原生质体技术与园艺植物育种

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【摘要】 原生质体技术包括原生质体植株再生、原生质体融合技术等， 原生质体再生植株的变异为园艺植物育种工作提供了素材。原生质体融合技术则是育种工作的新途径，二者都对育种工作的发展起到了非常重要的作用。

【关键词】园艺植物 原生质体技术 原生质体融合 育种

过去，育种专家常收集家畜家禽及作物的自然突变型，以改良品种，但由于自然突变的发生率并不高，且所发生的突变性状无法控制，所以这样的方法逐渐被淘汰。近年来遗传学知识的大幅进步，以人工的方法来进行育种随着越来越广泛，如以人为的方法使基因发生突变，再选择优良的性状，以作品种改良之用。其中遗传工程可以说是目前最广泛应用与研究的人工育种方法。

遗传工程技术可以由植物中分离出单一基因，然后在细菌或酵母中使这些基因数量增多，即选殖（cloning）。选殖可决定单一基因的构造与机能。经选殖程序或许可将有用或改良的基因移入作物的基因群（genome）中，然后经过一连串的适应可使农作物更符合人类的需要。然而此种遗传工程技术可并入现有育种技术中以增强效果，并非完全取代传统的育种程序。

不仅主要的农作物如稻米、小麦、玉米、大麦、大豆，甚至菸草、甜菜及油菜等由人类种植已有数百年至四千年历史。植物栽培首先将自然界存在品种经过杂交、突变，再由其中选出大谷粒、无碎穗及抗病性强的品种。亚述古国对椰枣树进行人工授精历史记载可追溯到耶稣时代之前，但是否由Triticum monococcum、Triticum searsii及Triticum tauschii等三种品种的基因群经由人工传粉作用合并成具有42条染色体的小麦却没有记载。也许人工传粉作用亦可说明两个双套染色体菸草育种，此种植物可能远在哥伦比亚时代之前南美洲人即以Nicotiana tomentosiformis 花粉经手传粉至Nicotiana sylvestris 而产生，杂交种中有时可发现染色体有增倍现象，到那时为止植物育种工作大部分仍以两种已确立的品系彼此互相，在选取产量增加抗病力强及对气候较具适应力者。

随着科学技术的发展，现代生物技术在园艺植物育种方面起着越来越大的作用，用途相当广泛，本文主要介绍原生质体在园艺植物育种中的作用。

原生质体是除去细胞壁后得到的微球体，自从1960 年 Cocking 首次用纤维素酶制备番茄根原生质体获得成功，迄今已有 46 个科 160 多个属的 360 多种植物（含变种和亚种）的原生质体再生植株问世，8余种科间、属间、种间或品种间细胞融合获得胞质杂种。

在园艺植物中，枣、葡萄、枇杷、苹果、猕猴桃、香蕉等培养得到了再生植株，其中猕猴桃、葡萄、苹果、柑桔和菠萝已建立了原生质体培养再生植株体系；蔬菜上研究出了甘蓝、白菜、油菜、萝卜、番茄等体细胞杂交植株；而在花卉上，、香石竹等再生植株也取得了一定的成果。随着原生质体技术的发展，它在园艺植物育种工作中的巨大潜力得到了研究者的重视。

原生质体技术是指在原生质体的操作基础上进行的一系列技术操作，主要包括原生质体植株再生原生质体融合和细胞杂交等。近年来，人们将原生质体技术广泛应用于园艺植物育种工作，并取得了令人瞩目的成果。

原生质体再生植株的形成有以下途径：细胞团发育形成愈伤组织，经分化形成植株；愈伤组织分化形成胚状体，再发育成植株；直接形成胚状体，再发育成植株。

在园艺植物的原生质体再生植株研究中，较为成功的是猕猴桃和柑橘。猕猴桃的再生植株形态的变异明显，不同株间叶片形式多种多样；在同一株上叶片也表现出多样性；由叶片愈伤组织再生的植株，雌株柱头数略有增加，花冠大小、花药数及退化花药数与母株相比，均出现变小及减少趋势；从同一个雌株叶片愈伤组织来源的再生植株有性别分化。黄瓜的再生植株形态表现为株型矮小，节间粗短，叶片深绿、小而厚硬，早花、早果的特点。马铃薯的再生植株叶片出现了披针形、匙形和肿胀现象，叶色表现不一致，茎杆粗细不均。

经过对再生植株基因型进行分析，发现许多植株都出现了染色体变异，如马铃薯、甘蓝、柑橘、猕猴桃等。变异的类型为：原生质体培养中染色体断裂、片段化、重组及丢失；某些基因的激活、沉默或转座子激活；物理、化学方法对原生质体进行的处理。发现在甘蓝原生质体再生的无性系中有高频率的染色体倍性的变异。黄瓜的再生植株多为四倍体或多倍体。大白菜的再生植株可以得到二倍体。柑橘属的原生质体再生植株为四倍体和二倍体。Grosser在柑橘再生植株中，得到了三倍体的杂种。何子灿对猕猴桃再生植株研究发现其染色体数目 变动在 142～310 条，出现大量的非整倍体；而美味猕猴桃的再生植株中染色体数变动在 116～180 条。李耿光发现马铃薯叶肉原生质体再生植株具有正常四倍体的频率很低，而非整倍体频率很高，染色体变异明显。在原生质体融合和体细胞杂交方面应加强以下工作的开展：诱导融合及杂种细胞的各种生理、生化、遗传机理的研究；电融合的程序化控制研究；各种类型原生质体胞质体、核质体、细胞器的制备技术研究；杂种细胞培养技术的程序化等研究。通过研究寻找和采用更为有效的原生质体融合和体细胞杂交方法，还要探索外源遗传物质导入原生质体的条件及研究其在原生质体中的表达，为把科学技术尽快转化为生产力开辟新途径。此外，园艺植物种质资源丰富，为育种工作者提供了拥有很多优良性状的育种材料，研究和利用原生质体超低温保存技术，能够节省人力、物力和土地等，还可避免气候的影响。

以原生质体技术为基础，利用体细胞杂交技术转移胞质雄性不育基因、多基因和基因组以及某些野生抗性性状等方面，将是未来研究的重要方向，但原生质体融合技术在种质创造和品质改良上显示的巨大潜力并不意味着它可以完全取代常规育种技术。原生质体培养和体细胞杂交技术与遗传转化技术相辅相成，与常规育种技术结合起来，将为植物基因组之间的结合和相互作用以及新品种的培育提供无限的可能性。在今后的工作中，要充分利用园艺植物资源优势和原生质体技术优势，积极应用细胞生物学、分子生物学、计算机控制系统和其它相关学科的先进技术，加快园艺植物育种工作的进程，推动园艺事业的发展。