花卉多倍体育种研究进展探析

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摘要：对花卉多倍体育种研究进展进行了综述，概述了花卉产生多倍体的诱导方法、鉴定方法及其在花卉植物上的应用。多倍体产生的途径有自然突变、物理诱变和化学诱变等，化学诱导剂主要是利用秋水仙素处理。到目前为止，已在金鱼草、三色堇、绿萝、矮牵牛、虞美人、百合等20余种花卉上诱导成功。指出了鉴定多倍体的方法主要有形态学鉴定、细胞学鉴定、染色体数目鉴定、同工酶鉴定和分子水平鉴定等。

关键词：花卉；多倍体；秋水仙素

收稿日期：2011-01-10

作者简介：郭海滨（1980―），女，硕士，工程师，主要从事组织培养及园林绿化工作。

中图分类号：S680.36

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2011)01-0174-03

1 引言

多倍体是植物最主要的进化方式之一，自然界中普遍存在多倍体现象，被子植物中约30%~35%是多倍体。多倍体育种诱变手段较简单，育出的品种经济价值高，可使花卉的花冠变大，花瓣增多，花色变深，茎秆变粗，叶片变宽厚，植株变矮，光合作用增强，适应性增强，从而提高花卉的质量。另外多倍体在克服花卉远缘杂交不育性等方面也颇受重视。

2 多倍体产生的途径

2.1 自然突变

自然突变有无性和有性2种方式。无性方式是通过体细胞加倍由二倍体产生四倍体细胞或组织，如四倍体月见草就是自发形成的。有性方式是通过合子的染色体加倍或未减数配子形成的但自然突变的发生率低，园艺育种中主要靠人工诱导来获得多倍体。

2.2 人工诱变

2.2.1 物理诱变

常用的物理方式有温度激变、电离辐射、射线照射、离心力、机械创伤、渗透压的改变、超声波和摘心等。用200~400R（剂量率100R/min）的γ-射线对兰州百合体细胞进行诱变，表明适宜高剂量的γ-射线照射百合幼苗可诱发变异［1］。用60Co γ-射线辐射亚洲百合鳞茎，其花粉母细胞减数分裂过程中出现染色体数目和结构的变异［2］。在花卉上应用辐射进行育种的有月季、、大丽花等，其中多数都在花色、花型、株型上产生了有利变异。由于此方法诱变率低、辐射性强而应用较少。

2.2.2 化学药剂诱变

化学方式多为药剂诱导，药剂有秋水仙素、吲哚乙酸、萘骈乙烷、芜萎脑、苯及其衍生物、有机砷制剂、有机汞制剂(富民隆)、磺胺剂、蔡芦碱及其它植物碱、麻醉剂、除草剂和生长素等。目前使用最多、效果最好的是秋水仙素。秋水仙素的作用机理在于它能抑制细胞分裂时纺锤体的形成及染色单体分裂，但胞质不分离而导致染色体数目加倍［3］。早在1937年B1ackes1ee和Avery就成功的用秋水仙素诱导出了四倍体的曼佗罗。为使秋水仙素获得较好的诱变效果，常加入二甲基亚枫(DMSO)，可以促进多倍体的产生。到目前为止，已在脑、黄花蒿、金鱼草、虞美人、百合、三色堇、大花矮牵牛、秋海棠、凤仙花、萱草、绿萝等花卉植物上诱导成功。

2.2.3 诱导多倍体的操作方法

（1）种子和幼苗的处理。用秋水仙素直接对种子和幼苗进行处理时可用浸渍、涂抹、注射或滴液，常选刚萌发的种子、正在生长的嫩梢及芽。对种子直接浸泡的方法已在金鱼草［4,5］、矮牵牛［6］等上成功。

（2）离体培养。通过利用离体培养获得加倍植株是很有效的方法，可以提高多倍体诱变效果。此法已在百合、大岩桐、虞美人、绿萝等花卉上成功应用。培养基中加入适量的2,4-D，6-BA及其它激素可增加培养物中多倍体细胞的含量。

（3）胚乳培养法。胚乳是天然的三倍体组织，具有双亲的遗传成分，对育种后代有一定的预见性，由胚乳细胞直接培养可获得三倍体植株。

（4）体细胞杂交法。首先用纤维素酶和果胶酶处理植物细胞得到大量无壁的原生质体，再通过化学或物理方法诱导异核体，进一步融合后成为共核体，经培养后诱导分化出同源或异源多倍体植株。

（5）2n配子法。未减数配子即2n配子，它是染色体数目与体细胞的染色体数目相同的花粉或卵。通过单向多倍化（双亲之一为产生2n配子的类型）或双向多倍化（双亲均能产生2n配子）均能提高杂交后代的倍性水平。Andreasen（1978）在郁金香染色体减数分裂时用高压N20处理鳞茎获得未减数花粉，与二倍体品种杂交进行三倍体育种，得到了开淡紫丁香色、白色花的植株，其中具重瓣花的植株为6.3%［7］。

3 多倍体的鉴定方法

3.1 形态学鉴定法

形态学鉴定是最直观、也是最简单的鉴定方法，又称为直接鉴定法。同源多倍体在形态特征上表现出“巨型性”，主要表现在根、茎、叶、花和果实的形态及大小上。多倍体一般茎粗壮且短，生长缓慢，发育迟缓，叶变厚，叶色变深，叶形指数变小，花果都较二倍体大［8］。

3.2 细胞学鉴定法

多倍体植株的气孔、保卫细胞变大、保卫细胞的叶绿体数目增多，花粉粒变大。多倍体较二倍体气孔变大，花粉粒萌发孔沟数目增多，花粉粒大小不整齐，败育花粉粒较多，小孢子母细胞增大，其在减数分裂中有异常行为，梢端组织发生层细胞及核较大［9］。岳桦等(1992)在诱导金鱼草多倍体中发现，加倍植株气孔均比二倍体气孔明显增大，其长度约增长一倍。

3.3 染色体计数法

直接对染色体的数目进行观察是鉴定是否为多倍体的最直接、最有效的方法。常用的方法是直接对花粉母细胞进行减数分裂观察或是对生长点细胞进行有丝分裂观察。通常用常规制片法和去壁低渗法进行观察。

3.4 同工酶鉴定法

王鸿鹤等（1999）研究表明，经秋水仙素处理的大岩桐产生的多倍体植株与二倍体植株的过氧化物酶酶谱差异明显。研究中还发现四倍体较二倍体多出两条特征性谱带，而八倍体和非整倍体均无这两条谱带［10］。因此从同工酶的变化，辅以外部形态学及内部解剖学、遗传学观察和相互比较，综合分析，对多倍体将会有更加深入的认识。

3.5 分子水平鉴定

3.5.1 流式细胞仪分析法

可迅速测定细胞核内DNA的含量和细胞核大小，是大范围实验中鉴定倍性的快速有效的方法。其原理是用染色剂对细胞进行染色后测定样品荧光密度，荧光密度与DNA含量成正比，DNA含量柱形图直接反映出不同倍性水平的细胞数。

3.5.2 其他的分子水平分析法

RAPD和RFLP技术已经成功的应用到本领域的研究。RAPD分析可以在DNA水平提供大量的遗传标记，而且取样量小，因此可以在苗期对品种进行快速、准确的鉴定。此外GISH、FISH的应用不仅能鉴定细胞的倍性，还可鉴定其亲本来源。

4 花卉多倍体诱导

王鸿鹤等（1999）用秋水仙素对重瓣大岩桐(Sinningia speciosa)进行了诱导，认为20mg・L-1的秋水仙素处理一周比较适宜。得到的多倍体植株中，大部分为四倍体（2n=4x=52），少数为非整倍体。四倍体植株的茎和叶柄粗壮，叶片肥厚，叶色深绿，生长势强，开花比二倍体延迟1~3个月，但多倍体植株在花器官上没有表现出特别的特征。

张方等（1990）、岳桦等（1992）分别用0.2%~1.0%的秋水仙素对不同品种的金鱼草(Antirrhinum)进行加倍处理，浓度0.3%~0.5%，处理24h诱变效果好，诱变率可达10%~11.4%。加倍植株叶片变厚变形，气孔增大，花瓣增厚变大，花期晚，自花授粉不孕，叶绿体数多出1.5~2.5倍。郑思乡等［11］（2003）采用离体培养方法对金鱼草实生苗进行诱变，发现0.1%~0.2%秋水仙素处理12~36h均能成功地诱导出金鱼草多倍体。

张兴翠（2004）在无菌条件下，将花叶绿萝(Scindapsus aurus cv.wilcoxii)丛生芽浸入0.05%，0.1%，0.2%，0.5%秋水仙素水溶液中1d，然后转入培养基中培养30d后，其中以秋水仙素溶液浓度为0.2%的浸泡处理效果最好，得到变异芽中71%为纯合的四倍体［12］。

马新才等（2003）对虞美人(papaver rhoeas )种子进行了不同秋水仙素浓度和不同时间的处理，发现最佳的处理浓度为0.25%~0.50%，最佳处理时间为24~48h，诱变率可达41%~53%，处理后可得到四倍体、八倍体和混倍体［13］。

黄济明（1983）将浸泡0.05%~0.1%秋水仙素的棉球置于离体培养的百合植株的中心，随后将具有多倍体特征的叶片取下进行培养，得到了大花型的多倍体［14］。鲍惟钊等（1984）将卷丹（Lilium tigrium）、岷江百合（L.refale）、川百合（L.davidi）、野百合（L.brownii）的鳞片小块置于含有秋水仙素的培养基上产生多倍体［15］。

5 结语

嵌合体问题一直困扰着多倍体育种的工作者。张兴翠等（2003）用秋水仙素处理百合丛生芽出现嵌合体的比例较大，嵌合体经反复的切割培养，很难纯化为纯合体。嵌合体若不及时分离又会变回二倍体。目前主要应用组织培养技术对嵌合体进行分离。人工诱导的多倍体其孕性很低，由于植株受到药剂的毒害，生长缓慢，雌花数量明显比正常二倍体的少，结籽率低。增加磷、钾、镁和硼等元素可以提高孕性。

参考文献：

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［3］ 周广芳．秋水仙素在诱导果树多倍体中的应用［J］．落叶果树，1991.3:50.

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［8］ 龚宗俊.西瓜多倍体育种新进展［J］.中国西瓜甜瓜,1993,(3):22~23.

［9］ 周广芳.秋水仙素在诱导果树多倍体中的应用［J］.落叶果树，1991（3）:50.

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［12］ 张兴翠.花叶绿萝的多倍体诱导及快速繁殖［J］.西南农业大学学报：自然科学版,2004,26(1):58~60.

［13］ 马新才,戴建民,李培环,等.虞美人多倍体化学诱变研究初报［J］.莱阳农学院学报,2003,20(3)：172~174.

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［15］ 鲍惟钊,吴敬音,王月芳，等.百合组培诱变研究.器官水平的多倍体诱变［J］.江苏农业科学,1984(1):28~30.