魯文英
【摘 要】多倍體育種作為一種重要的育種手段,目前已被廣泛應(yīng)用,其中倍性鑒定是多倍體育種的一個重要環(huán)節(jié),快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行倍性鑒定對加速育種進(jìn)程有重要的意義。本文概括了目前最常用的幾種多倍體鑒定方法,并對各自優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡要比較。
【關(guān)鍵詞】植物;多倍體;鑒定
多倍體植物通常具有生物產(chǎn)量高、適應(yīng)性強(qiáng)、抗逆性強(qiáng)、有效成分含量高等特征,然而僅靠染色體自然加倍很難滿足現(xiàn)代植物育種的需要。為此,人為通過物理方法、化學(xué)方法、生物學(xué)方法等途徑使植物細(xì)胞染色體組加倍,獲得多倍體材料,用以選育符合人們需要的優(yōu)良品種,是近年來植物育種研究的一個熱點(diǎn)。目前,育種學(xué)家已在150屬的若干種上進(jìn)行了研究,并已誘導(dǎo)出許多多倍體。
一批二倍體材料經(jīng)處理后,其中一些材料的染色體加倍成為多倍體,一些未能加倍依然為二倍體,還有一些為混倍體,因此,準(zhǔn)確地辨認(rèn)多倍體并將其挑選出來,是多倍體育種的一個重要環(huán)節(jié)。目前常用的鑒定方法主要有以下幾種:
1 植株形態(tài)學(xué)鑒定
隨著細(xì)胞染色體倍性的增加,植物細(xì)胞和各器官體積一般趨于增大,表現(xiàn)出莖桿粗壯,葉色變深,葉片變厚,生長緩慢,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。因此,巨型性是多倍體植物最為顯著的外部形態(tài)特征。
蘋果多倍體植株外觀具有莖矮、粗壯、節(jié)間短、葉寬圓、葉片厚、葉色濃綠、葉脈突起等形態(tài)特征[1]。穎長可以作為水稻染色體倍數(shù)的又一指標(biāo),水稻單倍體與二倍體的穎長一般以5.6㎜為界,二倍體與三倍體的穎長以7.8㎜為界[2]。黃瓜單倍體與雙單倍體雌、雄花花冠具有明顯區(qū)別:單倍體花冠深裂,而雙單倍體花冠淺裂,可以作為區(qū)別單倍體和雙單倍體植株的標(biāo)志,單倍體能結(jié)果,但果形多異常,無正常種子,多空癟籽,雙單倍體種子飽滿[3]。
根據(jù)植株外部形態(tài)特征進(jìn)行鑒定是初步鑒定多倍體的主要方法,也是最直觀,最粗放的方法,優(yōu)點(diǎn)是簡便、快速,不需要任何儀器,可以在苗期做出早期鑒定,為育種工作者減輕工作量。不足之處是存在很大的經(jīng)驗(yàn)因素,可能會因人而異,鑒定的準(zhǔn)確度不高。
2 染色體計(jì)數(shù)法鑒定
染色體計(jì)數(shù)法通常有常規(guī)壓片法和去壁低滲法兩種。
壓片法一般以根尖、莖尖、卷須、愈傷組織等為材料,用醋酸洋紅或蘇木精等染色壓片,觀察細(xì)胞分裂中期的染色體并計(jì)數(shù),制片中需要很好的操作技能。
陳瑞陽等在國內(nèi)首創(chuàng)利用去壁低滲法進(jìn)行染色體標(biāo)本制備,并對37科105種植物進(jìn)行切片制備,總結(jié)了不同植物的低滲、酶解和染色時間[4]。
去壁低滲法與常規(guī)壓片法相比有許多優(yōu)點(diǎn),既可用于染色體計(jì)數(shù),也可用于染色體組型分析Gimsa分帶等研究,并可借助掃描電鏡對植物染色體進(jìn)行觀察,但是酶解去壁成功與否的關(guān)鍵在于對酶液濃度、酶解時間、酶解溫度等幾個因素的把握,需要一定經(jīng)驗(yàn),而且操作過程繁瑣,工作量大,所以該方法需要良好的實(shí)驗(yàn)條件和豐富的經(jīng)驗(yàn)[5]。
3 植株葉片氣孔性狀鑒定
染色體倍性與氣孔性狀的關(guān)系已有很多研究報(bào)道,氣孔保衛(wèi)細(xì)胞葉綠體數(shù)目受染色體控制,能反映植株倍性,氣孔保衛(wèi)細(xì)胞長度是受染色體倍性控制的一對相對穩(wěn)定的性狀,年份間差異變化不顯著[6],并且同一植物處于相同環(huán)境條件和發(fā)育階段,同一部位的保衛(wèi)細(xì)胞大小性狀是相對穩(wěn)定的[7]。
玉米花藥培養(yǎng)的再生植株進(jìn)行倍性鑒定,可結(jié)合采用根尖染色體壓片法和氣孔保衛(wèi)細(xì)胞長度法兩種方法鑒定,得出玉米單倍體植株的鑒定標(biāo)準(zhǔn)是氣孔保衛(wèi)細(xì)胞長度不超過29um,其鑒定精度可達(dá)到95%以上[8]。青花菜小孢子培養(yǎng)獲得的植株葉片保衛(wèi)細(xì)胞葉綠體數(shù)占保衛(wèi)細(xì)胞數(shù)的比率(葉綠體/保衛(wèi)細(xì)胞)為8.3,13.6,22.1,和30.7,分別代表單倍體、二倍體、四倍體和八倍體[9]。李赟等以蘋果和梨的二倍體和多倍體為材料,比較了氣孔保衛(wèi)細(xì)胞葉綠體數(shù)目、氣孔密度、氣孔長和氣孔寬四個性狀與倍性的關(guān)系,分析各個性狀用于倍性鑒定的可靠性,并采用兩類性狀同時進(jìn)行判別分析,建立判別方程,結(jié)果表明,葉綠體數(shù)目和氣孔長鑒定倍性的可靠性較高,如以這兩個性狀進(jìn)行判別分析,蘋果判別方程鑒定倍性的可靠性與以氣孔長鑒定倍性的可靠性相似,梨的判別方程可大大提高鑒定的可靠性[10]。
利用植株葉片氣孔性狀鑒定倍性簡單易行,只需幾分鐘就可鑒定一份材料,且不需要先進(jìn)的儀器,不失為倍性鑒定的一種簡單有效方法。
4 花粉形態(tài)學(xué)鑒定
花粉的形態(tài)特征受植物基因型控制,不同倍性花粉的大小、萌發(fā)孔數(shù)量形態(tài)、紋孔、紋飾等都存在差異,花粉形態(tài)特征比起解剖結(jié)構(gòu)更少受外界條件影響,是探討植物起源、演化及親緣關(guān)系的重要特征之一。
花粉粒的大小與染色體數(shù)目的正相關(guān)性已經(jīng)完全得到證實(shí),四倍體花粉一般比二倍體大20%-30%[11]。以不同倍性苧麻為材料,對其花粉粒形狀、大小進(jìn)行比較觀察,結(jié)果表明:花粉大小與染色體倍性呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.9708,單倍體、二倍體、三倍體和四倍體平均直徑分別為16.30、17.81、22.00、24.76微米,品種對這一性狀沒有影響,單倍體花粉大小變化較大,并且存在一定數(shù)量的畸形、空殼花粉;三倍體存在少量的小粒花粉[12]。采用掃描電子顯微鏡對二倍體、三倍體和四倍體甜菜的花粉進(jìn)行形態(tài)觀察,結(jié)果表明:三種甜菜花粉在花粉粒的形狀、萌發(fā)器官類型及表面紋飾等主要性狀上均為相同;不同染色體倍性品種的花粉之間,在花粉粒的體積、萌發(fā)孔的數(shù)量、孔口直徑和孔膜表面紋飾等方面亦有一定差別[13]。
5 流式細(xì)胞儀法鑒定
流式細(xì)胞儀法是目前最快速且有效的倍性鑒別方法,它可以直接測定細(xì)胞的DNA含量,從而快速鑒別植株的染色體倍性水平。通過流式細(xì)胞分析儀對大量處于分裂間期染色體的DNA含量進(jìn)行檢測,然后經(jīng)計(jì)算機(jī)自動統(tǒng)計(jì)分析,繪制出DNA含量(倍性)的分布曲線圖。
流式細(xì)胞儀可以對幾萬個細(xì)胞進(jìn)行倍性檢測,并且除了檢測單倍體和多倍體等整倍體外,還能很好地鑒別出再生植株中少量混倍體、非整倍體類型的細(xì)胞,避免傳統(tǒng)檢測方法由于觀察數(shù)量的局限導(dǎo)致的檢測誤差[14]。此外該法不受植物體取材部位和細(xì)胞所處的時期限制,取材部位可以是葉片、莖、根、花、果皮、種子等,而且只需要少量材料,不影響植物生長。但該方法的不足是測定費(fèi)用較高,對于一般育種單位來說是難以承受的,此外,利用流式細(xì)胞儀進(jìn)行測定時,樣品準(zhǔn)備時間不宜過長,在室溫條件下,樣品準(zhǔn)備時間不宜超過20分鐘,時間過長會導(dǎo)致測定時DNA峰值的位置發(fā)生偏移,從而影響測定結(jié)果[15]。
綜上所述,幾種常用的倍性鑒定方法各有優(yōu)缺點(diǎn),應(yīng)根據(jù)不同植物材料特點(diǎn),結(jié)合試驗(yàn)單位自身情況,探索最有效、最直接的方法進(jìn)行倍性鑒定,快速篩選出多倍體植株,加速多倍體育種進(jìn)程。
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[責(zé)任編輯:楊玉潔]