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  • 植物多倍体现象

    在自然条件下,机械损伤,射线辐射,温度骤变,及其它一些化学因素刺激,都可以使植物材料的染色体加倍,形成多倍体种群。

    比如,多倍体草莓(上)会比一般的草莓(下)大几倍;利用人工诱导多倍体的方法培育无籽西瓜;人、果蝇、玉米是二倍体,香蕉是三倍体,马铃薯是四倍体,多倍体在植物中很常见,在动物中极少见。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 植物多倍体现象 英文名: plant polyploidy
    定义: 在自然条件下,机械损伤,射线辐射,温度骤变,及其它一些化学因素刺激,都可以使植物材料的染色体加倍 类型: 植物学
    诱发因素: 机械损伤,射线辐射

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    定义/植物多倍体现象 编辑

    植物多倍体现象 植物多倍体现象

    一个物种细胞中染色体形态结构和数目的恒定 性是这个种的重要特征。我们把二倍体个体中能维持配子或配体正常功能的、最低数目的一套染色体称为染色体组或基因组。当生物体内细胞染色体组数达到3组或3组以上者,称为多倍体;多倍体在植物进化中有很重要的意义。随着植物自然演化地位的提高,多倍体所占比例增大。据有关资料显示,自然界中,多倍体在裸子植物中占物种的13%,在单子叶植物中占42.8%,在双子叶植物中占68.6%,即显花植物中约有一半的物种是通过多倍体途径形成的次生种,其中有些是在一个属内存在着不同倍数的种,有些是在同一种内存在着不同倍数的品种。遗传学上把一个属内不同种的染色体按某一基数而倍增的现象称为染色体倍数性系列,或多倍体系列。处在倍数性系列上的植物,因其基因剂量存在差异、所以各有相异的表型,它们在细胞染色体尚未数清以前,就早已为形态分类学家区分为不同的种群。

    在自然条件下,机械损伤,射线辐射,温度骤变,及其它一些化学因素刺激,都可以使植物材料的染色体加倍,形成多倍体种群。近几十年来,随着人们对多倍体诱导机制研究的深入,由人工模拟自然条件来诱导多倍体植物获得了长足进展,形成了不少有价值的人工多倍体种群。

    细胞核内染色体组加倍以后,常带来一些形态和生理上的变化,如巨大性,抗逆性增强等。一般多倍体细胞的体积,气孔保卫细胞都比二倍体大,叶子、果实、花和种子的大小也随加倍而递增。从内部代谢来看,由于基因剂量加大,一些生理生化过程也随之加强,某些代谢物的产量比二倍体增多,如大麦同源四倍体种子蛋白质含量比二倍体提高10-12%,玉米同源四倍体籽粒内拟胡萝卜素含量比二倍体原种增加43%,胡萝卜糖含量增加10—20%,欧洲巨型山杨生长量增加一倍等。这些改变都与基因剂量有关。多倍体的产生多出现在分布区的一些边缘地带,多在气候条件恶劣的地区,这些地区多倍体的出现常伴随着抗逆性的相对提高,如报春花原产温带,我国云南很多,原始种为二倍体,而新生的异源四倍体分布在二倍体区域内的高山上,三倍体和八倍体分布在更北或更南的高山上,而十四倍体生长在极地。(杨晓红、李越华、张克中,1998)。由于多倍体植物带有巨大性,不育性、代谢物增多和抗递性加强等特点,给生产、生活带来了很大的经济价值。

    自从二十世纪三十年代,人们发现用秋水仙素诱导多倍体的方法以来,育种家们在植物倍性育种方面作出了较多的探索,形成了一些人工多倍体的商业品种。花卉方面:矮牵牛、金鱼草、鸡冠花等多倍体植物多表现为叶片肥厚、花色艳丽、花期长、花瓣多等特点,观赏价值得到了提高;药材方面,板蓝根四倍体有效成分含量比普通二倍体对照高出约40%;林木方面,四倍体桑树及刺槐在生长量及抗逆性方面都较之二倍体对照有了较大提高。

    一般而言,用秋水仙素诱导成的多倍体植株往往是同源四倍体,如果将其与二倍体对照杂交,便可获得三倍体的植株,例如,人工获得的三倍体西瓜、香蕉等。无籽或少籽是它们的显著特征。另外,在倍性育种的过程中,育种家们发现:1、在一些远源杂交不亲合的组合中,如果将其中之一加倍、远源杂交往往变得容易进行,而且所获得的异源多倍体在生长量及抗逆性方面,往往有突出表现。2、在用各种射线诱变育种时,多倍体材料的诱变率大大高于二倍体对照。由此可见,在人工诱导植物多倍体的基础上,如能结合其它育种手段,以培育出高质量的植物新品种,大有潜力可挖。

    总之,随着人们对多倍体诱导技术及其它相关育种技术研究的深入,在不久的将来,定能形成越来越多的人工多倍体种群,使多倍体诱导成为最有效的育种手段之一。

    名词解释/植物多倍体现象 编辑

    染色体是遗传物质的载体。染色体数目的变化会导致形态、解剖、生理、生化等诸多遗传特性的变化。

    自然界各物种的染色体数目是相对稳定的,体细胞为2n,性细胞为n。n有时正好为一个染色体组(即该物种的染色体基数x),有时却含有两个或两个以上的染色体组。

    多倍体(polyploid)[1]:指植物体细胞中含有3个或3个以上染色体组的个体。

    多倍体分为同源多倍体和异源多倍体。

    同源多倍体(autopolyploid):指多倍体的几个染色体组来源于同一物种。

    异源多倍体(allopolyploid):指来自不同种属的染色体组成的多倍体。

    如AAA--同源三倍体AAAA--同源四倍体

    AABB--异源四倍体(又叫双二倍体),类似于二倍体的远缘复合物。

    多倍现象/植物多倍体现象 编辑

    多倍体作为高等植物中存在的一种普遍现象,在园艺植物中广泛存在。

    如香蕉、草莓、菊花、马铃薯等都是多倍体。

    苹果、梨、葡萄、柑橘、大丽菊、郁金香、山茶、百合、报春花、鸢尾等植物类型中都存在相当多的多倍体种。

    多倍体在裸子植物中特别少见。在苏铁科、银杏科中都未发现有多倍体。

    在被子植物中多倍体约占30-35%。但多倍体的分布很不规则。如景天科、蔷薇科、锦葵科、禾本科、鸢尾科内多倍体种特别多,而葫芦科内几乎完全没有多倍体种。另外,同一科内不同属间多倍体频率差异也较大。如杨柳科的柳属内倍性变异多,而杨属内很少见;石竹科的石竹属多倍体常见,而蝇子草属却少有。

    因此,很多学者认为多倍体的发生与类群在进化中的地位无关。

    有研究表明,多倍体比率最高的是多年生草本,其次是一年生草本,木本植物最低。

    从染色体基数来看,园艺植物多数属只有一个染色体基数。如:草莓属、树莓属、蔷薇属的x=7;萝卜属、胡萝卜属、报春花属、柑橘属、菊属的x=9。

    有些属内有不同倍性系列的种。如蔷薇属月季、玫瑰(2x);法国蔷薇某些种(3x);香水玫瑰(4x)、欧洲野蔷薇(5x)、莫氏蔷薇(6x)、针刺蔷薇(8x)。

    少数属内种间有不同染色体基数。如芸薹属黑芥x=8,甘蓝x=9,白菜x=10。

    有些属内种间无染色体倍性变化。如苏铁属、松属、核桃属、栗属、桃属、杏属、豌豆属、南瓜属。

    还有个别属内种间染色体数及其复杂,很难确定其染色体基数,而且倍性变化也大。如鸢尾属(鸢尾:现代有髯鸢尾有三倍体、四倍体、五倍体、八倍体等)。

    多倍体的特点/植物多倍体现象 编辑

    巨大性

    一般表现在叶大;茎粗;花大,色浓;果实、种子、细胞、气孔、花粉都大。

    如三倍体、四倍体葡萄粒大;四倍体萝卜主根粗大。

    育性低

    一般同源多倍体结实率低。

    原因:同源多倍体由于在减数分裂时,染色体间配对不正常,易出现多价体,致使多数配子含有不正常染色体数,因而表现出育性差,结实率低。

    园艺植物大多数同源多倍体为无性繁殖植物,育性差但不影响在生产中的应用。对于水果来说,无籽或少籽为优良性状。

    而异源多倍体,与远缘杂种相反,是高度可育的。来自父母本的染色体在减数分裂时自行配对,不出现多价体,表现为自交亲和,结实率较高。

    如多花报春(AA)×轮花报春(BB)

    2n=2x=18 2n=2x=18

    F1(AB)

    ↓染色体加倍

    邱园报春(AABB)

    三倍体经常高度不育(如三倍体的无籽西瓜;三倍体香蕉也表现无籽)。

    原因也是减数分裂不正常,不能形成正常的配子。

    而三倍体的风信子(2n=3x=24)例外,它高度可育。

    抗逆性强

    多倍体新陈代谢旺盛,适应环境能力强。表现为抗病、抗旱、耐寒,分布广。

    如多倍体从赤道到极地都有分布;高山上多倍体多;在炎热夏季的稻田里常发现多倍体花粉粒。

    营养成分高

    碳水化合物、蛋白质、维生素、植物碱等表现偏高。

    如四倍体番茄Vc含量比二倍体高一倍。四倍体紫罗兰、桂竹香芳香性强、蜜腺多。

    多倍体遗传特性

    总体来看,异源多倍体比同源多倍体稳定性好,但异源多倍体也因原来的二倍体不同有差异。

    如:异源多倍体大丽花,染色体组来源复杂,后代遗传变异性大。而异源四倍体的邱园报春的亲本比较纯,后代稳定。

    不同植物的多倍体表现不一样,并非倍性越大越好。每个种其实都有其最适的染色体倍数(可能是2x,3x,4x或6x等),这是多倍体育种中应注意的问题。

    无性繁殖的园艺植物,可避免多倍体高度不育或性状分离带来的繁殖困难,在利用多倍体的特性上更为有利。利用多倍体是克服远缘杂种难稔性的有效途径。所以创造和利用多倍体在现代育种中有广阔前景。

    相关内容/植物多倍体现象 编辑

    染色体数目:各物种的染色体数目恒定,体细胞为性细胞的两倍。例如,玉米体细胞中有20条或10对染色体,用2n=20=10II表示;每对染色体一个来自父本,一个来自母本,称为同源染色体,它们具有相同的形态和结构。形态结构不同的染色体称为非同源染色体。性细胞中只有10条,用n=10表示。雌、雄配子通过受精结合,恢复到2n,植株通过减数分裂产生雌、雄配子。这样世世代代延续下去,保持物种染色体数目的恒定。

    有的植物种的体细胞内有三个或更多的染色体组,称为多倍体。多倍体又分同源多倍体及异源多倍体,植物中有大量多倍体存在。由孤雌生殖或孤雄生殖产生的植株,体细胞中只有配子染色体数,称为单倍体。

    有的植株的体细胞中减少或增加个别染色体,如2n-1或2n+1等,称为非整倍体。

    染色体变异的遗传效应:染色体上载有基因,染色体结构和数量上的变异必然产生遗传效应。例如结构变异中的缺失的假显性,重复的剂量效应,倒位的部分不育,易位的半不育等。数量变异中单倍体、三倍体的高度不育,同源四倍体的部分不育,非整倍体的某些异常表现等。

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    参考资料
    [1]^引用日期:2019-07-24

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