賴(lài)克武

單倍體育種是高中生物學(xué)教材中幾種育種方法中的重點(diǎn)，在歷年高考中也是常考點(diǎn)，在教學(xué)中占有非常重要的地位。單倍體育種的過(guò)程可以簡(jiǎn)單表示為：

正?？捎仓辍ㄋ庪x體培養(yǎng)→單倍體（haploid）→幼苗時(shí)用秋水仙素處理→具穩(wěn)定性狀的正常植株→從中選出所需性狀（即為能穩(wěn)定遺傳的純合子）。

通過(guò)教學(xué)發(fā)現(xiàn)有以下一些問(wèn)題容易混淆或理解錯(cuò)誤，在此總結(jié)如下：

1．如何理解花藥離體培養(yǎng)

花藥的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，我們可以把它分成花粉囊（其內(nèi)有花粉粒）和外圍的細(xì)胞（這里簡(jiǎn)單叫花粉囊壁細(xì)胞）。在花藥的發(fā)育過(guò)程中，花粉粒是由花粉母細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂生成四個(gè)小孢子，最后變化形成，而花粉囊壁細(xì)胞是有絲分裂而來(lái)，屬于植物體細(xì)胞。由此可見(jiàn)，在花藥中花粉粒細(xì)胞內(nèi)的核遺傳物質(zhì)發(fā)生了減半，才是我們需要的材料?；ㄋ庪x體培養(yǎng)的實(shí)質(zhì)是將花藥中的花粉粒進(jìn)行離體培養(yǎng)而不是整個(gè)花藥。

2．怎樣理解單倍體

高中生物教材中明確提出：“體細(xì)胞中含本物種配子染色體數(shù)目的個(gè)體，叫做單倍體?！痹谶@個(gè)概念中強(qiáng)調(diào)了兩點(diǎn)，第一，必須是個(gè)體。第二，體細(xì)胞染色體數(shù)必須與配子染色體數(shù)目相同。例如：某物種產(chǎn)生的配子不是個(gè)體，不能叫做單倍體。我們可以簡(jiǎn)單理解為：由配子發(fā)育而來(lái)的個(gè)體就是單倍體，而不管該個(gè)體的染色體組數(shù)，如六倍體普通小麥，其單倍體就含有三個(gè)基本染色體組。

3．單倍體是否都高度不育

單倍體類(lèi)型：自然條件下-正常單倍體（苔蘚植物的配子體、雄蜂等）

人為條件下-通過(guò)花藥離體培養(yǎng)得到的單倍體植株

對(duì)于二倍體（diploid）生物人為所產(chǎn)生的單倍體是高度不育的，而且體型弱小，包括根、莖、葉、花等器官都較小，有時(shí)出現(xiàn)白化苗。例如：一個(gè)含有十條染色體的單倍體植株（玉米的單倍體），要得到一個(gè)具有十條染色體的正常配子的概率將是1／210＝1／1024，這種概率太小，而要這樣兩個(gè)正常雌雄配子受精結(jié)合成受精卵的概率就更小，所以幾乎是完全不育的。

但是自然條件下產(chǎn)生的正常單倍體往往是可育的。例如雄蜂，通過(guò)擬減數(shù)分裂（減數(shù)分裂省略了減數(shù)第一次分裂過(guò)程即相當(dāng)于有絲分裂）形成含有與體細(xì)胞染色體數(shù)目相同的雄配子，能與蜂王產(chǎn)生的正常雌配子結(jié)合形成正常受精卵。

是不是所有的人為培育的單倍體都不育呢？如果將二倍體西瓜用秋水仙素處理，形成四倍體西瓜，再用其花粉進(jìn)行花藥離體培養(yǎng)，這樣的單倍體也是高度不育的嗎？要回答這個(gè)問(wèn)題需要從染色體思考。四倍體西瓜細(xì)胞中含有四個(gè)相同的染色體組（同源四倍體），每組同源染色體在減數(shù)分裂中的可配對(duì)方式有兩個(gè)二價(jià)體；一個(gè)一價(jià)體，一個(gè)三價(jià)體；一個(gè)四價(jià)體三種情況。如果同源四倍體的各個(gè)染色體在減數(shù)第一次分裂中期都能以四價(jià)體或二價(jià)體的構(gòu)型出現(xiàn)，則減數(shù)第一次分裂后期同源染色體的分離將基本上是均等的，形成的配子多數(shù)是可育的。但是多數(shù)物種的同源四倍體都是部分不育或高度不育，主要原因是三價(jià)體或單價(jià)體的頻率較高。因?yàn)橐远r(jià)體或四價(jià)體構(gòu)型最終形成的配子中含有兩個(gè)完整的染色體組，所以四倍體西瓜通過(guò)花藥離體培養(yǎng)得到的部分單倍體植株具有一定的可育性。

4．秋水仙素如何作用

秋水仙素既可以誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目加倍，也可以誘發(fā)突變，其原因在于：秋水仙素是百合科植物秋種番紅花——秋水（Colchicumautumnale）的種子及器官中提取出來(lái)的一種生物堿。它的重要作用是抑制細(xì)胞分裂時(shí)紡錘體的形成，使染色體不走向兩極而被阻止在分裂中期，這樣的細(xì)胞不能繼續(xù)分裂而產(chǎn)生染色體數(shù)目加倍的核。這樣的細(xì)胞再進(jìn)行正常的分裂就可能形成染色體數(shù)目加倍的組織或者植株。同時(shí)，由于秋水仙素具有麻醉作用（有劇毒），所以對(duì)植物的種子、幼芽、花蕾、花粉、嫩枝等可能產(chǎn)生誘發(fā)突變的作用。

5．何時(shí)選出所需性狀的植株

植物的許多性狀（如花的顏色，果實(shí)的形狀等）在幼苗時(shí)期是不能判斷的，所以應(yīng)先用秋水仙素處理所有單倍體植株的幼苗，待所需性狀表現(xiàn)出來(lái)后，再?gòu)闹羞x擇出具有所需性狀的植株，把不需要的性狀植株去掉。

6．單倍體育種得到的植株是否一定是純合子

正常二倍體植株通過(guò)單倍體育種得到的植株一般是純合子。其原因在于二倍體植株產(chǎn)生的單倍體只含有一個(gè)染色體組（一組非同源染色體），通過(guò)DNA復(fù)制形成的姐妹染色單體所攜帶的遺傳信息相同，因此兩條姐妹染色單體上的基因也相同（不考慮突變），如果誘導(dǎo)染色體加倍（其本質(zhì)是由于兩條姐妹染色單體分開(kāi)，形成染色體加倍的細(xì)胞）形成的正常植株含兩個(gè)染色體組，兩個(gè)染色體組遺傳物質(zhì)相同，不存在等位基因，所以是純合子。

但多倍體產(chǎn)生的單倍體就不一定是純合子。以四倍體植株為例，若基因型為Aaaa的植株，四條染色體按二價(jià)體配對(duì)產(chǎn)生花粉粒，通過(guò)花藥離體培養(yǎng)得到的單倍體植株基因型應(yīng)該是Aa和aa兩種。再用秋水仙素處理，植物的染色體數(shù)目加倍，基因型變成AAaa和aaaa。根據(jù)概念（由相同基因的配子結(jié)合成的合子發(fā)育成的個(gè)體，叫做純合子）可知aaaa才是純合子，AAaa的植株是雜合子。

7．為什么單倍體育種只需兩年

如將基因型為AaBb的種子種下，得到AaBb植株，待開(kāi)花后取成熟花粉（有四種基因型：AB，Ab，Ab，ab），這是第一年。第二年將所得的花粉通過(guò)花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株幼苗（基因型仍為：AB，Ab，Ab，ab），再用秋水仙素處理（需要說(shuō)明的是幼苗一般不能體現(xiàn)出植物的性狀，所以此時(shí)不能選擇出所需性狀的植株，只能用秋水仙素處理全部幼苗），待植物長(zhǎng)大后，從體現(xiàn)的性狀中選出所需性狀的個(gè)體（例如：AABB雙顯性性狀的植株），把不符合要求的個(gè)體去掉，這種所需性狀的個(gè)體就是純合子。由于純合子后代不會(huì)發(fā)生性狀分離，不需要再自交和選種，所以只需要兩年。不過(guò)在實(shí)際育種中往往需要將兩個(gè)親本的優(yōu)良性狀組合在一起，常常需要先進(jìn)行雜交，再進(jìn)行單倍體育種，所以實(shí)際育種年限要結(jié)合實(shí)際分析，不能一概而論。

通過(guò)這些問(wèn)題我們可以看出，單倍體育種的過(guò)程是比較復(fù)雜的，教材中僅以二倍體生物（主要是植物）為例介紹了單倍體和單倍體育種。教師應(yīng)把握這一點(diǎn)，有針對(duì)性的開(kāi)展教學(xué)，便于學(xué)生理解和掌握。

主要參考文獻(xiàn)

1．王亞馥，戴灼華.遺傳學(xué).北京：高等教育出版社，1999：424—428

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