例析多倍體培育的若干途徑

寧曉水 吳浩

多倍體是指體細(xì)胞中含有三個(gè)或三個(gè)以上染色體組的個(gè)體。多倍體在生物界廣泛存在，常見(jiàn)于高等植物中。根據(jù)染色體組來(lái)源，多倍體可分為同源多倍體和異源多倍體兩種。獲取多倍體的途徑有很多，考題中常涉及以下幾種。

一、秋水仙素處理

秋水仙素的作用機(jī)理在于它能抑制細(xì)胞分裂時(shí)紡錘體的形成，染色單體分裂，但細(xì)胞質(zhì)不分離導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍。如單倍體育種和多倍體育種借助秋水仙素均可獲得多倍體。

例1 二倍體植物甲（2N=10）和二倍體植物乙（2n=10）進(jìn)行有性雜交，得到的F不育。以物理撞擊的方法使F在減數(shù)分裂時(shí)整套的染色體分配至同一個(gè)配子中，再讓這樣的雌雄配子結(jié)合產(chǎn)生F。下列有關(guān)敘述正確的是（ ）。

A.植物甲和植物乙能進(jìn)行有性雜交，說(shuō)明它們屬于同種生物

B.F體細(xì)胞中含有四個(gè)染色體組，其染色體組成為2N+2n

C.若用適宜濃度的秋水仙素處理F幼苗，則長(zhǎng)成的植株是可育的

D.物理撞擊的方法導(dǎo)致配子中染色體數(shù)目加倍，產(chǎn)生的F為二倍體

解析 根據(jù)題意，植物甲和植物乙的雜交后代不育，說(shuō)明兩者存在生殖隔離，不是同一物種。F體細(xì)胞中含有兩個(gè)染色體組，其染色體組成為N+n。若用適宜濃度的秋水仙素處理F幼苗，則長(zhǎng)成的植株的染色體組成為2N+2n，即有同源染色體，可育。物理撞擊方法產(chǎn)生的F為四倍體。

答案 C

例2 多倍體魚類較正常魚個(gè)體大、生長(zhǎng)快速、抗病性強(qiáng)。下面是采用低溫和秋水仙素處理，利用二倍體魚培育多倍體魚的示意圖。下列選項(xiàng)正確的是（ ）。

A.由a、b分別受精后發(fā)育成的①和②所含染色體組數(shù)目相同

B.育種過(guò)程中可發(fā)生三種可遺傳的變異

C.秋水仙素阻止染色單體分離導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍

D.①中雌雄個(gè)體雜交產(chǎn)生的后代基因型可能不同

解析 圖中①是由含有兩個(gè)染色體組的卵細(xì)胞和一個(gè)染色體組的精子結(jié)合而成的，含有三個(gè)染色體組，②是由二倍體的受精卵在有絲分裂過(guò)程中經(jīng)秋水仙素處理發(fā)育而成的，含有四個(gè)染色體組。在減數(shù)第一次分裂間期、有絲分裂間期可能發(fā)生基因突變，產(chǎn)生配子的過(guò)程中可以發(fā)生基因重組，低溫和秋水仙素處理導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍為染色體變異。秋水仙素抑制紡錘體形成從而導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍。個(gè)體①為三倍體，不能進(jìn)行有性生殖。

答案 B

二、植物體細(xì)胞雜交

例3 下圖所示為細(xì)胞融合的簡(jiǎn)略過(guò)程，請(qǐng)據(jù)圖回答：

（1）若A、B是植物細(xì)胞，則之前已用 去除了細(xì)胞壁。常用來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞融合的化學(xué)試劑是 。

（2）若A是番茄原生質(zhì)體，B為馬鈴薯原生質(zhì)體，D需要再生出 。通過(guò)植物組織培養(yǎng)技術(shù)把D培養(yǎng)成雜種植株，D個(gè)體 （選填“可育”或“不育”）。這種育種方式的優(yōu)點(diǎn)是 。利用上圖原理，育種工作者還可以進(jìn)行 育種。

解析 （1）植物體細(xì)胞雜交過(guò)程中，需要用纖維素酶和果膠酶處理，得到原生質(zhì)體。在促融時(shí)常用聚乙二醇（PEG）。（2）原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志是雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁，植物體細(xì)胞雜交能克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，得到的雜種植株是多倍體，體細(xì)胞內(nèi)有同源染色體，可以正常進(jìn)行減數(shù)分裂產(chǎn)生配子，是可育的。若用同種植物的細(xì)胞進(jìn)行融合，則可以進(jìn)行多倍體育種。

答案 （1）纖維素酶、果膠酶（酶解法） 聚乙二醇（PEG） （2）細(xì)胞壁 可育 按照人們的意愿改變了生物的遺傳物質(zhì)，克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙 多倍體

三、有性雜交

如利用二倍體與四倍體雜交獲得三倍體，普通小麥由三種不同植物通過(guò)種間雜交形成。

例4 無(wú)子西瓜是由二倍體（2n=22）與同源四倍體雜交后形成的三倍體?；卮鹣铝袉?wèn)題：

（1）雜交時(shí)選用四倍體植株作母本，用二倍體植株作父本，取其花粉涂在四倍體植株的 上，授粉后套袋。四倍體植株產(chǎn)生的雌配子含有 條染色體，該雌配子與二倍體植株產(chǎn)生的雄配子結(jié)合，形成含有 條染色體的合子。

（2）上述雜交獲得的種子可發(fā)育為三倍體植株。該植株會(huì)產(chǎn)生無(wú)子果實(shí)，該果實(shí)無(wú)子的原因是三倍體的細(xì)胞不能進(jìn)行正常的 分裂。

（3）為了在短期內(nèi)大量繁殖三倍體植株，理論上可以采用 的方法。

解析 （1）利用多倍體育種技術(shù)培育無(wú)子西瓜時(shí)，在二倍體西瓜的幼苗期，用秋水仙素處理得到四倍體植株。以四倍體植株作母本，用二倍體植株作父本，把得到的種子種下去會(huì)長(zhǎng)出三倍體植株。由于三倍體植株在減數(shù)分裂時(shí)聯(lián)會(huì)紊亂，無(wú)法形成正常的配子，所以在其開(kāi)花后用二倍體的花粉涂抹其雌蕊或柱頭，即可利用花粉產(chǎn)生的生長(zhǎng)素刺激子房發(fā)育成果實(shí)。由于沒(méi)有受精，所以果實(shí)里沒(méi)有種子，即為無(wú)子西瓜。四倍體植株由二倍體植株經(jīng)染色體數(shù)目加倍而來(lái)，體細(xì)胞中含有22×2=44條染色體，減數(shù)分裂產(chǎn)生的雌配子所含的染色體數(shù)目為體細(xì)胞的一半（22條），二倍體植株產(chǎn)生的雄配子含有11條染色體，兩者結(jié)合形成含有33條染色體的受精卵。（2）三倍體植株體細(xì)胞中的染色體含有三個(gè)染色體組，減數(shù)分裂時(shí)會(huì)發(fā)生聯(lián)會(huì)紊亂而無(wú)法形成正常的配子。（3）利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以快速、大量繁殖植物幼苗。

答案 （1）雌蕊（或柱頭） 22 33 （2）減數(shù) （3）組織培養(yǎng)

四、利用胚乳誘導(dǎo)

例5 某研究小組對(duì)秈稻開(kāi)展了組織培養(yǎng)及相關(guān)研究。秈稻的胚乳（3n）由一個(gè)精子與兩個(gè)極核受精發(fā)育而成。若用秈稻種子的胚乳誘導(dǎo)愈傷組織，培育三倍體，需適時(shí)剔除胚，以免胚的存在影響愈傷組織細(xì)胞的 ，還可避免再生苗中有 。

解析 利用胚乳誘導(dǎo)愈傷組織，由于胚中含有植物激素，會(huì)影響愈傷組織的增殖和分化，需適時(shí)剔除胚。因?yàn)榕呤怯墒芫寻l(fā)育而來(lái)的，是二倍體。剔除胚也可以避免再生苗中混有二倍體幼苗。

答案 增殖和分化 二倍體幼苗

五、利用卵細(xì)胞+極體+精子結(jié)合獲得

例6 為解決二倍體普通牡蠣在夏季因產(chǎn)卵而出現(xiàn)肉質(zhì)下降的問(wèn)題，人們培育出三倍體牡蠣。利用普通牡蠣培育三倍體牡蠣合理的方法是（ ）。

A.利用水壓抑制受精卵的第一次卵裂，然后培育形成新個(gè)體

B.用被射線破壞了細(xì)胞核的精子刺激卵細(xì)胞，然后培育形成新個(gè)體

C.將早期胚胎細(xì)胞的細(xì)胞核植入去核卵細(xì)胞中，然后培育形成新個(gè)體

D.用化學(xué)試劑阻止受精后的次級(jí)卵母細(xì)胞釋放極體，然后培育形成新個(gè)體

解析 利用水壓抑制受精卵的第一次卵裂，使細(xì)胞中的染色體數(shù)目加倍，將發(fā)育成四倍體的個(gè)體。B項(xiàng)處理之后，新個(gè)體其實(shí)由卵細(xì)胞直接發(fā)育而來(lái)，因此新個(gè)體是含有一個(gè)染色體組的單倍體。利用胚胎細(xì)胞進(jìn)行克隆，獲得的個(gè)體依然是二倍體。受精后的次級(jí)卵母細(xì)胞中含有三個(gè)染色體組，一個(gè)來(lái)自精子，一個(gè)將分配到卵細(xì)胞中，一個(gè)將分配到極體中，若阻斷次級(jí)卵母細(xì)胞釋放極體，則三個(gè)染色體組共存于受精卵中，由受精卵發(fā)育為三倍體的新個(gè)體，D項(xiàng)正確。

答案 D

例7 鱒魚的眼球顏色和體表顏色分別由等位基因A、a和B、b控制?，F(xiàn)以紅眼黃體鱒魚和黑眼黑體鱒魚為親本，進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，正交和反交結(jié)果相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。

三倍體黑眼黃體鱒魚具有優(yōu)良的品質(zhì)?？蒲腥藛T以親本中的黑眼黑體鱒魚為父本，以親本中的紅眼黃體鱒魚為母本，進(jìn)行人工授精。用熱休克法抑制受精后的次級(jí)卵母細(xì)胞排出極體，受精卵最終發(fā)育成三倍體黑眼黃體鱒魚，其基因型是 。由于三倍體鱒魚 ，導(dǎo)致其高度不育，因此每批次魚苗均需重新育種。

解析 父本為黑眼黑體，配子應(yīng)為ab或Ab，母本為紅眼黃體，熱休克法抑制次級(jí)卵母細(xì)胞分裂，即配子為aaBB，形成黑眼黃體，均是顯性性狀，所以三倍體魚的基因型為AaaBBb。三倍體在減數(shù)分裂時(shí)聯(lián)會(huì)紊亂，難以形成正常的配子，所以高度不育。

答案 AaaBBb 不能進(jìn)行正常的減數(shù)分裂，難以產(chǎn)生正常的配子（或在減數(shù)分裂過(guò)程中，染色體聯(lián)會(huì)紊亂，難以產(chǎn)生正常的配子）

六、利用加倍的卵細(xì)胞與精子結(jié)合

例8 低溫誘導(dǎo)可使二倍體草魚卵原細(xì)胞在減數(shù)第一次分裂時(shí)不形成紡錘體，從而產(chǎn)生染色體數(shù)目加倍的卵細(xì)胞，此卵細(xì)胞與精子結(jié)合發(fā)育成三倍體草魚胚胎。上述過(guò)程中產(chǎn)生下列四種細(xì)胞，下圖所示四種細(xì)胞的染色體行為（以二倍體草魚體細(xì)胞含有兩對(duì)同源染色體為例）可出現(xiàn)的是（ ）。

A.初級(jí)卵母細(xì)胞 B.次級(jí)卵母細(xì)胞 C.卵細(xì)胞 D.胚胎細(xì)胞

解析 由于低溫誘導(dǎo)可使二倍體草魚卵原細(xì)胞在減數(shù)第一次分裂時(shí)不形成紡錘體，所以初級(jí)卵母細(xì)胞不發(fā)生同源染色體分離，A項(xiàng)錯(cuò)誤。卵原細(xì)胞在減數(shù)第一次分裂時(shí)不形成紡錘體，同源染色體沒(méi)有分離，所以次級(jí)卵母細(xì)胞中含有同源染色體，著絲點(diǎn)分裂后，移向細(xì)胞一極的染色體有同源染色體，B項(xiàng)正確。由于產(chǎn)生染色體數(shù)目加倍的卵細(xì)胞，所以卵細(xì)胞中應(yīng)含有4條染色體，C項(xiàng)錯(cuò)誤。由于染色體數(shù)目加倍的卵細(xì)胞與精子結(jié)合發(fā)育成三倍體草魚胚胎，所以胚胎細(xì)胞中含有6條兩種形態(tài)的染色體，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案 B