植物体细胞的遗传变异

有影响， 如在毛地黄的花药培养中已发现， 暗培 养时形成二倍体植株， 光下培养则可形成四倍 体植株，并见到这种加倍发生在器官形成的过
程之中。上述例子说明多倍体及非整倍体细胞 的形成与多种因素有关。 在组织培养中染色体的变化主要发生在愈 伤组织及其继代培养过程之中。这一特性已被 用于单倍体植物的染色体加倍，例如用烟草单 倍休植株的叶片主脉或茎切段进行培养，并诱 导再生植株， 即可获得很高比例的二倍体植株；
病的材料。在甘蔗的组织培养中， 也已获得了
不同，这致使他们认为细胞培养产生的变异可 以提供足够的变异以用于马铃薯的品种 改 良。 令人鼓舞的是已在多种马铃薯品种中观察到了
类似的现象。
其中的重复顺序部分增加。 Ｄ ｉ ｎ （９３ ｈｌ 等 １８） ｌ ｏ 在普通烟草 （ ．砧 “ ）的花粉植株双二倍 Ｎ ，二 ， 体中已发现异染色质增加了 １务， ２ 这与上面在 林烟草中的结果一致，并被认为与花粉植株的
染色体的数目 未必是鉴定植物组织和细胞培养 中遗传稳定性的唯一可靠指标（ ｏｌ １８） Ｇ ｕ ， ０ ｄ ９２ 组织培养中产生的多倍体及非整体植株可 以用作为遗传育种的材料。在一些情况下， 还 可以通过使用秋水仙碱， 在组织培养中增加多 倍体的产生；或通过使用其他化学药荆 （ 例如
ＰＰ Ｆ— 对氟苯丙氨酸等）来诱导染色体数 目 的减少或染色体的畸变。
Ｈｎｌ 酶切时， ｉ ｌ ｄｌ 在幼苗的线拉体Ｄ Ａ中存在 Ｎ 一 ８ ｋ 段， ． ｂ 而这在培养细胞中没有； ８ 在培养细
中， ６ 株再生植株中有 ８ １９ 株表现在雄性不育 及对玉米小斑病 （ ｅ ｉｈ ｐ ｉ ｍｙｓ 毒 Ｈ ｌ ｎ ｏ ｏｕ ａ ｉ ｍ ｅｓ ｒｍ ｄ）
素的敏感性等两性状上发生了变化。取其中 ６ 株，用 Ｘ ｏ 酶切获得 ｍ－ Ｎ ｈｌ ｔ Ａ限制性内切酶 Ｄ 图， 发现其中 弓 株表现出与亲本不同， 即少了 １ 条６６ｂ 而分析在培养中再生得到的 ３ 株 ． 段。 ｋ ４ 雄性不育的而对毒素敏感的植株，发现与亲本 一样， 未见有 ‘ ｋ 段的变化。由此可见， ． ｂ ６ 此段 Ｄ Ａ可能既与玉米的雄性不育， Ｎ 也与对玉米小 斑病的抗性有关。 虽然由花药培养产生的花粉植株的后代一 般说来在遗传上表现出较好的稳定性，但花粉
植株具有８ 个黑麦染色体及６ 个大麦染色体。
在体细胞杂交研究中也已有类似的情况，例如 抽菜＋拟南芥菜的体细胞杂种愈伤组织，只有 在培养过程中随双方的染色体均逐步丢失了一 些以后，才开始分化出杂种植株来。而在开始 阶段杂种细胞并未表现出这种染色体消除及器
Ｍ ｒｈ ｅ Ｎ ｋ ｏ ９６１６） ｕ ｓｇ 和 ａａ （ ６，９７即报告， ａｉ ｎ １ 在
的原因。
很多研究资料说明，由长期继代培养的愈 伤组织形成的植株，往往表现出形态上的畸形 或不育， 或者分化能力下降以致丧失， 其原因可 能与继代培养中形成大量多倍体及非整倍体细
胞有关。至今已知有些植物的培养组织在继代
培养中染色体的倍性非常稳定， 如在还阳参、 单 冠毛菊及百合中均有报道，细胞的染色体检查 多数为二倍体， 多倍体和非整倍体细胞很少。 在 胡萝 卜细胞培养中已表明，具有旺盛形成胚状
则正常的杂种植株在移到土培前即死亡；但如
果先形成愈伤组织， 再使之分化出植株， 则由杂 种胚的体细胞形成的不少植株生长旺盛，这些
倍体和四倍体，两者各占１．沁和 ８． 而 ７ ６ ２ 沁； ４ 用１ 毫克／ 升时， 大大促进愈伤组织的形成及芽
的分化， 形成的芽有 ３ 二倍体仅 ６ 关， 类， ． 四倍 ４ 体 ２ 外， ９ 非整倍体的芽则占“．外。 再生植株 ６ 的倍性与所取外植体的细胞组成状况也有很大 关系，如在烟草髓中即有大量的多倍体 细胞，
明对于杂种植株的形成，两亲本的染色体组之 间保持某种平衡可能是重要的。 除了染色体数目的变化之外，在培养的细 胞及其再生植株中还常可观察到多种染色体结 构的变化， 如染色体桥、 双着丝点染色体及染色 体断片的出现等。此外 ，微核也是常见到的结 构。在一些情况中，用染色体分带技术可见培 养细胞染色体的带型发生明显的变化，异染色 质过最合成等，但染色体的数目并未改变。故
遗传
Ｈ Ｒ Ｄ Ｔ Ｓ ｅｉ ） ，（） ７ ０ Ｅ Ｅ Ｉ Ａ （ ｉｎ Ｂ ｊｇ ６：３－４ １ 些
植物体细胞的遗传变异
１ 智 宏 午
（ 中国科学院上海植物生理研究所）
植物组织和细胞培养研究的迅速进展已使 将在微生物中发展起来的近代生物学技术应用 于高等植物成为可能，并正在为作物的遗传育 种开辟新的途径。从理论上说，生物体的每个 细胞归根到底均来之于受精卵，因此在遗传上 应具有相同的潜能。由高等植物细胞在培养中
鞘、培养细胞及原生质体再生的细胞系。发现 它们的内切酶图谱有明显的不 同。 例 如，由
些情况下， 诱变处理培养的细胞并非必要，ｈ－ ，ｅ Ｓ ｐｒ等（９０由８。 ａ ｄ １８） ０ 多个马铃薯原生质体无性
系的再生植株中， 发现有２ 多表现出对晚疫病的 抗性增加，这种抗性可以通过随后形成的块茎 胞中有一 ‘ ｋ ． ｂ段，此在芽鞘及原生质体再生 传递下去。当用已选出的具抗性的植物，再次 ３ 的细胞系中 均没 有。 Ｕ ｂｃ ｍｅ ｋ和 Ｇ ｎｅ ａ ｅ ｎ ｃ 进行原生质体培养时，发现形成的部分再生植 ｇｂｈ （９３ Ｔ 胞质雄性不育品系玉米的组织培 株比第一轮选出的抗病的体细胞无性系的抗性 １８）在 － 养的再生植株的性状变化及其遗传规律的研究 还要大。与此类似，也已选择出抗马铃薯早疫
． ３ ・ ８
体细胞无性系中的一些，其后代在连续 ３ 代自 交过程中，在株高、 成熟期、 抽穗期、 ｔ等方 产Ｉ
植株后代产生分离的情况在不少植物中已有发 现， 例如李良材等 （９８ 报告， １７） 在梗稻中， 约有 １务的花粉植株后代表现出分离， ０ 核起源有关。 以上研究无疑地将使我们可以更好地了解 组织培养中变异形成的分子基础以及影响的因 素， 进而也有助于利用这些变异。 组织培养中产生的这种自然变异已广泛被 用于筛选抗病的作物材料，因为已经发现在一
线拉体及叶绿体的基因组通常具有很大的 保守性，而培养细胞可望在这方面引起更多的
变异。Ｍ Ｎｙ １８） ｃ ａ等（９４比较了甜玉米的幼苗芽
化，并且越来越多的结果说明这类变异中不少 是可遗传的变异， 现在一般称作为“ 体细胞无性 系变异”（ｏ ａｏａｖ ｉｏ， Ｓｍｃｎｌ ａ ｎ 参看 Ｌｒｎ和 ｌ ａｔ ｒｉ ａｉ ｋ Ｓ ｗｒｔ１８） ｃ ｃ ｆ ９１。据报道， ｏ ｏ， 现已在２ 多种植物 ０
中观察到这一现象，其中包括了一些重要的农 作物， 如玉米、 小麦、 水稻、 油菜等。在用水稻花 （９８由二棱大麦Ｘ １７） 黑麦的杂种胚获得了再生 培获得的纯系所建立的体细胞无性系中， ｏｏ Ｏｎ 植株。 如果再生植株形成不经过愈伤组织阶段， （９ １ １８）发现有显著的变化， 所观察的 １ ２ 个 ，１ １
所表现出的 “ 全能性”（ ｏｐｔ ｃ）也证实了 Ｔｔｏｎｙ ｉ ｅ
此点。事实上，在完整的植物体中体细胞的变 异还是经常发生的，而在植物组织和细胞培养 中， 这种情况更是常见， 例如：培养细胞及其再 生植株中染色体的变化、器官或胚状体发生能
体能力的培养材料一般均含有高比例的二倍体 力的改变以致丧失、再生植株出现与原亲本不 （ 或接近于二倍体）细胞。 上述的百合培养组 同的性状等等。由于在单细胞培养中能再生形 织，经多年继代培养后分化出的植株也均为二 成完整植株的植物种类越来越多， 在完整植物 倍体。虽然由胡萝卜 的四倍体细胞系可以再生 体上或在离体培养中所发生的体细胞变异就可 形成四倍体植株，以及在多种植物的组织培养 能通过再生植株的比较而得以研究。 至今已知， 中可以再生形成不同倍性的植物及非整倍体植 在这些变异中，有些是由于生理上的原因造成 物（ 后者说明非整倍体细胞并不完全丧失其再
少有 １ 个性状与亲本不同， ８ 有 ２ ２外 个或更多 的性状与亲本不同。浙江农科院赵成章等利用 水稻幼穗培养，从体细胞无性系的变异体中已 获得一些优良的品系，目 前正在进一步作大田 试验。这种体细胞变异近年在马铃薯叶肉细胞 的原生质体再生的细胞无性系中得到了广泛的
简单。在烟草的花药培养中已发现一些意想不 到的变异产生。Ｄ Ｐｅｅ等 （９２ 由林烟草 ａ ｐ ａ １８） （ ｉｔｎ ｓｖｔ ）的花药培养得到的花粉单 Ｎｃｉａ ｅｒ ｏａ ｙ ｓｉ ｌ ｓ
倍休植株， 加倍后进行第二轮花药培养， 如此反
复进行下去， 依次获得 Ｄ ， Ｄ Ｄ ， 结 Ｈ， Ｈ Ｈ 等，
果发现， 植株逐步变小、 变矮，长势减弱。对其 细胞核Ｄ ＮＡ的测定发现， 细胞中 Ｄ Ａ含量及 Ｎ
研究。 美国的 Ｓｅ ｒ 及其同事由１ ０ 株原 ｈｐ ｄ ａ ，０ ７ 生质体再生植株中， 通过大田鉴定选出６ 个株 ５ 系。随后， 比较了３ 个性状， ２ 个性状有 ５ 发现 ２ 明显变异， 每个材料至少有一个性状与原亲本
烟草顶端 ３ 一１．厘米茎段的髓中，５ 务 的 ． ０ ， ５ ０ 细胞是四倍体； 而在其下部较老的茎部， 髓细胞 中四倍休达 ７ 多， ０ 另有 ２ 关为八倍体和非整倍 ０ 休细胞。故由烟草髓部形成的愈伤组织，继代
官的分化 （ ｏｍ。 和 Ａ ａ ｉ１８） Ｈｆ ａ ｆ ｄ ｈ ９１。这说 ｃ ，
大的关系， 例如 Ｂｏａ （９６ 用烟草髓外植 ｒｓｄ ７） ｓｒ １
体作材料， 以不同浓度的激动素促进芽的形成，
Ｘ Ｚ ｉｏｇ Ｉｈｒ ａｃ ａ ｄ ｒ ｔ ｎ ｆ ａｔ － ｕ ｈ ｎ ： ｅ ｔｎｅ ｈ ｎ ｉ ｎ Ｖ ｉｉ ｏ Ｐ ｎ Ｓ ａ ａｏ ｌ ｏ
． ３７ ．
发现用 ０２ ．毫克／ 升时， 形成的芽有两类， 二 即
的， 是不能遗传的； 而另一些则可以通过有性世 代或无性繁殖稳定地维持下去 ，是可遗传的变 异。本文着重讨论后一情况，即植物体细胞的 遗传变异及其利用。 生能力） 在一个具有不同倍性的细胞的混合 。 群休中，由之分化形成的再生植株大多仍是二
倍体。由于在多倍体细胞的倍性变得很高 （ 超
过四倍体） 常丧失正常的细胞分裂能力，以 时， 及非整倍体细胞仅具较低的或没有分 化 能 力， 为此，寻找保持植物培养细胞染色体稳定性的 条件 ， 并探讨其与分化能力的关系， 是植物组织
一、植物组织培养中的染色体变化
植物培养细胞的一个常见的变化是染色体 数目的变化。 愈伤组织随继代培养代数的增加， 培养研究中的一个重要问题。 常出现大量多倍体及非整倍体细胞，在伞形科 植物组织和细胞培养中多倍体及非整倍体 的几种植物中甚至见到形成大量的单倍体和亚 细胞的形成，看来与培养基中的激素成份有很 单倍体细胞。而由花药培养中形成的花粉单倍 体细胞系，在培养中变为二倍体的现象则更为 常见。这也是通过花粉愈伤组织再生形成的花 粉植物中，常得到很高比例的二倍体花粉植株
二、 再生植株的变异及其利用
事实上，在很多情况中由 组织培养形成的
再生植株尽管染色休的数目没有发生变化，但 植株的形态或经济性状等还是发生了很大的变
而如果用单倍体烟草的叶肉原生质体培养，所
得到的再生植株几乎都是二倍体。此外，上述 特性对于获得远缘杂种也有重要作用。由于远 缘杂交时的不亲和性，在不少情况下在染色体 水平上表现为两种染色体组之间的不亲和，两 者相互排斥，或一方排斥另一 方。 Ｃｏｅ ｏｐｒ等
培养 １ 年后，已无二倍体细胞，从有丝分裂相 看， 一半为四倍体和八倍体细胞， 一半为非整倍 体细胞。 在甘蔗中， ｅｚ Ｍ ｅ ７） Ｈ ｉ 和 ｅ （９１ 比 ｎ １
较了两个不同的无性系，一个染色体数较稳定
（ｎ １６，另一个染色体数不稳定 （ｎ ２ － ） ０ ２－
１８ ２） 由两种材料形成的愈伤组织再生 ０－１８， 植株， 发现染色体的变异， 淀粉酶等 ４种酶的变 化，均是后一材料比前一材料显著。这种不同 的培养细胞系在遗传稳定性上的差异，在其他 多种植物中也已有发现。此外，培养的条件也