果樹親本倍性配備與三倍體胚敗育

文/郭文武

【導(dǎo)讀】果樹三倍體具有形態(tài)巨大、適應(yīng)性和抗逆性強、遺傳上不育、果實無核等優(yōu)點，人工創(chuàng)造三倍體是培育優(yōu)質(zhì)、高抗、無核果樹的重要途徑。 四倍體與二倍體雜交是人工培育三倍體最普遍、最有效的途徑，但果實中胚敗育現(xiàn)象普遍存在。

果樹多數(shù)可以無性繁殖且具有單性結(jié)實的特性。 與二倍體相比，果樹三倍體具有形態(tài)巨大（如莖稈、葉片、果實、花朵等），營養(yǎng)物質(zhì)增多（如蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等），適應(yīng)性和抗逆性強且多數(shù)高度不育、 果實無核或少核等優(yōu)點。 但是， 自然界中天然存在的三倍體不論是種類還是數(shù)量都非常少。 因此，人工創(chuàng)造三倍體已成為培育優(yōu)質(zhì)、高抗、無核新種質(zhì)的一條有效途徑。

一、 三倍體的獲得

人工獲得三倍體的主要途徑有： ①二倍體和二倍體雜交， 該方法基于親本之一產(chǎn)生的少量未減數(shù)配子， 通過尋找三倍體小粒種子而獲得，效率較低；②二倍體與四倍體間雜交；③胚乳培養(yǎng)，有少量再生植株的報道，但再生植株往往夭折；④體配融合，難度較大，有少量成功的報道。 其中，二倍體和四倍體的有性雜交是人工培育三倍體最普遍、最有效的途徑，此方法已廣泛用于柑桔、 葡萄等果樹育種并獲得三倍體植株。 研究發(fā)現(xiàn)，利用二倍體與四倍體有性雜交獲得三倍體，在母本為四倍體、父本為二倍體時容易得到飽滿種子， 且播種后獲得三倍體后代較多；當(dāng)母本為二倍體、父本為四倍體時不容易獲得種子和三倍體后代。 培育三倍體無籽西瓜時，利用四倍體和二倍體雜交，發(fā)現(xiàn)四倍體為父本與二倍體雜交時，其結(jié)實率明顯低于相應(yīng)的反交組合；柑桔三倍體育種中也有類似現(xiàn)象，以四倍體花粉為二倍體授粉， 授粉后90 多天時取下雜交果實，發(fā)現(xiàn)雜交果實種子干癟，多數(shù)胚已敗育。

二、 不同倍性親本雜交胚敗育機理

四倍體與二倍體雜交獲得的果實中胚敗育現(xiàn)象在多數(shù)被子植物中都存在， 這嚴(yán)重影響了三倍體育種， 開展親本倍性配置與三倍體胚敗育機理研究十分必要。

曾有報道， 同源四倍體的受精時間比二倍體要遲，前者的結(jié)實率明顯比后者要低。 從中可以推測， 由于四倍體植株的花粉粒生長速度緩慢，而二倍體花粉粒生長發(fā)育正常，兩者之間的差異導(dǎo)致了不同倍性親本雜交時獲得的雜交種子也存在差異。 也有學(xué)者認(rèn)為，不同倍性親本雜交胚易敗育的原因可能是由于親本間倍性水平的影響，導(dǎo)致了親本雜交的不親和性。 因此，雜交不親和或授粉、受精異常是導(dǎo)致二倍體、四倍體雜交不實的原因之一， 其具體表現(xiàn)因物種而異。 有些二倍體自交以及四倍體自交的受精、胚胎發(fā)育和種子形成均能正常進行， 但四倍體與二倍體雜交不能產(chǎn)生三倍體的種子。

大量研究表明，引起不同倍性雜交胚敗育的原因主要是胚乳的異常退化。 胚乳是高等植物雙受精的產(chǎn)物之一，是一種可降解的組織，其功能是為發(fā)育中的胚或者萌發(fā)的種子提供營養(yǎng)。胚乳是胚胎中后期發(fā)育的主要營養(yǎng)來源，胚的正常發(fā)育離不開胚乳及其提供的營養(yǎng)。 如果胚乳敗育，胚也會停止發(fā)育，這已有大量的實例證明。 在不同倍性親本雜交研究中，胚乳的異常退化也引起人們的注意。在親本染色體數(shù)不同時，以染色體數(shù)目較少的親本為母本時胚乳的異常退化比反交時嚴(yán)重。柑桔上的研究也表明，胚敗育和子代中三倍體出現(xiàn)的頻率在四倍體與二倍體正反交之間差異較大。胚敗育程度也因植物的種類不同而不盡相同。

對于不同倍性親本雜交的胚乳敗育情況，前人也有大量研究。 柑桔二倍體與四倍體雜交不易獲得三倍體種子的原因可能為： 正常的二倍體間雜交產(chǎn)生的胚與胚乳的染色體倍數(shù)之比是2∶3，二倍體× 四倍體產(chǎn)生三倍體胚時，胚乳是四倍體， 胚與胚乳的染色體倍數(shù)比是3∶4，明顯大于2∶3，這種不協(xié)調(diào)現(xiàn)象造成了胚乳的早期退化， 進而導(dǎo)致了三倍體胚的死亡。 上述基礎(chǔ)上，Johnson 等 提 出endosperm balance number(EBN，胚乳平衡假說)，該假說認(rèn)為在雜交胚乳中， 只有當(dāng)母本與父本的基因組成比例為2∶l時，胚乳才能良好發(fā)育，形成健全種子，否則將引起胚乳發(fā)育停滯，形成敗育胚。 在2x × 4x 和4x × 2x 雜交種中，胚乳中母本與父本的EBN 分別為1∶1 和4∶1，導(dǎo)致胚乳和胚發(fā)育不完全，因而難以獲得正常種子，致使育種效率較低。

胚敗育和子代中三倍體出現(xiàn)的頻率在四倍體與二倍體正反交之間存在較大差異， 且胚敗育程度也因植物種類不同而不盡相同。 因此，需要注意不同倍性親本的配備， 以期獲得最多的三倍體后代。 另外，在四倍體和二倍體正反交后期多采用胚挽救技術(shù)獲得雜種苗， 以提高三倍體的成活率。