倍性育种

第一节植物的多倍性一、多倍体的概念和种类任何物种的体细胞染色体数目(2n)都是相当稳定的。

一个属内各个种所特有的、维持其生活机能的最低限度数目的一组染色体，叫染色体组(genome)。

各个染色体组所含有的染色体数目称染色体基数x(the basic number of chromosome in single genome)。

多数植物属内的物种染色体含有共同的基数，如苹果属为17桃属为8百合属为12。

但有的植物属内存在几个染色体基数不同的种，如芸薹属有3个二倍体基本种即8对染色体的黑芥(Brassianigra)，9对染色体的甘蓝（B.oleracea）和10对染色体的普通油菜（B.campestris.），它们染色体组的基数分别为8,9,10；此外，同一科或同一属的植物种或变种在染色体数目上还表现出倍性的变异，如茄属的马铃薯有二倍体（2x=24），三倍体（3x=36），四倍体（4x=48）与五倍体（5x=60）等。

多倍体：体细胞染色体组在三个（3x）或三个以上的个体。

同源多倍体（autopolyploid）多倍体的几组染色体全部来自同一物种，或者说由同一个物种的染色体组加倍而成。

异源多倍体（allopolyploid）：来自不同种、属的染色体组构成的多倍体或者说由不同种、属间个体杂交得到的F1再经染色体加倍得到的多倍体。

同源多倍体由于染色体组来自同一个物种，细胞内有两个以上的同源染色体，减数分裂时可联会形成多价体，使减数分裂行为出现异常现象，同源三倍体会高度不育，同源四倍体部分不育。

异源多倍体的染色体由两个或两个以上不同物种的染色体所组成，减数分裂时同源染色体能正常联会，不出现多价体，使减数分裂行为正常，高度可育。

天然多倍体中有不少具有经济价值的重要农作物是同源多倍体，如马铃薯2n=4x=48）是同源四倍体，甘薯(2n=6x=90)是同源六倍体，香蕉（2n=3x=33）是同源三倍体。

园艺植物中的同源多倍体育性差，因无性繁殖，所以并不影响在生产中的应用，如香蕉、葡萄、苹果、梨、草莓、马铃薯等。

二、多倍体的由来与进化多倍体在植物界很普遍。

被子植物中大约有一半的物种是多倍体，其中以蓼科、景天科、蔷薇科、锦葵科、禾本科和鸢尾科最多，最常见的是四倍体和六倍体。

禾本科里约有四分之三的物种是多倍体。

在植物的进化过程中，染色体的多倍化现象起了重要作用，同时也参与了许多物种的形成。

杂合性是多倍体的基本特征，多倍体比二倍体具有更多的杂合位点和更多的互作效应。

现已查明多倍体形成的细胞学机制，是由于细胞分裂时染色体不分离而引起。

大体有两种情况：一是减数分裂时，全组或部分染色体没有减数，仍停留在一个细胞核里，从而形成二倍性的生殖细胞，这种未减数的2n雄配子与带有2n的雌配子结合，发育成四倍体；但由于2n雄配子在授粉过程中常竞争不过经减数分裂的雄配子(n)，因而会出现未减数的雌配子与减数的雄配子相结合，形成天然三倍体植物；另一种是有丝分裂时，染色体虽然复制了，但细胞没有相应地发生分裂，从而使细胞核里包含了比原来多一倍的染色体，产生了多倍体。

总之*多倍体的产生是植物对不利条件的适应，是自然选择的结果，从而进化发展成新的变种或物种三、多倍体育种的意义1、器官相对的巨大性、某些营养成分含量高、可育性低、抗性强等特点。

如三倍体、四倍体葡萄果粒大、味甜，四倍体番茄维生素C的含量高，四倍体萝卜主根粗大，产量高，三倍体杜鹃花期特别长，三倍体西瓜和香蕉无籽。

无性繁殖能固定多倍体的优良性状，可避免多倍体的高度不育或性状分离带来的繁殖困难，使这些性状可以保持稳定而不出现分离，在无性繁殖的植物类型中利用更为有利，可直接用于生产。

2、通过远缘亲本或种间不育杂种的染色体加倍，克服远缘杂交的困难，合成新类型或新物种。

在育种实践中，通过诱导多倍体作为不同倍性间或种间的遗传桥梁，是进行基因转移或渐渗的有效手段。

第二节多倍体育种一、材料的选择多倍体物种所占的比重，与该类植物在进化中的地位有密切的关系。

表明进化程度越高，多倍体物种所占比重越大。

在多倍体物种比例高的科属中进行多倍体育种，要比多倍体比例小的科属中容易成功。

（1）选用主要经济性状优良的品种。

（2）选用染色体组数较少的种类。

因为染色体组数多的种在进化过程中已经利用了自身的特点，再对其诱变选优较为困难，因此处理前应了解染色体组数及近源物种的多倍性化的程度。

（3）最好选择能单性结实的品种对于果树，染色体多倍化后，常常会使育性降低。

（4）选用多个品种进行处理不同的种、品种、类型，由于遗传基础不同，多倍化后的表现不同，所以处理材料多，易于选择优良变异。

二、获得多倍体的途径与方法（一）物理因素诱导多倍体：物理因素包括温度剧变、机械创伤、电离射线、非电离射线、离心力等。

早期利用创伤与嫁接诱导多倍体，植物组织在创伤的愈合部位的染色体易加倍，其上面的不定芽发展成多倍体，用此方法在茄科植物上得到了多倍体。

利用反复摘心的方法也可促使多倍体的产生（二）化学因素诱导多倍体：化学物质有富民农、萘嵌戊烷、吲哚乙酸及应用效果最好且最为广泛的秋水仙素。

许多育种学家在20世纪30年代，开始积极地用秋水仙素诱导多倍体。

1．秋水仙素诱导多倍体的原理：细胞有丝分裂时，秋水仙素可抑制微管的聚合过程，不能形成纺锤丝，使染色体不能排在赤道板上，也不能分向两极，从而产生染色体数加倍的核。

2．秋水仙素诱发多倍体的原则（1）处理植株部位的选择：秋水仙素对细胞处于分裂活跃状态的组织，才可能起有效的诱变作用。

所以常用萌动或萌发的种子、幼苗或新梢的顶端作为诱变的材料（2）药剂浓度和处理时间：先把秋水仙素配成水溶液、羊毛脂制剂等。

常用的水溶液浓度一般在0.01%～1.0%之间，尤以0.2%最为常用。

处理的有效浓度、时间和方法因植物种类、部位、生育期等而异。

一般采用低浓度、长时间或高浓度、短时间的处理方法。

处理时间与细胞分裂周期有关，一般24小时左右。

30-35°C 左右。

最好先用几种不同浓度和时间做预备试验。

（3）秋水仙素诱导多倍体的方法①浸渍法:可浸渍幼苗、插条、接穗甚至种子。

处理时水溶液要避光。

处理插条、接穗一般一至二天，处理后用清水洗净；处理幼苗时，为避免根系受害，可将嫩茎生长点倒置或横插于盛有药剂的器具中；因秋水仙素阻碍根系发育，故处理后用清水洗净种子，可用生长素促进根的生长。

②涂抹法把秋水仙素按一定浓度配成乳剂，涂抹于幼苗或枝条顶端，适当遮盖处理部位以减少蒸发和避免雨水冲洗。

•③套罩法保留新梢的顶芽，除去顶芽下面的几片叶，套上防水胶囊，内装有一定浓度的药剂和0.6%的琼脂，经24小时可去掉胶囊。

④滴液法处理较大植株的顶芽、腋芽时，常用浓度为0.1%～0.4%，每日滴一至数次，并反复处理数日，使溶液透过表皮浸入组织内起作用。

也可先用小片脱脂棉包裹幼芽，再往上滴药剂把棉花浸湿。

（三）胚乳培养：在被子植物中，胚乳是双受精的产物，当雄配子进入胚囊时，由两个极核和一个雄配子融合而形成的胚乳核发育而成，所以在倍性上大多属于三倍体。

（四）细胞融合：也称体细胞杂交，是用人工的方法把分离的不同属或种的原生质体诱导成为融合细胞，然后再经离体培养、诱导分化到再生完整植株的整个过程。

其程序大致为：制备亲本的原生质体,原生质体融合、培养、再生植株,杂种鉴定。

上海植生所培育的芹菜与胡萝卜远缘杂交种即用此法。

（五）体细胞无性系变异：体细胞无性系变异是来源于体细胞中自然发生的遗传物质的变异。

这种体细胞突变有时也会出现染色体数目的变异，形成多倍性芽变。

如四倍体大鸭梨就是二倍体鸭梨的芽变，四倍体大粒玫瑰香是二倍体玫瑰香的芽变。

除了在田间利用体细胞无性系变异，在组织培养中也可利用。

原生质体及胚乳培养再生植株中也会出现染色体数目的变异，通过分析再生植株的染色体数目，可分离出多倍性变异。

三、多倍体的鉴定比较直观的方法是形态鉴定法，如瓜类多倍体发芽和生长缓慢，子叶及叶片肥厚、色深、茸毛粗糙而较长；叶片较宽、较厚或有皱褶；茎较粗壮，节间变短；花冠明显增大，花色较深等。

同源多倍体在植株形态上多呈“巨大性”，如叶片加大、加厚，花器增大，重瓣性加强，茎增粗，叶色花色变深，果实、种子、鳞茎、块根等繁殖器官加大、加重。

此外，还反应在叶绿体数目、气孔、花粉粒大小变化上。

四倍体植株的气孔保卫细胞和花粉粒均比二倍体的大。

最明显的变化是花器和种子显著增大，但结实率往往下降。

（二）染色体鉴定法根据间接鉴定结论,认为有可能是多倍体的材料,可直接检查其根尖或茎尖细胞的染色体数目,以确定具体的染色体倍性。

染色体标本的制作方法可采用常规压片法或去壁低渗法。

四、多倍体材料的加工和选育利用诱变的多倍体群体要大，并应包括有丰富的基因型，在这样的群体内才能进行有效的选择。

得到的多倍体类型不一定就是优良的新品种。

要进行选择，淘汰失去育种价值的劣变，选择经济性状优良的类型进一步鉴定培育。

（二）人工育成多倍体的应用1．花卉植物•大丽花（Dahlia pinnate）原产墨西哥，祖先是二倍体，2n=36，经过杂交产生若干二倍体杂种，这些杂种经过染色体加倍后形成两大类型不同的双二倍体，这两类型间又再杂交及染色体加倍，形成花色、花形丰富多彩的异源八倍体的大丽花新类型；品种繁多的月季，都是通过杂交后选出的三倍体或四倍体。

2．果树类植物•苹果的栽培品种大都是二倍体（2n=2x=34），有一部分是三倍体，如通过有性杂交育成的三倍体新品种陆奥、新乔纳金、世界一及北斗等，也在生产上有一定发展，表现出树体大、生长健壮、果实大、果肉致密耐贮性好等特点，深受消费者欢迎。

•栽培的葡萄品种有许多是四倍体，如欧洲葡萄四倍体有：森田尼、康能玫瑰、大玫瑰香、大无核白、汤姆逊无核、佳利酿等；美洲葡萄四倍体有康可；而欧美杂交种四倍体有：大粒康拜尔及巨峰与巨鲸等巨峰系品种群3、三倍体无籽西瓜：三倍体西瓜育种中，一般应选杂交受精率高、果皮薄的小籽的四倍体为母本和二倍体父本杂交。

第三节单倍体在育种中的应用一、单倍体的类型及特点（一）单倍体的类型单倍体(haploid)指由未受精的配子发育成的含有配子染色体数的体细胞或个体。

来自二倍体植物（2n=2x）的单倍体细胞中，只有一组染色体（1x）,叫做一元单倍体（monohaploid）,简称一倍体（monoploid）。

来自四倍体植物（2n=4x）的单倍体体细胞中，含有两组染色体（2x），叫做多元单倍体（polyhaploid）。

其中又可根据四倍体植物的起源再分为同源多元单倍体（homopolyhaploid）和异源多元单倍体（allopolyhaploid）。

•（二）单倍体的特点1．育性：一倍体和异源多元单倍体中全部染色体在形态、结构和遗传内含上彼此都有差别。