論果樹三倍體育種的研究進展

論果樹三倍體育種的研究進展

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良性狀，使之保持穩定而不分離，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。雖然自然突變發生的頻率很低，但這些突變形成的天然多倍體，成為直接發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。突變發生在芽的分生組織細胞中，當芽萌發長成枝條，并在性狀上與品種類型不同而被人們發現時，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，變異所在的扇區相對應的種子也應該出現同類型的倍性變異。Bowm an 等發現在甜橙、葡萄柚、桔柚和橘橙中出現扇形嵌合體的頻率為0.009% ~0.271% ，并通過培養扇形突變(表現巨型)對應區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，易受環境和實驗條件的制約。雖然目前還沒有通過培養扇形突變發現三倍體突變, 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。對于發育不完全的三倍體合子胚，可以結合胚培養技術進行搶救。另外在柑橘二倍體與二倍體雜交中也發現有三倍體產生。
　　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 花粉發生頻率為0.014% ~1.71% ，葡萄的2n 花粉發生頻率為0.015% ~5.85% 。提高2n 配子的發生頻率是利用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種植株以來,原生質體育種迅速發展起來，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種和體- 配雜種，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種植株，體- 配融合尚處于研究階段。
　　
　　2.4 胚乳培養
　　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