果树多倍体育种研究进展

果树多倍体育种研究进展摘要对果树多倍体的育种途径和倍性鉴定进行了综述，介绍了果树多倍体的育种途径鉴定方法，指出了多倍体培育过程中存在的问题，以期更好地指导果树多倍体育种技术的开展。

关键词果树；多倍体育种；途径；鉴定；研究进展多倍体指具有3套或3套以上完整染色体组的生物个体。

根据染色体组来源的不同，又分为同源多倍体和异源多倍体[1]。

多倍化是植物进化变异的自然现象，也是促进植物发生进化改变的重要力量，在植物进化过程中，染色体多倍化起到了重要作用，它不仅与许多物种的形成有关，而且对各个科、属内的进一步分化也十分重要。

Masterson于1994年提出，约70%的被子植物在其进化过程中曾经历过1次或多次多倍化事件[2，3]。

1果树多倍体的育种途径多倍体现象普遍存在于植物界，从低等植物到高等植物的各个群体中都有多倍体的存在。

据统计，果树中，多倍体类型分属于20科、35属、400余种[4]。

研究表明，多倍体的成因基本相似，绝大多数是通过未减数配子的融合而形成的[2]，且很多多倍体物种是通过多次独立的多倍化过程而重复发生的。

从目前研究结果看，果树多倍体主要起源于2种不同的途径，即体细胞染色体加倍以及未减数配子的融合。

由果树多倍体的形成原因可知，果树多倍体的来源有2种，即由体细胞突变形成多倍体和由生殖细胞突变形成多倍体。

果树体细胞和生殖细胞的突变不外有2种原因，即自然突变引起和人为干预引起。

因此，果树多倍体的育种途径可简单分为2种，即因自然突变产生的果树多倍体和通过人工诱导产生的果树多倍体。

随着科学技术的发展，果树多倍体育种也有了新的方法，已可以利用生物技术培育多倍体果树；另外，不同倍性植株间的杂交也可产生多倍体果树。

据统计，迄今为止，通过人工诱导、生物技术和杂交手段已先后获得了1 000多种多倍体植物，许多品种已广泛应用于生产，取得了巨大的生产效益。

应用于果树的主要有四倍体樱桃、三倍体柑橘、三倍体苹果等[5]。

1.1自然突变中发掘果树多倍体目前市场上常见的多倍体果树品种中，有许多是从自然突变选育出来的。

虽然自然突变发生的频率很低，但这些突变形成的天然多倍体，已成为发掘并利用其优势进行育种的丰富的自然资源。

1.1.1芽变中选育果树多倍体。

芽变是体细胞突变的一种。

突变发生在芽的分生组织细胞中，当芽萌发长成枝条，并在性状上与品种类型上的不同而被人们发现时，即为芽变。

芽变又分为基因突变和染色体变化，其中多为四倍体突变，如平度大巴梨是巴梨的四倍体芽变新品[6]，天海鸭梨是鸭梨同源四倍体芽变[7]；也有少数三倍体枝条的产生[8]，如山楂品种中的大金星、伏里红、西丰伏[9]和赞皇大枣[10]等均系芽变三倍体。

1.1.2实生苗中选育果树多倍体。

果树在生长过程中由于温度骤变等自然环境的胁迫，而造成体细胞或生殖细胞发生突变，可自然产生多倍体。

生殖细胞突变的结果是产生了2n配子，从而产生了三倍体、四倍体或更高倍性的种子。

目前已从柑橘、枇杷等种子中选育出了三倍体、四倍体、五倍体以及混倍体植株[11]。

1.2人工诱导获得果树多倍体利用物理、化学或生物技术等手段干预果树正常生长，改变其体细胞或生殖细胞的倍性，进而通过有性杂交和细胞融合等方法产生果树多倍体。

目前，人工诱导获得果树多倍体的方法主要有化学诱变、细胞融合、胚乳培养和有性杂交等。

1.2.1化学诱变产生果树多倍体。

化学诱变是利用秋水仙素、富民隆、吲哚乙酸、氧化亚氮等化学药剂诱发产生多倍体，其中应用最广且效果最好的是秋水仙素诱变。

诱导对象可简单分为体细胞和生殖细胞。

（1）体细胞加倍产生多倍体。

体细胞加倍最常用的试材为离体叶片、茎尖、萌动的种子、幼苗等，通过体细胞加倍技术已育成了很多多倍体果树，如王长泉[12]等用秋水仙素溶液处理苹果的栽培品种嘎拉试管苗的离体叶片，获得了四倍体植株；严仁玲[13]等用的秋水仙素溶液处理金丝小枣试管苗单芽茎段，获得了稳定的同源四倍体株系；陈俊[14]等用秋水仙素溶液浸渍萌发4～6d的瑰宝葡萄种子胚根，获得了其多倍体材料。

（2）配子加倍产生多倍体。

植物2n配子在育种中具有许多优越性：通过2n配子提高后代倍性，可避免体细胞加倍等无性多倍化使杂种育性和生活力降低的缺陷；克服远缘杂交不亲和性和胚乳平衡数障碍；利用2n配子在二倍体水平上杂交可获得三倍体或四倍体。

迄今为止，许多果树上均发现有2n配子存在[15]，但利用2n配子进行多倍体育种的研究报道较少，这主要是因为2n配子的自然发生频率大都较低。

据有关研究，苹果的2n花粉发生频率为0.014％～1.710％，葡萄的2n花粉发生频率为0.015％～5.850％。

提高2n配子产生频率是利用2n配子进行多倍体育种的关键，又由于2n雄配子在育种中利用较雌配于更为简便，因此近年来有许多关于提高2n花粉比率的报道[16-18]。

1.2.2利用生物技术培育果树多倍体。

现代生物技术的兴起，给果树育种开辟了全新的道路，人们利用体细胞变异的诱导和利用花粉和花药培养、胚乳培养、植物的遗传转化、细胞融合及与植物遗传育种相关的其他分子生物学技术，近年来取得了较大进展，已在优良树种的快速繁殖、种质保存、品种选育等许多领域得到广泛利用，显示出巨大的潜力。

生物技术在果树多倍体培育方面，主要涉及胚乳培养和细胞融合技术。

1.2.3细胞融合获得果树多倍体。

从Carlson于1972年建立第一个体细胞杂种植株以来，原生质体育种迅速发展起来，在短短40多年的时间里，就建立起了一套完整的体细胞杂交体系[19]。

原生质体融合技术最为诱人之处就是可以用来产生体细胞杂种和体-配杂种，它能克服有性杂交不亲和、性器官败育和珠心胚干扰等常规育种途径不能解决的问题，扩大了远缘杂交的范围，开辟了育种的新途径[20-22]。

体细胞间融合和体-配融合的结果是分别产生四倍体细胞和三倍体细胞，经过进一步培养形成四倍体和三倍体植株。

目前通过原生质体融合已经成功地培育出一些果树的体细胞杂种植株[23，24]，而体-配融合尚处于研究阶段。

1.2.4利用胚乳培养获得果树多倍体。

被子植物胚乳是双受精产物之一，由3个单倍体核融合而成的，其中1个来自雄配子体，2个来自雌配子体。

因此，胚乳是天然的三倍体组织，具有双亲的遗传成分，对育种后代性状有一定的预见性。

而且胚乳同样具有一般细胞的全能性，通过胚乳细胞的培养可获得三倍体植株[25]。

胚乳离体培养比2x与4x杂交获得三倍体快得多，目前已经获得了枇杷[26]、葡萄[27] 、柿子[28] 、西番莲[29]、猕猴桃[30，31]、柑橘[32]、枣等的胚乳植株。

这些胚乳植株有的未能成功移栽大田[32]，有的通过微芽嫁接移栽到土壤中生长[6]，从开始果树胚乳培养至今，应用于生产的却很少。

据分析，这其中的原因有二：其一，移栽成活困难，其与二倍体砧木不亲和；其二，胚乳培养植株的染色体数目不稳定，常含有二倍体及非整倍体，有的则在自然移栽生长过程中退化成二倍体。

1.2.5通过有性杂交获得果树多倍体。

通过多倍体间、二倍体与多倍体间的有性杂交获得果树多倍体，是目前较为常用的方法。

在果树育种上最有发展前景的是二倍体果树与四倍体果树间的杂交，该方法是目前获得三倍体的最有效途径，市场上的三倍体葡萄、苹果、柑橘等，如京早晶、红标无核葡萄，路奥、北斗、新金冠苹果等均系杂交产生[3，4，7]。

另有报道表明，二倍体与二倍体间的杂交也可以产生多倍体后代[9]。

在有性杂交中，由于父母本亲缘关系远近等原因，往往存在合子胚败育问题，可以结合胚培养技术进行抢救。

2果树多倍体的鉴定方法在进行人工诱导获取多倍体时，有些材料的染色体加倍成为多倍体，有些未能加倍依然为二倍体，同时还会出现一些混倍体。

因此，需对诱导后的材料进行鉴定，多倍体的特征特性为此提供了可靠的理论依据。

一般而言，可以以形态外形观察为基础，组织化学、叶绿体计数为辅助、细胞学观察染色体数来确定，切忌以个别特征为依据妄言断之。

目前最常见的鉴定方法有：形态鉴定法，细胞学鉴定法，染色体计数法；此外还有利用原位杂交技术，如FISH、GISH以及RAPD、RFU技术等进行植株倍性鉴定[33，34]。

对于三倍体来说最直接有效的鉴定方法为染色体记数法，通过检测分生旺盛的器官、组织的染色体数来进行鉴定，它是最直接、也是最准确的鉴定方法[35，36]。

它不但能区别倍性而且还能鉴定是整倍性或非整倍性的变异，因染色体制片技术早已成熟，故切实可行。

3多倍体育种中存在的问题及展望多倍体果树品种的选育，在一定程度上丰富了果树种质资源，拓宽了果树品种选育的口径，取得了丰硕的成果，但是果树多倍体育种也存在一些这样那样的问题。

二倍体加倍后，由于染色体组的加倍造成了与其二倍体间存在较大差异，这些差异表现为抗逆性、育性等方面的不同，相关报道较多，但这些研究报道仅仅是停留在表观现象上面，而引起这些差异的内在的、分子的机理研究过少，今后应加强这方面的研究，为更好地利用多倍体资源提供科学支撑。

果树育种的目的性比较明确，在多倍体育种上尤是如此，如四倍体果树培育的目的可能是利用其巨大性、三倍体果树培育目的是其无籽性等，当育成的多倍体果树未达到其预期目标时，可能就被束之高阁，弃之不顾，而错失了对其其他优良性状的发掘，白白浪费了种质资源，这也可能是果树多倍体诱导成功的不少、但实际应用于生产的相对较少的原因。

如何合理利用多倍体果树种质资源，发掘其潜在的优异性状，是今后果树多倍体育种者应该深究的问题。

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