摘要：無融合生殖是指不經(jīng)過精卵融合即可繁殖后代的一種特殊無性生殖方式，由于其具有固定雜種優(yōu)勢、加速育種進(jìn)程、積累優(yōu)良基因的優(yōu)勢，因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有重要的意義和潛力。本文主要從無融合生殖的類型、鑒定、作用機(jī)理及應(yīng)用等方面概述了近幾年來有關(guān)蘋果屬植物無融合生殖的研究進(jìn)展，并提出了今后的研究方向。

關(guān)鍵詞：蘋果屬；無融合生殖；作用機(jī)理

中圖分類號：S661.1 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942(2010)07-0024-05

自1931年在蘋果屬植物中發(fā)現(xiàn)無融合生殖現(xiàn)象以來，其研究已涉及胚胎學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)及其在育種栽培中的應(yīng)用等方面。無融合生殖的種子在蘋果栽培中具有特殊的應(yīng)用價值。我國目前的蘋果苗木多采用實(shí)生苗嫁接繁殖，砧木對于調(diào)控樹體生長、生態(tài)適應(yīng)性和抗逆性具有決定性作用，而無融合生殖提供了一種保證砧木種子繁殖一致性的手段。因此，研究植物無融合生殖具有非常重要的意義。

本文主要從無融合生殖的類型、能力、鑒定、作用機(jī)理及應(yīng)用等方面概述了近幾年來有關(guān)蘋果屬植物無融合生殖的研究進(jìn)展，并提出今后的研究方向。

1 無融合生殖的定義及類型

無融合生殖是指不經(jīng)過精子與卵細(xì)胞的受精結(jié)合而直接產(chǎn)生無性胚和無性種子的一種特殊的無性繁殖。無融合生殖根據(jù)其胚囊內(nèi)組織起源不同可分為4種類型，即無孢子生殖、二倍體孢子生殖、不定胚生殖和單性生殖，而單性生殖又包括孤雌生殖和孤雄生殖。

無融合生殖按照其發(fā)生的完全程度還可分為專性無融合生殖和兼性無融合生殖兩種。其中專性無融合生殖可保持遺傳的純一性和穩(wěn)定性，而兼性無融合生殖的植株會在后代發(fā)生性狀分離，但兩者之間并無明顯界限，且對環(huán)境改變較敏感。Olien等(1987)的研究表明，已知的蘋果屬種或品種的無融合生殖都是兼性的，董紹珍等(1987)也有相關(guān)報道。

2 具有無融合生殖能力的蘋果屬植物

自Smith(1814)在麻桿屬中首先發(fā)現(xiàn)植物的無融合生殖現(xiàn)象以來，現(xiàn)已在29目35科434種被子植物中發(fā)現(xiàn)了無融合生殖的現(xiàn)象，其中禾本科中數(shù)量最多。蘋果屬植物的無融合生殖現(xiàn)象最早是Sax于1931年進(jìn)行梨亞科屬間雜交試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)的湖北海棠(M.hupehennsis Rehd.)的孤雌生殖，從而開創(chuàng)了對蘋果屬植物無融合生殖的研究。目前已報道的具有無融合生殖的果樹涉及蘋果屬、柑桔屬、芒果屬、核桃屬等，而具有無融合生殖能力的蘋果屬植物僅有10種(表1)，其中6種原產(chǎn)于我國，包括約23個不同的類型。

3 蘋果屬植物的無融合生殖能力及鑒定方法

3.1 無融合生殖能力及其倍性

在現(xiàn)具有無融合生殖特性的蘋果屬植物中，不同種類間其無融合生殖能力有很大的差異，我國蘋果屬植物無融合生殖能力的大小為：湖北海棠>小金海棠>錫金海棠>變?nèi)~海棠>麗江山定子>三葉海棠。

毛寶琴等(1995)對20個蘋果屬植物的研究表明，二倍體種類一般不具有無融合生殖能力，而多倍體種類多具有較強(qiáng)的無融合生殖能力。

周志欽等(1995)研究了7個蘋果屬種去雄套袋后的坐果率，結(jié)果表明，泰山海棠92.38％，平邑甜茶87.88％，盧氏三葉海棠62.22％，南坪湖北海棠26.67％，珠眉海棠2.22％等。

曲曉玲等(2006)通過研究去雄套袋后的坐果率得到觀賞海棠不同品種間的無融合生殖能力的差異：M.Strawberry parifit 95.2％、M.‘Snowdrift’26.2％、M‘Indian sumMER’18.4％。而其余品種可視為不具無融合生殖能力。

3.2 無融合生殖的鑒定方法

由于無融合生殖在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的重要意義和潛力，建立、發(fā)展和完善一套簡單、準(zhǔn)確的植物無融合生殖的鑒定體系是非常必要的。目前已有的鑒定方法主要有形態(tài)學(xué)觀察法(遺傳學(xué)鑒定)、顯微結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)觀察法(細(xì)胞胚胎學(xué)鑒定)、生化鑒定法、分子生物學(xué)法及其他方法。

在鑒定無融合生殖植物時，要從各個水平進(jìn)行全面的研究，才能得出準(zhǔn)確、可靠和符合實(shí)際情況的結(jié)論。除進(jìn)行大孢子發(fā)生、胚囊發(fā)育、胚原始細(xì)胞的來源和早期胚胎發(fā)生等的細(xì)胞胚胎學(xué)和遺傳學(xué)研究外，還要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行RAPD、RFLP標(biāo)記及eDNA表達(dá)等分子方面的研究，這對闡明無融合生殖方式和機(jī)理是非常必要的。

4 無融合生殖作用機(jī)理

近年來，分子標(biāo)記技術(shù)RAPD、RFLP、原位雜交、流式細(xì)胞儀、mRNA差異顯示等生物技術(shù)的應(yīng)用，為深入了解無融合生殖的胚胎學(xué)及遺傳分子機(jī)理增加了大量的新知識。

4.1 無融合生殖的細(xì)胞胚胎學(xué)機(jī)理

對無融合生殖細(xì)胞胚胎學(xué)的研究，以前多采用切片技術(shù)，現(xiàn)在主要采用整體透明、組化熒光技術(shù)，同時多進(jìn)行超微結(jié)構(gòu)的觀察，以了解無融合生殖的胚胎學(xué)機(jī)制。

目前蘋果屬植物無融合生殖的細(xì)胞胚胎學(xué)機(jī)理，多認(rèn)為屬于無孢子生殖類型，如Sehmidt等(1970)對三葉海棠和廖飛雄等(1997)對變?nèi)~海棠的研究。但姜中武等(2008)用石蠟切片發(fā)現(xiàn)，平邑甜茶的胚囊具有大孢子母細(xì)胞(MMC)，部分MMC可以減數(shù)分裂，減數(shù)后的胚囊與外源花粉雜交后形成三倍體。

4.2 無融合生殖的遺傳機(jī)理

目前有關(guān)植物無融合生殖的遺傳學(xué)機(jī)理，主要有兩種觀點(diǎn)：單基因控制學(xué)說和多基因控制學(xué)說。

Savidan(1980)等的研究表明，大黍的無孢子生殖是受1個顯性基因A控制的；在摩擦禾和玉米雜交的F1中觀察到倍體孢子生殖和有性生殖的比為1：1，因而推斷摩擦禾的二倍體孢子生殖也是由1個顯性基因控制的，其支持單基因控制學(xué)說。

而蔡雪等(1997)的研究表明，水稻84－15的無融合生殖和高粱SSA－1的自主結(jié)實(shí)受雙隱性基因控制。Taliaferro等(1966)的研究表明，巴費(fèi)爾草的無融合生殖是由A基因和B基因共同控制的。Fritz Matzk等確認(rèn)草地早熟禾由5個基因控制：AIT、APV、MDV、PIT和PPV基因，這些基因的表達(dá)和相互作用調(diào)控著無融合的起始和發(fā)育。

4.3 無融合生殖的分子機(jī)理

無融合生殖涉及多種基因之間不同時空表達(dá)的互作和協(xié)調(diào)作用，其遺傳機(jī)制比較復(fù)雜，雖然環(huán)境對無融合生殖的影響較大，但目前遺傳學(xué)和分子生物學(xué)研究表明，無融合生殖仍是由遺傳主導(dǎo)基因控制的，并不是因環(huán)境因子隨機(jī)誘導(dǎo)和改變的生殖過程。目前已知的與無融合生殖相關(guān)的基因列于表2。

隨著分子標(biāo)記和mRNA差異顯示技術(shù)等分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，有關(guān)無融合生殖分子機(jī)理的研究報道越來越多。Pessino等(2001)研究推測ap0417、ap0398、ap0396可能與大孢子的早期發(fā)育有關(guān)；Espinoza等(2006)發(fā)現(xiàn)有11個AFLP的特異片段可能與無孢子生殖有關(guān)；Cal-derini等(2006)發(fā)現(xiàn)與水稻12號染色體有共線性的無融合生殖位點(diǎn)；Emidio等(2008)發(fā)現(xiàn)了SERK基因和APOSTART基因可能與無融合生殖有關(guān)。

控制無融合生殖的基因數(shù)目及其顯隱性的問題，在不同植物中得到了不同的結(jié)果，這就需要對植物無融合生殖遺傳機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步深入的研究，但對果樹無融合生殖分子機(jī)制的研究還未見相關(guān)的報道。

5 應(yīng)用

5.1 在砧木育種上的研究應(yīng)用

1989年中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所指出，平邑甜茶無融合遺傳傳遞能力很強(qiáng)，是無融合生殖實(shí)生矮砧育種的寶貴母本材料。郝玉金等(2007)利用無融合生殖砧木資源平邑甜茶與矮化砧木資源M9和B9等有性雜交，獲得了一批可以通過種子繁殖的蘋果矮生無融合生殖砧木資源。湖北省果樹研究所通過調(diào)查湖北省的湖北海棠資源，在大葉型和小葉型湖北海棠中初選出一批具矮化或半矮化性狀的單株，已確定表現(xiàn)較好的單株有興山35、16號。德國Schmidt等從湖北海棠的實(shí)生后代中已選出了幾個具有一定矮化潛力的單株。

5.2 在遺傳育種方面的應(yīng)用

由于無融合生殖在植物育種中具有避免年年制種、固定優(yōu)良基因的雜合性、利于綜合抗病蟲品種的選育、利于高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、改善作物的繁殖技術(shù)等優(yōu)勢，使無融合育種的前景非常廣闊。假如將具有無融合生殖能力的果樹基因轉(zhuǎn)移到栽培種中，那么果樹栽培將可以打破常規(guī)栽培方式。

5.3 在生產(chǎn)栽培中的研究利用

平邑甜茶對白粉病、白絹病、褐斑病及蘋果綿蚜具有天然抗性，已將其作為優(yōu)良砧木推廣，在果樹田間試驗(yàn)研究中也具有非常重要的意義。同時其他無融合生殖的果樹砧木也在逐步推廣應(yīng)用。

6 展望

隨著當(dāng)代遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展，已在蘋果屬無融合生殖植物類型、細(xì)胞胚胎學(xué)、遺傳機(jī)制和遺傳育種的研究等方面取得了較大的進(jìn)展，但仍存在許多值得探索的問題。

①對無融合生殖細(xì)胞胚胎學(xué)的研究多進(jìn)行的是超微結(jié)構(gòu)的直接觀察，對如何標(biāo)記動態(tài)跟蹤有性胚囊的發(fā)育分化仍值得深入研究。

②許多研究表明，各種倍性的多倍體在蘋果屬植物中占有很大的比例，且具有無融合生殖特性的植物多是多倍體種或品種，由此可見，無融合生殖現(xiàn)象和染色體的多倍化有著高度的相關(guān)性，但究竟是不是倍性水平的提高誘導(dǎo)了無融合生殖基因的表達(dá)還有待于進(jìn)一步研究。

③遺傳學(xué)的研究已初步得出結(jié)論：無融合生殖是受基因控制的遺傳性狀。但無融合生殖具有復(fù)雜的遺傳特性，不同物種的無融合生殖可能存在不同的發(fā)生機(jī)制，因而其內(nèi)在的遺傳機(jī)理有待進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)。

④從無融合生殖材料中克隆那些控制有性生殖和無融合生殖性狀的基因是一項(xiàng)十分艱巨的工作。只有找到合適的材料和方法來分開大孢子母細(xì)胞和無融合生殖原始細(xì)胞，并對這兩類細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)進(jìn)行mRNA差異分析，才能為最終揭示無融合生殖的機(jī)理奠定基礎(chǔ)。

⑤近幾年無融合生殖研究又取得了新的進(jìn)展，如Okada等通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將loal(loss of apomeiosis 1)基因?qū)霟o融合生殖植物橘黃山柳菊(Hieracium aurantiacum)的基因組中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化植株失去形成無融合生殖種子的能力，表明loal的缺失與無融合生殖的起始有關(guān)。但蘋果的原生質(zhì)體培養(yǎng)和再生困難，使果樹的無融合轉(zhuǎn)基因尚停留在研究探索階段。

總之，將與無融合相關(guān)的基因?qū)氲讲痪邆錈o融合生殖能力的植株內(nèi)使其具有無融合生殖能力，將是今后研究無融合生殖的最終也是最理想的目標(biāo)。