[教育]園林植物花卉育種學(xué)ppt課件第8章多倍體育種

1、第八章 多倍體育種,染色體基數(shù)的確定： 在同一屬植物中，以染色體數(shù)目最少的二倍體種子的配子染色體數(shù)為準(zhǔn)，作為全屬植物的染色體基數(shù)，包括這一基數(shù)的染色體稱為一個(gè)染色體組（用x表示） 只有一個(gè)染色體組的植物稱為單倍體(一元單倍體)；有兩個(gè)染色體組的植物稱為二倍體；有三個(gè)或三個(gè)以上染色體組的植物統(tǒng)稱為多倍體。多倍體育種：指利用多倍體植物進(jìn)行選育，獲得新品種的方法。,“多倍體系列”現(xiàn)象： 在同一屬植物內(nèi)常存

2、在一連串不同倍性的物種例如菊屬植物，染色體基數(shù)x=9菊花腦，香葉菊為二倍體（2n=2x=18）甘野菊、野菊為四倍體（2n=4x=36）毛華菊、紫花野菊為六倍體（2n=6x=54）D. orantum（Hemsl.）Kitam為八倍體（2n=8x=72）磯菊為十倍體（2n=10x=90）,一、多倍體的類型與起源 1.分類依據(jù)染色體組的來源不同分類同源多倍體異源多倍體根據(jù)染色體數(shù)整數(shù)倍還是非整數(shù)倍性整數(shù)多倍體非整

3、數(shù)多倍體(異數(shù)多倍體),（1）同源多倍體(autopolyploid) 形成多倍體的染色體組來源于同一個(gè)物種。以A代表一個(gè)染色體組 AA為同源二倍體AAA為同源三倍體AAAA為同源四倍體如美國已育成同源四倍體的金魚草、麝香百合等。,（2）異源多倍體（allopolyploid） 染色體由兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同物種的染色體組組成。A代表一個(gè)染色體組，B代表另一個(gè)染色體組，AABB表示異源四倍體。如遠(yuǎn)緣雜種

4、加倍，則形成了異源多倍體。一般也把異源四倍體稱為“雙二倍體”。,多花報(bào)春 X 輪花報(bào)春,2n=2x=18,2n=2x=18,加倍,四倍體邱園報(bào)春,,F1,,(2n=4x=36),如,（3）異數(shù)多倍體（非整數(shù)多倍體） 指細(xì)胞中染色體數(shù)目有零頭的多倍體。例如栽培菊花大多為六倍體（2n=6x=54）有的為47條染色體（即5x+2）有的為71條染色體（即8x－1）,2.起源自然界中多倍體起源：（1）體細(xì)胞染色體加倍

5、（2）細(xì)胞學(xué)上未經(jīng)減數(shù)分裂的配子有性功能,,（1）體細(xì)胞染色體加倍又包括：①由合子染色體加倍產(chǎn)生多倍體植株；②頂端分生組織部分細(xì)胞染色體加倍產(chǎn)生多倍體嵌合體。以上這兩種體細(xì)胞染色體加倍的方式在自然界中是非常罕見的。（2）細(xì)胞學(xué)上未經(jīng)減數(shù)分裂的配子有性功能先形成2n配子,進(jìn)而形成多倍體例如：與1n配子結(jié)合形成三倍體，與2n配子結(jié)合形成四倍體產(chǎn)生2n配子的途徑不正常減數(shù)分裂，使染色體不減半；減數(shù)分裂后的孢子有絲分裂過程中

6、，染色體加倍。,異源四倍體的形成也有如下三種方式：（1）二倍體種、屬間雜種的體細(xì)胞染色體加倍；（2）雜種減數(shù)分裂兩個(gè)物種的染色體沒有聯(lián)會(huì)，產(chǎn)生2n配子,兩個(gè)2n配子結(jié)合成為雙二倍體；（3）兩個(gè)不同種、屬的同源四倍體雜交也可以產(chǎn)生異源四倍體。,3. 分布據(jù)統(tǒng)計(jì)，在植物界里約有1/2的物種屬于多倍體禾本科多倍體幾乎占3/4花卉中的多倍體也有2/3以上植物的自然演化地位越高，多倍體物種的比例越大。一般認(rèn)為在同一屬植物中，二

7、倍體植物是原始種，多倍體植物是衍生種。 多倍體是高等植物進(jìn)化的一個(gè)重要途徑。,表9-2 顯花植物中多倍體物種所占比重,在自然界中，由于溫度巨變等因素，使生殖細(xì)胞的染色體數(shù)目未能減半，從而創(chuàng)造出多倍體植物類型。例如冰川入侵使古老的二倍體種難以適應(yīng)惡劣環(huán)境而消失，多倍體新種由于適應(yīng)能力強(qiáng)，所以在冰川退走之后，則以頑強(qiáng)的生命力占領(lǐng)了荒涼的冰山地區(qū)。如北美東部的冰川地區(qū)，阿爾卑斯山脈冰川地區(qū)，多倍體植物占多數(shù)，有些植物種甚至只有多倍體，而

8、沒有一個(gè)二倍體種，那些古老的二倍體積只能在冰川沒入侵到的地帶中才可找到。多倍體物種對(duì)環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，多分布于氣候嚴(yán)峻或生態(tài)條件變化劇烈之處.如北極、雪地、沙漠、高山地帶等。,1938年，世界上第一個(gè)無籽西瓜在美國培育成功。美國的各大報(bào)刊紛紛以《中國人育成無籽西瓜》、《無籽西瓜由年青華人育成》為題，刊登了無籽西瓜培育者的事跡及照片。這個(gè)被譽(yù)為“無籽西瓜之父”的人，就是當(dāng)時(shí)美國密執(zhí)安州立大學(xué)研究院的果樹研究生黃昌賢。他原籍廣東

9、,是華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授。 用植物激素處理西瓜雌花，果實(shí)小、成瓜率低，而沒有應(yīng)用于生產(chǎn)。同年，日本生物學(xué)家寺田甚七使用萘乙酸和吲哚乙酸處理西瓜雌花柱頭，獲得多倍體西瓜。１９４２年，日本首次培育成功三倍體無籽西瓜。,,1950年，日本育成了９個(gè)品種的無籽西瓜。無籽西瓜得到大面積推廣中國從50年代至60年代初，進(jìn)行無籽西瓜的試種。1965年湖南無籽西瓜已銷往港澳市場。,三倍體無籽西瓜的培育：,無籽西瓜體細(xì)胞染色體為33條，它在生殖過程中

10、無法正常進(jìn)行減數(shù)分裂，胚珠高度不孕，只能形成白嫩秕子，故稱無籽西瓜。,三倍體毛白楊是北京林業(yè)大學(xué)毛白楊研究所朱之悌教授經(jīng)過15年艱苦攻關(guān)所取得的系列新品種。三倍體新品系具有速生、優(yōu)質(zhì)等特點(diǎn)。 國務(wù)院、林業(yè)部及有關(guān)省市領(lǐng)導(dǎo)多次專程赴基地視察，盛贊“三倍體毛白楊的育成是國之驕傲”，認(rèn)為解決了我國北方林業(yè)尤其是工業(yè)用材林長期缺乏優(yōu)良樹種的難題，具有重大的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。,中國水仙為三倍體，一般不結(jié)種實(shí)，蒴果由子房發(fā)育而成中國水仙雖

11、為三倍體，卻偶有能結(jié)實(shí)者。故與喇叭水仙等大花種雜交，還是有可能獲得種間雜種，集香花、多花和大花、晚花等雙親優(yōu)點(diǎn)于一身的雜交種.,二、多倍體的特點(diǎn) 1.巨大性(1)細(xì)胞核、細(xì)胞以及組織器官等明顯加大;(2)莖粗壯，葉片寬厚，葉色濃綠；(3)花果器官增大，花色艷；個(gè)別屬除外，如香雪球（Alyssum）、決明（Cassia）。(4)種子較大而粒數(shù)少。(5)氣孔與花粉增大植株高度不一定很高,2. 生理特性發(fā)生變化新陳代

12、謝旺盛酶的活性增強(qiáng)碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素、生物堿、單寧物質(zhì)的合成增強(qiáng)許多三倍體植物表現(xiàn)出明顯的超親優(yōu)勢(shì)。,但一些植物種的四倍體表現(xiàn)出生長矮壯枝條數(shù)少開花期和結(jié)果期遲結(jié)果少,3. 適應(yīng)性強(qiáng)具有耐紫外光、耐寒、耐旱等特性。例如，非洲西北部沙漠中有一種畫眉草屬植物，該屬有3個(gè)種：一年生二倍體種分布在多水的湖區(qū)邊緣；多年生四倍體種分布在較干燥地區(qū)；多年生八倍體種則表現(xiàn)了極強(qiáng)的耐旱能力，分布在極端干旱的沙丘地帶。

13、多倍體杜鵑及醉魚草多分布在我國西南山區(qū)，而二倍體只分布在平原。,4. 多倍體種類育性降低同源多倍體生殖細(xì)胞常大量死亡原因：減數(shù)分裂時(shí)同源染色體難以正常配對(duì)或分離同源多倍體大多結(jié)實(shí)率降低，表現(xiàn)不孕性。尤其是三倍體植物，基本上表現(xiàn)出高度不孕性如無籽西瓜、無籽葡萄、無球懸鈴木、蓬蒿菊、梅花、櫻花、卷丹等三倍體種。個(gè)別種例外（如三倍體風(fēng)信子具有高度可孕性），,異源多倍體，則具有高度可孕性原因：減數(shù)分裂時(shí)能夠正常進(jìn)行例如

14、異源四倍體邱園報(bào)春，具有可孕性。,,薰衣草二倍體與四倍體特征比較,四、人工誘導(dǎo)多倍體的方法 物理方法化學(xué)方法生物方法,1.物理方法主要是仿效自然促使染色體數(shù)目加倍包括高溫處理低溫處理機(jī)械損傷電離輻射及非電離輻射處理,溫度聚變、機(jī)械創(chuàng)傷（如反復(fù)斷頂?shù)龋┘颖兜念l率很低電離輻射與非電離輻射等易引起基因突變因此，人工誘導(dǎo)多倍體一般不采用物理方法。,自1937年美國人Blakeslee和Avery用秋水仙堿處理植物種

15、子，獲得了45%以上的同源多倍體，才開創(chuàng)了人工誘導(dǎo)多倍體育種的新時(shí)代。,2.化學(xué)法以各種植物堿、麻醉劑、生長激素、化學(xué)合成物質(zhì)處理，獲得多倍體。 如：秋水仙素、富民農(nóng)、笑氣 (氧化亞氮,N2O )、咖啡堿、茶嵌戊烷、水合三氯乙醛等其中以秋水仙素的效果最佳。人工誘導(dǎo)多倍體主要采用化學(xué)法,3.生物方法有性雜交組織培養(yǎng)嫁接和摘心等,1. 誘導(dǎo)多倍體材料的選擇染色體倍數(shù)較低的植物；染色體數(shù)目極少的植物；異花授粉植物；

16、能利用根、莖、葉等進(jìn)行無性繁殖的植物；雜種后代(包括遠(yuǎn)緣雜種和常規(guī)雜種)。,五、秋水仙素誘導(dǎo)多倍體的方法,2. 秋水仙素的理化性質(zhì)、配制與貯藏來源：從百合科植物秋水仙（Colchicum autumnale）的根、莖、種子等器官中提煉出來的一種植物堿.分子式：C22H25O6N·1/2H2O。物理性質(zhì)：淡黃色粉末，針狀無色結(jié)晶（純品），性極毒，融點(diǎn)為155℃，易溶于水、酒精、氯仿和甲醛中，不易溶解于乙醚、苯。,,

17、,秋水仙,原理：(1) 抑制細(xì)胞分裂時(shí)紡錘絲的形成，使已正常分離的染色體不能拉向兩極，(2) 抑制細(xì)胞板的形成，使細(xì)胞有絲分裂停頓在分裂中期。,它不影響染色體的復(fù)制，因而造成加倍后的染色體仍處于一個(gè)細(xì)胞中，導(dǎo)致形成多倍體。處理過后，用清水洗凈秋水仙素的殘液，細(xì)胞分裂仍可恢復(fù)正常。,使用形式：水溶液配制方法：將秋水仙素直接溶于冷水中，或先將其溶于少量酒精中，再加冷水。貯藏：棕色玻璃瓶內(nèi)保存，避光，密封。,3. 處理材料的適

18、宜時(shí)期只影響正在分裂的細(xì)胞，對(duì)于其他狀態(tài)的細(xì)胞不起作用。處理的適宜時(shí)期：種子（干種子或萌動(dòng)種子）、幼苗、幼根與莖的生長點(diǎn)、球莖與球根的萌動(dòng)芽等。如果材料的發(fā)育階段較晚，被誘導(dǎo)的植株易出現(xiàn)嵌合體。,4. 適宜的濃度與處理時(shí)間濃度及時(shí)間是關(guān)鍵因素。濃度范圍：0.0006%～1.6%，多用0.2%～0.4%。處理時(shí)間：一般>24小時(shí)或以處理細(xì)胞分裂的1～2個(gè)周期為原則。時(shí)間與濃度的關(guān)系：濃度大，則時(shí)間短，相反則

19、可適當(dāng)延長。實(shí)驗(yàn)表明，濃度大，處理時(shí)間短的效果比濃度小，處理時(shí)間長要好。,濃度和時(shí)間還與植物、器官或組織有關(guān)例如，張敩方等用白花類型金魚草種子進(jìn)行多倍體誘變，采用濃度0.3%～0.5%的秋水仙素處理24小時(shí)誘變效果較好。另有實(shí)驗(yàn)表明，處理矮牽牛種子的適宜濃度為0.01%～0.1%，以0.05%處理時(shí)間24小時(shí)效果最佳。,不同器官對(duì)秋水仙素的敏感性使用濃度一般木本比草本高,老組織比嫩組織高.處理種子的濃度可稍高些，持續(xù)

20、時(shí)間可稍長（一般為24～48小時(shí)）；處理幼苗時(shí)，濃度應(yīng)低些，處理時(shí)間可稍短；植物幼根對(duì)秋水仙素比較敏感，應(yīng)采用秋水仙素溶液與清水交替間歇的方法。,5. 常用秋水仙素處理的方法（1）浸漬法適于種子，枝條及盆栽小苗。選擇干種子或萌動(dòng)種子，種子的2/3浸入秋水仙素溶液。處理時(shí)間多為24小時(shí)，濃度0.2%～1.6%。一般不超過6天，以免影響根的生長。,（2）滴液法滴在子葉、幼苗的生長點(diǎn)上（即頂芽或側(cè)芽部位）。6～8

21、小時(shí)滴一次，處理一至數(shù)日。若氣候干燥，蒸發(fā)快，中間可加滴一次若水滴難以停留在芽處，則可用棉球包裹幼芽，再滴芽液處理。與浸種法相比，可避免根系受傷害，節(jié)省藥液。,（3）毛細(xì)管法紗布或脫脂棉包裹頂芽或腋芽，將其另一端浸在秋水仙素溶液中（小瓶），利用毛細(xì)管吸水作用把芽浸透一般多用于大植株上芽的處理。,（4）涂抹法 秋水仙素配成乳劑，涂抹在幼苗或枝條的頂端，處理部位要適當(dāng)遮蓋保濕，以減少蒸發(fā)和避免雨水沖洗。,A.

22、羊毛脂法用羊毛脂與秋水仙素混合成膏狀，濃度比水溶液處理略高些，將軟膏涂于植株的生長點(diǎn)上。B.瓊脂膠制劑使用時(shí)稍加溫后涂于生長點(diǎn)處。C.甘油乳劑用秋水仙素與甘油、水等配制而成。,（5）注射法采用微量注射器將秋水仙素溶液注入植株頂芽或側(cè)芽中。,（6）復(fù)合處理法秋水仙素與輻射復(fù)合處理如對(duì)好望角苣苔屬植物的處理先用秋水仙素處理，再用X射線照射，染色體加倍率達(dá)到60%單獨(dú)用秋水仙素處理時(shí)為30%。采用復(fù)合處理法還獲得了兩

23、株八倍體。,六、生物方法獲得多倍體1.有性雜交培育多倍體培育奇數(shù)多倍體和異源多倍體（1）利用減數(shù)分裂時(shí)親本形成不減數(shù)的2n配子張新忠等（1998）對(duì)水培桃、李處于減數(shù)分裂前期I的花枝進(jìn)行32oC下12h的熱激處理，2n花粉比例為13.33％-20.37％,（2）利用多倍體親本產(chǎn)生新的多倍體 四倍體和二倍體雜交是獲得三倍體最有效的方法。A.F.Longley(1926)利用自然四倍體金豆柑為父本與來檬柑雜交，獲得2株三倍體來

24、檬金桔。立川中夫等（1959，1961）利用秋水仙素處理日本夏橙和宮川早生溫州蜜桔得到同源四倍體，再與二倍體日本夏橙、文旦等雜交獲得12株三倍體實(shí)生苗。,2. 組織培養(yǎng)獲得多倍體各種植物在組織培養(yǎng)中，常發(fā)生染色體倍性變化。J.G.Torrey(1959)報(bào)道，梨根在開始培養(yǎng)幾天后，二倍體細(xì)胞占優(yōu)勢(shì)，但到愈傷組織培養(yǎng)時(shí)，則以四倍體細(xì)胞占優(yōu)勢(shì)。D.A.Evans報(bào)道，石刁柏和胡蘿卜的組織培養(yǎng)過程很容易產(chǎn)生四倍體。 另外，可直接采用

25、胚乳培養(yǎng)來創(chuàng)造三倍體新品種。,七、 多倍體的鑒定與后代選育（一） 植物多倍體的鑒定1.直接鑒定法(染色體計(jì)數(shù)法)染色體壓片:取根尖或花粉母細(xì)胞，檢查細(xì)胞內(nèi)的染色體數(shù)目。該法是最可靠的鑒定方法。流式細(xì)胞儀鑒定結(jié)果　(植株葉片)當(dāng)植物材料較多時(shí)，采用直接鑒定法就比較浪費(fèi)時(shí)間。最好是先進(jìn)行間接鑒定，淘汰二倍體植株，再進(jìn)行直接鑒定。,2.間接鑒定法 一般是以花粉、氣孔的大小，結(jié)實(shí)率的多少，以及形態(tài)上的其他巨大性等特點(diǎn)來判

26、斷,（1）氣孔鑒定 多倍體氣孔大，單位面積氣孔減小可將葉背面撕下一層表層，放在載玻片上滴一滴清水或甘油，在顯微鏡下觀察；或先將葉片浸入70%的酒精中，去掉葉綠素后再進(jìn)行觀察。（2）花粉鑒定 采集少量花粉放在載玻片上，加一滴清水，或?qū)⒒ǚ巯扔?5%的醋酸浸漬，加一小滴碘液，在顯微鏡下觀察花粉粒大小。多倍體花粉粒比二倍體的大，一般可增大1/3。三倍體的花粒不規(guī)則，可與四倍體進(jìn)行區(qū)分。,（3）莖葉鑒定： 多

27、倍體植株一般莖桿粗壯，葉片寬厚，并可用藍(lán)色光進(jìn)行葉色鑒定，葉肉細(xì)胞綠色比二倍體的濃。（4）花、果實(shí)鑒定： 多倍體的花、果實(shí)一般均比二倍體的大，而且花瓣肥厚，花色較鮮艷,（5）可育性鑒定： 多倍體的結(jié)實(shí)率較低，一般種子大且數(shù)量少，對(duì)于同源多倍體，幾乎難以見到種子。,(6)梢端組織發(fā)生層細(xì)胞鑒定原理:化學(xué)誘變的多倍體，多數(shù)是嵌合體，而且不同發(fā)生層的細(xì)胞在組織分化上也各有不同。操作:顯微鏡下觀察梢端組織發(fā)生層

28、切片如果組織發(fā)生層的三層中任何一層細(xì)胞顯著大于對(duì)照，則可確定為多倍體 比形態(tài)鑒定更全面，更可靠。,芽變的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ),（1）芽變的發(fā)生與嵌合體頂端分生組織的細(xì)胞層,2. 多倍體后代選育和利用（1）選育得到多倍體只是育種的開始，還必須進(jìn)行選育。對(duì)性狀優(yōu)良的類型，直接入選種圃，全面鑒定 對(duì)不穩(wěn)定的嵌合體類型進(jìn)行分離和提純 保留有價(jià)值的材料（對(duì)象：不能直接成為品種者）,（2）利用對(duì)于同源多倍體，盡量采用無性繁殖。因?yàn)榻Y(jié)實(shí)率