原生質體技術與園藝植物育種

【摘要】 原生質體技術包括原生質體植株再生、原生質體融合技術等， 原生質體再生植株的變異為園藝植物育種工作提供了素材。原生質體融合技術則是育種工作的新途徑，二者都對育種工作的發(fā)展起到了非常重要的作用。

【關鍵詞】園藝植物 原生質體技術 原生質體融合 育種

過去，育種專家常收集家畜家禽及作物的自然突變型，以改良品種，但由于自然突變的發(fā)生率并不高，且所發(fā)生的突變性狀無法控制，所以這樣的方法逐漸被淘汰。近年來遺傳學知識的大幅進步，以人工的方法來進行育種隨著越來越廣泛，如以人為的方法使基因發(fā)生突變，再選擇優(yōu)良的性狀，以作品種改良之用。其中遺傳工程可以說是目前最廣泛應用與研究的人工育種方法。

遺傳工程技術可以由植物中分離出單一基因，然后在細菌或酵母中使這些基因數(shù)量增多，即選殖（cloning）。選殖可決定單一基因的構造與機能。經(jīng)選殖程序或許可將有用或改良的基因移入作物的基因群（genome）中，然后經(jīng)過一連串的適應可使農作物更符合人類的需要。然而此種遺傳工程技術可并入現(xiàn)有育種技術中以增強效果，并非完全取代傳統(tǒng)的育種程序。

不僅主要的農作物如稻米、小麥、玉米、大麥、大豆，甚至菸草、甜菜及油菜等由人類種植已有數(shù)百年至四千年歷史。植物栽培首先將自然界存在品種經(jīng)過雜交、突變，再由其中選出大谷粒、無碎穗及抗病性強的品種。亞述古國對椰棗樹進行人工授精歷史記載可追溯到耶穌時代之前，但是否由Triticum monococcum、Triticum searsii及Triticum tauschii等三種品種的基因群經(jīng)由人工傳粉作用合并成具有42條染色體的小麥卻沒有記載。也許人工傳粉作用亦可說明兩個雙套染色體菸草育種，此種植物可能遠在哥倫比亞時代之前南美洲人即以Nicotiana tomentosiformis 花粉經(jīng)手傳粉至Nicotiana sylvestris 而產生，雜交種中有時可發(fā)現(xiàn)染色體有增倍現(xiàn)象，到那時為止植物育種工作大部分仍以兩種已確立的品系彼此互相交配，在選取產量增加抗病力強及對氣候較具適應力者。

隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代生物技術在園藝植物育種方面起著越來越大的作用，用途相當廣泛，本文主要介紹原生質體在園藝植物育種中的作用。

原生質體是除去細胞壁后得到的微球體，自從1960 年 Cocking 首次用纖維素酶制備番茄根原生質體獲得成功，迄今已有 46 個科 160 多個屬的 360 多種植物（含變種和亞種）的原生質體再生植株問世，8余種科間、屬間、種間或品種間細胞融合獲得胞質雜種。

在園藝植物中，棗、葡萄、枇杷、蘋果、獼猴桃、香蕉等培養(yǎng)得到了再生植株，其中獼猴桃、葡萄、蘋果、柑桔和菠蘿已建立了原生質體培養(yǎng)再生植株體系；蔬菜上研究出了甘藍、白菜、油菜、蘿卜、番茄等體細胞雜交植株；而在花卉上，菊花、香石竹等再生植株也取得了一定的成果。隨著原生質體技術的發(fā)展，它在園藝植物育種工作中的巨大潛力得到了研究者的重視。

原生質體技術是指在原生質體的操作基礎上進行的一系列技術操作，主要包括原生質體植株再生原生質體融合和細胞雜交等。近年來，人們將原生質體技術廣泛應用于園藝植物育種工作，并取得了令人矚目的成果。

原生質體再生植株的形成有以下途徑：細胞團發(fā)育形成愈傷組織，經(jīng)分化形成植株；愈傷組織分化形成胚狀體，再發(fā)育成植株；直接形成胚狀體，再發(fā)育成植株。

在園藝植物的原生質體再生植株研究中，較為成功的是獼猴桃和柑橘。獼猴桃的再生植株形態(tài)的變異明顯，不同株間葉片形式多種多樣；在同一株上葉片也表現(xiàn)出多樣性；由葉片愈傷組織再生的植株，雌株柱頭數(shù)略有增加，花冠大小、花藥數(shù)及退化花藥數(shù)與母株相比，均出現(xiàn)變小及減少趨勢；從同一個雌株葉片愈傷組織來源的再生植株有性別分化。黃瓜的再生植株形態(tài)表現(xiàn)為株型矮小，節(jié)間粗短，葉片深綠、小而厚硬，早花、早果的特點。馬鈴薯的再生植株葉片出現(xiàn)了披針形、匙形和腫脹現(xiàn)象，葉色表現(xiàn)不一致，莖桿粗細不均。

經(jīng)過對再生植株基因型進行分析，發(fā)現(xiàn)許多植株都出現(xiàn)了染色體變異，如馬鈴薯、甘藍、柑橘、獼猴桃等。變異的類型為：原生質體培養(yǎng)中染色體斷裂、片段化、重組及丟失；某些基因的激活、沉默或轉座子激活；物理、化學方法對原生質體進行的處理。發(fā)現(xiàn)在甘藍原生質體再生的無性系中有高頻率的染色體倍性的變異。黃瓜的再生植株多為四倍體或多倍體。大白菜的再生植株可以得到二倍體。柑橘屬的原生質體再生植株為四倍體和二倍體。Grosser在柑橘再生植株中，得到了三倍體的雜種。何子燦對獼猴桃再生植株研究發(fā)現(xiàn)其染色體數(shù)目 變動在 142～310 條，出現(xiàn)大量的非整倍體；而美味獼猴桃的再生植株中染色體數(shù)變動在 116～180 條。李耿光發(fā)現(xiàn)馬鈴薯葉肉原生質體再生植株具有正常四倍體的頻率很低，而非整倍體頻率很高，染色體變異明顯。在原生質體融合和體細胞雜交方面應加強以下工作的開展：誘導融合及雜種細胞的各種生理、生化、遺傳機理的研究；電融合的程序化控制研究；各種類型原生質體胞質體、核質體、細胞器的制備技術研究；雜種細胞培養(yǎng)技術的程序化等研究。通過研究尋找和采用更為有效的原生質體融合和體細胞雜交方法，還要探索外源遺傳物質導入原生質體的條件及研究其在原生質體中的表達，為把科學技術盡快轉化為生產力開辟新途徑。此外，園藝植物種質資源豐富，為育種工作者提供了擁有很多優(yōu)良性狀的育種材料，研究和利用原生質體超低溫保存技術，能夠節(jié)省人力、物力和土地等，還可避免氣候的影響。

以原生質體技術為基礎，利用體細胞雜交技術轉移胞質雄性不育基因、多基因和基因組以及某些野生抗性性狀等方面，將是未來研究的重要方向，但原生質體融合技術在種質創(chuàng)造和品質改良上顯示的巨大潛力并不意味著它可以完全取代常規(guī)育種技術。原生質體培養(yǎng)和體細胞雜交技術與遺傳轉化技術相輔相成，與常規(guī)育種技術結合起來，將為植物基因組之間的結合和相互作用以及新品種的培育提供無限的可能性。在今后的工作中，要充分利用園藝植物資源優(yōu)勢和原生質體技術優(yōu)勢，積極應用細胞生物學、分子生物學、計算機控制系統(tǒng)和其它相關學科的先進技術，加快園藝植物育種工作的進程，推動園藝事業(yè)的發(fā)展。