多倍体花卉(阐述园艺植物多倍体的特点及主要鉴定方法)

多倍体育种为一种重要的育种手段,在世界各国进行了广泛研究,包括果树、蔬菜、花卉、中药材、草类等。本文综述了染色体鉴定法、形态特征鉴定法、条件鉴定法、同工酶鉴定法、杂交鉴定法等植物多倍体的鉴定方法,以期为高效选择多倍体提供指导。

细胞染色体作为植物遗传基因的主要载体,其倍数性的变化是导致植物产生较大遗传变异,产生性状变化的重要途径。人为采取各种物理、化学、生物等方法可以促使植物细胞染色体成倍数性增加,从而改变植物遗传性状、提高抗逆性、提高产量和有效成分含量,这种方法称为多倍体育种

单倍体多倍体秋水仙素花药离体培养的原理及过程

一个物种细胞中染色体形态结构和数目的恒定性是这个种的重要特征。我们把二倍体个体中能维持配子或配体正常功能的、最低数目的一套染色体称为染色体组或基因组。当生物体内细胞染色体组数达到3组或3组以上者，称为多倍体；多倍体在植物进化中有很重要的意义。随着植物自然演化地位的提高，多倍体所占比例增大。据有关资料显示，自然界中，多倍体在裸子植物中占物种的13%，在单子叶植物中占42.8%,在双子叶植物中占68.6%,即显花植物中约有一半的物种是通过多倍体途径形成的次生种,其中有些是在一个属内存在着不同倍数的种,有些是在同一种内存在着不同倍数的品种。遗传学上把一个属内不同种的染色体按某一基数而倍增的现象称为染色体倍数性系列，或多倍体系列。处在倍数性系列上的植物，因其基因剂量存在差异、所以各有相异的表型，它们在细胞染色体尚未数清以前，就早已为形态分类学家区分为不同的种群。

在自然条件下，机械损伤，射线辐射，温度骤变，及其它一些化学因素刺激，都可以使植物材料的染色体加倍，形成多倍体种群。近几十年来，随着人们对多倍体诱导机制研究的深入，由人工模拟自然条件来诱导多倍体植物获得了长足进展，形成了不少有价值的人工多倍体种群。

细胞核内染色体组加倍以后，常带来一些形态和生理上的变化，如巨大性，抗逆性增强等。一般多倍体细胞的体积，气孔保卫细胞都比二倍体大，叶子、果实、花和种子的大小也随加倍而递增。从内部代谢来看，由于基因剂量加大，一些生理生化过程也随之加强，某些代谢物的产量比二倍体增多，如大麦同源四倍体种子蛋白质含量比二倍体提高10-12%，玉米同源四倍体籽粒内拟胡萝卜素含量比二倍体原种增加43%，胡萝卜糖含量增加10—20%，欧洲巨型山杨生长量增加一倍等。这些改变都与基因剂量有关。多倍体的产生多出现在分布区的一些边缘地带，多在气候条件恶劣的地区，这些地区多倍体的出现常伴随着抗逆性的相对提高，如报春花原产温带，我国云南很多，原始种为二倍体，而新生的异源四倍体分布在二倍体区域内的高山上，三倍体和八倍体分布在更北或更南的高山上，而十四倍体生长在极地。（杨晓红、李越华、张克中，1998）。由于多倍体植物带有巨大性，不育性、代谢物增多和抗递性加强等特点，给生产、生活带来了很大的经济价值。

自从二十世纪三十年代，人们发现用秋水仙素诱导多倍体的方法以来，育种家们在植物倍性育种方面作出了较多的探索，形成了一些人工多倍体的商业品种。花卉方面：矮牵牛、金鱼草、鸡冠花等多倍体植物多表现为叶片肥厚、花色艳丽、花期长、花瓣多等特点，观赏价值得到了提高；药材方面，板蓝根四倍体有效成分含量比普通二倍体对照高出约40%；林木方面，四倍体桑树及刺槐在生长量及抗逆性方面都较之二倍体对照有了较大提高。

一般而言，用秋水仙素诱导成的多倍体植株往往是同源四倍体，如果将其与二倍体对照杂交，便可获得三倍体的植株，例如，人工获得的三倍体西瓜、香蕉等。无籽或少籽是它们的显著特征。另外，在倍性育种的过程中，育种家们发现：1、在一些远源杂交不亲合的组合中，如果将其中之一加倍、远源杂交往往变得容易进行，而且所获得的异源多倍体在生长量及抗逆性方面，往往有突出表现。2、在用各种射线诱变育种时，多倍体材料的诱变率大大高于二倍体对照。由此可见，在人工诱导植物多倍体的基础上，如能结合其它育种手段，以培育出高质量的植物新品种，大有潜力可挖。

总之，随着人们对多倍体诱导技术及其它相关育种技术研究的深入，在不久的将来，定能形成越来越多的人工多倍体种群，使多倍体诱导成为最有效的育种手段之一。

秋水仙素的作用是使细胞染色体数量加倍。单倍体育种是将进行花药离体培养获得的单倍体用秋水仙素处理，目的是使单倍体染色体数量恢复至正常倍性水平，单倍体育种方法一般情况下是与杂交育种方法结合使用，从而缩短育种年限，以最快速度获得性状表现优良群体遗传稳定的新品种；而多倍体育种是将染色体倍性正常的品种染色体数量加倍以诱导其成为多倍体。以二倍体水稻为例，两个二倍体水稻品种杂交产生F1代，将F1代进行花药离体培养得到单倍体，这些单倍体具有基因自由组合之后产生的不同基因型，然后用秋水仙素处理，使其染色体加倍而成为二倍体，注意所得到的二倍体是纯合的，不会出现性状分离，只需要从中选出优良的株系即可扩繁，仅仅2个世代即可选育出遗传稳定的优良新品种，而单纯的杂交育种则需要6、7个世代才能选育出遗传稳定的优良新品种，相比之下可谓大大缩短了育种进程；而多倍体育种是将二倍体水稻变成四倍体甚至更高倍性的新物种。