植物细胞工程育种主要技术

二、植物细胞工程育种主要 技术

1.单倍体育种技术

单倍体(haploid)是指具有配子染色体数的体细胞或个体。自然状态下单倍体的发生频率极低,因此一般需要人工诱导产生。(https://www.daowen.com)

人工诱导产生单倍体的途径主要有:

(1)雄核发育途径,包括花药和小孢子培养;

(2)雌核发育途径,包括未受精卵或子房培养等;

(3)种内或种间杂交途径,包括远缘杂交、染色体消除法、异质体技术(异种属细胞质-核替代系)、半配合等。

单倍体育种技术具有以下优点:

(1)单倍体植株经自发或人工进行染色体加倍后,成为可育的加倍单倍体(又称双单倍体,double haploid,DH),其每对染色体上的成对基因均是纯合的,自交后性状不再发生分离,因此可有效缩短育种年限。

(2)可以排除显隐性的干扰,有利于提高杂交后代选择的准确性,因而可提高植物育种的效率。

2.无性系变异育种技术

无性系变异(somaclonal variety)是指在植物细胞、组织或器官的离体培养过程中,所培养的细胞或再生植株中产生变异的现象。这类变异,有些不可遗传,有些属于可遗传变异,而后者经人工选择和培育可获得较原亲本更优良的性状,或获得一些有益的新性状,因此在植物的品种改良中可以加以利用。

无性系变异育种技术具有以下优点:

(1)体细胞无性系变异是植物组织培养过程中出现的普遍现象,不仅限于某些植物或某些器官、组织或细胞,而变异所涉及的性状亦相当广泛;

(2)变异频率高,一般为1%~3%,个别可达到25%~100%;

(3)体细胞无性系变异多为单基因或少数基因的突变,有利于在保持现有品种优良性状的同时对其个别性状进行改良;

(4)后代稳定速度快,大多数材料在R2时即可获得株系,因而在一定程度上可缩短育种年限。

3.原生质体培养及体细胞杂交技术

原生质体(protoplast)是指脱去细胞壁的、由质膜所包围的具有活细胞一切特征的球形细胞团。由于无细胞壁这个细胞与外部环境之间的天然屏障,使得原生质体成为理想的实验系统而被广泛应用于生命科学众多领域的研究。原生质体培养是指对植物的离体原生质体进行培养,产生再生植株的技术。原生质体的培养方法主要有液体浅层培养法、固体培养法、液体与固体结合培养法,此外一些学者还在以上方法的基础上发展了悬滴培养法、看护培养法、饲喂层培养法等方法。原生质体培养最为瞩目的应用是体细胞杂交。

体细胞杂交(somatic hybridization)又称为体细胞或原生质体融合(protoplast fusion),指在离体条件下将两个来自不同种、属、科或界的原生质体经化学物理方法诱导融合,形成具有两个亲本体细胞染色体的细胞杂种,然后对其进行培养,从而获得再生植株的技术。为了将其与有性杂交区分,体细胞杂交通常写作“a(+)b”,其中a 与b 指两个亲本,(+)指体细胞杂交。原生质体融合在早期主要采用矿物盐如NaNO3,之后发展了高pH-高钙法、电融合法及水溶性多聚体PEG法,其中PEG法是目前最为成功的方法。而原生质体融合方式则主要有对称融合、非对称融合、亚原生质体-原生质体和配子-体细胞融合等。

体细胞杂交具有以下优点:

(1)可以克服有性杂交遇到的远缘杂交的有性不亲和、双亲花期不遇、雌雄不育等障碍,从而在杂交时扩大了亲本组合的范围。如在柑橘中,大多数品种具有多胚结构,通过有性杂交很难甚至不能获得杂种,且部分品种的雄性或雌性败育,但可通过原生质体融合技术获得柑橘体细胞杂种。

(2)转移有利的农艺性状,实现远缘重组,创造新型物种,促进生物多样性。如将野生种的某些优良性状导入栽培品种中。

(3)转移胞质基因,为体细胞遗传研究提供材料和参考。