普通遗传学-第23章
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成成分不均衡，从而导致配子不育。不育性表现的程度与单价体的数量有关，单价体越多，染色体的分离越紊乱，配子染色体数和组合成分越不平衡，不育程度愈高。因此，自然界物种很难以奇数倍的异源多倍体存在，只有少数无性繁殖的植物存在基数倍异源多倍林。
倍半二倍体（sesquidiploid）是特殊的奇数倍的异源多倍体，是指体细胞具有一个偶数倍异源多倍体的全套染色体和另一个二倍体种的一个染色体组的个体。例如，将普通烟草（4X=TTSS=48）与粘毛烟草（2n=2X=GG=24）杂交的F1（2n=3X=TSG=36）的染色体数加倍，创造出一个新的异源六倍体值物（2n=6X=TTSSGG=72=36Ⅱ）再以普通烟草与新生的异源六倍体回交，产生出异源五部体的子代（2n=TTSSG=60=24Ⅱ＋12Ⅰ）。这种异源五倍体的子代即是倍半二倍体。在育种上，倍半二倍体可用作进行染色体替换的中间材料。
7。5 多倍体形成途径及应用
7。5。1 多倍体的自然发生
同源多倍体和异源多倍体的形成途径基本相似，有多种途径，即可自然发生，也可人工诱发。自然发生的多倍体主要是减数分裂过程异常，产生未减数的配子，未减数配子受精结合产生多倍体。
例如，萝卜（Raphanus sativus ；2X=RR=18=9Ⅱ）和甘蓝（Brassica oleracea；2X=BB=18=9Ⅱ）两个远缘植物杂交，F1是2n=2X=RB=18；由于R、B两个染色体组差异很大，减数分裂形成配子时，各染色体不能配对，只能随机分配到子细胞中去，形成的配子高度不育。少数配子具R与B两个染色体组的全部染色体，即F1产生未减数配子（n=2X=RB），未减数配子结合产生2n=4X=RRBB的异源四倍体，已定名为“Raphanobrassica”，它的许多性状与萝卜和甘蓝不同。
除远缘杂交产生未减数配子外，未经杂交的个体也能产生未减数配子。曾在二倍体桃树（2X=16=18Ⅱ）的大量花粉中桃出大花粉粒1202粒，并用这些大花粉粒给二倍体桃树授粉，产生的30棵子代植株中，有7株是同源三倍体（3X=24=8Ⅲ），说明这7株同源三倍体的花粉粒是未减数的小孢子（n=2X=16=8Ⅱ）形成的。
二倍体形成的未减数的雌雄配子（2X）融合则形成同源四部体。未减数配子与二倍体的正常配子（X）结合，则形成同源三倍体。同源四倍体与二倍体杂交也会形成同源三倍体。
产生未减数配子是多倍体自然发生的主要途径。除此之外，也存在其他多倍体形式途径。例如，两个精核进入胚囊和一个正常的卵核结合也可产生同源三倍体等。
7。5。2 人工诱发多倍体
多倍体自然发生的频率极低，但可通过人工诱发产生大量多倍体。人工诱发多倍体的方法很多，使用最普遍、效果最好的是采用秋水仙素处理植物。通过这种方法已成功地产生了多种类型的多倍体。
7。5。2。1 秋水仙素的性质与作用机理
秋水仙素是从秋水仙（Colchicum autumnale）植物的鳞茎和种子中提取的，分子式为C22H25O6N。秋水仙素易溶于热水，不易溶于热水有剧毒，使中枢神经麻痹，造成呼吸困难。如不慎有微量入眼，会引起暂时失明，使用时要十分小心。
秋水仙素的使用处理浓度一般为0。01％～0。4％，而以0。2％左右的浓度应用最广。
秋山仙素能够抑制分裂细胞的纺锤丝形成，但不影响染色体的复制和着丝粒分裂，这样使复制后的染色体不能够向细胞的两极移动，不能被分配到两个子细胞中去。着丝粒分裂后，由一条染色体形成的两条染色体共存于一个细胞中，使分生细胞染色体数目加倍。当秋水仙素被除掉后，细胞在染色体加倍的基础上恢复正常的丝分裂过程，最终长成多倍体的组织、器官和植株。
7。5。2。2 秋水仙素的处理方法
用秋水仙素处理种子，可将种子浸泡在一定浓度的秋水仙素溶液中，经一定时间处理，诱发细胞染色体加倍。处理的浓度和时间可根据具体物进行试验和摸索。
茎芽处理方法是，先将种子发芽，芽靠芽倒插在培养皿中，将芽浸在秋水仙素溶液中，用湿纱布包裹根部防止根干枯。这样处理仅使芽染色体加倍，根部不受影响，利于幼苗生长。一般采用0。1％～0。4％的浓度处理1～2天。处理成株的顶芽、腋芽的生长点时，可用浸透0。1％～0。4％的秋水仙素溶液的棉球放在生长点处，若处理时间长，应注意添加药液，一般2～3天后去掉棉球。
幼苗处理方法是，当幼苗两片子叶展平时，将秋水仙素溶液用滴管滴在生长点处，每天滴2次。
用这些方法处理植株并不能使所有分生细胞的染色体数都同样加倍。某些分生细胞可能加倍，也可能加倍后再加倍，有些细胞可能没有加倍。加倍了的细胞分裂缓慢，未加倍的细胞分裂迅速。当处理时间较短时，加倍的分生细胞少，分裂慢，有可能从分生组织中消失，导致加倍失败。当处理时间较长时，加倍的分生细胞少，分裂慢，有的可以从发生组织中消失，导致加倍失败，当处理时间较长时，加倍的分生细胞可能继续再加倍，甚至发生多次加倍，从而使分生组织生长过于缓慢，甚至死亡。因此，处理时间恰当与否是诱变成败的关键。
7。5。2。3 人工多倍体的鉴定
人工诱发的多倍体除进行形态鉴定外，还需经细胞染色体数鉴定才能加以确定。在通过植物根尖、茎尖、幼蕾等进行染色体数目分析时，宜采用当代植株的花粉母细胞或第二代的种子根尖为材料，不宜用当代值株的根尖为观察材料，特别是对幼苗进行芽的加倍处理时更是如此，因为芽加倍后根不一定加倍。此外，经低温或药物预处理时，可以诱导出部分细胞产生多倍体。因此，对诱变后代染色体计数时，应观察大量细胞，只有当所有细胞均具有恒定数目的染色体时才可判断是否为多倍体。若部分细胞是多倍体，则不能确定该诱变后代为多倍体。
7。5。3 人工多倍体的应用
7。5。3。1 克服远缘杂交不孕性
为了在育种中能够利用远缘种、属的优良基因改造现有栽培品种，常需要进行远缘杂交，即不同种、属甚至是不同科的植物间杂交。由于亲缘关系远，不孕性是远缘杂交中存在的普遍现象，亲缘关系较远的个体间杂交，难以获得F1种子。将亲本之一染色体加倍，则可克服这一障碍。例如，以白菜（Brassica chinensis；2X=20=10Ⅱ）为母本，与甘蓝（Brassica oieracea 2X=18=9Ⅱ）交杂，不能获得种子。使甘蓝加倍成同源四倍体（4X=36），而后用四倍体甘蓝与白菜进行正反交，均可获得杂种植株。
7。5。3。2 克服远缘杂种不实性
远缘杂种的不实性是指杂种F1败育，不能产生种子的现象。这是由于F1不同染色体组差异悬殊，减数分裂时不能正常配对和分离，产生大量单价体，造成配子不育的缘故。如果将 F1染色体数加倍，每条染色体就能正常配对，减数分裂正常，产生可育配子。例如，普通烟草（2n=4X=TTSS=48）感染花叶病，野生种粘毛烟草（2X=GG=24）具有抗病基因，欲将这一抗病基因转育到普通烟草中，两者杂交获得的F1（3X=TSG）具有抗病基因，但高度不育。使F1加倍成异源六倍体，这种六部体植株即抗病又可育，但具有粘毛烟草的野生性状。如果再将它作亲本与普通烟草回交并在杂种后代中进行选择，就可将抗病基因转移到普通烟草上。
异源八倍体小黑麦正是通过远缘杂交和人工诱发多倍体的方法培育成的作物。它是将普通小麦与黑麦杂交的F1植株（4X=ABDR=28）经秋水仙素加倍，形成2n=8X=AABBDDRR的异源八倍体小黑麦。由于适应性、抗病虫害能力等均优于普通小麦，使其在高寒山区和盐碱地得到广泛种植。
7。5。3。3 创造远缘杂交育种的中间亲本
利用多倍体创造缘杂交育种的中间亲本是克服远缘杂种不实性的另一种形式。例如伞形山羊草
（Aegilops umbellulata，2X=14=7Ⅱ）能抗锈病，普通小麦不抗锈病，若将伞形山羊草的抗锈病基因（R）转移到普通小麦，由于二者间杂交难以成功，须先将伞形山羊草与野生二粒小麦（Triticum dicoccoides；4X=AABB=28=14Ⅱ）杂交获F1，然后再将F1加倍成异源六倍体（AABBCuCu=42=21Ⅱ）。该异源六倍体高抗叶锈病，将它作为桥梁亲本再与普通小麦杂交和回交，最后可将抗锈基因转移到普通小麦中。
7。5。3。4 育成新的作物类型
人工创造多倍体作物育种的一条重要途径，国内外都已培育了一批在生产上广泛应用的作物新类型。如同源多倍体的红薯、马铃薯、甜菜等。同源多倍体育种最好用来培育具无性繁殖特征的作物品种，这样利用价值更大。异源多倍体较同源多倍体更有利用价值，因为它们的育性正常，可通过种子繁殖。这方面最突出的例子是前述小黑麦（Triticale）的育成。
7。6 非整倍体变异
7。6。1 非整倍体变异的类型
染色体数目变异产生的非整倍体主要包括单体（2n…1）、缺体（2n…2）、三体（2n＋1）和四体等（2n＋2）类型。非整倍体的产生是由于减数分裂形式不正常的配子所致。性细胞减数分裂时，若同源染色体不联会，或联会后不分离，两个同源染色体移向细胞的一极，则所形成的配子中染色体数目就会增加或减少。这些不正常配子间的结合或正常配子与不正常配子的结合，就会产生非整倍体。非整倍体可自然产生，也能通过人工诱变产生。非整倍体在染色工程和基因定位中有重要应用价值。普通小麦、烟草中已建立起全套单体系列，水稻、谷子中已获全套三体年的研究，才获得普通小麦“中国春”的全套单体系列。
7。6。1。1 单体
单体是体细胞中某对染色体缺少一条的个体。在动物、植物、人类中均发现过许多个体是单体。例如，蝗虫、蟋蟀、某些甲虫的雌性个体性染色体为XX型。雄性为X型（2n…1）。植物的单体主要存在于异源多倍体中，二倍体植物中出现的单体一般不能存活。
普通烟草是第一个分离出全套的24个不同单体的植物，为异源四倍体（2n=4X=TTSS=48=24Ⅱ），含T、S两个染色体组。通常把两个烟草染色体组的24个染色体分别用除X和Y以外的24个英文字母命名，所以烟草的全套24个单体分别为2n…ⅠA、2n…ⅠB、2n…Ⅰc……2n…Ⅰz。烟草的单体与正常双体之间，不同的单体之间在植株形态上有明显差异。陆地棉（Gossypi…um hirsutum）是异源四倍体（2n=4X=56），有4个染色体亚组，两个是A染色体亚组（大染色体），两个D染色体亚组（小染色体），为便于研究，规定1～13对染色体为A染色体亚组，第14～26对染色体为D染色体亚组。现已鉴定出15个单体，尚有11个单体未鉴定出来，普通小麦（2n=6X=AABBDD=42）已分离出全套21个单体，不同的单体之间及单体与正常个体间差异很小，难以目测鉴定。
当凭形态特征难以辨别单体时，对单体的保存须进行细胞学鉴定，因为单体的自交后代中除单体外，还存在正常的双体和缺体植株。为防止天然异交，必须对单体进行自交。细胞学鉴定即是观察花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ的染色体数目及配对情况。例如，硬粒小麦中期Ⅰ的染色体配对构图是13个二价体和1个单价体，该单价体正是因缺少一条染色体而没有配对的单个染色体，它常单独存在。
单体产生的配子有n和n…1两种，理论上两者比例为1：1，故自交子代应是双体：单体：缺体=1：2：1。但实际上单体的自交后代中各类个体不符合上述比例，这主要受三个因素的影响：①单价体在减数分裂过程中被遗弃的程度不同；②n和n…1配子参与受精的频率不同；③2n…Ⅰ和2n…Ⅱ胚的存活率不同。
7。6。1。2 缺体（2n…2）
缺体是生物体细胞中缺少一对同源染色体（2n…2）的个体，它仅存在于多倍体生物中，二倍体生物中的缺体不能存活。动物都是二倍体，故动物不存在缺体。植物中只在异源六倍体普通小麦中存在全套缺体。由于普通小麦A、B、D三个染色体组存在部分同源关系，功能上可相互补偿，故n…1配子和2n…Ⅱ幼胚有一定的存活率。普通小麦有全套21个缺体，均表现为生活力差、育性低，各具有特定的形态特征。
获得缺体的主要途径是单体的自交。由于缺失一条染色体的雄配子生活力极低，竞争力弱，故单体自交后代中，缺体出现的频率低。在中国春小麦各个单体的自交子代群体中，缺体仅为0。9％～7。6％之间。
缺体无育种上的应用价值，但可以用于染色体替换和基因定位研究。小麦不同缺体性状表现有差异，这可说明 缺失染色体的遗传功能。缺体也可用来进行基因定位。例如，中国春小麦无芒，而中国春遗传背景的6B缺体（2n…Ⅱ6B）却有短芒，说明6B染色体上有抑制芒发育的基因。
7。6。1。3 三体（2n＋1）
1。 三体的来源
三体是体细胞中的染色体较正常2n个体增加一条的变异类型。即某一对染色体有三条染色体。三体的主要来源是三倍体的自交以及同源三倍体与二倍体之间的杂交。其次是因减数分裂过程异常导致单价体的形成，产生n＋1和n…1两类配子，从而使后代群体中出现2n＋1的三体。通过X射线、射线、射线等各种辐射诱变，可诱发减数分裂异常，产生三体植株。例如，用60Co射线辐照陆地棉花粉，而后给未辐射雌蕊授粉，可有效诱导出三体。
2。 三体与性状变异
由于三体细胞中某对染色体增加了一条，相应的基因剂量增加，从而使三体的性状发生改变。最早发现三体导致性状变异的植物是直果曼陀罗（Daturastramonium），在该植物中发现一蒴果突变型，这是一种三体变异类型。后来又陆续发现了该植物全部12个三体，它们各具有特定的形态变异，包括蒴果的大小和形状、刺的大小和长度、叶形、花形以及植株的大小和生长习性等。水稻、番茄也已获得全套12个三体，它们彼此间在形态上也有明显的差异。但玉米的10个不同染色体的三体在形态特征上差异不明显。
人类中也发现了常染色体的三体，分别是三体21、三体18和三体13。第21号染色体三体病人症状称为唐氏先天愚症，是一种常染色体三体综合征，人群中的发病率为1/650，患者在幼儿期就有种种异常表现，特别是智力低下。根据染色体分带技术证明，唐氏先天愚症实际是最小的染色体即第22染色体的三体造成的，由于历史的原因，现在仍将第21染色体定为最小的染色体。在家畜中也发现了三体变异，例如，XXX型母马，多了一条X染色体，称为X三体，表现不孕、卵巢小，子宫发育不全，性周期不规则。牛的常染色体三体，（61，XX）和（61，XY）均表现为胎儿下鄂发育不全，伴有腹水、关节及心脏异常。
3。 三体的细胞学特征
三体在减数分裂时，三个同源染色体可联会成三价体（Ⅲ），也可联会成一个二价体（Ⅱ）和一个单价体（Ⅰ）。三价体由于是局部联会，也会出现提前解离的情况，即在转移到赤道面之前解离成一个Ⅱ和一个Ⅰ。Ⅲ在后期I出现2/1不均衡分离，产生n和n＋1配子；一个Ⅱ和一个Ⅰ的联会方式使单价体常被遗弃在细胞质中，不能进入子细胞，从而多数产生n配子。因此，三体所形成的配子有n与n＋1两种。此外n＋1配子生活力较n配子低，2n＋1胚成活率低于2n胚，故在三体的自交后代中，n配子与n配子结合
