作者简介:刘亚娟(1984-),女,甘肃,硕士研究生,从事园林植物育种研究。*通讯作者 收稿日期:2009-03-11秋水仙素在园林花卉多倍体育种中的应用

刘亚娟1,2 李名扬1 屈云慧2*(1西南大学园艺园林学院,重庆 400716;2云南省农业科学院花卉研究所,云南昆明 650205)摘 要:随着园林花卉产业的迅速崛起,多倍体育种成为新品种选育的重要手段。目前,秋水仙素人工化学诱变仍然被认为是多倍体育种中最有效、成绩最为显著的一条途径。本文对近年来秋水仙素在国内花卉多倍体育种中的应用,从化学诱变作用机理、诱变方法及其研究进展等方面进行了系统的综述。关键词:秋水仙素;多倍体诱导;应用进展中图分类号 S60316 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2009)07-155-03ApplicationonPolypiodBreedingofLandscapeFlowerinColchicinesLiuYaJuanetal1 (1CollegeofHorticultureandLandscapeArchitecture,SouthwestUniversity,Chongqing400716;2YunnanAgriculturalScienceAcademy,FlowerResearchInstitute,Kunming,650205,China)Abstract:WiththerapiddevelopmentofLandscapeFlowerIndusry,polypiodbreedinghasbeenbecomeanimportantmeansforselectingnewvarieties1ThewayofColchicinesartificialchemicalmutationbeingconsideredtobeahighefficiencyandstatisticallysignificantmethodisstillcontinuouslyusedatpresent1Thispaperreviewedtheresearchmethodsandapplicationstatusofpolypiodbreedingoflandscapeflowerincolchicnesinchina1Keywords:Colchicines;Polyploidyinduction;Advanceinresearhes 自然界的植物多数是二倍体(2n=2x),即其体细胞(2n)核中包含2个相同的染色体组(x)[1]。多倍体(poly2ploid)是指具有3套或者3套以上完整染色体组的生物体。自从20世纪初发现拉马克月见草(Oenotheralamarck2iana)的一个突变型gigas是四倍体[2-4],紧接着1935年,Nilsson-Ehle在瑞典发现了一株叶片巨大、生长迅速的巨型三倍体欧洲山杨[5-6],人们开始广泛关注多倍体现象。随着生物技术的不断发展,广大研究者对多倍体进行系统深入研究后,据统计,自然界大约有50%的被子植物,75%的禾本科植物属于多倍体,草类植物80%是多倍体,豆类植物18%是多倍体[6-7],证实多倍体是生物群体进化的重要特征,而多倍化正是植物进化的重要力量[5]。自1937年布莱克斯和埃佛里(B-lakeslee和Avrey)采用曼陀罗(DaturastramoniumL1)等植物发现用秋水仙素(col2chicine,简称COLC)诱导多倍体的方法[7]后,广大育种工作者开始探索倍性育种技术手段,使得多倍体育种突破质的飞跃,成绩显著。多倍体植株叶片大而厚,颜色深邃,花朵大而质地加重,花期延长等外观特征符合现代育种目标,增加了花卉的观赏价值和商品价值,带动了花卉产业的迅速崛起。巨大的商业利润促使多倍体育种日益受宠。现有的技术手段中,通过秋水仙素人工化学诱变的方式仍然被认为是最有效、成绩最为显著的一条途径,其具有经济方便、诱变作用专一和诱变突变广泛等特点[1],一直沿用至今。如在金丝杜鹃(Portulacasp1)、大波斯菊(Cosmossp1)、草夹竹桃(Phloxsp1)、矮牵牛(Petuniasp1)、毛地黄(Digitalissp1)、紫茉莉(Mirabilissp1)、金莲花(Tropacolumsp1)、金鱼草(AntirrhinummajusL1)、鸡冠花(Celosiacrista2taL1)、挂竹香(Cheiranthussp1)等植物中都通过秋水仙素诱导成功,已获得了同源四倍体植株。在提高观赏价值的同时也获得了巨大的利益。本文对近年来秋水仙素在国内花卉多倍体育种中应用进展综述如下。1 秋水仙素化学诱变作用机理秋水仙素为淡黄色粉末,针状结晶,易溶于冷水,但不易溶于热水,它是从秋水仙的鳞茎和种子中提取出来的。秋水仙素的作用机理是能够特异性的与细胞中微管[8]的蛋白质元件相结合,使正在分裂的细胞中的纺锤丝合成受阻,抑制纺锤丝体的运动,迫使有丝分裂中断,从而阻止染色体向两级移动[9],抑制细胞分裂时纺锤体的形成,染色单体分裂,但是细胞和细胞质不分离而导致同源染色体数目加倍,形成同源多倍体。秋水仙素只有处理细胞分裂活跃状态的组织才可以产生有效的刺激作用,使分生组织的染色体加倍,因此其加倍的材料一般为萌动状态或刚发芽的种子、幼苗或嫩枝的生长点、芽、花蕾或愈伤组织等[10-13]。2 秋水仙素化学诱变方法及其应用进展211 初期阶段 秋水仙素诱导方法自1937年由B-lakeslee和Avrey在曼陀罗植物上应用后相继由Dustin等人对秋水仙素具体的机制研究[14]后,也初步形成了用其诱导多倍体的方法。常用的有浸渍法、滴液法、涂抹法和注射法四种。21111 浸渍法 是指将植株的种子或者一部份活体完全浸入到适宜浓度的秋水仙素溶液中,在适宜温度和黑暗条155安徽农学通报,AnhuiAgri1Sci1Bull12009,15(7)件下,处理适宜时间获得多倍体植株的方法。此方法简便,易于操作,诱导效率高,适用于处理种子、枝条、幼苗生长点以及球根花卉鳞片,但是经过处理的植株死亡率最高。此法种子一般处理数小时到3d,浓度以012%-116%为宜。盆栽幼苗,处理时盆倒置,幼苗的生长点浸入秋水仙素溶液,以全部浸没为准。球根花卉鳞片可浸于0105%-011%的秋水仙素水溶液中,1-3h后进行扦插。浸渍法在君子兰[15](CliviaLindl1)、虞美人[16](PapaverrhoeasL1)、金鱼草、三叶木通(Akebiatrifoliata)、香石竹(Dianthuscaryophyllus)中得到应用,并成功获得同源多倍体。21112 滴液法 是指用滴管将适宜浓度秋水仙素水溶液滴在植株生长点处使药液透过表皮渗入组织内部的方法。若气候干燥蒸发快,中间可加滴蒸馏水数次,为减缓溶液下流速度,可用脱脂棉包裹诱导部位,再将其浸湿。此方法受气候环境的影响大,实验条件不易控制,诱导率也不高。滴液法在芦荟(AloeveraL1)、百合(Liliumbrowniivar1viridulum)、茶树(Camelliasinensis)、国槐(SophorajaponicaLinn1)合欢(AlbizziajulibrissinDurazz)、刺槐(Robiniapseud2oacaciaL1)、一串红(Salviaspcendens)、五角枫(AcermonoMaxim1)、鸡爪槭(AcerpalmatumThunb1)、紫薇(Lagerstro2emiaindica)、木槿(Hibiscussyriacus)、鸡冠花、矮牵牛[17]中广泛应用,并有所突破。21113 涂抹法 是指将适宜浓度秋水仙素和适宜浓度的羊毛脂膏或者琼脂混合,直接涂抹到植株的生长点,连续处理适宜时间,以达到诱变效果的方法。此方法简单易行,对植株的伤害小,但是诱变率较低,易出现嵌合体。应用此法获得了莲(NelumbonuciferaGaertn)和刺果甘草(GlycyrrhizapallidifloraMaxim1)的多倍体新品种,变异率分别达到46%和55%。21114 注射法 是用注射器将秋水仙素溶液注入生长点中,以达到诱变效果的方法。此法由于针头易碰触生长点造成芽体死亡而应用较少。杨今后曾用此法获得过桑树(Broussonetiapapyrifera)的多倍体。212 成熟阶段 随着植物组织培养技术的熟练,近年来离体培养诱导方法已经成为趋势。离体组培诱导法是组织培养技术和化学诱导加倍方法的结合,方法较上述更为成熟,使得秋水仙素在离体组织水平上诱导细胞内染色体加倍成为可能,此法容易控制实验条件,实验结果可重复,可减少嵌合体提高诱导率,也能克服不孕。一般程序是在培养过程中,可将秋水仙素加入培养基中,也可以浸泡离体组织后再培养。运用此法:雷家军成功地获得珍贵野生资源五叶草莓(FragariapentaphyuaA1Los1)的加倍植株。张兴翠等报道互叶白千层(MelaleucaleucadendraL1)成功地诱导出了多倍体植株。王利等获得诱变率达到50%的叶片厚叶色深叶片大的库拉索芦荟(AloeveraL1)四倍体植株。213 辅助因素 除了对秋水仙素自身的物理性质进行研究以外,为了提高诱变率,各种辅助因素对其诱导的效果都有过报道,包括材料部位、处理最佳时间、最适温度、最适浓度以及恢复期温度等,同时预处理和某些辅助剂的影响也被探究过[18]。王桂花等以巨大赖草(Leymusracemo2sus)为材[19-20],陈高等以七里香(BuddlejaasiaticaLour)为材料,分别研究了秋水仙素处理浓度和处理时长对诱导效果的影响。李正红等以地锦(Parthenocisustricuspidata)为材料,发现在浓度梯度和时间梯度背景下丛生芽的诱导效果要好于体胚的诱导效果,并得到该材料的最佳诱导组合。刘选明[21]在诱导同源四倍体龙芽百合时,发现添加2%二甲基亚砜(DMSO)处理48h后,小鳞茎诱变率高达75%,相继由朱惠琴[22-23]在诱导烟草单倍体的加倍实验中证明二甲基亚砜(Dmiethysurfoxide,DMSO)对秋水仙碱的加倍作用有明显促进效应,实验均认为二甲基亚砜溶液主要通过提高分生组织的穿透力促进秋水仙碱加倍,对秋水仙素加倍起到了辅助作用。近期,常青云等通过正交验设计,加入秋水仙素浓度梯度、紫外辐射总量梯度、温度骤降总量梯度,探究各因素对秋水仙素诱导刺槐多倍体效率影响的显著性,得到最优组合是013%秋水仙素,辐射40s共2次,温度骤降5min共1次的结论。至此得到发挥秋水仙素最大功效获得最高诱变率需要考究多因素辅助作用。214 秋水仙素类似物 由于秋水仙素处理植株存在诸多缺陷:处理时候细胞发育的不同步,容易形成嵌合体;形成的多倍体性细胞不稳定会被正常的细胞包埋而使得植株倍性恢复;导致不育性、再生植株异常生长、染色体重排或丢失以及基因突变;价格昂贵、有剧毒,尤其是固态化合物。为了克服上述缺点,国外已做了大量研究寻求更加有效的诱导剂,秋水仙素类似物相继被人们发现并加以研究,如氨氟乐灵(Pronamide)、氨磺乐灵(Oryzalin)、甲酰胺草磷(Amiprophosemethy,lAPM)和氧乐灵(Trifluralin)等,对一些植物中的离体多倍体诱导程度比秋水仙素高,药害程度比秋水仙素要轻微[24]。VanTuy1等研究了Oryza2line在百合染色体加倍上的应用,研究结果指出:浓度范围为01001%-0101%的Oryzaline和秋水仙素比较,对植物生长的抑制作用小,加倍的效果要高。除了百合,Oryza2line[25]还广泛应用于其它植物的染色体加倍的研究中,比如甜菜、梨、杜鹃花等。T1Takamura等研究了一种新的能抑制有丝分裂的试剂Surflan(以Oryzaline为主要活性成分的一种除草剂),结果发现,经过010075%的Surflan处理后,百合的多倍体率达86168%;试验还发现,低浓度的Surflan(010025%)仍然具有较好的诱导效果,而如果浓度过高(010125%),尽管其加倍率高,却会对百合植株生长产生明显的毒害作用。Tiwari等研究了杀虫剂对二氯苯和B-水合喹啉在小扁豆染色体加倍上的作用。Han2sen等人研究了Trifulan,APM(amiprophosmethyl)等杀虫剂在芸苔属植物染色体加倍上的应用。秋水仙素类似物在其它植物的选育工作中已经取得了初步成功,但秋水仙156安徽农学通报,AnhuiAgri1Sci1Bull12009,15(7)