大蒜多倍體誘導(dǎo)及其研究進(jìn)展

溫艷斌 程智慧

（西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

多倍體即體細(xì)胞中含有3套或3套以上基因組的生物，是植物物種形成和進(jìn)化的重要途徑之一。染色體數(shù)的增加及由其引起的基因冗余被認(rèn)為是真核生物（尤其是有花植物）進(jìn)化的主要原動(dòng)力（Stebbins，1971）。70%的被子植物經(jīng)歷過(guò)一個(gè)或多個(gè)多倍化的階段，蕨類植物中多倍體的頻率更是高達(dá)90%（Masterson，1994）。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的重要作物如苜蓿、馬鈴薯等是同源多倍體，小麥、燕麥、棉花、咖啡豆為異源多倍體（程治軍 等，2005）。而通常被認(rèn)為是二倍體的玉米、大豆、白菜類作物甚至擬南芥也在進(jìn)化的早期經(jīng)歷了多倍化的過(guò)程（Osborn et al.，2003）。

作為物種進(jìn)化過(guò)程的一個(gè)關(guān)鍵步驟，多倍化導(dǎo)致基因單個(gè)拷貝選擇壓的減輕，從而為基因的進(jìn)化和物種的形成提供了遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)和潛力。多倍體植株的器官和細(xì)胞表現(xiàn)出“巨型性”的顯著特征，對(duì)于提高作物產(chǎn)量和有效成分含量具有重要意義。同時(shí)，多倍體植物在新開放或相對(duì)不穩(wěn)定的環(huán)境中具有更強(qiáng)的生存能力，具有更大的生理和生化的靈活性，比二倍體祖先或近緣種有更強(qiáng)的對(duì)惡劣環(huán)境的耐受能力，在營(yíng)養(yǎng)繁殖和多年生植物中具有明顯的優(yōu)勢(shì)（焦鋒和樓程富，2001）。

大蒜（Allium sativumL.）是百合科蔥屬二年生草本植物，中國(guó)大蒜栽培面積和產(chǎn)量均居世界首位，大蒜品種資源較為豐富。但由于長(zhǎng)期進(jìn)行無(wú)性繁殖，大蒜的遺傳學(xué)和生物學(xué)多樣性不能夠得到充分利用，同時(shí)一些優(yōu)良種質(zhì)也因種性退化而瀕臨滅絕，因此種質(zhì)資源創(chuàng)新和新品種培育勢(shì)在必行（徐培文 等，2006）。自 Blakeslee和 Avery（1937）開創(chuàng)倍性育種先河以來(lái)，全球掀起了多倍體育種熱潮。作為潛在的多倍體育種優(yōu)勢(shì)材料，大蒜多倍體育種研究也受到關(guān)注，但總體進(jìn)展緩慢。

1 獲得多倍體植物的途徑

多倍體植物可通過(guò)自然途徑或人工途徑獲得。自然途徑包括體細(xì)胞染色體自發(fā)加倍、多精受精以及未減數(shù)配子融合產(chǎn)生多倍體（孫靜賢 等，2005），但該途徑效率很低。植物多倍體主要通過(guò)以下人工途徑獲得。

1.1 物理方法

機(jī)械創(chuàng)傷，如摘心、嫁接等是最早的物理誘導(dǎo)植物多倍體的方法，后來(lái)人們用溫度激變（李云 等，2000）、輻射（畢春俠 等，1999；唐寧，2007）等強(qiáng)烈因素誘導(dǎo)染色體加倍。這些方法均有成功的報(bào)道，但多倍體的誘導(dǎo)率低，嵌合率高，因此未被廣泛利用。在大蒜多倍體誘導(dǎo)方面也未見(jiàn)報(bào)道。

1.2 無(wú)性系變異法

植物體細(xì)胞無(wú)性系變異，又稱植物體細(xì)胞克隆變異，泛指在植物細(xì)胞、組織和器官培養(yǎng)過(guò)程中，培養(yǎng)細(xì)胞和再生植株中產(chǎn)生的遺傳變異或表觀遺傳學(xué)變異（Larkin & Scowcroft，1981）。染色體數(shù)變異是其中一個(gè)方面，主要是由有絲分裂過(guò)程中紡錘體行為異常造成。不同程度的紡錘體缺失導(dǎo)致染色體不分離、移向多極、滯后或不聚集，最終產(chǎn)生倍性變異細(xì)胞。同時(shí)，無(wú)絲分裂也是染色體倍性變異的一個(gè)重要原因（D’Amato & Bayliss，1985）。

利用無(wú)性變異法獲得大蒜四倍體雖已有很多成功的報(bào)道，但誘導(dǎo)率尚不高，且倍性變異目標(biāo)性不強(qiáng)。Novak（1980）以大蒜葉片和頂端分生組織為外植體通過(guò)愈傷組織途徑獲得的株系，只有2.2%為四倍體。Al-Zahim等（1999）對(duì)3個(gè)大蒜品種的愈傷組織培養(yǎng)14個(gè)月，后經(jīng)體細(xì)胞胚胎途徑得到75個(gè)株系，發(fā)現(xiàn)7株為四倍體，占9.3%。欒非時(shí)等（1993）、徐培文和馬偉青（1998）、張恩讓等（2004）也發(fā)現(xiàn)大蒜經(jīng)愈傷組織途徑可以產(chǎn)生四倍體再生植株，認(rèn)為染色體數(shù)變異與基因型有關(guān)，倍性變化主要是由培養(yǎng)過(guò)程中外源生長(zhǎng)素（特別是 2，4-D）濃度偏高造成的。在對(duì)柑橘、豇豆、豌豆以及甘草等愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)中，也發(fā)現(xiàn)2，4-D等生長(zhǎng)素對(duì)愈傷組織染色體有加倍作用（鄧秀新和劉功弼，1985；Mathur & Prakash，2000；Sanal Kumar & Mathur，2004；張俊娥，2009；黃惠英 等，2011）。

1.3 原生質(zhì)體融合法

原生質(zhì)體融合培養(yǎng)過(guò)程中也可能產(chǎn)生多倍體（彭靜 等，2010）。Mattheij和Puite（1992）采用對(duì)稱融合法成功融合了2種二倍體馬鈴薯的原生質(zhì)體，并獲得6個(gè)四倍體株系，田間性狀鑒定發(fā)現(xiàn)了 1個(gè)高產(chǎn)株系，開辟了馬鈴薯商業(yè)化倍性育種的新途徑。不久，通過(guò)電融合、化學(xué)融合技術(shù)相繼得到了更具活力的高產(chǎn)抗逆多倍體馬鈴薯（Waara et al.，1992；Cardi et al.，1993）。Yamashita等（2002）將大蒜與洋蔥體細(xì)胞進(jìn)行電融合，最終得到了分別含有40條和41條染色體的2個(gè)雜交株系。通過(guò)基因組原位雜交發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)株系中均含有17條大蒜染色體。該研究雖未得到整倍性變異株系，但在大蒜多倍體育種研究中也值得借鑒。

1.4 化學(xué)方法

目前，化學(xué)方法是人工誘導(dǎo)大蒜多倍體的主要方法。

1.4.1 多倍體化學(xué)誘導(dǎo)劑及誘導(dǎo)原理 根據(jù)植物細(xì)胞分裂周期可知，凡是能夠影響處于 S期（DNA合成期）末到有絲分裂末期結(jié)束前這一時(shí)期的化學(xué)試劑均可作為潛在的有絲分裂抑制劑，即多倍體誘導(dǎo)劑（Dhooghe et al.，2011）。目前已報(bào)道的多倍體誘導(dǎo)劑多屬于有絲分裂中期抑制劑，其中秋水仙素是誘導(dǎo)植物細(xì)胞染色體加倍最普遍的藥劑，它通過(guò)介導(dǎo)細(xì)胞有絲分裂中期，阻止構(gòu)成紡錘體微管的α、β二聚體的組裝，導(dǎo)致微管一端α、β二聚體的分解速度高于另一端的組裝速度，使得微管解聚（Vaughn，2000；Dewitte & Murray，2003），進(jìn)而阻止細(xì)胞分裂后期的染色體向兩級(jí)移動(dòng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞不能分裂，形成染色體數(shù)目加倍的細(xì)胞。

秋水仙素作為多倍體誘導(dǎo)劑已有 70多年的歷史，人們逐漸發(fā)現(xiàn)其對(duì)許多植物具有毒害作用，如導(dǎo)致不育、畸形生長(zhǎng)、染色體丟失、染色體重排以及基因突變（Luckett，1989）。由于它對(duì)植物微管蛋白的親和性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)動(dòng)物微管蛋白的親和性（Morejohn et al.，1987），誘變植物時(shí)常用較高的濃度，因此對(duì)操作者的毒害作用更強(qiáng)，也更易造成植物死亡，誘變率低，并且較高的價(jià)格也成為一大負(fù)擔(dān)。因此，人們一直在努力尋求新的化學(xué)誘變劑以替代秋水仙素。

隨著農(nóng)業(yè)上除草劑的大量使用，人們發(fā)現(xiàn)一些除草劑具有抑制有絲分裂的效應(yīng)，可作為秋水仙素的替代品。并且這些除草劑與植物細(xì)胞微管蛋白的親和性更高（Bajer & MoleBajer，1986；Morejohn et al.，1987；Hugdahl & Morejohn，1993），對(duì)人體毒害作用小。目前用于染色體加倍的除草劑主要有二硝基苯胺類（安磺靈、氟樂(lè)靈），磷酰胺類（甲基胺草磷）（Hansen & Andersen，1996；Khosravi et al.，2008；Quesenberry et al.，2010）以及甲基酰胺類（戊炔草胺），氨基甲酸酯類（氯苯胺靈）等（Dhooghe et al.，2011）。特別是二硝基苯胺類除草劑，已成為標(biāo)準(zhǔn)的秋水仙素替代劑。

1.4.2 活體誘導(dǎo)法 通常是通過(guò)涂抹、浸泡、包埋或注射等方式處理處于有絲分裂旺盛期的幼苗生長(zhǎng)點(diǎn)進(jìn)行誘變。周香君和程智慧（2008）進(jìn)行了大蒜活體誘導(dǎo)嘗試，采用秋水仙素溶液注射大蒜蒜瓣生長(zhǎng)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)濃度為0.1%的秋水仙素溶液對(duì)染色體的誘導(dǎo)效果最佳。處理后大蒜葉片下表皮氣孔長(zhǎng)度、寬度、面積和周長(zhǎng)極顯著增大，且氣孔密度減小，部分根尖染色體數(shù)目加倍。此后，也有嘗試包埋法誘導(dǎo)大蒜多倍體的研究（謝曉玲和鄧自發(fā)，2009；王曉桐和張金鳳，2010），但也只得到了含有部分四倍體細(xì)胞的根尖，均未獲得多倍體大蒜植株。

活體誘導(dǎo)多倍體方法簡(jiǎn)便易推廣，但是其耗藥量大，所獲得變異株通常是嵌合體，誘導(dǎo)率低，特別是對(duì)于生長(zhǎng)點(diǎn)隱匿于貯藏葉中的大蒜，對(duì)其多倍體誘導(dǎo)技術(shù)有待進(jìn)一步的探索。

1.4.3 組織培養(yǎng)誘導(dǎo)法 與活體誘導(dǎo)法相比，組織培養(yǎng)誘導(dǎo)法具有很多優(yōu)點(diǎn)。首先是便于取得大量均一的誘導(dǎo)材料，用組織培養(yǎng)法可獲得大量分裂旺盛的叢生芽、莖段和愈傷組織等誘導(dǎo)材料；并且組織培養(yǎng)條件容易控制，試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性好。其次，可減少并有利于及時(shí)分離嵌合體。對(duì)材料組織培養(yǎng)后再作誘導(dǎo)處理，能使誘導(dǎo)加倍的多倍體單細(xì)胞分化出不定芽，并發(fā)育成單株，形成同質(zhì)多倍體，提高誘導(dǎo)率，有效排除嵌合體的干擾，并且縮短多倍體培育時(shí)間。

組織培養(yǎng)誘導(dǎo)大蒜多倍體一般有浸泡和固體培養(yǎng)基混培 2種方法，適用于多種類型的誘導(dǎo)材料。Novak（1983）將大蒜莖尖預(yù)培養(yǎng)7 d再浸泡或直接接種于含0.3%秋水仙素+4%二甲基亞砜（DMSO）的液/固體培養(yǎng)基中，四倍體誘導(dǎo)率最高分別為35.7%和25.3%。張雨等（2012）將大蒜莖尖接種于含10 μmol·L-1甲基胺草磷+1.5% DMSO的固體培養(yǎng)基中6 d，四倍體誘導(dǎo)率達(dá)32.9%。余建明等（1991）用0.1%秋水仙素+1.5% DMSO浸泡大蒜愈傷組織6 d，愈傷組織四倍體細(xì)胞達(dá)31%以上。周香君等（2009）也以愈傷組織為誘導(dǎo)材料，接種于含有0.1%秋水仙素或100 μmol·L-1二甲戊靈的固體培養(yǎng)基中，最終得到了4%和6%的四倍體植株。張素芝和李紀(jì)蓉（2006）將氣生鱗莖生長(zhǎng)良好的健壯花苞置于含0.2%秋水仙素+1.5% DMSO的液體培養(yǎng)基中，四倍體誘導(dǎo)率達(dá)38.4%，而接種于含0.025%或0.05%秋水仙素+1.5% DMSO的固體培養(yǎng)基時(shí)，四倍體誘導(dǎo)率高達(dá)66.7%。

2 影響大蒜多倍體誘導(dǎo)的因素

2.1 誘導(dǎo)材料類型

不同類型的誘導(dǎo)材料對(duì)藥劑的耐受性不同，在很大程度上決定了多倍化的誘導(dǎo)效率。直接處理大蒜蒜瓣，誘導(dǎo)效果不佳，至今未獲得四倍體大蒜植株。目前已成功誘導(dǎo)多倍體大蒜的材料均為處于旺盛有絲分裂期的愈傷組織、莖尖和氣生鱗莖。許多研究表明，基因型影響植物多倍化誘導(dǎo)率（Petersen et al.，2003）。

2.2 誘導(dǎo)劑濃度和處理時(shí)間

誘導(dǎo)劑濃度與處理時(shí)間有明顯的互作效應(yīng)，針對(duì)每一材料多倍化誘導(dǎo)，均需設(shè)置濃度梯度和不同時(shí)間以篩選最佳濃度和時(shí)間組合（Dhooghe et al.，2011）。一般高濃度短時(shí)間（張素芝和李紀(jì)蓉，2006）和低濃度長(zhǎng)時(shí)間組合（余建明 等，1991；于文艷，2008；張雨 等，2012）可保證大蒜多倍體較高的存活率和誘導(dǎo)率。

2.3 誘導(dǎo)劑溶劑及處理溫度

不同溶劑對(duì)植物的傷害程度不同，在植物體中的運(yùn)轉(zhuǎn)效率不同，因而會(huì)影響多倍體誘導(dǎo)效果。DMSO是最常用的誘導(dǎo)劑溶劑，它可以提高植物細(xì)胞的滲透性，使誘導(dǎo)劑快速進(jìn)入植物組織，提高其染色體加倍效果（Hamill et al.，1992）。Novak（1983）認(rèn)為DMSO能減輕秋水仙素的藥害，并降低嵌合體發(fā)生率。處理溫度對(duì)染色體加倍也有一定影響。張素芝和李紀(jì)蓉（2006）研究表明，25、30 ℃時(shí)短時(shí)間處理的誘導(dǎo)率明顯高于4 ℃低溫處理，但處理時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)4 ℃低溫也有較高的誘導(dǎo)率。

3 多倍體大蒜的鑒定方法

3.1 形態(tài)組織學(xué)鑒定

形態(tài)學(xué)鑒定法是最簡(jiǎn)易、最直觀的方法。多倍體植物的外部形態(tài)特征與二倍體有明顯差別，因此觀察生長(zhǎng)發(fā)育期間植株的外部特征可初步判定其倍性水平。與二倍體試管苗相比，多倍體大蒜試管苗較粗壯，生長(zhǎng)相對(duì)緩慢；其下表皮氣孔長(zhǎng)度、寬度均顯著高于二倍體，且氣孔密度降低（張素芝和李紀(jì)蓉，2006；周香君，2008）。在田間條件下，四倍體大蒜植株的假莖粗與長(zhǎng)，葉片長(zhǎng)度與寬度在整個(gè)生長(zhǎng)期始終大于二倍體植株。生長(zhǎng)172 d時(shí)，四倍體假莖粗、假莖長(zhǎng)和葉片長(zhǎng)、葉片寬分別比二倍體增加97.6%、20.0%、28.1%和73.7%（于文艷 等，2008）。

3.2 染色體計(jì)數(shù)法

染色體計(jì)數(shù)法是最直接、最準(zhǔn)確可靠的方法。目前一般以愈傷組織（余建明 等，1991；徐培文和馬偉青，1998）、根尖（Al-Zahim et al.，1999；張素芝和李紀(jì)蓉，2006；王曉桐和張金鳳，2010）為鑒定材料，采用壓片法制備染色體樣，鏡檢觀察染色體數(shù)。但染色體計(jì)數(shù)法技術(shù)要求較高，工序繁瑣耗時(shí)，不適于大規(guī)模鑒定。

3.3 流式細(xì)胞術(shù)鑒定

由于對(duì)多倍體進(jìn)行早期鑒定可節(jié)省大量時(shí)間和精力（V?in?l?，2000），近年來(lái)流式細(xì)胞術(shù)在多倍體早期鑒定中的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛（李林光 等，2007；Obidiegwu et al.，2010）。流式細(xì)胞術(shù)是一種快速、高通量的檢測(cè)方法，適合任何類型的組織、細(xì)胞，克服了染色體計(jì)數(shù)法的根尖專一性限制（Leus et al.，2009），取材更方便。其原理是用特異熒光染料對(duì)細(xì)胞核DNA染色，然后測(cè)定熒光密度，由于熒光密度與DNA含量成正比，因此可以間接判斷細(xì)胞染色體的倍性。如在離體培養(yǎng)過(guò)程中，試管中的芽或植株很小或很幼嫩時(shí)，僅用微量樣品就能鑒定出材料倍性，其制樣簡(jiǎn)單，靈敏度、分辨率及準(zhǔn)確性較高，數(shù)據(jù)可重復(fù)性好，測(cè)試速度快，特別適用于樣品較多的倍性檢測(cè)分析（陶抵輝 等，2009）。

3.4 分子標(biāo)記鑒定

染色體倍性變異還可能伴隨著染色體DNA結(jié)構(gòu)變異。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，分子標(biāo)記技術(shù)在多倍體鑒定中的應(yīng)用潛力逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。Sugawara等（1995）曾用RAPD標(biāo)記技術(shù)快速檢測(cè)了柑橘突變體嵌合體情況。通過(guò)SSR分析發(fā)現(xiàn)多倍體沙田柚發(fā)生了DNA水平變異，表現(xiàn)為帶紋缺失和新增（向素瓊 等，2008）。SRAP與AFLP分子標(biāo)記技術(shù)表明不同倍性西瓜之間的多態(tài)性較低，但其多倍體出現(xiàn)特有的多態(tài)性條帶（劉文革 等，2004；李曉慧 等，2007）。ISSR分析發(fā)現(xiàn)，刺梨四倍體缺失位點(diǎn)數(shù)12個(gè)，占7.1%，新增位點(diǎn)數(shù)5個(gè)，占3%（王小平 等，2010）。利用AFLP分子標(biāo)記技術(shù)也發(fā)現(xiàn)，同源四倍體與對(duì)應(yīng)的二倍體桑樹相比，DNA分子遺傳結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定程度的改變，其DNA多態(tài)性高達(dá)30.4%（王卓偉 等，2002）。

3.5 同工酶鑒定

一般認(rèn)為，由于多倍體植株同工酶同一位點(diǎn)基因劑量加倍，控制該位點(diǎn)的酶量增加，同工酶電泳譜帶的深度增加，而二倍體同工酶電泳譜帶則沒(méi)有類似的特征。另有一些研究還發(fā)現(xiàn)多倍體同工酶譜帶數(shù)增加的現(xiàn)象，說(shuō)明多倍體等位基因數(shù)較多，遺傳雜合性增加（孫慶華和韓振海，2008）。因此，同工酶分析可以為多倍體鑒定和選育提供生理生化指導(dǎo)。

對(duì)二倍體與四倍體蘿卜的酯酶同工酶酶譜分析發(fā)現(xiàn)，四倍體有 1～2條特異條帶且顏色較深，過(guò)氧化物酶與超氧化物歧化酶酶譜帶與二倍體相同，但譜帶顯色深（徐偉鈺 等，2006）。程心旻等（2003）分析 8個(gè)白術(shù)四倍體株系與二倍體的過(guò)氧化物酶同工酶酶譜差異，發(fā)現(xiàn)四倍體各株系獨(dú)有Rf=0.310的譜帶。黃芩同源四倍體與二倍體相比，多倍體株系中葉片抗壞血酸過(guò)氧化物酶總活力均高于二倍體，且兩年生黃芩葉片的過(guò)氧化物酶同工酶酶譜在Rf=0.494和0.512處出現(xiàn)新的譜帶（謝小群和高山林，2002）。對(duì)過(guò)氧化物酶同工酶酶譜分析也發(fā)現(xiàn)，蘭州百合和桑樹的多倍體與二倍體酶譜帶型有差異（蘇超 等，2003；劉靜，2011）。

4 大蒜多倍體研究中存在的問(wèn)題

4.1 大蒜多倍體誘導(dǎo)技術(shù)

目前，多倍體育種的大量資料表明，多倍體誘導(dǎo)效率是由植物種類、誘導(dǎo)劑種類、外植體種類以及誘導(dǎo)方法等因素相互作用決定的，沒(méi)有通用的“最佳”誘導(dǎo)方法。因此，仍需要進(jìn)一步探索高效低毒價(jià)廉的新型多倍體誘導(dǎo)劑，完善創(chuàng)新大蒜多倍體誘導(dǎo)技術(shù)體系。

嵌合體仍然是多倍體育種中的難點(diǎn)，真正同一倍性的多倍體誘導(dǎo)頻率尚不高。目前，組織培養(yǎng)法是克服嵌合體的主要有效途徑。鄭思鄉(xiāng)等（1996）用試管苗誘變蘆筍多倍體，利用不定芽技術(shù)篩除嵌合體，得到了完全四倍體。Fujishige等（1996）通過(guò)以纖細(xì)單冠菊的芽原基為外植體建立的穩(wěn)定再生體系，高效減少了嵌合體的發(fā)生并分離得到大量同質(zhì)四倍體。隨著大蒜組織培養(yǎng)技術(shù)的逐漸成熟，利用多種再生途徑，如不定芽誘導(dǎo)、體細(xì)胞胚懸浮系培養(yǎng)等，可望大幅減少或避免嵌合體的發(fā)生。

4.2 多倍體大蒜種質(zhì)評(píng)價(jià)和創(chuàng)新

在自然界，新物種產(chǎn)生之后還要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇才能形成相對(duì)穩(wěn)定的種群，從野生種到栽培種也需要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的歲月?？梢灶A(yù)見(jiàn)，通過(guò)人工誘導(dǎo)具有潛在利用價(jià)值的新作物相當(dāng)困難（黃群策和代西梅，2006）。因此，選擇對(duì)多倍體特別是同源多倍體育種具有重要意義。對(duì)于誘變的多倍體大蒜株系，從多方面進(jìn)行評(píng)價(jià)選擇的同時(shí)，還應(yīng)考慮采用其他有效措施，如輻射技術(shù)、無(wú)性系變異技術(shù)、離子束生物工程技術(shù)等，不斷創(chuàng)造新變異，篩選具有生產(chǎn)潛力的大蒜新種質(zhì)。

4.3 多倍體大蒜性狀變異及機(jī)理

多倍化對(duì)植物造成了基因組沖擊，植物也會(huì)在基因和生理層面進(jìn)行調(diào)整，特別是諸如加倍基因的丟失、基因表達(dá)模式及表觀遺傳變化引起的基因組修飾（Osborn et al.，2003；Otto，2007；Parisod et al.，2010），最終導(dǎo)致多倍體植物在形態(tài)功能、生理生化乃至抗性等方面的表現(xiàn)變化。目前，對(duì)于大蒜多倍化后的各類變異，特別是組織細(xì)胞學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)、基因表達(dá)機(jī)制、基因甲基化模式等方面的研究仍是空白，有必要開展研究，從多角度闡明大蒜染色體多倍化后的性狀變異及機(jī)理。

5 多倍體大蒜的應(yīng)用潛力

5.1 種質(zhì)材料創(chuàng)新及新品種選育

通過(guò)各種途徑獲得的多倍體是重要的種質(zhì)材料，甚至可直接培育出新品種。四倍體葡萄巨峰系列品種的培育和利用最具代表性，梨四倍體也有成功利用的報(bào)道。蔬菜作物中已有蘆筍、大白菜、小白菜、茄子、金針菜等四倍體品種（系）的育成與應(yīng)用（李樹賢，2003）。作為以營(yíng)養(yǎng)器官為產(chǎn)品的無(wú)性繁殖植物，大蒜多倍體種質(zhì)的創(chuàng)新和利用具有極為廣闊的前景。

5.2 提高產(chǎn)量

植物染色體多倍化之后，其外部形態(tài)特征和二倍體有明顯的差別，主要表現(xiàn)為器官“巨大性”。一般而言，同源多倍體植株高大，生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，莖粗、葉厚，葉片長(zhǎng)度、寬度增長(zhǎng)率大，葉面積增加，光合能力增強(qiáng)，這些都成為了多倍體植物高產(chǎn)的基礎(chǔ)。

果葉兼用型四倍體桑樹較二倍體桑樹葉綠素含量和RuBPcase羧化活性提高，葉綠體基粒片層和基質(zhì)片層豐富，垛疊疏松，排列有序，凈光合速率（Pn）高于無(wú)性系親本二倍體，年平均產(chǎn)葉量和產(chǎn)果量提高38%和45.89%（王茜齡 等，2011）。劉惠吉等（1990）選育的普通白菜四倍體品種南農(nóng)矮腳黃，與二倍體相比，葉色更深，葉片更厚，產(chǎn)量增加20%～30%。種植4 a的同源四倍體與二倍體黃花菜長(zhǎng)嘴子花相比，葉片長(zhǎng)、寬、厚分別增加28.00、0.61 cm和0.11 mm；花蕾粗壯，平均長(zhǎng)度增加1.14 cm，粗度增加0.40 cm，單蕾平均干質(zhì)量增加0.61 g，百蕾干質(zhì)量增加17.1 g，超過(guò)了國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（何立珍 等，1994）。四倍體蘇聯(lián)蒜與其二倍體相比，葉面積和凈光合速顯著增大，葉綠素a含量顯著增多（于文艷 等，2008），是高產(chǎn)的生理基礎(chǔ)。

5.3 改善品質(zhì)

植物染色體倍性的增加往往會(huì)導(dǎo)致次生代謝產(chǎn)物含量的提高。同源四倍體小型西瓜與其二倍體相比，果實(shí)中心可溶性固形物含量增加1.8%～5.7%，番茄紅素含量增加8.7%～88.4%，說(shuō)明人工誘導(dǎo)可獲得高番茄紅素含量的多倍體小型西瓜（王鎮(zhèn) 等，2010）。同源四倍體黃花菜商品品質(zhì)佳，干花淡白色、無(wú)褐嘴，外觀美，味甜而脆，營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)佳，每百克干樣中游離氨基酸含量比二倍體增加456 mg，其中賴氨酸含量提高了50%左右（何立珍 等，1994）。同源四倍體茄子品種新茄1號(hào)果實(shí)VC、脂肪、蛋白質(zhì)含量均較其二倍體種明顯增加（李樹賢 等，2002）。同源四倍體甜瓜與相應(yīng)二倍體相比，其可溶性固形物、可溶性糖和VC含量分別提高20%、40%和500%（Zhang et al.，2010a）。同源四倍體藥用植物的活性成分，如曼陀羅中的生物堿，黃芩中的黃芩苷含量也均比二倍體高（Berkov & Philipov，2002；Gao et al.，2002）。近年來(lái)，大蒜素的醫(yī)療保健作用已被更多人了解，提高大蒜素含量將是今后大蒜品質(zhì)育種的重要方面。于文艷（2008）研究表明，四倍體蘇聯(lián)蒜蒜薹和鱗莖中大蒜素含量分別比二倍體高74.1%和66.7%，可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸和 VC含量也均顯著高于二倍體，可作為培育優(yōu)質(zhì)大蒜的潛在種質(zhì)材料。

5.4 增強(qiáng)抗逆性

植物多倍化后會(huì)產(chǎn)生新的具有潛在應(yīng)用價(jià)值的生理性狀，如對(duì)各種非生物或生物脅迫的抵抗力增強(qiáng)。劉文革（2003）試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在NaCl脅迫下，不同倍性的蜜枚西瓜從種子萌發(fā)期到幼苗期，生長(zhǎng)差異明顯，四倍體西瓜的耐鹽性明顯強(qiáng)于二倍體。四倍體生姜無(wú)論是在高溫或是在低溫下，其受害程度均較輕，恢復(fù)生長(zhǎng)的能力較強(qiáng)，比二倍體具有更強(qiáng)的抗熱性和抗寒性（商宏莉 等，2003），在四倍體盾葉薯蕷和四倍體普通白菜中也分別發(fā)現(xiàn)了其耐熱性和抗寒性的增強(qiáng)（張蜀寧等，2008；Zhang et al.，2010b）。干旱脅迫下，四倍體金銀花與二倍體相比，復(fù)水后生長(zhǎng)恢復(fù)迅速，耐旱性強(qiáng)（Li et al.，2009）。此外，染色體加倍后的四倍體黑麥草獲得了更強(qiáng)的抗病性（Dhooghe et al.，2011）。在大蒜生產(chǎn)中，普遍存在低溫、鹽漬化、病害等逆境脅迫，大蒜四倍體葉片和鱗莖中的 SOD、POD、CAT活性均較二倍體大幅增加，表明四倍體植株可能較二倍體具有更強(qiáng)的抗逆性（于文艷 等，2008），利用其潛在的抗逆性有望實(shí)現(xiàn)大蒜抗逆種質(zhì)的創(chuàng)新。

大蒜生產(chǎn)中普遍存在品種混雜、退化、產(chǎn)量低和品質(zhì)差等問(wèn)題，迫切需要加快大蒜新品種，特別是優(yōu)質(zhì)專用出口型品種的選育?；诙啾扼w的優(yōu)勢(shì)及大蒜繁殖特性，多倍體育種對(duì)于拓寬創(chuàng)新大蒜種質(zhì)資源，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大蒜新品種十分重要。隨著植物多倍體育種技術(shù)的完善和創(chuàng)新，以及分子生物學(xué)研究的開展，大蒜多倍體育種將呈現(xiàn)出更加巨大的應(yīng)用潛力。

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