多倍體育種和誘變育種§1林木中的多倍體一、林木中的多倍體多倍體在林木中也是普遍存在的，現已檢出天然多倍體的樹種有挪威云杉、北美喬柏、日本柳杉、日本扁柏、落葉松、榿木、白樺、歐洲白蠟、歐洲水青岡、花椒、椴樹、合歡、桑樹、漆樹、柳樹、歐洲山楊，香脂楊、銀白楊、美洲山楊、毛白楊等§1林木中的多倍體二、林木天然多倍體的表現已發現的天然多倍體大多表現不如二倍體，但在某些樹種中也不乏表現突出的個體，如天然三倍體漆樹具有生長快、產漆量高等特點。歐洲山楊、美洲山楊天然三倍體與相同立地條件下的同齡二倍體相比，在生長及材質等方面均顯示出較強的優勢。我國檢出的5個毛白楊天然三倍體，多是已被林業生產實踐所證明的優良類型（如易縣毛白楊雌株）。§2多倍體的特性及其利用的可能性一、林木多倍體的特性1細胞的巨大性使木材纖維長度增大，單位材積的纖維細胞數目以及細胞表面積減小，木質素等含量降低歐洲山楊×美洲山楊雜種三倍體的材積生長比本地山楊快1-2倍，纖維長18%，密度高20%三倍體毛白楊

推廣中的三倍體毛白楊的優良特性三倍體二倍體形態巨大性葉片巨大，最寬達53cm；纖維長，5年生平均達1.28mm，比同齡普通二倍體毛白楊高52.4%。

三倍體二倍體速生、高效1）當年出圃普通毛白楊育苗要達到地徑3cm、苗高3～4m，需要二年，而三倍體毛白楊新品種只用一年時間；

推廣中的三倍體毛白楊的優良特性

2）一年成樹三倍體毛白楊造林基本無蹲苗現象，當年樹高可達4～5m，胸徑5cm，枝繁葉茂；

推廣中的三倍體毛白楊的優良特性3）三年成林按2m×3m定植密度計，造林三年時林分基本郁閉★推廣中的三倍體毛白楊的優良特性

推廣中的三倍體毛白楊的優良特性4）五年成材

5年末輪伐時，胸徑可達15～20cm，樹高12～18m，單株材積0.1m3以上，每畝蓄積量10～20m3，相當于同齡普通毛白楊的2～3倍。二倍體三倍體

推廣中的三倍體毛白楊的優良特性

α-纖維素含量可達到53.21%，比同齡二倍體提高5.8%；木質素含量僅為16.71%，比普通二倍體低17.9%。纖維得率高、制漿化學品用量低。

通過對三倍體毛白楊的生長測定以及材質測試分析證明，三倍體毛白楊新品種實現了5年短周期采伐，且材質性狀優良，是制漿造紙的極好原料，也是優良的膠合板材兼性品種。山西襄汾紙業完成三倍體毛白楊制漿造紙試驗，生產出10噸樣紙。山東太陽紙業營建的10萬畝三倍體毛白楊紙漿林§2多倍體的特性及其利用的可能性2基因劑量倍增，使植物的生理生化過程加強，新陳代謝旺盛，體內某些生化成分的含量提高四倍體橡膠樹的產膠量比二倍體親本提高34%三倍體漆樹的產漆量比二倍體高出1-2倍三倍體桑樹在產業量和葉的品質方面均優于二倍體§2多倍體的特性及其利用的可能性3生活力強，對環境適應性強，抗寒、抗旱以及抗病蟲害等優勢明顯四倍體柳杉耐寒性增強三倍體歐洲山楊比較難干旱瘠薄，更適于較差的山地栽植，且抗病能力較強三倍體樺木對銹病的抗性增強§2多倍體的特性及其利用的可能性二、林木多倍體利用的可能性1林木多倍體的普遍性2林木多倍體的特性3林木多倍體的獲得性：選擇天然多倍體植株、人工誘導多倍體植株§3多倍體發生的途徑一、染色體加倍的概念染色體加倍（Chromosomedoubling）：由于植物細胞內的理化環境發生改變，而使細胞核或細胞質不分裂，導致體細胞內染色體數目倍增的過程。§3多倍體發生的途徑二、多倍體發生的機理1多倍體產生的類型無性多倍化：體細胞染色體加倍有性多倍化*：性細胞染色體加倍，2n配子（未減數配子）的產生§3多倍體發生的途徑2染色體加倍的細胞學機制從細胞學水平看，在施加理化處理后，最終主要歸結到影響紡錘絲以及細胞板的形成機制：當微管蛋白組裝成紡錘絲的功能受到抑制，紡錘絲形成以及收縮機制受到影響，或細胞極性喪失時，就會造成正處于分裂階段的細胞被阻止在中期，而不能進入分裂后期，從而形成染色體數加倍的核；

§3多倍體發生的途徑當細胞板及細胞壁的組建功能受到阻礙時，染色體雖然能正常分裂并走向兩極，但細胞質不能完成正常分裂，也會導致細胞內染色體數目的倍增。§3多倍體發生的途徑三、多倍體獲得的途徑1體細胞染色體加倍機械損傷、高溫和低溫、輻射、化學試劑等理化處理均可使體細胞染色體加倍。問題：細胞分裂不同步，獲得的多是混倍體或嵌合體。只有四倍體刺槐等在生產上應用，大多表現欠佳，主要用作育種的研究材料。§3多倍體發生的途徑2不同倍性體間雜交當一個樹種中存在可育的不同倍性體時可用此法，最為簡捷有效。Nilsson-Ehle（1938）最早用三倍體和二倍體歐洲山楊雜交，獲得了一些三倍體、四倍體和混倍體植株。Einspahr

等（1984）、Weisgerber

等（1980）利用四倍體歐洲山楊與二倍體美洲山楊雜交獲得了異源三倍體雜種山楊。§3多倍體發生的途徑用此法成功獲得多倍體的樹種主要有：三倍體楊樹、桑樹、樺木、刺槐、枸杞等。問題：需等待樹木開花結實，時間較長；較好的育性；較高的配合力§3多倍體發生的途徑3胚乳培養二倍體被子植物的胚乳為三倍體，通過胚乳培養可以獲得三倍體植株。1973年，Srivastava

首次利用羅氏核實木的成熟胚乳培養獲得了三倍體再生植株。林木胚乳培養主要集中在獼猴桃、枸杞、棗等經濟林樹種上，取得了三倍體苗木。§3多倍體發生的途徑問題：由于愈傷組織繼待培養中的染色體變異，再生植株多為非整倍體、混倍體，甚至恢復為二倍體。§3多倍體發生的途徑4細胞融合可以獲得同源、異源多倍體以及雙二倍體，是克服植物遠緣雜交障礙、創造多倍體的一條新途徑。§3多倍體發生的途徑體細胞雜交：柑橘的體細胞融合取得了重要進展，已獲得20多個體細胞雜種。Obgawara

等（1985）首次報道了柑橘與枳屬的屬間體細胞雜種；Grosser等（1988，1990）獲得了柑橘屬與蠔殼刺屬、柑橘屬與非洲櫻桃屬的屬間體細胞雜種；鄧秀新等（1991，1995）獲得了金柑屬與柑橘屬的體細胞雜種。§3多倍體發生的途徑配子-體細胞雜交：花粉四分體原生質體與體細胞原生質體的融合。Pirrie

和Power（1986）首次報道了粘毛煙草四分體原生質體與葉肉原生質體的融合，獲得了三倍體植株。Lee與Power（1988）做了矮牽牛屬的四分體原生質體與懸浮細胞原生質體融合，包括種內和種間雜交組合，均獲得了雜種植株。Pental

等（1988）實現了煙草屬的種間融合，獲得了三倍體雜種植株。§3多倍體發生的途徑5未減數配子雜交利用天然2n花粉培育多倍體：2n花粉在白楊派楊樹中普遍存在，如歐洲山楊、美洲山楊、毛白楊、灰楊、香脂楊，在黑楊雜種中也有發現。朱之悌等（1995）利用毛白楊天然2n花粉與毛新楊、銀腺楊雜交，獲得了26株生長材質俱優的異源三倍體，已大面積推廣應用。問題：受樹種遺傳因素和環境的影響，2n花粉的產生具有偶然性、多變性，2n花粉的比率低§3多倍體發生的途徑人工誘導2n配子雜交：最快捷的方法。Johnsson（1940）最早采用秋水仙素處理歐洲山楊、美洲山楊雄花枝，取得了一些2n花粉，并得到到了三倍體植株。現已在歐洲山楊、美洲山楊、美洲黑楊、香脂楊、銀白楊、毛新楊、銀腺楊、橡膠、桑樹等樹種中，通過秋水仙素或高溫誘導獲得了2n雌雄配子，并與正常異性配子雜交，得到了三倍體植株。§3多倍體發生的途徑人工誘導2n配子存在的問題克服辦法：2n花粉較正常花粉發育遲緩，受精競爭力差，導致三倍體的誘導率過低，難以進行大強度選擇。§3多倍體發生的途徑人工誘導2n配子存在問題的克服：

2n花粉純化，2n花粉大于正常花粉，可利用600目金屬篩篩選，但很難絕對純化，2n花粉比率低時更難。60Co-γ射線輻射：不同倍性的花粉對輻射的敏感性不同，用一定劑量的60Co-γ射線輻射可以刺激2n花粉萌發，同時可抑制或殺死部分單倍性花粉，提高2n花粉的萌發率和萌發速率，增進其受精競爭力，提高三倍體誘導率。§4多倍體的選育一、選擇天然多倍體從自然界中選擇天然多倍體二、人工誘導多倍體1物理誘導法2化學誘導法§4多倍體的選育1化學方法誘導林木多倍體化學誘導法：是指利用生物堿等某些化學試劑處理分裂中的植物器官、組織甚至細胞，從而誘導細胞染色體加倍的方法。§4多倍體的選育處理材料的選擇A為了得到同源偶倍數多倍體：萌動的種子、幼苗、莖尖、幼胚、合子、愈傷組織等。合子、幼胚和剛萌動的種子最佳，不易出現嵌合體，易見效B為了得到奇倍數多倍體：進入減數分裂的雌雄花芽，通過染色體加倍獲得未減數配子，再與正常配子雜交§4多倍體的選育化學試劑的選擇最常用的是秋水仙素，有機殺菌劑富民隆、氧化亞氮（N2O）、萘嵌戊烷（C12N15）也常用§4多倍體的選育處理方式的選擇①浸漬法：用一定濃度的秋水仙素等化學試劑浸漬萌發的種子、幼苗、莖尖、花芽等。②注射法：用注射器將一定濃度的秋水仙素等化學溶液直接注射到待處理的部位。§4多倍體的選育③涂布法：將配制好的含一定濃度的秋水仙素等化學溶液的羊毛脂軟膏涂抹在生長點上進行處理。④噴霧法：用噴霧器將配制好的秋水仙素等化學藥劑噴到要處理的分生部位。⑤藥劑-培養基法：即將待處理材料接種到含一定濃度秋水仙素等培養基上進行處理的方法。

§4多倍體的選育重要注意事項①處理時期：秋水仙素等試劑只影響正在分裂的細胞，了解細胞分裂周期，在細胞分裂有效作用時期前處理。楊樹花粉染色體加倍最佳處理時期為減數分裂粗線期（康向陽，1999），此時用0.5%的秋水仙素處理，最高可得到85%以上的2n花粉。§4多倍體的選育②試劑的最適濃度：因處理材料、處理方法、處理的持續時間、環境溫度等而異。敏感材料（如根）采用直接浸泡或注射，處理時間長、環境溫度高時，濃度以較低；材料不敏感，采取涂布、噴霧等方法，處理時間短、環境溫度低時，濃度宜較高。秋水仙素使用的濃度一般為0.01-0.5%，處理時間在12-72小時。§4多倍體的選育③處理持續時間：因處理材料、方法、環境溫度而異，一般在12-48小時之間。時間太短，只有少數細胞加倍，競爭不過為加倍細胞，處理無效；時間過長，如超過一個細胞分裂周期，染色體不只增加一倍，會形成更高倍性，或者細胞受化學試劑毒害死亡，甚至組織或整株植物個體死亡。§4多倍體的選育④處理最適溫度：與試劑的濃度、處理時間相關，溫度低時濃度可稍大、處理時間可較長；溫度高時需降低濃度、縮短處理時間。一般以15-20℃為宜。低于10℃，因低溫抑制細胞分裂，影響試劑的作用效果；高于25℃，試劑對細胞的毒害作用加強，導致細胞活力降低、甚至發生細胞裂解。§4多倍體的選育2物理方法誘導林木多倍體物理誘導法：指利用溫度、射線、機械損傷等物理因素處理植物材料誘導細胞染色體加倍的方法。誘導率較低，操作簡單、費用低、一次可處理大批材料處理材料的選擇：萌動的種子、幼苗、雌雄花芽等§4多倍體的選育處理方法的選擇A高、低溫處理：是將培養至一定時期的種子、花芽等置于恒溫箱內，在一定的溫度、濕度條件下處理一定的時間后，取出繼續培養或雜交而獲得多倍體的方法。可采用連續高溫、連續低溫或高低溫交替處理。高溫處理范圍為38-45℃，低溫處理范圍為2-4℃。處理時間因材料而異，一般高溫處理在4-8h，低溫處理在12-72h。§4多倍體的選育Mashkina（1989）將花粉母細胞處于不同發育時期的歐洲赤松和幾種楊樹的雄花枝放在恒溫箱中，高溫處理誘導花粉染色體加倍，在楊樹中取得了高達94.4%的2n花粉，并用2n花粉雜交得到了三倍體楊樹§4多倍體的選育B輻射處