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单倍体育种和多倍体育种的区别

【论文时间: 2019-09-07 07:52

  自然界的植物多数是二倍体(2n=2x),即其体细胞(2n)核中包含两个相同的染色体组(x)。但有些物种经过染色体的自然或人工加倍,可形成含有多个染色体组的新物种,我们称之为多倍体。常见多倍体有三、四、五、六和八穆体,2n分别等于3x、4x、5x、6x和8x。如果多倍体的各染色体组来自同一物种,称之为同源多倍体。

  小麦、烟草、甘著为异源多倍体,马铃薯、苜蓿则为同源多倍体。在作物中无论是二倍体还是多倍体,其正常配子细胞的染色体数都是体细胞的一半,又称单倍性(n),这种单倍性细胞经人工诱导也可发育成植株,称做单倍体植株。单倍体及其它体细染色体组数为奇数者(如三倍体、五倍体)均表现高度不育,原因在于其无法实现正常的减数分裂。另外一个现象是单倍体植株细弱、矮小,而多倍体植株则往往表现为根、茎、叶、花的巨型性,可使作物产量增加、品质改良、对育种者极具魅力。1937年发现了能使染色体加倍的化学药物秋水仙素,为单倍体、多倍体的应用奠定了基础。

  单倍体植株自身是不育的,如能将单倍体植株的染色体加倍,便成了正常可育株,利用这个特点育种,就是单倍体育种。单倍体植株可通过花药培养的方法获得。取Fl代的花药置于特定的培养基上培养,利用细胞的全能性,诱导花粉长成植株,这些单倍体植株再经秋水仙素处理一段时间,便可实现染色体加倍,加倍后的植株不仅正常可育,而且完全纯合。由于Fl代植株所形成的花粉带有其双亲的染色体,类型丰富,所以,由其花药培养出的纯合株也是双亲的重组型,只不过已成纯系而已。这些单株种成的株行都将是整齐一致的,不再分离,好的便可以留作下年测产。看得出这种方法能一次性地培养出纯合体,不仅缩短了育种年限,还有利于隐性基因的表现,开码现场直播,排除了杂种优势的干扰。70年代以来我国用花药培养法相继育成烟草、小麦、水稻等作物新品种,奠定了我国在此领域中的世界领先地位。

  对多倍体研究发现,五倍体以上的同源多倍体巨型效应.反而减小,生理功能也衰退,所以,同源多倍体育种一般限于二倍体合成四倍体或通过二倍体和四倍体杂交合成三倍体,如无籽西瓜、多倍体甜菜等,都是利用了三倍体的不育性。

  同源多倍体在减数分裂时往往多条染色体联合到一起形成多价体,使染色体分离不规则,导致育性下降,结实率低。这也是为什么二倍体植物的单倍体植株加倍后还是得到二倍体而非四倍体、八倍体,因为相比之下二倍体细胞分裂正常最具竞争力,一路领先,成了主体。

  多倍体育种是创造新物种的过程,这在异源多倍体研究利用上表现得更加淋漓尽致。一般先要做远缘杂交,而后再给杂种的染色体加倍以合成新物种,此新物种还要通过一系列的改良过程才有可能成为作物。异源多倍体也具有一般多倍体生长旺盛、器官巨大等优点,并且由于染色体组的多样化,具有永久杂合性(又称纯系优势)、遗传上的缓冲性和进化上较强的适应性。

  当然,异源多倍体也常因生理上的不协调而造成结实率低、籽粒不饱满,使得所创造出的异源多倍体物种多数无实用价值,但也不乏小黑麦等成功的先例。随着科技水平的提高,可以坚信,多倍体育种的前景是广阔的。


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