果樹三倍體育種研究的論文
摘要：本文綜述了果樹三倍體的研究進(jìn)展：果樹三倍體育種的途徑主要包括利用對(duì)自然變異的選擇獲得三倍體、利用有性雜交來培育三倍體、利用胚乳培養(yǎng)獲得三倍體和利用原生質(zhì)融合培育三倍體；對(duì)三倍體的鑒定主要從形態(tài)特征、解剖結(jié)構(gòu)、生理生化特性和染色體數(shù)目等方面來考慮，同時(shí)對(duì)今后果樹三倍體育種的研究方向進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：果樹三倍體育種
多培體現(xiàn)象是高等生物最普遍的特點(diǎn)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在果樹中，多培體類型分屬于20科、35屬，400余種。果樹多倍體一般具有生長(zhǎng)旺盛、果實(shí)大且少籽或無(wú)籽、產(chǎn)量高、適應(yīng)性和抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)，且能夠利用無(wú)性繁殖的方式固定其優(yōu)良性狀，使之保持穩(wěn)定而不分離，在生產(chǎn)上長(zhǎng)期利用。三倍體生物與其他多倍體相比，其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)通常是最好的。一般說來，三倍體具有兩大基本特征：由體細(xì)胞增大所引起的巨大性和由減數(shù)分裂過程紊亂造成的不育性，再加上多種不同生物類型和品種的三倍體所具有的特殊可貴性狀，常引起育種工作者的關(guān)注，已經(jīng)成為果樹育種工作的重要組成部分，形成了對(duì)三倍體選育多樣化的特色。鑒于此，對(duì)果樹三倍體的特性、目前果樹三倍體育種的主要途徑、鑒定方法以及三倍體育種中應(yīng)注意的問題進(jìn)行分析和總結(jié)，以期為三倍體育種的進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)資料。
1果樹三倍體的特性
1.1生物學(xué)性狀
三倍體果樹由于染色體組成多于二倍體，在形態(tài)上一般表現(xiàn)為巨大性，細(xì)胞體積增大，枝條變粗，葉片變寬變厚、葉色濃綠，葉綠體數(shù)目增加，氣孔變大但密度下降，花粉粒增大，果大、少籽或無(wú)籽，可食率高,如三倍體無(wú)籽香蕉，三倍體葡萄紅標(biāo)無(wú)核、夏黑,三倍體黃蓋梨、大葉雪梨等。但是部分器官的巨型并不導(dǎo)致整個(gè)植株的巨型化，有的三倍體果樹表現(xiàn)為生長(zhǎng)緩慢，樹體較小，節(jié)間變短,如柑桔三倍體前期生長(zhǎng)弱，葉片厚而圓。另外,大多數(shù)的三倍體對(duì)外界環(huán)境條件具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，有抗旱、抗病、抗寒等特性。
1.2育性的變化
多倍體植株的能育性一般較原植物降低,一方面是由于染色體在減數(shù)分裂中的配對(duì)容易發(fā)生紊亂，另一方面是由于花粉粒巨型化導(dǎo)致受孕率低、結(jié)實(shí)率低。而大多數(shù)三倍體花粉是完全不育，因此三倍體果樹栽培品種大多需要配植一定比例的二倍體授粉樹，當(dāng)然一些具有無(wú)融合生殖的果樹例外。
2果樹三倍體的.選育途徑
2.1從自然突變中選育三倍體
目前市場(chǎng)上常見的三倍體果樹品種中，有許多是從自然突變選育出來的。雖然自然突變發(fā)生的頻率很低，但這些突變形成的天然多倍體，成為直接發(fā)掘并利用其進(jìn)行育種的豐富的自然源泉。
2.1.1從果樹的實(shí)生苗中選育三倍體。果樹在生長(zhǎng)過程中，由于溫度驟變等自然脅迫而引起體細(xì)胞或生殖細(xì)胞發(fā)生突變，可自然產(chǎn)生多倍體，生殖細(xì)胞突變的結(jié)果是產(chǎn)生了2n配子，從而產(chǎn)生了三倍體、四倍體或更高倍性的種子。目前已從柑橘、枇杷等種子選育出了三倍體植株。
2.1.2從果樹芽變中選育三倍體。芽變是體細(xì)胞突變的一種。突變發(fā)生在芽的分生組織細(xì)胞中，當(dāng)芽萌發(fā)長(zhǎng)成枝條，并在性狀上與品種類型不同而被人們發(fā)現(xiàn)時(shí)，即為芽變。芽變又分為基因突變和染色體變異，其中有少數(shù)三倍體枝條的產(chǎn)生，如山楂品種大金星、伏里紅、西豐伏和贊皇大棗等均系芽變?nèi)扼w。
2.1.3從扇形嵌合體果實(shí)中分離三倍體。果樹的果實(shí)和種子均由L-II層衍生而來，因此有假說認(rèn)為：當(dāng)果實(shí)外觀出現(xiàn)多倍體特征時(shí)，變異所在的扇區(qū)相對(duì)應(yīng)的種子也應(yīng)該出現(xiàn)同類型的倍性變異。Bowman等發(fā)現(xiàn)在甜橙、葡萄柚、桔柚和橘橙中出現(xiàn)扇形嵌合體的頻率為0.009%~0.271%，并通過培養(yǎng)扇形突變(表現(xiàn)巨型)對(duì)應(yīng)區(qū)的種子或退化胚珠獲得一些四倍體。從扇形嵌合體果實(shí)中分離多倍體的方法簡(jiǎn)單易行，是獲得多倍體的有效途徑。但扇形果實(shí)的突變頻率很低，并且要大量從田間觀察收集，易受環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件的制約。雖然目前還沒有通過培養(yǎng)扇形突變發(fā)現(xiàn)三倍體突變,但此法不失為三倍體選育的一條途徑。
2.2通過有性雜交培育三倍體
利用有性雜交進(jìn)行三倍體選育，最常用的方法是二倍體與四倍體間的雜交，目前三倍體育種大都采用這種方法；也有利用未減數(shù)2n配子進(jìn)行三倍體育種，但2n配子的自然發(fā)生頻率較低，因此利用2n配子進(jìn)行三倍體育種存在一定困難。近年來有不少關(guān)于提高2n花粉比率的研究報(bào)道。
2.2.1利用二倍體與四倍體雜交選育三倍體。二倍體與四倍體的雜交目前仍是獲得三倍體的最有效途徑，市場(chǎng)上的三倍體葡萄、蘋果、柑橘等，如京早晶、紅標(biāo)無(wú)核葡萄，路奧、北斗、新金冠蘋果等均系雜交產(chǎn)生。研究表明用四倍體作母本，二倍體作父本時(shí)，容易得到發(fā)育完全的種子，其中約有30%是三倍體；相反，用二倍體作母本，則正常的單倍性雌配子受精產(chǎn)生的三倍體胚幾乎全部退化，有時(shí)不能產(chǎn)生種子或極少產(chǎn)生種子。因此在通過有性雜交培育三倍體時(shí)，要注意父、母本的選擇。對(duì)于發(fā)育不完全的三倍體合子胚，可以結(jié)合胚培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行搶救。另外在柑橘二倍體與二倍體雜交中也發(fā)現(xiàn)有三倍體產(chǎn)生。
2.2.２利用未減數(shù)配子進(jìn)行三倍體育種。2n配子在自然界廣泛存在，植物2n配子在育種方面具有許多優(yōu)越性：通過2n配子提高后代倍性，可避免體細(xì)胞加倍等無(wú)性多倍化使雜交種育性和生活力降低的缺陷；克服遠(yuǎn)緣雜交不親和性和胚乳平衡數(shù)障礙；2n配子在傳遞雜合性和上位性方面有特殊價(jià)值；利用2n配子在二倍體水平上雜交可獲得三倍體或四倍體。三倍體在許多果樹上可獲得無(wú)核品種，同時(shí)還能通過無(wú)性繁殖長(zhǎng)期保存和利用。迄今為止，許多果樹上均發(fā)現(xiàn)有2n配子存在，但利用2n配子進(jìn)行多倍體育種的研究報(bào)道較少，這主要是因?yàn)?n配子的自然發(fā)生頻率一般都比較低的緣故。據(jù)有關(guān)研究報(bào)道，蘋果的2n花粉發(fā)生頻率為0.014%~1.71%，葡萄的2n花粉發(fā)生頻率為0.015%~5.85%。提高2n配子的發(fā)生頻率是利用2n配子進(jìn)行多倍體育種的關(guān)鍵，另外，由于2n雄配子在育種中的利用較雌配子更為簡(jiǎn)便，因此，近年來有許多關(guān)于提高2n花粉比率的報(bào)道。2.3體-配融合培育同源或異源三倍體
自1972年Carlson建立第一個(gè)體細(xì)胞雜交種植株以來,原生質(zhì)體育種迅速發(fā)展起來，在短短四十多年的時(shí)間里,就建立起了一套完整的體細(xì)胞雜交體系。原生質(zhì)體融合技術(shù)最為誘人之處就是可以用來產(chǎn)生體細(xì)胞雜交種和體-配雜交種，它能克服有性雜交不親和，性器官敗育和珠心胚干擾等常規(guī)育種途徑所不能解決的問題，擴(kuò)大了遠(yuǎn)緣雜交的范圍，開辟了育種的新途徑。體-配融合是原生質(zhì)體融合的一種，利用原生質(zhì)體融合技術(shù)將體細(xì)胞的原生質(zhì)體2x和配子的原生質(zhì)體1x進(jìn)行融合，產(chǎn)生一個(gè)三倍體細(xì)胞，進(jìn)而形成三倍體植株。目前通過原生質(zhì)體融合已經(jīng)成功的培育出一些果樹的體細(xì)胞雜交種植株，體-配融合尚處于研究階段。
2.4胚乳培養(yǎng)
被子植物胚乳是雙受精產(chǎn)物之一，胚乳由3個(gè)單倍體核融合而成的，其中1個(gè)來自雄配子體，2個(gè)來自雌配子體，因此胚乳是天然的三倍體組織，具有雙親的遺傳成分，對(duì)育種后代性狀有一定的預(yù)見性。而且胚乳同樣具有一般細(xì)胞的全能性，通過胚乳細(xì)胞的培養(yǎng)可獲得三倍體植株。胚乳離體培養(yǎng)比2x與4x雜交獲得三倍體快得多。目前已經(jīng)獲得了枇杷、楊桃、葡萄、柿子、西番蓮、獼猴桃、柑橘、棗等的胚乳植株。這些胚乳植株有的未能成功移栽大田，有的通過微芽嫁接移栽土壤中生長(zhǎng)。但從開始果樹胚乳培養(yǎng)至今，應(yīng)用于生產(chǎn)的卻很少。據(jù)分析，其中的原因有二：其一，移栽成活困難，與二倍體砧木不親和；其二，胚乳培養(yǎng)植株的染色體數(shù)目不穩(wěn)定，常含有二倍體及非整倍體，有的在自然移栽生長(zhǎng)過程中退化成二倍體。
3三倍體植株的鑒定
植物多倍體的判別和鑒定方法從原理上是依據(jù)其外在和內(nèi)在的特征特性衍生而來的。一般而言，可以以形態(tài)外形觀察為基礎(chǔ)，組織化學(xué)、葉綠體計(jì)數(shù)為輔助、細(xì)胞學(xué)觀察染色體數(shù)來確定，切忌以個(gè)別特征為依據(jù)妄言斷之。目前最常見的鑒定方法有：形態(tài)鑒定法，細(xì)胞學(xué)鑒定法，染色體計(jì)數(shù)法；此外還有利用原位雜交技術(shù)如FISH、GISH以及RAPD、RFU技術(shù)等進(jìn)行植株倍性鑒定。對(duì)于三倍體來說最直接有效的鑒定方法為染色體記數(shù)法，通過檢測(cè)分生旺盛的器官、組織的染色體數(shù)來進(jìn)行鑒定，它是最直接、也是最準(zhǔn)確的鑒定方法。它不但能區(qū)別倍性而且還能鑒定是整倍性或非整倍性的變異。因染色體制片技術(shù)早已成熟，故切實(shí)可行。
4三倍體育種中存在的問題及展望
三倍體果樹品種的選育，在一定程度上豐富了果樹種質(zhì)資源，拓寬了果樹品種選育的途徑，取得了豐碩的成果，但是果樹三倍體育種也存在一些各式各樣的問題，綜合目前果樹三倍體育種的研究現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為果樹三倍體育種中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：
4.1重視三倍體新種質(zhì)的保存
在三倍體的育種過程中存在著移栽困難、砧木不親和以及三倍體叢生芽不生根等問題。對(duì)這些種質(zhì)，管理不當(dāng)就會(huì)造成種質(zhì)資源的丟失，可利用組織培養(yǎng)結(jié)合低溫保存的手段，來保存這些材料的莖尖、莖段、愈傷以及原生質(zhì)體等，以便將來進(jìn)一步的研究。
4.2重視三倍體新種質(zhì)其他特性的發(fā)掘
目前三倍體育種的目標(biāo)主要選育是大果、無(wú)籽、風(fēng)味好的品種，而忽略了對(duì)其他特性的挖掘。我們可以在對(duì)其進(jìn)行目標(biāo)性狀鑒定的過程中，同時(shí)進(jìn)行其他特性的檢測(cè)，如矮化、抗旱、抗病、抗寒等，以便作為新的種質(zhì)資源加以利用。
4.3對(duì)現(xiàn)有的三倍體材料作進(jìn)一步的研究
目前果樹的三倍體研究取得了一些進(jìn)展，也培育了一些三倍體果樹品種，并成功推向市場(chǎng)，但對(duì)三倍體的無(wú)籽機(jī)理尚未完全搞清楚。在今后的研究中可以結(jié)合基因工程等高新技術(shù)，從分子水平來研究無(wú)籽的內(nèi)在機(jī)理。另外，在多倍體包括三倍體的種植過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)倍性的退化問題，即多倍體材料種植一段時(shí)間后又退化成了二倍體，這些機(jī)理目前尚不清楚，需要進(jìn)一步深入研究。
4.4加快三倍體果樹品種的選育進(jìn)程
從培育出一個(gè)三倍體植株到最終完成對(duì)該植株的檢測(cè)，往往要耗費(fèi)幾年甚至十多年的時(shí)間，浪費(fèi)了許多寶貴的時(shí)間。如何縮短育種年限是今后果樹三倍體育種應(yīng)該注意的問題。
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