植物体细胞无性系变异

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1、第11章植物体细胞无性系变异的概念及筛选体细胞无性系变异是指培养物在培养阶段发生变异，进而导致再生植株亦发生遗传改变的现象。该现象广泛存在于各种再生途径(体细胞胚胎发生途径和器官发生途径)的组织培养中，最早是在甘蔗中报道了体细胞无性系变异现象，此后在其他作物中也有报道，如马铃薯、烟草、番茄、小麦、水稻等，涉及的变异现象主要包括两个方面。一、形态特征、生长习性、抗性等变异Heinz和Mee(1969，1971，1977)最先在甘蔗体细胞再生植株中观察到形态特征、生长习性以及抗性等变异。其中形态特征的变异包括叶耳长度、有无茸毛等；生长习性的变异主要表现在分蘖能力，直立性，茎秆直径、长度、重量以

2、及含糖量等。与此同时，他们从不同甘蔗品种的体细胞无性系中筛选抗斐济病和霜霉病的株系、兼抗的再生植株，并发现群体的抗病性增强。马铃薯的体细胞无性系变异也研究得比较深入，已报道了许多有关形态特征、生长习性和扒性等的变异。从马铃薯品种RussetBurbank再生的一系列体细胞无性系中，经过多年大田筛选，发现它们的形态特征(如块茎形状和大小、表皮色泽等)和生长习性(如光周期、成熟期等)均已发生变异。对它们进行抗病性鉴定时，发现500个无性系中有5个对早疫病抗性增强，800个无性系中有20个对晚疫病的抗性提高，还有至少4个无性系表则为多抗。培养禾谷类作物的未成熟组织，获得的再生植株也发生了变异(图8

3、—1)。观察这些再生引株的种子后代特性，就能够确定这些变异的遗传性。在墨西哥小麦品系Yaqui50E的再生植株中观察到大量的体细胞无性系变异，包括数量性状如高度、分蘖数等和质量性状如子粒颜色、α—淀粉酶、麦醇溶蛋白等。尽管大部分变异性状会在再生植株自交后表现分离，但仍有一些变异性状是不分离的，因此认为前者变异的·基因型是杂和态的，后者是纯合态的。此外，相似的变异如株高、分蘖数、谷粒数份蘖、单粒重、白化苗率等，在水稻、玉米及其他禾谷类作物中也有报道。二、染色体变异(一)染色体数目变异许多研究表明，组织培养中广泛存在着染色体数目变异。如四倍体马铃薯(2n＝4x＝48)叶片、茎段和块茎的再生植株中

4、，大约有10％的非整倍体。(二)染色体结构变异在一种二倍体马铃薯(Solanumbrevidens)中，除了观察到染色体数目变异外，还发现了缺失和互换等结构变异；在一粒小麦(Triticummonococcum)的悬浮培养细胞中，双着丝点染色体可在细胞群体中繁殖达一年之久；单冠毛菊(Haplopappustenuisectus)培养细胞系中双着丝点染色体在有丝分裂中形成断裂—融合—桥；在三倍体黑麦草组培苗中发现染色体相互易位、缺失、倒位；六倍体小麦幼胚培养获得的再生植株中，有70％的植株具有正常六倍体染色体组(2n-6x-42)，但观察到染色体结构变异，包括缺失、互换、着丝粒合并、等臂染色体

5、结等（见图8-3）体细胞产生的变异具有以下几个优点：①适用于各种可进行组织培养的作物；②持续快速提供变异源；③消除优良品种的一个或几个缺陷；④提供新型变异株系。但在某些情况下，体细胞变异也存在自身的不足：①继代培养多次以后，植株再生能力减弱；②一些变异经自交或杂交以后，表现不稳定；③这种变异没有可预见性，往往会产生一些不符合育种需要的变异。三、体细胞无性系变异体的离体筛选对体细胞无性系变异的筛选可以在个体水平上进行，即对再生植株群体进行筛选，也可以在细胞水平上进行，即离体筛选。目前，离体筛选的研究成果已开始应用于育种实践。如对马铃薯品种RussetBurbank的10000多个原生质体无性系

6、进行筛选，结果得到一个性状突出且很稳定的变异系。它的变异性状包括生长习性、成熟期、对光周期的反应、块茎整齐度、块茎表皮颜色和产量等性状。Heinz等(1977)从甘蔗组织培养再生群体中筛选到更抗眼点病、斐济病和霜霉病的突变体；体细胞无性系变异体的筛选大致可分为三个步骤：起始材料的选择、突变细胞的选择和突变性状的遗传基础及其稳定性鉴定。(一)起始材料的选择在离体条件下先诱导植株外植体产生愈伤组织，进而继代培养获得小细胞团或单细胞悬浮培养物，然后进行突变体的筛选。也可从器官或细胞培养物中游离出单个的原生质体进行突变体筛选。(二)突变细胞的选择1．培养细胞的种类虽然各种来源的细胞都可产生突变体，但

7、最常用的材料还是原生质体和悬浮培养的细胞。两者相比，利用原生质体产生突变体相对有利，因为它是单细胞，容易被选择剂选择，可避免获得嵌合体式的突变体。但是至今尚有不少植物还没有建立起原生质体分离和植株再生体系，对于这些植物，目前只能利用悬浮培养的细胞产生突变体。此外，也有不少采用愈伤组织或幼胚为材料，从中选择突变体的方法报道。2．突变细胞的选择方法常用的有直接选择法和间接选择法两种。已经证明，许多物质对培养的高等