乎 对 某 些 植 物 多 倍 化 更 为 有 [43] 效 其 他 一 些 微 管 微 丝 特 异 性 抑 制 剂 是 否 可 以 用 于 生 物 多 倍 体 诱 导? 如, 微 丝 特 异 性 抑 制 剂 细 胞 松 驰 素 A (Cytochalasin A,CA) 和 细 胞 松 驰 素 D(Cytochalasin D, [44] CD), 化 学 合 成 微 管 微 丝 抑 制 剂 如 查 尔 酮 类 吡 嗪 类 咪 唑 并 哒 嗪 类 苯 甲 酰 脲 类 芳 酰 基 吲 哚 类 等 采 用 新 型 诱 导 剂 深 入 研 究 具 体 诱 导 方 法 和 机 理, 将 在 植 物 多 倍 体 应 用 上 起 关 键 作 用 参 考 文 献 [1] Winkler H. Uber die experimentelle erzeugung von pflanzenmit abweichend chromosomenzahlen[j]. Z Bot,1916(8):417-531. [2] 石 荫 坪, 王 强 生. 果 树 的 多 倍 体 [J]. 园 艺 学 报,1983(3):7-12. [3] 李 赟. 果 树 多 倍 体 倍 性 鉴 定 方 法 的 研 究 [D]. 泰 安 : 山 东 农 业 大 学 博 士 论 文,1997. [4] 孙 敏 红, 张 蜀 宁. 多 倍 体 育 种 在 园 艺 作 物 中 的 应 用 [J]. 江 苏 农 业 科 学,2004(1):68-72 [5] 张 晓 曼, 周 怀 军, 张 启 翔, 等. 花 卉 多 倍 体 育 种 研 究 [J]. 河 北 林 果 研 究, 2004,19(3):288-294. [6] 刘 庆 忠, 赵 红 军, 刘 鹏, 等. 秋 水 仙 素 处 理 离 体 叶 片 获 得 皇 家 嘎 拉 苹 果 四 倍 体 植 株 [J]. 果 树 学 报,2001,18(1):7-10. [7] 曾 宪 松, 张 树 珍, 张 银 东, 等. 离 体 培 养 橡 胶 树 体 细 胞 诱 导 纯 多 倍 体 无 性 系 方 法 的 研 究 初 报 [J]. 热 带 作 物 学 报,1997,18(2):15-19. [8] 陈 俊, 李 登 科, 李 太 保, 等. 葡 萄 多 倍 体 化 学 诱 发 育 种 方 法 [J]. 中 外 葡 萄 与 葡 萄 酒,1997(2):26-27. [9] Chakraborti S P. Vilayan K. In vitro induction of tetraploidy in mulberry (Morus alba L.) [J].Plant Cell Reports, 1998, 17(10): 799-803. [10] 张 纪 英. 几 种 落 叶 果 树 叶 片 气 孔 性 状 观 察 [J]. 邯 郸 农 业 高 等 专 科 学 校 学 报,2001,18(4):14-15,18. [11] 孙 敏 红, 张 蜀 宁. 多 倍 体 育 种 在 园 艺 作 物 中 的 应 用 [J]. 江 苏 农 业 科 学,2004(1):68-72. [12] 陈 劲 枫, 钱 春 挑. 黄 瓜 多 倍 体 育 种 中 同 源 四 倍 体 的 合 成 和 鉴 定 [J]. 植 物 生 理 学 通 讯,2004,40(2):149-152. [13] 张 建 军, 段 丽 青, 范 昆 华, 等. 应 用 组 织 培 养 诱 导 白 菜 和 莴 苣 四 倍 体 [J]. 上 海 农 业 学 报,1997,13(4):21-27. [14] 杨 寅 桂, 庄 勇, 陈 龙 正, 等. 蔬 菜 多 倍 体 育 种 及 其 应 用 [J]. 江 西 农 业 大 学 学 报,2006,28(4):534-538. [15] 孙 清 荣, 孙 洪 雁, 祝 恩 元, 等.γ- 射 线 照 射 梨 试 管 苗 诱 导 产 生 多 倍 体 变 异 [J]. 园 艺 学 报,2009,36(2):257-260. [16] 余 凤 英, 凌 绪 伯, 刘 伟 青, 等. 中 粒 种 咖 啡 小 孢 子 染 色 体 加 倍 方 法 的 研 究 [J]. 热 带 作 物 学 报,1990,11(1):45-54. [17] 彭 锐, 张 明. 多 倍 体 及 其 在 中 药 材 生 产 上 的 应 用 [J]. 重 庆 中 草 药 研 究,2000(1):41. [18] 刘 惠 吉, 王 华, 肖 守 华, 等. 四 倍 体 白 菜 热 优 2 号 的 选 育 [J]. 南 京 农 业 大 学 学 报,1992,15(4):39-44. [19] Zhang X P, Rhodes B B, Adelberg J W. Shoot regeneration from immature cotyledons of watermelon [J]. CucurbitGentics Coop.Rpt, 1994, 17:111-115. [20] 郭 启 高, 宋 明, 杨 天 秀, 等. 西 瓜 子 叶 组 织 培 养 中 四 倍 体 的 产 生 及 鉴 定 [J]. 西 南 农 业 大 学 学 报,2000,22(4):298-300. [21] Adelberg J W, Rhodes B B, Skorupska H T. Generation tetraploid melons in tissue culture[j]. Hortscience, 1990, 25:192. [22] Rhodes B B, Skorupska H T. Explant origin affects thefrequence of tetraploid plants from tissue culture of melons[j]. Hortscience,1994, 29:689-692. [23] Ezura H, Amagai H, Oosawa K. Efficient production oftetraploid in regenerated plants, a universal phenomenon, in tissue culture of melon[j]. Plant Science, 1992, 85:209-213. [24] 马 国 斌, 王 呜, 郑 学 勤. 甜 瓜 组 织 培 养 再 生 植 株 中 的 四 倍 体 变 异 [J]. 园 艺 学 报,1999,26(2):128-130. [25] 何 欢 乐, 蔡 润, 潘 俊 松. 甜 瓜 不 定 胚 再 生 植 株 的 染 色 体 数 目 变 异 [J]. 遗 传,2002,24(2):166-170. [26] Kunitake H, Nakashima T, Mori K, et al. Somaclonal and chromosoma effects of genotype, ploidy and culture duration in Asparagus officinalia L.[J]. Euphytica, 1998, 102:309-316. [27] 杨 丽 娟, 高 素 萍, 邹 宗 兰, 等. 秋 水 仙 素 离 体 诱 导 大 花 蕙 兰 多 倍 体 试
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