植物种间杂交的研究进展

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  种间杂交是创造植物新种类型和作物新品种的重要途径。通过种间杂交,打破种属间的隔离,把两个或多个物种经过自然界长期进化积累起来的有益特性,在试验条件下进行重新组合,使之形成新的类型和新种,这些新类型或新种,可能具有亲本所不能获得的优良特性(抗病、抗虫、抗逆性强、优质等)。种间杂交育种在创造果树新类型和获得有价值的新品种方面,具有重要意义。
  一、植物种间杂交的材料
  在植物上,自然发生和人工获得的种间杂种已有不少报道。材料涉及到果树,蔬菜,农作物以及花卉等等。
  1.果树的种间杂交
  在果树方面,雷家军等利用草莓品种哈尼(8X)与野生种黑龙江1号(5X)杂交得到了一株刘被踢种间杂种HH~1(6X);宋锋惠等通过引进的10个优良榛子品种之间的杂交,选育出适宜新疆发展的优良品种;曾烨牟等以李为母本,杏为父本进行杂交,选育出“龙园杏黄”新品种。另外,由自然杂交产生的远缘杂种也很多,例如东北的苹果梨,福建的萘。栽培的食用香蕉,有许多类型,是野生的“尖叶蕉”和“长梗蕉”杂交种。
  2.蔬菜的种间杂交
  蔬菜方面河北农大的满红等以四倍体菜墓(2n=4x=40)为母本与四倍体芥蓝(2n=4x=36)进行种间杂交,获得了菜墓与芥蓝的异源四倍体种间杂种。沈阳农大的祝朋芳以Ogura改良胞质大白菜(Brassica camperstrisssp.pekinensis)为母本,与羽衣甘蓝(B. oler-aceavar.acephala)进行种间杂交。湖北大学的黄邦全等以紫菜苔(2n=20)为母本,以不同萝卜品种(RR,2n=18)为父本进行杂交,获得了大量的属间杂种。
  3.农作物的种间杂交
  农作物中以小麦,大豆为主。周小鹭,李集临用八倍体小黑麦与普通小麦杂交,获得四个具有黑麦性状的普通小麦类型。刘景山,杨宝新等以陆地棉和海岛棉种间杂交,选育出高强力中长绒棉新品系。李玉清利用野生大豆新民6号分别与4个优良栽培大豆品种进行正反交试验,初步揭示了我国栽培大豆细胞质遗传基础狭窄单一的原因;同时,也为利用野生大豆细胞质创造优良的栽培大豆新种质提供了理论依据。
  4.花卉的种间杂交
  中国农科院的刘春等以百合中‘山丹’(Lilium pumilum)、‘西伯利亚’(Siberia)、‘白狐’(White Fox)、‘粉完美’(Pink Perfection)、铁亚杂种系品种‘达诺’(CebDazzle)和‘维多利亚瀑布’(VictoriaFalls)为试材进行种间杂交。南京农大的李辛雷、陈发棣对二倍体野生种甘菊、菊花脑、异色菊与栽培菊花进行远缘杂交。
  二、植物种间杂交的方法
  植物种间杂交最易出现的问题是种间杂交的不亲和性,以及种间杂交的杂种不育性。因此种间杂交的方法重点是解决这两个问题。
  1.克服植物种间杂交不亲和性的方法
  1.1选择适当亲本并注意正反交
  远缘杂交还常常出现正反交结果不同的现象。采用染色体数较多或染色体倍性高、第一次开花的幼龄杂种实生苗的种作为母本,选择氧化酶活性强、花粉的渗透压稍大于母本柱头的渗透压的种作父本,都有利于杂交的成功。
  1.2花粉辐射
  李玉花(1994)报道用γ射线、激光和高压静电场处理草莓花粉,可以显著提高种间杂交效率,克服远缘杂交的不育性,从而获得较多新的种质资源。
  1.3混合花粉和多次重复授粉
  重复授粉,即在同一母本花的花蕾期,开放期和花朵即将凋谢期等不同时期,进行多次重复授粉,西北农业大学园艺系马锋旺等对桃×杏杂交研究表明,混合花粉授粉降低杂交亲和性,重复授粉衰老柱头及喷布赤霉素均提高杂交亲和性。
  1.4植物激素或生长素处理
  应用赤霉酸、萘乙酸、硼酸等激素或化学物涂抹或喷洒,能促进花粉发芽和花粉管的伸长,有利于完成受精作用。前苏联有人进行了酸樱桃甜樱桃欧洲草原樱桃(C.fruticosa)×甜樱桃等组合的杂交,事先用赤霉素液处理柱头,提高了结实率。
  1.5体细胞融合
  体细胞融合可以克服远缘种属因性隔离而造成的不亲和性,从而绕过性过程使亲本基因得以结合在一起,创造自然界没有的新类型。体细胞融合只使两个种(属)植物基因简单的复合,没有发生基因间的复杂重组,这是体细胞融合的局限性。体细胞融合的主要环节包括原生质体的制备、诱导原生质体融合、杂种原生质体的甄选以及诱导分化成植株等。另外,通过预先无性接近法,媒介法,柱头移植、短截法,试管受精等方法也可以提高远缘杂交的亲和性。
  2.克服植物种间杂交杂种不育性的方法
  2.1胚胎培育
  对于一些远缘杂种胚早期败育,可利用组织培养技术来培育发育不良的胚。母锡金等[18](1990)将海沃德(Actinidia deliciosa)与维生素C含量高的野生猕猴桃种毛花猕猴桃(A.eriantha)杂交,成熟种子有50%退化。通过胚抢救,有65%的胚可抢救成活。
  2.2染色体的加倍
  对于亲缘关系较远的二倍体杂种,在种子发芽的初期或苗期,用0.1~0.3%秋水仙碱液处理若干时间,使体细胞染色体数加倍,获得异源四倍体(即双二倍体)。双二倍体在减数分裂过程中,每个染色体都有相应的同源染色体可以正常进行配对联会,产生具有二重染色体组的有生活力的配子,从而大大提高结实率。
  三、种间杂交减数分裂观察
  染色体数目变异是种间杂交遗传变异的主体,因此对植物种间杂交后代的减数分裂行为的观察,在理论和实践上都具有很重要的意义。
  蔡华等人在少数细胞中观察到了染色体的“块状移动”,在这些“块”中存在少数“染色体落后”现象,这可能是由于在染色体加倍过程中部分细胞染色体数目发生变异造成的。
  崔辉梅等人在Ogura雄性不育甘蓝型油菜×白菜中发现AACC染色体组物种与AA染色体组物种杂交经少数几代回交即可获得后代性状相对稳定的不育系。
  植物种间杂交后代减数分裂行为有一些异常现象,例如大量二价体和多价体、染色体粘联、染色体断片、微核、四分孢子分裂异常等。这些异常现象的原因是远缘杂交的两个亲本间染色体组存在差异造成。可利用这一特点来研究两个亲本间的亲缘关系、新类型形成的可能性和遗传的稳定性。
  四、钟间杂交雄配子发育过程观察
  雄配子发育过程中经常会因为各种情况出现发育不完全甚至败育的现象,从而引起雄性不育。常见的情况是绒毡层发育不正常和减数分裂异常。
  1.绒毡层发育不正常
  减数分裂前后,如果绒毡层细胞畸形或异常增厚,表明了营养物质被滞留在绒毡层细胞里,而没有运输到小孢子母细胞,使小孢子得不到营养,引起小孢子败育。
  2.减数分裂异常
  减数分裂异常是果树雄性不育的另一个重要原因。王静如关于桃花粉败育的研究认为,雄性不育品种花粉母细胞的减数分裂Ⅰ、Ⅱ与可育品种相同,所不同的是当四分体出现胼胝质消失后,单核花粉粒中的细胞核消失、细胞质变稀薄,无内含物,不能发育为成熟的花粉粒,只存在空的胞壁。
  五、结束语
  植物种间杂交育种研究已经取得了很大的进展,培育出了许多植物新品种和类型。但是由于种间杂交不亲和性的原因是极为复杂的,它的遗传机制至今尚未完全揭开,为了进一步搞清这些原因,必须从遗传学、胚胎学、细胞学、生理学和生物化学等方面继续深入进行研究。在今后的植物种间杂交育种中要综合运用各种方法,将种间杂交与诱变育种、原生质体融合、胚培养、子房培育等技术相结合,以培育更多抗病、抗寒性强、高产、优质的植物新类型。
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