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展：果樹三倍體育種的途徑主要包括利用對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融合培育三倍體；對三倍體的鑒定主要從形態(tài)特征、解剖結構、生理生化特性和染色體數目等方面來考慮，同時對今后果樹三倍體育種的研究方向進行了展望。
關鍵詞：果樹三倍體育種
多培體現象是高等生物最普遍的特點之一。據統(tǒng)計，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旺盛、果實大且少籽或無籽、產量高、適應性和抗逆性強等特點，且能夠利用無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，在生產上長期利用。三倍體生物與其他多倍體相比，其營養(yǎng)生長通常是最好的。一般說來，三倍體具有兩大基本特征：由體細胞增大所引起的巨大性和由減數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注，已經成為果樹育種工作的重要組成部分，形成了對三倍體選育多樣化的特色。鑒于此，對果樹三倍體的特性、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注意的問題進行分析和總結，以期為三倍體育種的進一步研究提供基礎資料。
1果樹三倍體的特性
1.1生物學性狀
三倍體果樹由于染色體組成多于二倍體，在形態(tài)上一般表現為巨大性，細胞體積增大，枝條變粗，葉片變寬變厚、葉色濃綠，葉綠體數目增加，氣孔變大但密度下降，花粉粒增大，果大、少籽或無籽，可食率高,如三倍體無籽香蕉，三倍體葡萄紅標無核、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致整個植株的巨型化，有的三倍體果樹表現為生長緩慢，樹體較小，節(jié)間變短,如柑桔三倍體前期生長弱，葉片厚而圓。另外,大多數的三倍體對外界環(huán)境條件具有較強的適應性，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分裂中的配對容易發(fā)生紊亂，另一方面是由于花粉粒巨型化導致受孕率低、結實率低。而大多數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，當然一些具有無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)掘并利用其進行育種的豐富的自然源泉。
2.1.1從果樹的實生苗中選育三倍體。果樹在生長過程中，由于溫度驟變等自然脅迫而引起體細胞或生殖細胞發(fā)生突變，可自然產生多倍體，生殖細胞突變的結果是產生了2n配子，從而產生了三倍體、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。芽變是體細胞突變的一種。突變發(fā)生在芽的分生組織細胞中，當芽萌發(fā)長成枝條，并在性狀上與品種類型不同而被人們發(fā)現時，即為芽變。芽變又分為基因突變和染色體變異，其中有少數三倍體枝條的產生，如山楂品種大金星、伏里紅、西豐伏和贊皇大棗等均系芽變三倍體。
2.1.3從扇形嵌合體果實中分離三倍體。果樹的果實和種子均由L-II層衍生而來，因此有假說認為：當果實外觀出現多倍體特征時，變異所在的扇區(qū)相對應的種子也應該出現同類型的倍性變異。Bowman等發(fā)現在甜橙、葡萄柚、桔柚和橘橙中出現扇形嵌合體的頻率為0.009%~0.271%，并通過培養(yǎng)扇形突變(表現巨型)對應區(qū)的種子或退化胚珠獲得一些四倍體。從扇形嵌合體果實中分離多倍體的方法簡單易行，是獲得多倍體的有效途徑。但扇形果實的突變頻率很低，并且要大量從田間觀察收集，易受環(huán)境和實驗條件的制約。雖然目前還沒有通過培養(yǎng)扇形突變發(fā)現三倍體突變,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2n配子進行三倍體育種，但2n配子的自然發(fā)生頻率較低，因此利用2n配子進行三倍體育種存在一定困難。近年來有不少關于提高2n花粉比率的研究報道。
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，市場上的三倍體葡萄、蘋果、柑橘等，如京早晶、紅標無核葡萄，路奧、北斗、新金冠蘋果等均系雜交產生。研究表明用四倍體作母本，二倍體作父本時，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生的三倍體胚幾乎全部退化，有時不能產生種子或極少產生種子。因此在通過有性雜交培育三倍體時，要注意父、母本的選擇。對于發(fā)育不完全的三倍體合子胚，可以結合胚培養(yǎng)技術進行搶救。另外在柑橘二倍體與二倍體雜交中也發(fā)現有三倍體產生。
2.2.２利用未減數配子進行三倍體育種。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，可避免體細胞加倍等無性多倍化使雜交種育性和生活力降低的缺陷；克服遠緣雜交不親和性和胚乳平衡數障礙；2n配子在傳遞雜合性和上位性方面有特殊價值；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核品種，同時還能通過無性繁殖長期保存和利用。迄今為止，許多果樹上均發(fā)現有2n配子存在，但利用2n配子進行多倍體育種的研究報道較少，這主要是因為2n配子的自然發(fā)生頻率一般都比較低的緣故。據有關研究報道，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配子進行多倍體育種的關鍵，另外，由于2n雄配子在育種中的利用較雌配子更為簡便，因此，近年來有許多關于提高2n花粉比率的報道。2.3體-配融合培育同源或異源三倍體
自1972年Carlson建立第一個體細胞雜交種植株以來,原生質體育種迅速發(fā)展起來，在短短四十多年的時間里,就建立起了一套完整的體細胞雜交體系。原生質體融合技術最為誘人之處就是可以用來產生體細胞雜交種和體-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，擴大了遠緣雜交的范圍，開辟了育種的新途徑。體-配融合是原生質體融合的一種，利用原生質體融合技術將體細胞的原生質體2x和配子的原生質體1x進行融合，產生一個三倍體細胞，進而形成三倍體植株。目前通過原生質體融合已經成功的培育出一些果樹的體細胞雜交種植株，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物之一，胚乳由3個單倍體核融合而成的，其中1個來自雄配子體，2個來自雌配子體，因此胚乳是天然的三倍體組織，具有雙親的遺傳成分，對育種后代性狀有一定的預見性。而且胚乳同樣具有一般細胞的全能性，通過胚乳細胞的培養(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。但從開始果樹胚乳培養(yǎng)至今，應用于生產的卻很少。據分析，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其外在和內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，組織化學、葉綠體計數為輔助、細胞學觀察染色體數來確定，切忌以個別特征為依據妄言斷之。目前最常見的鑒定方法有：形態(tài)鑒定法，細胞學鑒定法，染色體計數法；此外還有利用原位雜交技術如FISH、GISH以及RAPD、RFU技術等進行植株倍性鑒定。對于三倍體來說最直接有效的鑒定方法為染色體記數法，通過檢測分生旺盛的器官、組織的染色體數來進行鑒定，它是最直接、也是最準確的鑒定方法。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。因染色體制片技術早已成熟，故切實可行。
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狀，筆者認為果樹三倍體育種中應注意以下幾個問題：
4.1重視三倍體新種質的保存
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。對這些種質，管理不當就會造成種質資源的丟失，可利用組織培養(yǎng)結合低溫保存的手段，來保存這些材料的莖尖、莖段、愈傷以及原生質體等，以便將來進一步的研究。
4.2重視三倍體新種質其他特性的發(fā)掘
目前三倍體育種的目標主要選育是大果、無籽、風味好的品種，而忽略了對其他特性的挖掘。我們可以在對其進行目標性狀鑒定的過程中，同時進行其他特性的檢測，如矮化、抗旱、抗病、抗寒等，以便作為新的種質資源加以利用。
4.3對現有的三倍體材料作進一步的研究
目前果樹的三倍體研究取得了一些進展，也培育了一些三倍體果樹品種，并成功推向市場，但對三倍體的無籽機理尚未完全搞清楚。在今后的研究中可以結合基因工程等高新技術，從分子水平來研究無籽的內在機理。另外，在多倍體包括三倍體的種植過程中，有時會出現倍性的退化問題，即多倍體材料種植一段時間后又退化成了二倍體，這些機理目前尚不清楚，需要進一步深入研究。
4.4加快三倍體果樹品種的選育進程
從培育出一個三倍體植株到最終完成對該植株的檢測，往往要耗費幾年甚至十多年的時間，浪費了許多寶貴的時間。如何縮短育種年限是今后果樹三倍體育種應該注意的問題。
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