果树亲本倍性配备与三倍体胚败育

文/郭文武

【导读】果树三倍体具有形态巨大、适应性和抗逆性强、遗传上不育、果实无核等优点，人工创造三倍体是培育优质、高抗、无核果树的重要途径。 四倍体与二倍体杂交是人工培育三倍体最普遍、最有效的途径，但果实中胚败育现象普遍存在。

果树多数可以无性繁殖且具有单性结实的特性。 与二倍体相比，果树三倍体具有形态巨大（如茎秆、叶片、果实、花朵等），营养物质增多（如蛋白质、糖类、脂肪等），适应性和抗逆性强且多数高度不育、 果实无核或少核等优点。 但是， 自然界中天然存在的三倍体不论是种类还是数量都非常少。 因此，人工创造三倍体已成为培育优质、高抗、无核新种质的一条有效途径。

一、 三倍体的获得

人工获得三倍体的主要途径有： ①二倍体和二倍体杂交， 该方法基于亲本之一产生的少量未减数配子， 通过寻找三倍体小粒种子而获得，效率较低；②二倍体与四倍体间杂交；③胚乳培养，有少量再生植株的报道，但再生植株往往夭折；④体配融合，难度较大，有少量成功的报道。 其中，二倍体和四倍体的有性杂交是人工培育三倍体最普遍、最有效的途径，此方法已广泛用于柑桔、 葡萄等果树育种并获得三倍体植株。 研究发现，利用二倍体与四倍体有性杂交获得三倍体，在母本为四倍体、父本为二倍体时容易得到饱满种子， 且播种后获得三倍体后代较多；当母本为二倍体、父本为四倍体时不容易获得种子和三倍体后代。 培育三倍体无籽西瓜时，利用四倍体和二倍体杂交，发现四倍体为父本与二倍体杂交时，其结实率明显低于相应的反交组合；柑桔三倍体育种中也有类似现象，以四倍体花粉为二倍体授粉， 授粉后90 多天时取下杂交果实，发现杂交果实种子干瘪，多数胚已败育。

二、 不同倍性亲本杂交胚败育机理

四倍体与二倍体杂交获得的果实中胚败育现象在多数被子植物中都存在， 这严重影响了三倍体育种， 开展亲本倍性配置与三倍体胚败育机理研究十分必要。

曾有报道， 同源四倍体的受精时间比二倍体要迟，前者的结实率明显比后者要低。 从中可以推测， 由于四倍体植株的花粉粒生长速度缓慢，而二倍体花粉粒生长发育正常，两者之间的差异导致了不同倍性亲本杂交时获得的杂交种子也存在差异。 也有学者认为，不同倍性亲本杂交胚易败育的原因可能是由于亲本间倍性水平的影响，导致了亲本杂交的不亲和性。 因此，杂交不亲和或授粉、受精异常是导致二倍体、四倍体杂交不实的原因之一， 其具体表现因物种而异。 有些二倍体自交以及四倍体自交的受精、胚胎发育和种子形成均能正常进行， 但四倍体与二倍体杂交不能产生三倍体的种子。

大量研究表明，引起不同倍性杂交胚败育的原因主要是胚乳的异常退化。 胚乳是高等植物双受精的产物之一，是一种可降解的组织，其功能是为发育中的胚或者萌发的种子提供营养。胚乳是胚胎中后期发育的主要营养来源，胚的正常发育离不开胚乳及其提供的营养。 如果胚乳败育，胚也会停止发育，这已有大量的实例证明。 在不同倍性亲本杂交研究中，胚乳的异常退化也引起人们的注意。在亲本染色体数不同时，以染色体数目较少的亲本为母本时胚乳的异常退化比反交时严重。柑桔上的研究也表明，胚败育和子代中三倍体出现的频率在四倍体与二倍体正反交之间差异较大。胚败育程度也因植物的种类不同而不尽相同。

对于不同倍性亲本杂交的胚乳败育情况，前人也有大量研究。 柑桔二倍体与四倍体杂交不易获得三倍体种子的原因可能为： 正常的二倍体间杂交产生的胚与胚乳的染色体倍数之比是2∶3，二倍体× 四倍体产生三倍体胚时，胚乳是四倍体， 胚与胚乳的染色体倍数比是3∶4，明显大于2∶3，这种不协调现象造成了胚乳的早期退化， 进而导致了三倍体胚的死亡。 上述基础上，Johnson 等 提 出endosperm balance number(EBN，胚乳平衡假说)，该假说认为在杂交胚乳中， 只有当母本与父本的基因组成比例为2∶l时，胚乳才能良好发育，形成健全种子，否则将引起胚乳发育停滞，形成败育胚。 在2x × 4x 和4x × 2x 杂交种中，胚乳中母本与父本的EBN 分别为1∶1 和4∶1，导致胚乳和胚发育不完全，因而难以获得正常种子，致使育种效率较低。

胚败育和子代中三倍体出现的频率在四倍体与二倍体正反交之间存在较大差异， 且胚败育程度也因植物种类不同而不尽相同。 因此，需要注意不同倍性亲本的配备， 以期获得最多的三倍体后代。 另外，在四倍体和二倍体正反交后期多采用胚挽救技术获得杂种苗， 以提高三倍体的成活率。