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果樹(shù)三倍體育種研究的論文

時(shí)間:2021-05-13 09:25:26 體育論文 我要投稿

果樹(shù)三倍體育種研究的論文

  摘要:本文綜述了果樹(shù)三倍體的研究進(jìn)展:果樹(shù)三倍體育種的途徑主要包括利用對(duì)自然變異的選擇獲得三倍體、利用有性雜交來(lái)培育三倍體、利用胚乳培養(yǎng)獲得三倍體和利用原生質(zhì)融合培育三倍體;對(duì)三倍體的鑒定主要從形態(tài)特征、解剖結(jié)構(gòu)、生理生化特性和染色體數(shù)目等方面來(lái)考慮,同時(shí)對(duì)今后果樹(shù)三倍體育種的研究方向進(jìn)行了展望。

果樹(shù)三倍體育種研究的論文

  關(guān)鍵詞:果樹(shù)三倍體育種

  多培體現(xiàn)象是高等生物最普遍的特點(diǎn)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì),在果樹(shù)中,多培體類型分屬于20科、35屬,400余種。果樹(shù)多倍體一般具有生長(zhǎng)旺盛、果實(shí)大且少籽或無(wú)籽、產(chǎn)量高、適應(yīng)性和抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn),且能夠利用無(wú)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(chǎn)上長(zhǎng)期利用。三倍體生物與其他多倍體相比,其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)通常是最好的。一般說(shuō)來(lái),三倍體具有兩大基本特征:由體細(xì)胞增大所引起的巨大性和由減數(shù)分裂過(guò)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(guān)注,已經(jīng)成為果樹(shù)育種工作的重要組成部分,形成了對(duì)三倍體選育多樣化的特色。鑒于此,對(duì)果樹(shù)三倍體的特性、目前果樹(shù)三倍體育種的主要途徑、鑒定方法以及三倍體育種中應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行分析和總結(jié),以期為三倍體育種的進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)資料。

  1果樹(shù)三倍體的特性

  1.1生物學(xué)性狀

  三倍體果樹(shù)由于染色體組成多于二倍體,在形態(tài)上一般表現(xiàn)為巨大性,細(xì)胞體積增大,枝條變粗,葉片變寬變厚、葉色濃綠,葉綠體數(shù)目增加,氣孔變大但密度下降,花粉粒增大,果大、少籽或無(wú)籽,可食率高,如三倍體無(wú)籽香蕉,三倍體葡萄紅標(biāo)無(wú)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(dǎo)致整個(gè)植株的巨型化,有的三倍體果樹(shù)表現(xiàn)為生長(zhǎng)緩慢,樹(shù)體較小,節(jié)間變短,如柑桔三倍體前期生長(zhǎng)弱,葉片厚而圓。另外,大多數(shù)的三倍體對(duì)外界環(huán)境條件具有較強(qiáng)的適應(yīng)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(shù)分裂中的配對(duì)容易發(fā)生紊亂,另一方面是由于花粉粒巨型化導(dǎo)致受孕率低、結(jié)實(shí)率低。而大多數(shù)三倍體花粉是完全不育,因此三倍體果樹(shù)栽培品種大多需要配植一定比例的二倍體授粉樹(shù),當(dāng)然一些具有無(wú)融合生殖的果樹(shù)例外。

  2果樹(shù)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(chǎng)上常見(jiàn)的三倍體果樹(shù)品種中,有許多是從自然突變選育出來(lái)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(jìn)行育種的豐富的自然源泉。

  2.1.1從果樹(shù)的實(shí)生苗中選育三倍體。果樹(shù)在生長(zhǎng)過(guò)程中,由于溫度驟變等自然脅迫而引起體細(xì)胞或生殖細(xì)胞發(fā)生突變,可自然產(chǎn)生多倍體,生殖細(xì)胞突變的結(jié)果是產(chǎn)生了2n配子,從而產(chǎn)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(shù)芽變中選育三倍體。芽變是體細(xì)胞突變的一種。突變發(fā)生在芽的分生組織細(xì)胞中,當(dāng)芽萌發(fā)長(zhǎng)成枝條,并在性狀上與品種類型不同而被人們發(fā)現(xiàn)時(shí),即為芽變。芽變又分為基因突變和染色體變異,其中有少數(shù)三倍體枝條的產(chǎn)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?nèi)扼w。

  2.1.3從扇形嵌合體果實(shí)中分離三倍體。果樹(shù)的果實(shí)和種子均由L-II層衍生而來(lái),因此有假說(shuō)認(rèn)為:當(dāng)果實(shí)外觀出現(xiàn)多倍體特征時(shí),變異所在的扇區(qū)相對(duì)應(yīng)的種子也應(yīng)該出現(xiàn)同類型的倍性變異。Bowman等發(fā)現(xiàn)在甜橙、葡萄柚、桔柚和橘橙中出現(xiàn)扇形嵌合體的頻率為0.009%~0.271%,并通過(guò)培養(yǎng)扇形突變(表現(xiàn)巨型)對(duì)應(yīng)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(shí)中分離多倍體的方法簡(jiǎn)單易行,是獲得多倍體的有效途徑。但扇形果實(shí)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(shí)驗(yàn)條件的制約。雖然目前還沒(méi)有通過(guò)培養(yǎng)扇形突變發(fā)現(xiàn)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(guò)有性雜交培育三倍體

  利用有性雜交進(jìn)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(shù)2n配子進(jìn)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(jìn)行三倍體育種存在一定困難。近年來(lái)有不少關(guān)于提高2n花粉比率的研究報(bào)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(chǎng)上的三倍體葡萄、蘋果、柑橘等,如京早晶、紅標(biāo)無(wú)核葡萄,路奧、北斗、新金冠蘋果等均系雜交產(chǎn)生。研究表明用四倍體作母本,二倍體作父本時(shí),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(chǎn)生的三倍體胚幾乎全部退化,有時(shí)不能產(chǎn)生種子或極少產(chǎn)生種子。因此在通過(guò)有性雜交培育三倍體時(shí),要注意父、母本的選擇。對(duì)于發(fā)育不完全的三倍體合子胚,可以結(jié)合胚培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行搶救。另外在柑橘二倍體與二倍體雜交中也發(fā)現(xiàn)有三倍體產(chǎn)生。

  2.2.2利用未減數(shù)配子進(jìn)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(guò)2n配子提高后代倍性,可避免體細(xì)胞加倍等無(wú)性多倍化使雜交種育性和生活力降低的缺陷;克服遠(yuǎn)緣雜交不親和性和胚乳平衡數(shù)障礙;2n配子在傳遞雜合性和上位性方面有特殊價(jià)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(shù)上可獲得無(wú)核品種,同時(shí)還能通過(guò)無(wú)性繁殖長(zhǎng)期保存和利用。迄今為止,許多果樹(shù)上均發(fā)現(xiàn)有2n配子存在,但利用2n配子進(jìn)行多倍體育種的研究報(bào)道較少,這主要是因?yàn)?n配子的自然發(fā)生頻率一般都比較低的緣故。據(jù)有關(guān)研究報(bào)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(jìn)行多倍體育種的關(guān)鍵,另外,由于2n雄配子在育種中的利用較雌配子更為簡(jiǎn)便,因此,近年來(lái)有許多關(guān)于提高2n花粉比率的報(bào)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(gè)體細(xì)胞雜交種植株以來(lái),原生質(zhì)體育種迅速發(fā)展起來(lái),在短短四十多年的時(shí)間里,就建立起了一套完整的體細(xì)胞雜交體系。原生質(zhì)體融合技術(shù)最為誘人之處就是可以用來(lái)產(chǎn)生體細(xì)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(wèn)題,擴(kuò)大了遠(yuǎn)緣雜交的范圍,開(kāi)辟了育種的新途徑。體-配融合是原生質(zhì)體融合的一種,利用原生質(zhì)體融合技術(shù)將體細(xì)胞的原生質(zhì)體2x和配子的原生質(zhì)體1x進(jìn)行融合,產(chǎn)生一個(gè)三倍體細(xì)胞,進(jìn)而形成三倍體植株。目前通過(guò)原生質(zhì)體融合已經(jīng)成功的培育出一些果樹(shù)的體細(xì)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(chǎn)物之一,胚乳由3個(gè)單倍體核融合而成的,其中1個(gè)來(lái)自雄配子體,2個(gè)來(lái)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(duì)育種后代性狀有一定的預(yù)見(jiàn)性。而且胚乳同樣具有一般細(xì)胞的全能性,通過(guò)胚乳細(xì)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(jīng)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(guò)微芽嫁接移栽土壤中生長(zhǎng)。但從開(kāi)始果樹(shù)胚乳培養(yǎng)至今,應(yīng)用于生產(chǎn)的卻很少。據(jù)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(shù)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(zhǎng)過(guò)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(jù)其外在和內(nèi)在的特征特性衍生而來(lái)的。一般而言,可以以形態(tài)外形觀察為基礎(chǔ),組織化學(xué)、葉綠體計(jì)數(shù)為輔助、細(xì)胞學(xué)觀察染色體數(shù)來(lái)確定,切忌以個(gè)別特征為依據(jù)妄言斷之。目前最常見(jiàn)的鑒定方法有:形態(tài)鑒定法,細(xì)胞學(xué)鑒定法,染色體計(jì)數(shù)法;此外還有利用原位雜交技術(shù)如FISH、GISH以及RAPD、RFU技術(shù)等進(jìn)行植株倍性鑒定。對(duì)于三倍體來(lái)說(shuō)最直接有效的鑒定方法為染色體記數(shù)法,通過(guò)檢測(cè)分生旺盛的器官、組織的染色體數(shù)來(lái)進(jìn)行鑒定,它是最直接、也是最準(zhǔn)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(shù)早已成熟,故切實(shí)可行。

  4三倍體育種中存在的問(wèn)題及展望

  三倍體果樹(shù)品種的選育,在一定程度上豐富了果樹(shù)種質(zhì)資源,拓寬了果樹(shù)品種選育的途徑,取得了豐碩的成果,但是果樹(shù)三倍體育種也存在一些各式各樣的問(wèn)題,綜合目前果樹(shù)三倍體育種的研究現(xiàn)狀,筆者認(rèn)為果樹(shù)三倍體育種中應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題:

  4.1重視三倍體新種質(zhì)的保存

  在三倍體的育種過(guò)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(wèn)題。對(duì)這些種質(zhì),管理不當(dāng)就會(huì)造成種質(zhì)資源的丟失,可利用組織培養(yǎng)結(jié)合低溫保存的手段,來(lái)保存這些材料的莖尖、莖段、愈傷以及原生質(zhì)體等,以便將來(lái)進(jìn)一步的研究。

  4.2重視三倍體新種質(zhì)其他特性的發(fā)掘

  目前三倍體育種的目標(biāo)主要選育是大果、無(wú)籽、風(fēng)味好的品種,而忽略了對(duì)其他特性的挖掘。我們可以在對(duì)其進(jìn)行目標(biāo)性狀鑒定的過(guò)程中,同時(shí)進(jìn)行其他特性的檢測(cè),如矮化、抗旱、抗病、抗寒等,以便作為新的種質(zhì)資源加以利用。

  4.3對(duì)現(xiàn)有的三倍體材料作進(jìn)一步的研究

  目前果樹(shù)的三倍體研究取得了一些進(jìn)展,也培育了一些三倍體果樹(shù)品種,并成功推向市場(chǎng),但對(duì)三倍體的無(wú)籽機(jī)理尚未完全搞清楚。在今后的研究中可以結(jié)合基因工程等高新技術(shù),從分子水平來(lái)研究無(wú)籽的內(nèi)在機(jī)理。另外,在多倍體包括三倍體的種植過(guò)程中,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)倍性的退化問(wèn)題,即多倍體材料種植一段時(shí)間后又退化成了二倍體,這些機(jī)理目前尚不清楚,需要進(jìn)一步深入研究。

  4.4加快三倍體果樹(shù)品種的選育進(jìn)程

  從培育出一個(gè)三倍體植株到最終完成對(duì)該植株的檢測(cè),往往要耗費(fèi)幾年甚至十多年的時(shí)間,浪費(fèi)了許多寶貴的時(shí)間。如何縮短育種年限是今后果樹(shù)三倍體育種應(yīng)該注意的問(wèn)題。

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