甜瓜多倍體育種研究進(jìn)展

摘要：從甜瓜（Cucumis melo L.）多倍體的誘變方法和多倍體鑒定方法兩方面對(duì)甜瓜多倍體的誘變研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并對(duì)今后需要研究的問(wèn)題進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：甜瓜（Cucumis melo L.）；多倍體育種；誘變

中圖分類號(hào)：S652；S335.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）18-4305-03

甜瓜（Cucumis melo L.）屬于葫蘆科（Cucubitaceae）甜瓜屬（Cucumis）蔓性草本植物，按生態(tài)學(xué)特征分為厚皮甜瓜和薄皮甜瓜兩大類型，為二倍體物種，其染色體數(shù)目為2n=24。研究表明，甜瓜的多倍體效應(yīng)不僅能增強(qiáng)植株的抗性，增加果皮和果肉的厚度，而且通過(guò)多倍體的誘導(dǎo)使染色體加倍，植株在生理生化方面產(chǎn)生一系列變化，使其耐貯性、含糖量、可溶性固形物含量以及產(chǎn)量等性狀得以改善，是獲得優(yōu)良甜瓜育種材料的有效途徑。甜瓜四倍體資源可以作為常規(guī)品種直接應(yīng)用于生產(chǎn)，也可以作為中間材料，培育四倍體或三倍體雜交一代品種，發(fā)揮多倍體及雜種一代的優(yōu)勢(shì)效應(yīng)[1-3]。

1 多倍體的誘變途徑

1.1 物理誘變途徑

物理誘變是通過(guò)各種射線、高速離心力、異常溫度、機(jī)械損傷等使得細(xì)胞染色體加倍獲得多倍體。物理誘變中最常用的方法是射線輻射。另一種物理誘變方法為航天育種，又稱空間誘變育種，是種子在太空飛行過(guò)程中受宇宙射線、重離子、微動(dòng)力及高真空等各種復(fù)雜條件誘發(fā)遺傳變異，再結(jié)合大田種植，以選擇有價(jià)值的突變體，進(jìn)而培育出優(yōu)良新品系或品種。

吳明珠等[4]利用Co60 γ射線輻射甜瓜種子，培育出了數(shù)個(gè)新品種。將皇后甜瓜“92”純系種子搭載于往返地球的衛(wèi)星上，經(jīng)半個(gè)月的太空飛行，該批種子當(dāng)代出現(xiàn)了1.00%的變異短蔓植株，次代的變異率達(dá)1.25%。另外，伊鴻平等[5]利用返地式衛(wèi)星搭載哈密瓜種子“皇后”和“紅心脆”，材料“皇后”的后代株型、果皮顏色、含糖量等性狀變異較大，從其后代中選育出“97”和“98”兩個(gè)自交系，并培育出“01-31”、“01-36”2個(gè)哈密瓜新品系，其品質(zhì)風(fēng)味、坐果整齊度、產(chǎn)量等性狀均超過(guò)對(duì)照。

朱方紅等[6]將6個(gè)西甜瓜材料搭載于991120神舟號(hào)宇宙飛船上進(jìn)行太空誘變，結(jié)果顯示西瓜材料在數(shù)量性狀和質(zhì)量性狀上都發(fā)生了變異，但甜瓜材料沒(méi)有發(fā)生變異。

物理誘變方法雖然簡(jiǎn)單，但誘變結(jié)果具有變異不定向，重復(fù)性差，誘變效果不理想，難以在育種實(shí)踐中應(yīng)用。

1.2 化學(xué)活體誘變途徑

甜瓜多倍體誘變常用的化學(xué)藥劑有秋水仙素[7，8]、氟樂(lè)靈[9]、二硝基苯胺等200余種，但當(dāng)前應(yīng)用最廣、效果較好的是秋水仙素[10，11]。

誘變處理方法有注射法、生長(zhǎng)點(diǎn)涂抹法和藥液浸種法。采用注射法刺傷生長(zhǎng)點(diǎn)，易導(dǎo)致生長(zhǎng)點(diǎn)霉?fàn)€，誘變效率低。浸種法是直接用秋水仙素溶液浸泡種子，該方法操作容易，但誘變效率偏低。目前最常用的化學(xué)活體誘變處理方法是通過(guò)生長(zhǎng)點(diǎn)涂抹秋水仙素溶液，誘導(dǎo)染色體加倍。

魏育國(guó)等[9]用氟樂(lè)靈處理剛剛發(fā)芽的甜瓜種子，獲得了加倍的植株，采用染色體計(jì)數(shù)法進(jìn)行誘導(dǎo)率統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，稀釋400倍的氟樂(lè)靈溶液處理露白的甜瓜種子8 h所獲得的加倍效果最好，誘導(dǎo)率達(dá)到32.2%。張勇等[12]采用剝離莖尖滴苗法研究了秋水仙素對(duì)厚皮甜瓜四倍體的誘導(dǎo)，誘導(dǎo)率達(dá)到20.0%～54.4%，不同基因型甜瓜材料誘變率差異顯著。付金娥等[13]研究了生長(zhǎng)點(diǎn)滴液法和干種子浸泡法兩種處理方法與不同秋水仙素濃度對(duì)薄皮甜瓜同源四倍體的誘導(dǎo)，通過(guò)形態(tài)學(xué)觀察結(jié)合染色體計(jì)數(shù)法對(duì)誘變植株進(jìn)行倍性鑒定，結(jié)果顯示，生長(zhǎng)點(diǎn)滴液法較浸種法誘導(dǎo)率高，以0.4%濃度處理的誘變效果最好，誘變率達(dá)到6.7%。張文倩等[14]通過(guò)涂抹法用秋水仙素對(duì)厚皮甜瓜進(jìn)行誘變，成功獲得了四倍體甜瓜材料，并認(rèn)為子葉期處理效果較1葉1心期好。

秋水仙素為最常用的誘變劑，利用秋水仙素進(jìn)行細(xì)胞染色體加倍具有經(jīng)濟(jì)、方便和誘變作用專一性強(qiáng)的特點(diǎn)，但是由于秋水仙素毒性大，因此在具體試驗(yàn)操作過(guò)程中藥劑濃度不宜過(guò)高，處理時(shí)間也不要過(guò)長(zhǎng)。另外，化學(xué)活體誘變雖然誘導(dǎo)率相對(duì)較高，但出現(xiàn)嵌合體的頻率較高，如何解決化學(xué)活體誘變中的嵌合問(wèn)題是需要深入研究的課題。

1.3 離體組織培養(yǎng)誘變途徑

離體組織培養(yǎng)誘變是在甜瓜組織培養(yǎng)時(shí)誘導(dǎo)細(xì)胞分裂過(guò)程中產(chǎn)生的染色體加倍現(xiàn)象，也是產(chǎn)生多倍體的途徑之一。

馬國(guó)斌等[15]以甜瓜未成熟子葉、幼嫩子葉和真葉為外植體離體，培養(yǎng)的再生植株中出現(xiàn)了明顯的四倍體變異，變異率分別達(dá)到30.0%、16.2%和42.9%，指出再生植株葉片氣孔大小和氣孔保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)葉綠體數(shù)目可以作為從再生植株中早期鑒別四倍體植株的可靠指標(biāo)。馬國(guó)斌等[16]、王雙伍等[17]用含較低濃度細(xì)胞分裂素和0.1%秋水仙素的液體培養(yǎng)基處理8 d苗齡的莖尖24～48 h，獲得了四倍體。賈媛媛等[18]采用未成熟胚子葉為外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)，不同BA激素濃度處理獲得了同源四倍體甜瓜，加倍率達(dá)到14.3%。也有利用子葉和真葉等離體組織培養(yǎng)誘導(dǎo)細(xì)胞分裂染色體加倍的報(bào)道[19]。

利用組織培養(yǎng)可以加快多倍體的育種進(jìn)程，提高多倍體的誘導(dǎo)成功率[20]，有效地避免活體化學(xué)誘變途徑中高度嵌合的現(xiàn)象，但成熟的多倍體組培苗再生體系的建立還需要進(jìn)一步研究。

2 多倍體的鑒定方法

2.1 形態(tài)學(xué)鑒定法

多倍體植株的“巨大性”性狀，較明顯的有花器變大，花粉粒變大，氣孔數(shù)目減少而單個(gè)氣孔變大，葉片變厚、變寬等性狀。四倍體葉片肥厚、裂片寬大、葉色深綠、莖節(jié)縮短；開(kāi)花期花瓣顏色深黃，花朵變大，花瓣增寬變肥厚、褶皺，花蕊和子房增大，種子增大加厚、橫徑和種臍部加寬，這些都可以作為判定甜瓜四倍體植株的依據(jù)[21-24]。

2.2 細(xì)胞學(xué)鑒定法

馬國(guó)斌等[15]研究認(rèn)為，再生植株葉片氣孔大小和氣孔保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)葉綠體數(shù)目可以作為從再生植株中早期鑒別四倍體植株的可靠指標(biāo)。Sari等[25]和Mccuistion等[26]研究認(rèn)為，可依據(jù)單位面積上的氣孔數(shù)、保衛(wèi)細(xì)胞的大小及保衛(wèi)細(xì)胞中葉綠體的數(shù)目，有效辨別植株倍性。Cohen等[27]研究認(rèn)為，用氣孔長(zhǎng)度來(lái)判斷倍性較其他方法簡(jiǎn)單易行，不需要昂貴的設(shè)備，只需用膠帶揭掉表皮，用塑料印膜印記即可。

用流式細(xì)胞儀能夠迅速測(cè)定葉片單個(gè)細(xì)胞核內(nèi)DNA含量，依據(jù)DNA含量曲線圖來(lái)推斷細(xì)胞的倍性。該方法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)便、快捷。待檢測(cè)樣品能夠迅速進(jìn)行檢測(cè)分析，適合大批量的倍性分析檢測(cè)[28]。

染色體計(jì)數(shù)法是進(jìn)行倍性檢測(cè)最精確、最基本的手段，使用較多的主要有去壁低滲法和壓片法兩種。該方法中最常用的材料是根尖，Sari等[29]用根尖壓片法對(duì)西瓜和甜瓜單倍體誘導(dǎo)再生植株進(jìn)行染色體計(jì)數(shù)。然而，當(dāng)根尖不宜獲取時(shí)，需要選用其他材料進(jìn)行染色體計(jì)數(shù)，如不定芽、葉、卷須等都可以作為染色體鑒定的材料[30-34]。

2.3 雜交鑒定法

雜交鑒定方法是一種傳統(tǒng)的多倍體鑒定方法，也是一種可靠的鑒定方法，只是需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能鑒定出來(lái)結(jié)果。采用反交法，以常規(guī)二倍體植株為父本進(jìn)行雜交，將待鑒定的誘變植株作母本，然后單瓜留種。種植F1代種子再用二倍體進(jìn)行回交、授粉，如果F2代的種子為含有種胚的正常種子，表明待鑒定植株是未發(fā)生變異的二倍體植株；如果F2代種子為不含種胚的空殼種子，則表明待鑒定的植株為變異了的四倍體植株。與染色體計(jì)數(shù)法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，采用雜交鑒定法對(duì)變異株進(jìn)行倍性判斷的準(zhǔn)確率達(dá)到100%[35]。

3 問(wèn)題及展望

經(jīng)過(guò)研究者們幾十年的努力，甜瓜多倍體育種雖然取得了一些進(jìn)展，但還存在很多的問(wèn)題，如目前多倍體誘變藥劑主要是秋水仙素，由于秋水仙素屬于有毒物質(zhì)，對(duì)人類和環(huán)境都有一定的危害，同時(shí)對(duì)植物也容易產(chǎn)生毒害作用，所以尋找一種多倍體誘導(dǎo)率高的環(huán)保藥劑是今后的研究方向。

離體組培誘變多倍體植株的成活率問(wèn)題。因室內(nèi)與室外環(huán)境條件差異較大，室內(nèi)環(huán)境條件容易調(diào)控，而大田栽培受許多因素影響，對(duì)組培苗移栽的成活率造成影響，離體誘變成功的植株難以成活的現(xiàn)象普遍存在。

研究認(rèn)為，四倍體甜瓜種子的育性普遍偏低[36，37]，賈媛媛等[38]對(duì)四倍體甜瓜花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂進(jìn)行了觀察研究，認(rèn)為花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂的異常是同源四倍體甜瓜育性低的細(xì)胞學(xué)原因。如何從機(jī)理上揭示甜瓜多倍體育性偏低，進(jìn)而采取必要解決措施是今后需要深入研究的課題之一。

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