第九章 倍性育种

基本概念 染色体基数X:各个染色体组所含有的染色体数目 染色体:是遗传物质的载体。染色体数目的变化会导致形态、解剖、生理、生化等诸多遗传特性的变化。 　 染色体组：一个属内，各个种特有的、 维持生物体生存最低限度数目的一组染色体。 染色体基数X:各个染色体组所含有的染色体数目 自然界各物种的染色体数目是相对稳定的，体细胞为2n，性细胞为n。n有时正好为一个染色体组（即该物种的染色体基数X），有时却含有两个或两个以上的染色体组

二倍体（polyploid）：细胞内含有该物种两组配子染色体数目。水稻 2n=2X=24 　 单倍体（haplophyte）：细胞内含有该物种配子染色体数目。 　 多倍体（polyploid）：细胞内含有三个或以上染色体组。陆地棉 2n=4X=52

植物的倍性育种包括单倍体育种和多倍体育种 多倍体育种：利用人工诱变或自然变异等，通过细胞染色体组加倍获得多倍体育种材料，用以选育作物新品种的技术。 单倍体育种：利用植物仅有的1套染色体的配子体而形成纯系的育种技术。

需要注意的问题 多倍体的种类 特点：形态结构，结果习性，利用 为什么要培育多倍体 如何培育多倍体 如何选择多倍体 单倍体有什么特点，如何培育单倍体？

第一节 园艺植物多倍化现象及多倍体育种的意义 一 园艺植物的多倍体现象 蔬菜植物的多倍体 观赏植物的多倍体 果树植物的多倍体

被子植物中有1/3是多倍体

裸子植物的多倍体 裸子植物的染色体大而整齐，染色体基数的变化也较小，x=11或12，只有少数例外。裸子植物的多倍体不普遍。 松柏科中的多倍体只有三种： 北美红杉(6n) 泼非氏桧柏(4n) 金钱松(4n)

园艺植物的多倍体 马铃薯（2n=4x=48）是同源四倍体，甘薯(2n=6x=90)是同源六倍体，香蕉（2n=3x=33）是同源三倍体。园艺植物中的同源多倍体育性差，因无性繁殖，所以并不影响在生产中的应用 目前全世界经过染色体鉴定的果树，包括36科，70属，800余种。其中多倍体20科，35属，400余种。

园艺植物属内倍性系列 属名 基数（x) 2x 3x 4x 5x 6x 7x 8x 苹果属 17 34 51 68 85 － 柑橘属 9 18 27 36 45 茄属 12 24 48 60 72 84 96 菊属 54 63

二. 植物多倍体的特点 1 巨大性 一般茎粗壮，枝叶少，叶色深、叶宽厚，花器较大、花瓣较多、花色浓艳。 金豆原比金柑树体小，果实也小，4X金豆则与金柑相似。 柑橘四倍体形态特点：表现叶片阔而厚，叶色浓，叶翼广，花粉和叶细胞大，刺大，根大，支根粗，生长缓慢，树小，强枝抽生少，枝短而密生，开花期和结果期比二倍体迟，一般结果少，果面粗糙，果形有不正趋向。

四倍体的花和气孔较大 二倍体的花和气孔较小

丹参D13多倍体品种

2 育性低 在一般情况下，同源多倍体大多结实率降低，表现了相当程度的不育性; 异源多倍体多常常是高度可育的。 园艺植物大多数同源多倍体为无性繁殖植物，育性差但不影响在生产中的应用。对于水果来说，无籽或少籽为优良性状。 三倍体的性细胞在减数分裂中，染色体分配不均匀，形成非整倍体的配子，表现出无籽或种子皱缩，如无籽香蕉，无籽西瓜、无籽葡萄、无籽悬铃木等。

3．生理生化的变化　新陈代谢旺盛，酶活性强。 　　4．抗逆性和适应性　对外界环境适应性较强。 　5．遗传变异性　绝大多数多倍体遗传性较丰富，分离幅度大，遗传变异范围较广。

三．园艺植物多倍体育种的意义 1. 增加产品的商业价值 四倍体大粒葡萄 四倍体巨型草莓

2. 产生无籽或者少籽的果实。巨峰葡萄，无籽西瓜,香蕉 三倍体无籽西瓜培育过程

3.克服远缘杂交困难 本来不孕的杂种，通过染色体加倍，成为可孕的新种。 如：樱桃李（2X）和黑刺李（4X）杂交，得到不育杂种（3X），再经加倍得到欧洲李（6X）。

　4. 作为不同倍性物种间杂交的桥梁 DD AABB X AABBDD

第二节 多倍体的获得 多倍体的种类及形成途径 同源多倍体 异源多倍体 同源异源多倍体 非整倍体

多倍体按其来源，主要可分为两大类，即“同源多倍体”和“异源多倍体”。 　　多倍体按其来源，主要可分为两大类，即“同源多倍体”和“异源多倍体”。 　　如果多倍体所包含的染色体组来源相同，则称为同源多倍体（autopolyploid）。可用AAA（同源三倍体）、AAAA（同源四倍体）等符号表示，其中每个A代表一组染色体。如美国已育成的金鱼草，麝香百合等四倍体以及近年来培育成功的三倍体无籽西瓜便是属于这种类型。 2n = 4x = 12 2n = 2x = 6

　　如果染色体的加倍以远缘杂种为对象，那么多倍体所包含的染色体组来源就不相同，这种称为异源多倍体（allopolyploid）。异源多倍体中包含父本和母本两个来源的染色体组。 例如，邱园报春（2n＝4x＝36，AABB）则是多花报春（2n＝2x＝18，AA）与轮花报春（2n＝2x＝18，BB）的杂交种，经染色体加倍后所形成。其中A代表一个亲本染色体组，B代表另一亲本的染色体组，因异源四倍体似二倍体远缘种的复合物，故也称为“双二倍体”。

各类植物多倍体形成的途径 物种AA （2x） 物种BB （2x） 物种B1B1 （2x） 物种CC （2x） 物种DD （2x） × × F1BB1 F1AB (双单倍体）（2x） AAAA (同源四倍体） （4x） BBBB （同源四倍体） （4x） BBB1B1 （部分异源四倍体） （4x） F1AAA (同源三倍体） （3x） AABB （双二倍体） (异源四倍体）（4x） F1ABC （三倍单体） （3x） F1ABCD （四倍单体）（4x） AABBCC （异源六倍体）（6x） F1AABBC （异源五倍体）（5x） AAAABBBB （同源异源八倍体）（4x） AABBCCDD （异源八倍体） （8x）

二. 多倍体的自然产生

三、人工理化诱变多倍体

多倍体的获得途径 机械损伤 射线 物理法 异常温度 人工诱导 秋水仙碱 吲哚乙酸 氧化亚氮 化学法 笑气 富民隆 水合三氯乙醛 萘嵌戊烷 高速离心力 有性杂交 组织培养 人工诱导 秋水仙碱 吲哚乙酸 氧化亚氮 化学法 笑气 富民隆 水合三氯乙醛 萘嵌戊烷

物理因素诱导 　 指利用温度激变、机械创伤、电离辐射、非电离辐射等方法诱导染色体加倍。早期多倍体育种主要采用该诱导技术。

以秋水仙碱效果最佳，应用最多，而且处理后只是对染色体加倍，对染色体结构无显著影响。处理方法简单，对大多数植物都能够应用。 (2) 化学方法诱变多倍体 以秋水仙碱效果最佳，应用最多，而且处理后只是对染色体加倍，对染色体结构无显著影响。处理方法简单，对大多数植物都能够应用。 秋水仙 秋水仙碱

利用组织培养用秋水仙素诱导生菜四倍体的形成。2n=4x=36的四倍体生菜结实率下降极显著，一般仅能收获到相当于二倍体3% ~ 5%的种子量，同时伴有花器和种子变大的明显特征。 （多倍体叶菜具有明显的形态差异，所以在四倍体鉴定中可通过形态初步确定，然后再进行染色体核型分析）

5 3 1 2 6 4 7 草莓茎尖组培利用秋水仙素诱导染色体加倍。 1，2五叶草莓2n = 2x = 14；（根尖染色体） 7 种间杂种对照（右， 5x ，育性很差 ）与加倍植株（左，10x，育性正常）的结果状态 多倍体也表现为巨大性。

秋水仙碱诱发多倍体的原理 　　秋水仙碱的作用在于：当它与正在分裂的细胞接触后，使分裂的细胞核纺锤丝立即缩小，阻碍纺锤丝的形成和发展，染色体不走向两极移动，而停止在细胞分裂中期，从而产生染色体数加倍的核。

原始材料的选择 主要从染色体倍数较低的植物中选择 选用染色体数目少的种类 选用主要经济性状都优良的品种 异花授粉的植物 能够进行无性繁殖的植物 最好选择能单性结实的品种 远缘杂交所得的不孕杂种 选用多个品种进行处理

处理植株部位的选择 秋水仙素对植物诱变有效的刺激作用，只发生在细胞分裂活跃状态的组织 。 这些组织器官有哪些？ 在无性繁殖的园艺植物育种上，为了使其在处理后可以尽早地结果鉴定，大多处理枝条或者茎芽。

药剂浓度和处理时间的确定 剂型：水溶液，羊毛脂制剂，洋菜胶制剂或甘油乳剂。 浓度：常用的是秋水仙素水溶液0.01~1.0％之间，0.2％常用。 处理时间原则：不少于24小时或处理细胞分裂1～2个周期 在不同的生长发育时期，如何根据条件确定处理的浓度和时间？

　　秋水仙碱诱发多倍体的方法 　浸渍法：可浸渍幼苗、新梢、插条、接穗、种子及球根类蔬菜、花卉植物。水溶液的浓度为0.05％ ~ 1.0％，为避免蒸发，宜加盖，避光。 　　涂抹法：把秋水仙碱按一定浓度配成乳剂，涂抹在幼苗或枝条的顶端，适当遮盖，减少蒸发和雨水。 　滴液法：浓度为0.1％ ~ 0.4%，每日滴1至数次，反复处理数日，使溶液透过表皮渗入组织内部。 　套罩法：保留新梢的顶芽，除去顶芽下面的几片叶，套上一个防水的胶囊，内盛有含1％秋水仙碱的0.65%的琼脂，经24 h即可去掉胶囊。 　毛细管法：将植株的顶芽、腋芽用脱脂棉或纱布包裹后，将脱脂棉与纱布的另一端浸在盛有秋水仙碱溶液的小瓶中。

秋水仙碱诱导蔬菜四倍体的方法

四、有性杂交选育多倍体 利用2n配子杂交培育多倍体 利用多倍体亲本杂交培育多倍体

1. 利用2n配子杂交培育多倍体 2n配子是亲本在形成配子的过程中染色体没有减半.基因突变、远缘杂交、极端环境都有可能造成这种现象。 通过有性杂交可以产生多倍体，其原因之一是亲本形成配子之前染色体数目没有减半，而是形成2n配子，甚至3n、4n等多倍体配子，在一些突变体及远缘杂种F1中存在较多。

2n配子的发生在自然界广泛存在。如苹果、梨、草莓、葡萄自然状态下均有2n配子产生。 2n（配子）与n（配子）结合→产生3n个体（即三倍体） 　　2n（配子）与2n（配子）结合→产生4n个体（即四倍体） 2n配子也可人工诱导，如高温（32℃）热激处理减数分裂前期的细胞。

2. 利用多倍体亲本杂交培育多倍体 用二倍体与三倍体杂交成多倍体 用二倍体与四倍体杂交育成多倍体 有三倍体与四倍体育成多倍体  用二倍体与四倍体杂交育成多倍体  有三倍体与四倍体育成多倍体 四倍体间相互杂交得到多倍体 用八倍体与二倍体杂交育成多倍体 其它杂交方式育成多倍体

五.离体培养获得多倍体 胚乳培养获得三倍体 在被子植物中，胚乳是双受精的产物，当雄配子进入胚囊时，由两个极核和一个雄配子融合而形成的胚乳核发育而成，所以在倍性上大多属于三倍体。 原生质体融合获得多倍体 其它组织离体培养获得多倍体 体细胞无性系变异

　　　　 第三节、多倍体的鉴定与利用 植物多倍体的鉴定方法 混倍性嵌合体的分离 多倍体材料的选择和利用 　

一. 植物多倍体的鉴定方法 1. 外部形态比较 特点是直观、简便。 多倍体茎短，叶厚，叶形指数小，色深，生长慢，花果比2n大， 可育性低。 2. 气孔鉴定 　　多倍体的气孔较二倍体大，叶片单位面积上的气孔数量相对减少。 　　

3.花粉粒鉴定 　　与二倍体相比，多倍体花粉粒体积大，生活力低。有些多倍体甚至完全不育，如三倍体。 4. 梢端组织发生层细胞鉴定 　　用切片染色法比较组织发生层的三层细胞和细胞核的大小，多倍体的比二倍体的大。 5.小孢母细胞的大小：多倍体小孢母细胞＞2n

6. 染色体记数 7.流式细胞仪分析

二. 混倍性嵌合体的分离 理化诱变获得的多倍体材料通常是混倍性嵌合体,不稳定 分离原理: 细胞全能型

三. 多倍体材料的选择和利用 淘汰没有育种价值的劣变类型。 在倍性变异上表现优良的类型，可进入选 种圃，进行全面鉴定。 在倍性变异上表现优良的类型，可进入选　种圃，进行全面鉴定。 对不稳定的嵌合类型进行分离纯化。 保留不能直接成为品种但在育种上有价值　的材料。 有些诱变本来就是为进一步杂交育种提供　原始材料，可按原计划进行。

单倍体的类型及特点 单倍体的获得方法 单倍体植株的鉴定 单倍体在育种中的应用 第四节 单倍体及其在园艺植物育种中的应用  单倍体的类型及特点 单倍体的获得方法 单倍体植株的鉴定 单倍体在育种中的应用

一、单倍体的类型及特点 类型 单倍体: 未受精配子发育而成的含有配子染色体数的 生物个体 单元单倍体（一倍体）由二倍体植物产生的含有 单倍体: 未受精配子发育而成的含有配子染色体数的 生物个体 单元单倍体（一倍体）由二倍体植物产生的含有 一组染色体的单倍体 多元单倍体：多倍体植物产生的含有一组以上染色体组的单 倍体 同源多元单倍体：同源多倍体产生的多倍单倍体 异源多元单倍体：异源多倍体产生的多倍单倍体

2. 特点 高度不育 隐性基因控制的性状可以表现出来

二. 单倍体的获得方法 1. 远缘花粉刺激孤雌生殖 远缘花粉在异种母本上常不能正常受精，但有时能刺激母本的卵细胞自行分裂，诱导孤雌生殖，产生母本单倍体。

2. 辐射/化学药剂处理诱导孤雌生殖 用X射线等辐射照射花或父本花粉，给去雄的母本授粉，以影响其受精，可诱导孤雌生殖产生单倍体。 某些化学药物能刺激未受精的卵细胞发育形成单倍体植株。常用的化学药剂有硫酸二乙脂、2、4-D、NAA、6BA、二甲基亚砜(DMSO)、乙烯亚胺（EI）等。一般用上述药剂直接处理未授粉雌花。

3.从双生苗中选择 一粒种子上长出的2株或多株苗称为孪生苗（双胚苗）或多胚苗。被子植物中少数属如柑橘属中常常出现双胚或多胚现象。双胚种子长成的双生苗中有单倍体，其出现的频率较单生苗高。我国在水稻、苎麻、亚麻中均发现双胚苗、多胚苗类型，能够出现单倍体。

4.花药/花粉离体培养 这是目前人工获得单倍体最简单有效的方法。其原理是：作物的每一特化的细胞都具有发育成完整植株的潜力。 4.花药/花粉离体培养 这是目前人工获得单倍体最简单有效的方法。其原理是：作物的每一特化的细胞都具有发育成完整植株的潜力。 5.离体雌核发育:用未授粉的子房（胚珠）离体培养是诱导大孢子发育成单倍体的另一途径。

三、单倍体植株的鉴定 细胞学鉴定：即检查体细胞中的染色体数及花粉母细胞中的染色体数目及配对情况。 形态特征进行鉴定：与正常植株相比，单倍体有明显的“小型化”特征。 单倍体的育性鉴定

四、单倍体的二倍化 １.单倍体的自然加倍 　据Sunderland（1970）报道，烟草花药培养中有1%的自然加倍现象出现。自然加倍发生的频率与植物种类及培养基中的植物激素浓度有较大关系

2. 单倍体的人工加倍 常用的方法是利用秋水仙碱处理，浓度为0.1% ~ 1%。

五、单倍体在育种中的应用 １.加速遗传育种材料的纯合,缩短育种周期 快速获得自交系，大幅度缩短育种年限。 将杂种第一代的花粉通过单倍体育种，就能代替5～6代杂交前的亲本自交和5～6代杂交后的杂种选择，那么几十年甚至上百年的工作可以提前在9～3年内完成。

２.提高选择效率 杂种植株产生有性后代的时候会发生分离，而花粉虽然也彼此不同，但因为不再与不同遗传性的卵细胞结合，不再象有性后代那样发生遗传性的重组，所以花粉植株的选择范围肯定比有性后代的选择范围要小很多，正是由于排除了显隐性的干扰和缩小了选择范围，我们就能大大地提高选择的功效和准确性。

３.与其它育种技术结合,提高育种效率 ４.构建分子遗传图谱

主要内容回顾 倍性育种的相关概念 多倍体和单倍体的特点 多倍体和单倍体的形成方式及其途径 如何诱导形成多倍体和单倍体 如何对多倍体和单倍体进行鉴定利用？