浅谈植物多倍体鉴定方法

鲁文英

【摘 要】多倍体育种作为一种重要的育种手段，目前已被广泛应用，其中倍性鉴定是多倍体育种的一个重要环节，快速、准确地进行倍性鉴定对加速育种进程有重要的意义。本文概括了目前最常用的几种多倍体鉴定方法，并对各自优缺点进行简要比较。

【关键词】植物；多倍体；鉴定

多倍体植物通常具有生物产量高、适应性强、抗逆性强、有效成分含量高等特征，然而仅靠染色体自然加倍很难满足现代植物育种的需要。为此，人为通过物理方法、化学方法、生物学方法等途径使植物细胞染色体组加倍，获得多倍体材料，用以选育符合人们需要的优良品种，是近年来植物育种研究的一个热点。目前，育种学家已在150属的若干种上进行了研究，并已诱导出许多多倍体。

一批二倍体材料经处理后，其中一些材料的染色体加倍成为多倍体，一些未能加倍依然为二倍体，还有一些为混倍体，因此，准确地辨认多倍体并将其挑选出来，是多倍体育种的一个重要环节。目前常用的鉴定方法主要有以下几种：

1 植株形态学鉴定

随着细胞染色体倍性的增加，植物细胞和各器官体积一般趋于增大，表现出茎杆粗壮，叶色变深，叶片变厚，生长缓慢，多倍体的花、果实一般均比二倍体的大，而且花瓣肥厚，花色较鲜艳。因此，巨型性是多倍体植物最为显著的外部形态特征。

苹果多倍体植株外观具有茎矮、粗壮、节间短、叶宽圆、叶片厚、叶色浓绿、叶脉突起等形态特征[1]。颖长可以作为水稻染色体倍数的又一指标，水稻单倍体与二倍体的颖长一般以5.6㎜为界，二倍体与三倍体的颖长以7.8㎜为界[2]。黄瓜单倍体与双单倍体雌、雄花花冠具有明显区别：单倍体花冠深裂，而双单倍体花冠浅裂，可以作为区别单倍体和双单倍体植株的标志，单倍体能结果，但果形多异常，无正常种子，多空瘪籽，双单倍体种子饱满[3]。

根据植株外部形态特征进行鉴定是初步鉴定多倍体的主要方法，也是最直观，最粗放的方法，优点是简便、快速，不需要任何仪器，可以在苗期做出早期鉴定，为育种工作者减轻工作量。不足之处是存在很大的经验因素，可能会因人而异，鉴定的准确度不高。

2 染色体计数法鉴定

染色体计数法通常有常规压片法和去壁低渗法两种。

压片法一般以根尖、茎尖、卷须、愈伤组织等为材料，用醋酸洋红或苏木精等染色压片，观察细胞分裂中期的染色体并计数，制片中需要很好的操作技能。

陈瑞阳等在国内首创利用去壁低渗法进行染色体标本制备，并对37科105种植物进行切片制备，总结了不同植物的低渗、酶解和染色时间[4]。

去壁低渗法与常规压片法相比有许多优点，既可用于染色体计数，也可用于染色体组型分析Gimsa分带等研究，并可借助扫描电镜对植物染色体进行观察，但是酶解去壁成功与否的关键在于对酶液浓度、酶解时间、酶解温度等几个因素的把握，需要一定经验，而且操作过程繁琐，工作量大，所以该方法需要良好的实验条件和丰富的经验[5]。

3 植株叶片气孔性状鉴定

染色体倍性与气孔性状的关系已有很多研究报道，气孔保卫细胞叶绿体数目受染色体控制，能反映植株倍性，气孔保卫细胞长度是受染色体倍性控制的一对相对稳定的性状，年份间差异变化不显著[6]，并且同一植物处于相同环境条件和发育阶段，同一部位的保卫细胞大小性状是相对稳定的[7]。

玉米花药培养的再生植株进行倍性鉴定，可结合采用根尖染色体压片法和气孔保卫细胞长度法两种方法鉴定，得出玉米单倍体植株的鉴定标准是气孔保卫细胞长度不超过29um，其鉴定精度可达到95%以上[8]。青花菜小孢子培养获得的植株叶片保卫细胞叶绿体数占保卫细胞数的比率（叶绿体/保卫细胞）为8.3，13.6，22.1，和30.7，分别代表单倍体、二倍体、四倍体和八倍体[9]。李赟等以苹果和梨的二倍体和多倍体为材料，比较了气孔保卫细胞叶绿体数目、气孔密度、气孔长和气孔宽四个性状与倍性的关系，分析各个性状用于倍性鉴定的可靠性，并采用两类性状同时进行判别分析，建立判别方程，结果表明，叶绿体数目和气孔长鉴定倍性的可靠性较高，如以这两个性状进行判别分析，苹果判别方程鉴定倍性的可靠性与以气孔长鉴定倍性的可靠性相似，梨的判别方程可大大提高鉴定的可靠性[10]。

利用植株叶片气孔性状鉴定倍性简单易行，只需几分钟就可鉴定一份材料，且不需要先进的仪器，不失为倍性鉴定的一种简单有效方法。

4 花粉形态学鉴定

花粉的形态特征受植物基因型控制，不同倍性花粉的大小、萌发孔数量形态、纹孔、纹饰等都存在差异，花粉形态特征比起解剖结构更少受外界条件影响，是探讨植物起源、演化及亲缘关系的重要特征之一。

花粉粒的大小与染色体数目的正相关性已经完全得到证实，四倍体花粉一般比二倍体大20%-30%[11]。以不同倍性苎麻为材料，对其花粉粒形状、大小进行比较观察，结果表明：花粉大小与染色体倍性呈正相关，相关系数为0.9708，单倍体、二倍体、三倍体和四倍体平均直径分别为16.30、17.81、22.00、24.76微米，品种对这一性状没有影响，单倍体花粉大小变化较大，并且存在一定数量的畸形、空壳花粉；三倍体存在少量的小粒花粉[12]。采用扫描电子显微镜对二倍体、三倍体和四倍体甜菜的花粉进行形态观察，结果表明：三种甜菜花粉在花粉粒的形状、萌发器官类型及表面纹饰等主要性状上均为相同；不同染色体倍性品种的花粉之间，在花粉粒的体积、萌发孔的数量、孔口直径和孔膜表面纹饰等方面亦有一定差别[13]。

5 流式细胞仪法鉴定

流式细胞仪法是目前最快速且有效的倍性鉴别方法，它可以直接测定细胞的DNA含量，从而快速鉴别植株的染色体倍性水平。通过流式细胞分析仪对大量处于分裂间期染色体的DNA含量进行检测，然后经计算机自动统计分析，绘制出DNA含量（倍性）的分布曲线图。

流式细胞仪可以对几万个细胞进行倍性检测，并且除了检测单倍体和多倍体等整倍体外，还能很好地鉴别出再生植株中少量混倍体、非整倍体类型的细胞，避免传统检测方法由于观察数量的局限导致的检测误差[14]。此外该法不受植物体取材部位和细胞所处的时期限制，取材部位可以是叶片、茎、根、花、果皮、种子等，而且只需要少量材料，不影响植物生长。但该方法的不足是测定费用较高，对于一般育种单位来说是难以承受的，此外，利用流式细胞仪进行测定时，样品准备时间不宜过长，在室温条件下，样品准备时间不宜超过20分钟，时间过长会导致测定时DNA峰值的位置发生偏移，从而影响测定结果[15]。

综上所述，几种常用的倍性鉴定方法各有优缺点，应根据不同植物材料特点，结合试验单位自身情况，探索最有效、最直接的方法进行倍性鉴定，快速筛选出多倍体植株，加速多倍体育种进程。

【参考文献】

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[11]杨晓红.苹果属植物花粉观察研究[J].西南农业大学学报，1986（2）：121-129.

[12]晏春耕，曹瑞芳，李宗道，等.苎麻花粉形态学与倍性的相关性[J].湖北农业科学，2005（3）：47-49.

[13]宛涛，许红春.不同染色体倍性甜菜花粉形态观察[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），1996，17（2）：21-24.

[14]陈斌.辣椒花药培养再生植株染色体倍数检测研究[J].辣椒杂志，2005，4：28-30.

[15]周元昌.S.KENNEDY，抱子甘蓝花培苗倍性的快速鉴定[J].福建农林大学学报（自然科学版），2002，31（1）：55-58.

[责任编辑：杨玉洁]