觀賞植物多倍體育種研究進(jìn)展

蔣淑磊 ，李志斌 ，徐立軍 ，李國松

（1.石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院，河北 石家莊 050041；2.石家莊市花卉工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊 050041；3.河北省林木種苗管理站，河北 石家莊 050081）

1 提供觀賞植物多倍體育種性狀表現(xiàn)突出的品種

多倍體化是植物進(jìn)化中的普遍現(xiàn)象，在植物界里約有1/2的物種是多倍體，而禾本科中多倍體幾乎占3/4，花卉中多倍體占2/3以上[1]。觀賞植物發(fā)生多倍體后，其具有花大、重瓣性強(qiáng)、花色濃艷、抗性增強(qiáng)等優(yōu)良特點，提高觀賞價值[2]。鑒于多倍體植物栽培意義比較大，科學(xué)家應(yīng)用EMS，秋水仙素等化學(xué)試劑處理植物材料，人為的創(chuàng)造多倍體植株。到目前為止，許多觀賞植物已人工誘導(dǎo)獲得了多倍體植株。本文總結(jié)了近16a觀賞植物多倍體的國內(nèi)外研究進(jìn)展（見表1）[3-54]，部分多倍體植物已經(jīng)得到推廣應(yīng)用。

從表1觀賞植物多倍體產(chǎn)生的方法可以知道，多倍體產(chǎn)生的途徑主要依靠人工誘導(dǎo)，人工誘導(dǎo)產(chǎn)生的途徑主要有物理誘變和化學(xué)藥劑誘變，劉洋等應(yīng)用0.1%秋水仙素附加2.0%二甲亞砜誘變離體培養(yǎng)的朝鮮百合小鱗莖，利用組織培養(yǎng)的不定芽誘導(dǎo)技術(shù)獲得了多倍體幼苗[3]。

余道平等在離體培養(yǎng)條件下，研究了秋水仙素溶液處理對迎陽報春愈傷組織分化和多倍體誘導(dǎo)的效應(yīng)，結(jié)果表明：以30mg/L秋水仙素溶液處理愈傷組織10d，四倍體誘導(dǎo)率最高為23.08%[13]。

除了用化學(xué)試劑誘變多倍體植物外，育種學(xué)家開始有目的地選擇天然的觀賞植物多倍體植株。劉曉明等研究人員觀察源自黃石月亮山的過路黃的葉片長度、葉片寬度、葉片面積、花瓣長度、花瓣寬度、花瓣面積及葉背氣孔面積均顯著高于源自武漢獅子山的過路黃，黃石月亮山的過路黃核型為3n=36=3m+3sm+6st+24t，與武漢獅子山的過路黃核型2n=24=2m+2sm+4st+16t不同?；谛螒B(tài)與核型數(shù)據(jù)，研究人員認(rèn)為黃石月亮山的過路黃居群為自然三倍體[55]。

2 植物多倍化過程中發(fā)生各種遺傳和表觀遺傳現(xiàn)象

經(jīng)過人工多種處理方法得到的多倍體植株與自然界天然形成的多倍體植株，在植株表型方面存在一定程度的差異，這些差異與遺傳信息和表觀遺傳現(xiàn)象有關(guān)系。

在應(yīng)用秋水仙素誘導(dǎo)植物多倍體，在細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂時，紡綞絲的合成被抑制，在后期染色單體分裂后，沒有紡綞絲，不能被拉向細(xì)胞兩極，于是也不會形成細(xì)胞板，細(xì)胞就不分裂，最后就形成了染色體加倍的細(xì)胞[55]。但是也可能會產(chǎn)生雙減數(shù)現(xiàn)象，同一染色體的姊妹位點的染色單體片段進(jìn)入同一配子當(dāng)中，也就可以解釋在四倍體種群體的雜合性要大于二倍體種[56]，趙艷等觀察四倍體亞洲百合品種花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂行為，研究結(jié)果表明：四倍體亞洲百合品種花粉母細(xì)胞在減數(shù)分裂過程中出現(xiàn)較多異常現(xiàn)象，包括在后期Ⅰ、后期Ⅱ和末期Ⅱ出現(xiàn)滯后染色體，在末期Ⅰ出現(xiàn)染色體橋，在后期Ⅱ出現(xiàn)分裂不同步、不均等分離，在末期Ⅰ、四分體時期出現(xiàn)微核，以及出現(xiàn)了三核四分體等[57]。

3 多倍化過程中基因表達(dá)調(diào)控的特點

同源多倍化引起的表型變化及其機(jī)理研究亦成為研究熱點[58]，經(jīng)研究表明同源加倍后DNA序列刪除的現(xiàn)象在觀賞植物中亦存在，與二倍體祖先相比，新生成的百喜草同源多倍體中有9.5%的DNA序列刪除[59]；在合成的福祿考四倍體C0個體中全部DNA的17%會丟失。

表1 16a來已誘導(dǎo)獲得多倍體的主要觀賞植物種類（2000～2015年）

趙旭博等著重總結(jié)植物多倍化過程中基因表達(dá)調(diào)控的特點，特別是小分子RNA對基因表達(dá)的順式和反式調(diào)節(jié)分子機(jī)制方面的最新研究進(jìn)展[60]，小分子RNA在植物多倍化基因表達(dá)調(diào)控中既有順式調(diào)節(jié)機(jī)制又有反式作用模式[61]，關(guān)于觀賞植物多倍體中小分子RNA表達(dá)調(diào)控作用的很少，但在模式植物擬南芥種子胚乳發(fā)育過程中曾有報道，擬南芥二倍體和四倍體正反交中24nt siRNA劑量與種子大小密切相關(guān)。當(dāng)用二倍體做父本時四倍體做母本，胚乳細(xì)胞化過程提前，其種子比親本的?。环粗?，種子變大[62]。小分子RNA在植物多倍化過程中已發(fā)現(xiàn)的幾種調(diào)控方式中，即既有順式，也有反式，既有這兩種作用方式單獨起作用也有其共同作用，形成復(fù)雜的影響多倍體基因表達(dá)調(diào)控模式[60]。

4 存在問題及展望

秋水仙堿對生物毒害性很大，不同的觀賞植物與不同的部位對其要求的濃度不同，因此探討最佳的秋水仙素處理濃度，是得到多倍體植物的關(guān)鍵實驗環(huán)節(jié)。經(jīng)過秋水仙素處理后，由于植物細(xì)胞發(fā)育時期的不同步性，觀賞植物多倍體育種中的嵌合體問題，也是制約觀賞植物多倍體育種發(fā)展的關(guān)鍵問題。

目前，在觀賞植物多倍體育種過程中，對植物遺傳調(diào)控機(jī)制進(jìn)行深入研究的很少，只能借鑒在遺傳調(diào)控研究方面比較深入的小麥，水稻等農(nóng)作物，以期在觀賞植物育種工作中取得突破性進(jìn)展。

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