多倍體

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多倍體(polyploid)體細胞中含有三個以上染色體組的個體.多倍體在生物界廣泛存在,常見於高等植物中,由於染色體組來源不同,可分為同源多倍體異源多倍體.  

目錄

分布

這是物種形成地另一種方式,是一種只經過一二代就能產生新物種的方式。由於多倍體生物一旦形成,它和原來的物種就發生生殖隔離,因而它成了新種,所以這種方式被稱為爆髮式的。多倍體在動物界極少發生,在植物界卻相當普遍。很多植物種都是通過多倍體途徑而產生的。約33‰的物種是多倍體。被子植物中約有40%以上是多倍體。小麥、燕麥、棉花、煙草、甘蔗、香蕉、蘋果、梨、水仙等都是多倍性的。香蕉、某些馬鈴薯品種是三倍體的。一般馬鈴薯是四倍體。蕨類植物也有很多是多倍,裸子植物較少多倍,但有名的巨杉則為多倍。  

形成方式

多倍體的形成有2種方式,一種是本身由於某種未知的原因而使染色體複製之後,細胞不隨之分裂,結果細胞中染色體成倍增加,從而形成同源多倍體(autopolyploid);另一種是由不同物種雜交產生的多倍體,稱為異源多倍體(allopolypolid)。

同源多倍體是比較少見的。20世紀初,荷蘭遺傳學家研究一種月見草(夜來香)(Oenotheralamarckiana)的遺傳,發現一株月見草的染色體增加了一倍,由原來的24個(2n)變成了48個(4n),成了四倍體植物。這個四倍體植物與原來的二倍體植物雜交所產生的三倍體植物是不育的(減數分裂時染色體不配對)。因此這個四倍體植物便是一個種。Hugo de Vries給這個新種定名為 Oenothe。  

人造多倍體

通過實驗,可以人為地培育出同源多倍體植株,例如,西瓜是二倍體,具有11對(22條)染色體(2n=22)。在西瓜幼苗時期,用秋水仙素處理幼苗的生長尖,破壞分裂細胞的紡錘體,使細胞內染色體增加了一倍,因而得到具有四倍染色體(4n)的西瓜植株。四倍體西瓜可以結實,產生種子,可以培育成四倍體西瓜品系。四倍體西瓜如果接受二倍體西瓜的花粉,產生的後代是三倍體。由於這種三倍體在減數分裂時染色體不能正常聯會配對,不能產生正常的配子,不能正常結子,所以三倍體西瓜果實內沒有正常的種子。市場上出售的無子西瓜就是這種三倍體西瓜。

異源多倍體的例子比較多。現在的栽培小麥(Triticum vulgaris)就是這樣起源的。大約6 000年前,一種有14個染色體(二倍體)的野生小麥,稱為一粒小麥(Triticummonococcum),與一種雜草山羊草(Aegilops sp.)雜交。這種雜草的正常二倍體也是14個染色體,但是它們與一粒小麥的14個染色體不同(不同源),因此不能配對,所以雜交後代是不育的。但是,由於低溫,這個雜交後代忽然染色體加倍,形成了一個異源多倍體,即二粒小麥(Triticum dicoccoides)。二粒小麥具有28個染色體,或14對染色體。二粒小麥與另一種二倍體山羊草(Ageilops squarrosa)雜交,二粒小麥有28個染色體,山羊草只有14個染色體,雜交的後代又是不育的。由於低溫,這個雜交種的染色體又忽然加倍,形成了具有42個(28+14)染色體的異源多倍體,即現在栽培的普通小麥。

由於不同種的植物進行雜交產生的雜種經常是高度不育的,因此在培育異源多倍體植物時,要進行染色體加倍的處理,才能產生能夠結實繁殖的後代。例如,將亞洲棉(2n=26)與野生美洲棉(2n=26)雜交得到的雜種,經染色體加倍(秋水仙素處理)得到染色體數為4n=52的棉株,與栽培種美棉相同。類似的試驗在小麥、芸苔屬、西洋李、煙草等植物都進行成功,為物種起源提供了有力的根據。在這些事例中,親緣關係較遠的物種之間的雜種後代能育性很低的原因之一是,雜種的染色體組成來自不同種的植物,在減數分裂中染色體不能配對。經過染色體加倍,解決了配對的問題,改進了育性。  

我國多倍體研究

我國農業科學家培育的小黑麥也是異源多倍體新種。小麥有42個染色體(6n=42),黑麥有14個染色體(2n=14)。小麥與黑麥雜交產生含21+7個染色體的雜種。由於染色體不能配對,雜種不育。但是用秋水仙素處理,使染色體數目加倍(42+14),這樣就成了有繁殖能力的異源八倍體的小黑麥新種了。

關於多倍體育性:人工獲得的多倍體往往有不育的特性,比如同源四倍體,其自身的育性以及和二倍體雜交的育性都很低,選擇育性好結籽性好的品系是一個很繁雜漫長的過程. 所以說多倍體育種說起來簡單,操作起來不簡單. 育成一個有價值的品種都要十幾年甚至幾十年來的工作.

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