單倍體育種教學(xué)中的幾點注意

賴克武

單倍體育種是高中生物學(xué)教材中幾種育種方法中的重點，在歷年高考中也是?？键c，在教學(xué)中占有非常重要的地位。單倍體育種的過程可以簡單表示為：

正常可育植株→花藥離體培養(yǎng)→單倍體（haploid）→幼苗時用秋水仙素處理→具穩(wěn)定性狀的正常植株→從中選出所需性狀（即為能穩(wěn)定遺傳的純合子）。

通過教學(xué)發(fā)現(xiàn)有以下一些問題容易混淆或理解錯誤，在此總結(jié)如下：

1．如何理解花藥離體培養(yǎng)

花藥的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，我們可以把它分成花粉囊（其內(nèi)有花粉粒）和外圍的細胞（這里簡單叫花粉囊壁細胞）。在花藥的發(fā)育過程中，花粉粒是由花粉母細胞經(jīng)過減數(shù)分裂生成四個小孢子，最后變化形成，而花粉囊壁細胞是有絲分裂而來，屬于植物體細胞。由此可見，在花藥中花粉粒細胞內(nèi)的核遺傳物質(zhì)發(fā)生了減半，才是我們需要的材料?；ㄋ庪x體培養(yǎng)的實質(zhì)是將花藥中的花粉粒進行離體培養(yǎng)而不是整個花藥。

2．怎樣理解單倍體

高中生物教材中明確提出：“體細胞中含本物種配子染色體數(shù)目的個體，叫做單倍體。”在這個概念中強調(diào)了兩點，第一，必須是個體。第二，體細胞染色體數(shù)必須與配子染色體數(shù)目相同。例如：某物種產(chǎn)生的配子不是個體，不能叫做單倍體。我們可以簡單理解為：由配子發(fā)育而來的個體就是單倍體，而不管該個體的染色體組數(shù)，如六倍體普通小麥，其單倍體就含有三個基本染色體組。

3．單倍體是否都高度不育

單倍體類型：自然條件下-正常單倍體（苔蘚植物的配子體、雄蜂等）

人為條件下-通過花藥離體培養(yǎng)得到的單倍體植株

對于二倍體（diploid）生物人為所產(chǎn)生的單倍體是高度不育的，而且體型弱小，包括根、莖、葉、花等器官都較小，有時出現(xiàn)白化苗。例如：一個含有十條染色體的單倍體植株（玉米的單倍體），要得到一個具有十條染色體的正常配子的概率將是1／210＝1／1024，這種概率太小，而要這樣兩個正常雌雄配子受精結(jié)合成受精卵的概率就更小，所以幾乎是完全不育的。

但是自然條件下產(chǎn)生的正常單倍體往往是可育的。例如雄蜂，通過擬減數(shù)分裂（減數(shù)分裂省略了減數(shù)第一次分裂過程即相當(dāng)于有絲分裂）形成含有與體細胞染色體數(shù)目相同的雄配子，能與蜂王產(chǎn)生的正常雌配子結(jié)合形成正常受精卵。

是不是所有的人為培育的單倍體都不育呢？如果將二倍體西瓜用秋水仙素處理，形成四倍體西瓜，再用其花粉進行花藥離體培養(yǎng)，這樣的單倍體也是高度不育的嗎？要回答這個問題需要從染色體思考。四倍體西瓜細胞中含有四個相同的染色體組（同源四倍體），每組同源染色體在減數(shù)分裂中的可配對方式有兩個二價體；一個一價體，一個三價體；一個四價體三種情況。如果同源四倍體的各個染色體在減數(shù)第一次分裂中期都能以四價體或二價體的構(gòu)型出現(xiàn)，則減數(shù)第一次分裂后期同源染色體的分離將基本上是均等的，形成的配子多數(shù)是可育的。但是多數(shù)物種的同源四倍體都是部分不育或高度不育，主要原因是三價體或單價體的頻率較高。因為以二價體或四價體構(gòu)型最終形成的配子中含有兩個完整的染色體組，所以四倍體西瓜通過花藥離體培養(yǎng)得到的部分單倍體植株具有一定的可育性。

4．秋水仙素如何作用

秋水仙素既可以誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目加倍，也可以誘發(fā)突變，其原因在于：秋水仙素是百合科植物秋種番紅花——秋水（Colchicumautumnale）的種子及器官中提取出來的一種生物堿。它的重要作用是抑制細胞分裂時紡錘體的形成，使染色體不走向兩極而被阻止在分裂中期，這樣的細胞不能繼續(xù)分裂而產(chǎn)生染色體數(shù)目加倍的核。這樣的細胞再進行正常的分裂就可能形成染色體數(shù)目加倍的組織或者植株。同時，由于秋水仙素具有麻醉作用（有劇毒），所以對植物的種子、幼芽、花蕾、花粉、嫩枝等可能產(chǎn)生誘發(fā)突變的作用。

5．何時選出所需性狀的植株

植物的許多性狀（如花的顏色，果實的形狀等）在幼苗時期是不能判斷的，所以應(yīng)先用秋水仙素處理所有單倍體植株的幼苗，待所需性狀表現(xiàn)出來后，再從中選擇出具有所需性狀的植株，把不需要的性狀植株去掉。

6．單倍體育種得到的植株是否一定是純合子

正常二倍體植株通過單倍體育種得到的植株一般是純合子。其原因在于二倍體植株產(chǎn)生的單倍體只含有一個染色體組（一組非同源染色體），通過DNA復(fù)制形成的姐妹染色單體所攜帶的遺傳信息相同，因此兩條姐妹染色單體上的基因也相同（不考慮突變），如果誘導(dǎo)染色體加倍（其本質(zhì)是由于兩條姐妹染色單體分開，形成染色體加倍的細胞）形成的正常植株含兩個染色體組，兩個染色體組遺傳物質(zhì)相同，不存在等位基因，所以是純合子。

但多倍體產(chǎn)生的單倍體就不一定是純合子。以四倍體植株為例，若基因型為Aaaa的植株，四條染色體按二價體配對產(chǎn)生花粉粒，通過花藥離體培養(yǎng)得到的單倍體植株基因型應(yīng)該是Aa和aa兩種。再用秋水仙素處理，植物的染色體數(shù)目加倍，基因型變成AAaa和aaaa。根據(jù)概念（由相同基因的配子結(jié)合成的合子發(fā)育成的個體，叫做純合子）可知aaaa才是純合子，AAaa的植株是雜合子。

7．為什么單倍體育種只需兩年

如將基因型為AaBb的種子種下，得到AaBb植株，待開花后取成熟花粉（有四種基因型：AB，Ab，Ab，ab），這是第一年。第二年將所得的花粉通過花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株幼苗（基因型仍為：AB，Ab，Ab，ab），再用秋水仙素處理（需要說明的是幼苗一般不能體現(xiàn)出植物的性狀，所以此時不能選擇出所需性狀的植株，只能用秋水仙素處理全部幼苗），待植物長大后，從體現(xiàn)的性狀中選出所需性狀的個體（例如：AABB雙顯性性狀的植株），把不符合要求的個體去掉，這種所需性狀的個體就是純合子。由于純合子后代不會發(fā)生性狀分離，不需要再自交和選種，所以只需要兩年。不過在實際育種中往往需要將兩個親本的優(yōu)良性狀組合在一起，常常需要先進行雜交，再進行單倍體育種，所以實際育種年限要結(jié)合實際分析，不能一概而論。

通過這些問題我們可以看出，單倍體育種的過程是比較復(fù)雜的，教材中僅以二倍體生物（主要是植物）為例介紹了單倍體和單倍體育種。教師應(yīng)把握這一點，有針對性的開展教學(xué)，便于學(xué)生理解和掌握。

主要參考文獻

1．王亞馥，戴灼華.遺傳學(xué).北京：高等教育出版社，1999：424—428

2.時萬，徐祥生，沈敏健.植物學(xué).第二版（上）.北京：高等教育出版社，1991：210—214