木薯三倍体育种体系构建

木薯三倍体育种体系构建内容摘要：木薯耐贫瘠耐旱，对立地条件和生产技术要求不高，粗放管理也能保持一定的产量，因此，一直以来木薯并不如其它经济作物那样受到重视，基础研究及遗传多样性探索远远滞后。

随着木薯的广泛应用，木薯的生产和品种选育受到了更多的关注。

关键词：木薯三倍体育种秋水仙素一、什么叫三倍体育种？三倍体育种在农业生产中的作用?三倍体育种：通过增加染色体组数以改造生物遗传基础，获得三倍体育种材料，从而培育出符合人类需要新品种的方法。

植物细胞核内染色体组加倍以后，常常带来形态和生理上的变化。

在同一树种中，多倍体的个体与二倍体相比，常会出现下列特点： (1)巨大性。

随着染色体加倍，细胞及细胞核变大，因而组织和器官也变大。

朱之悌等(1995)选育出的毛白杨异源三倍体B301单株材积比自然二倍体高出25倍，由于多倍体的细胞巨大性使林木纤维长度增大，5a生的三倍体木材纤维平均长达到1.28mm，比同龄普通二倍体毛白杨长52.4%；α-纤维素含量提高，可达到53.21%，比同龄二倍体毛白杨高5.8%。

(2)代谢产物增加。

在木本植物育种中，多倍体育种可望使利用组织代谢产物的经济树种品质性状得到改善提高，如树木叶蛋白、橡胶以及黄酮等，从而提高林木的利用价值，降低生产成本。

有关育种成果已经在生产中得到应用，其中四倍体橡胶树的产胶量比二倍体亲本提高34%；三倍体漆树的产漆量比二倍体高出1～2倍；三倍体桑树在产叶量和叶品质等方面均优于二倍体等。

(3)可孕性低。

多倍体由于减数分裂中染色体配对的紊乱，势必会产生一些非整倍性配子，从而导致育性降低，表现为无籽或种子皱缩，但其降低程度却因基因型差异而差别很大。

对于果树来说，通过诱导加倍获得多倍体后，果实不仅变大，而且有可能表现无核或少核性状，因此在果树育种上具重要应用价值。

诱导多倍体还可以改良果实的品质，同时也能通过无性繁殖长期保存和利用。

柑橘三倍体品种果大，无核(尹华林等，1998)。

(4)抗逆性强。

多倍体和二倍体相比，通常多倍体由于染色体组增加，对外界环境条件的适应性增强，抗病力、耐旱、抗旱能力也相应增强，并且可以在极端不利的生态条件下生存。

这说明植物多倍体比通常的二倍体具有更强的抗逆能力。

通过多倍体育种可提高林木的抗逆性，相应扩大树种的种植范围。

如四倍体柳杉的耐寒性增强；三倍体欧洲山杨表现出较强的抗病能力；三倍体桦木抗锈病能力增强等。

有关研究证明白杨三倍体具有较好的抗逆性。

二、木薯三倍体育种的可行性分析及意义木薯耐贫瘠耐旱，对立地条件和生产技术要求不高，粗放管理也能保持一定的产量，因此，一直以来木薯并不如其它经济作物那样受到重视，基础研究及遗传多样性探索远远滞后。

随着木薯的广泛应用，木薯的生产和品种选育受到了更多的关注。

广西是我国木薯主产区和种植适宜区，木薯栽培面积和鲜薯产量均为全国之首，占全国的60％以上。

木薯杂交育种受到气候等因素的影响，而多倍体育种不受薯开花授粉的限制，是一条改善作物品种质量和增加产量的重要选育种途径。

由于多倍体具有“巨大性”，营养成份含量也明显提高，如莴苣四倍体的维生素C含量比二倍体高50％。

多倍体育种最常用的方法是化学诱导，通过化学药品处理使作物染色体加倍。

据报道印度曾用秋水仙碱处理木薯，成功地培育出高产、高干物质含量的三倍体木薯品种76／9、2／14、CAM28等，并在南印度试种推广。

国外在木薯多倍体的研究上历史悠久,早在1941年Graner就开始用秋水仙素对木薯进行了人工多倍体的诱导研究,经鉴定染色体数目是72条为对照的二倍,气孔的平均长度为40^101,而对照为28 nm。

后来也有用秋水仙素人工诱导出木薯四倍体的报道(Abraham et al., 1964; Magoon et al., 1969)。

近些年来,Nassar 用浸有 0.2%的秋水仙素溶液的棉花包裹木薯的腋芽,对木薯进行人工多倍体诱导,最终获得了木薯多倍体植株(Nassar, 2006) 。

我国在木薯多倍体的诱导方面也做了一定的研究,不过起步较晚,如王建岭利用秋水仙素对木薯多倍体的诱导进行了系统的研究,采用田间秋水仙素莲尖涂抹法和萌发芽浸泡法,获得了多倍体植株(王建岭,2008)。

陈显双等在田间先用脱脂棉将木薯腋芽生长点包裹,再分别用4 g/L和6 g/L的秋水仙素溶液浸湿棉花,隔天滴一次,每次1~2滴,连续5次,都获得了较好的诱导效果,并获得了四倍体植株(陈显双等,2008)。

所以说木薯三倍体育种具有可行性,且可行性很高.近年来, 酒精作为新能源进入燃料市场, 而木薯作为碳水化合物最高的作物, 被认为是制备酒精最合理的原料, 已同玉米、甘蔗共被列为未来生产燃料乙醇的主要材料。

在植物中, 多倍体是适应性变化和物种形成的主要机制, 是高等植物染色体进化的显著特征。

由于染色体数目加倍, 多倍体个体外形往往较大, 并且对不利的自然条件具有较强的适应能力, 在生物进化与育种上均具有重要意义。

一般而言, 多倍体具有植株粗壮、叶片增大、花器官增大、耐贮藏、耐运输等优点, 因此, 多倍体大大增加了其商业价值。

王建岭研究表明: 木薯多倍体表现为木薯植株粗壮、块根增大、叶片变厚、叶色变深, 叶绿素含量和淀粉含量均显著优于二倍体。

目前木薯品种的选育方法主要还是以常规的杂交育种方法为主。

随着木薯在工业生产和人们生活中的广泛应用, 新品种的选育受到了更多的关注。

木薯的杂交育种受到气候和时间等因素的限制, 效率较低, 而木薯多倍体育种不受木薯开花授粉的限制, 育种灵活性增大, 因此, 木薯多倍体育种在木薯育种上具有重要意义。

三、三倍体形成的主要途径有：比较各优缺点(1)体细胞加倍的四倍体×二倍体→：利用二倍体与四倍体正反交是人工获得三倍体的主要途径。

现有研究表明，可通过不同亲本组合得到优良的三倍体品种。

另有研究表明，四倍体与二倍体正反交时，母本的选择在很大程度上影响着杂交的成功率，因此再通过有性杂交培育三倍体时要注意父、母本的选择。

由一些实验可以看出四倍体与二倍体杂交常会出现杂交不稔或者稔性较低的现象，而不同的物种和不同的杂交组合，其结果也不尽相同。

四倍体与二倍体杂交获得三倍体的方法具有较强的主动性，但要先得到四倍体，增加了育种难度及年限，在没有可供利用的四倍体的情况下，只能作为一种倍性育种的辅助途径。

(2)物理或化学方法有性诱导2n雌雄配子×1n正常配子→：2n配子是植物无融合生殖和多倍体生产的主要途径。

为了改善2n配子在自然状态下低频发生的现象，可通过物理化学因素有道提高2n配子产生的概率。

常用方法有化学诱导方法——秋水仙素处理，常用的物理诱导方法有热处理、变温处理、射线照射灯等。

此外，用理化因子诱导2n卵，也都有一些成功的报道。

化学物理诱导获得三倍体具有机动灵活的特点，是一种获得三倍体最有效的途径。

(3)胚乳组织培养→：被子植物胚乳是双受精产物之一，胚乳由3个单倍体核融合而成的，其中一个来自雄配子体，2个来自雌配子体，因此胚乳是天然的三倍体组织，具有双亲的遗传成分，对育种后代性状有一定的预见性。

而且胚乳同样具有胚乳同样具有一般细胞的全能性，通过三倍体胚乳培养获得三倍体要远远快于四倍体与二倍体正反交。

自1973年印度学者Srivastava成功地通过胚乳培养获得罗氏核实木三倍体胚乳再生植株以来，育种工作者以对近50种植物都进行了胚乳培养，目前以对苹果、梨、柑橘、猕猴桃等通过胚乳培养的方法获得了三倍体植株。

但在胚乳培养过程中遇到了诸多的障碍，一是胚乳培养出的植株常常出现倍性混乱的现象，再者是胚乳植株很难移栽成活。

总体上胚乳培养还不很成熟，还需通过改进胚乳培养技术体系、合理使用植物激素、确定适宜的发育时期等来促进胚乳培养的成功率。

四、木薯采用（有性诱导2n雌雄配子×1n正常配子→三倍体）的育种过程：1、如何用秋水仙碱处理花序获2n雌雄配子秋水仙素阻碍纺缍丝的形成, 使中期染色体不能分裂到2个细胞中, 从而导致了细胞中染色体数目的加倍。

利用秋水仙素处理分裂旺盛的木薯组织就可以获得理想的多倍体。

萌发的木薯种子和生长点是最好的处理材料, 常用的方法有浸种法、滴苗法和涂抹法等。

在大多数植物中, 从植物诱变率分析, 茎尖涂抹法要优于萌发芽浸泡法, 但采用U= 0. 1% 的秋水仙素涂抹木薯茎尖和浸泡木薯萌发芽48 h, 这2种方法都能获得较满意的处理效果。

2、2n雌雄配子的选择纯化方法多倍体的纯化就是进行嵌合体的分离,在利用化学诱变剂进行多倍体育种过程中嵌合体现象是普遍存在的, 因为嵌合体不但容易转化，而且突变细胞与正常细胞发生竞争，突变细胞往往竞争不过正常细胞，使突变消失。

郑思乡等诱导经过秋水仙素处理的芦笋器官和组织产生不定芽，可以获得完全多倍体。

由于不定芽一般由一个或几个表皮细胞发育而来，若这部分细胞是多倍体，则形成的不定芽即为完全多倍体。

通过愈伤途径诱导多倍体，可望实现加倍后的单细胞再分化成苗，理论上这种途径所形成的四倍体均为纯合体，从而可避免嵌合体的出现，使直接诱导同质多倍体成为可能。

陈显双等在木薯多倍体研究中就发现了嵌合现象, 并采用变异枝条多次分离的方法最终得到了变异稳定的木薯多倍体。

此方法可以借鉴。

3、三倍性杂合子发育过程中可能出现败育原因及解决方法（胚挽救技术的应用）（1）原因（a）质核互作不平衡：从生化角度看，生物个体生长发育所需的物质大部分是靠核基因控制，在细胞质中合成的，质核不协调，必然会影响所需物质的合成，从而影响到生长发育，并有可能造成不育。

（b）.染色体不平衡：指一种物种的染色体组，染色体数目、结构、性质与另一物种不平衡，可造成生理上不协调，影响生长发育及减数分裂中不配对造成杂种不育。

（c）基因不平衡：指物种间基因的差异，从分子遗传学的角度看，不同的物种 DNA 分子的大小，核苷酸序列和结构上很不相同，因此就整个分子来说，大多数很难亲和，尤其是 DNA 携带的遗传信息所调控的功能差异很大，彼此很难协调地共处于一个细胞中。

这种情况下，异缘 DNA 进入后被细胞中的各种内切酶所裂解或排斥，造成遗传功能紊乱，不能合成适当的物质并形成正常有功能的配子。

(2)克服方法（a）利用化学药剂处理杂种合子，促进幼胚发育：有些远缘杂交受精后幼胚很快死亡，而受精后有某些化学药剂处理则有利于杂种幼胚的发育；（b）杂种胚的离体培养：获得远缘杂种的一大障碍是杂种胚发育不良，可在不利条件发生前，将杂种胚取出进行离体培养，直到生长出叶和根，以获得可育的杂种。

4、杂种后代的倍性鉴定方法（可通过流式细胞仪筛选后进行细胞染色体鉴定）(1)形态学鉴定形态鉴定是初步鉴定多倍体的方法, 也是最简单、最直观、最粗放的方法。

当细胞核内的染色体加倍以后, 常常带来一些形态和生理上的变化, 如器官大小的变化和抗性的变化等。