例析多倍體培育的若干途徑

安徽省靈璧一中 寧曉水 吳浩

例析多倍體培育的若干途徑

安徽省靈璧一中 寧曉水 吳浩

多倍體是指體細胞中含有三個或三個以上染色體組的個體。多倍體在生物界廣泛存在，常見于高等植物中。根據染色體組來源，多倍體可分為同源多倍體和異源多倍體兩種。獲取多倍體的途徑有很多，考題中常涉及以下幾種。

一、秋水仙素處理

秋水仙素的作用機理在于它能抑制細胞分裂時紡錘體的形成，染色單體分裂，但細胞質不分離導致染色體數目加倍。如單倍體育種和多倍體育種借助秋水仙素均可獲得多倍體。

例1二倍體植物甲（2N=10）和二倍體植物乙（2n=10）進行有性雜交，得到的F1不育。以物理撞擊的方法使F1在減數分裂時整套的染色體分配至同一個配子中，再讓這樣的雌雄配子結合產生F2。下列有關敘述正確的是（）。

A.植物甲和植物乙能進行有性雜交，說明它們屬于同種生物

B.F1體細胞中含有四個染色體組，其染色體組成為2N+2n

C.若用適宜濃度的秋水仙素處理F1幼苗，則長成的植株是可育的

D.物理撞擊的方法導致配子中染色體數目加倍，產生的F2為二倍體

解析根據題意，植物甲和植物乙的雜交后代不育，說明兩者存在生殖隔離，不是同一物種。F1體細胞中含有兩個染色體組，其染色體組成為N+n。若用適宜濃度的秋水仙素處理F1幼苗，則長成的植株的染色體組成為2N+2n，即有同源染色體，可育。物理撞擊方法產生的F2為四倍體。

答案C

例2多倍體魚類較正常魚個體大、生長快速、抗病性強。下面是采用低溫和秋水仙素處理，利用二倍體魚培育多倍體魚的示意圖。下列選項正確的是（）。

A.由a、b分別受精后發育成的①和②所含染色體組數目相同

B.育種過程中可發生三種可遺傳的變異

C.秋水仙素阻止染色單體分離導致染色體數目加倍

D.①中雌雄個體雜交產生的后代基因型可能不同

解析圖中①是由含有兩個染色體組的卵細胞和一個染色體組的精子結合而成的，含有三個染色體組，②是由二倍體的受精卵在有絲分裂過程中經秋水仙素處理發育而成的，含有四個染色體組。在減數第一次分裂間期、有絲分裂間期可能發生基因突變，產生配子的過程中可以發生基因重組，低溫和秋水仙素處理導致染色體數目加倍為染色體變異。秋水仙素抑制紡錘體形成從而導致染色體數目加倍。個體①為三倍體，不能進行有性生殖。

答案B

二、植物體細胞雜交

例3下圖所示為細胞融合的簡略過程，請據圖回答：

（1）若A、B是植物細胞，則之前_______已用去除了細胞壁。常用來誘導細胞融合的化學試劑是_______。

（2）若A是番茄原生質體，B為馬鈴薯原生質體，D需要再生出_______。通過植物組織培養技術把D培養成雜種植株，D個體_______（選填“可育”或“不育”）。這種育種方式的優點是______________＿。利用上圖原理，育種工作者還可以進行_______育種。

解析（1）植物體細胞雜交過程中，需要用纖維素酶和果膠酶處理，得到原生質體。在促融時常用聚乙二醇（PEG）。（2）原生質體融合成功的標志是雜種細胞再生出細胞壁，植物體細胞雜交能克服遠緣雜交不親和的障礙，得到的雜種植株是多倍體，體細胞內有同源染色體，可以正常進行減數分裂產生配子，是可育的。若用同種植物的細胞進行融合，則可以進行多倍體育種。

答案（1）纖維素酶、果膠酶（酶解法）聚乙二醇（PEG）（2）細胞壁可育按照人們的意愿改變了生物的遺傳物質，克服了遠緣雜交不親和的障礙多倍體

三、有性雜交

如利用二倍體與四倍體雜交獲得三倍體，普通小麥由三種不同植物通過種間雜交形成。例4無子西瓜是由二倍體（2n=22）與同源四倍體雜交后形成的三倍體。回答下列問題：（1）雜交時選用四倍體植株作母本，用二倍體植株作父本，取其花粉涂在四倍體植株的_______

上，授粉后套袋。四倍體植株產生的雌配子含有_______條染色體，該雌配子與二倍體植株產生的雄配子結合，形成含有_______條染色體的合子。

（2）上述雜交獲得的種子可發育為三倍體植株。該植株會產生無子果實，該果實無子的原因是三倍體的細胞不能進行正常的_______分裂。

（3）為了在短期內大量繁殖三倍體植株，理論上可以采用的方法。

解析（1）利用多倍體育種技術培育無子西瓜時，在二倍體西瓜的幼苗期，用秋水仙素處理得到四倍體植株。以四倍體植株作母本，用二倍體植株作父本，把得到的種子種下去會長出三倍體植株。由于三倍體植株在減數分裂時聯會紊亂，無法形成正常的配子，所以在其開花后用二倍體的花粉涂抹其雌蕊或柱頭，即可利用花粉產生的生長素刺激子房發育成果實。由于沒有受精，所以果實里沒有種子，即為無子西瓜。四倍體植株由二倍體植株經染色體數目加倍而來，體細胞中含有22×2=44條染色體，減數分裂產生的雌配子所含的染色體數目為體細胞的一半（22條），二倍體植株產生的雄配子含有11條染色體，兩者結合形成含有33條染色體的受精卵。（2）三倍體植株體細胞中的染色體含有三個染色體組，減數分裂時會發生聯會紊亂而無法形成正常的配子。（3）利用植物組織培養技術可以快速、大量繁殖植物幼苗。

答案（1）雌蕊（或柱頭）2233（2）減數（3）組織培養

四、利用胚乳誘導

例5某研究小組對秈稻開展了組織培養及相關研究。秈稻的胚乳（3n）由一個精子與兩個極核受精發育而成。若用秈稻種子的胚乳誘導愈傷組織，培育三倍體，需適時剔除胚，以免胚的存在影響愈傷組織細胞_______的，還可避免再生苗中有_______。

解析利用胚乳誘導愈傷組織，由于胚中含有植物激素，會影響愈傷組織的增殖和分化，需適時剔除胚。因為胚是由受精卵發育而來的，是二倍體。剔除胚也可以避免再生苗中混有二倍體幼苗。

答案增殖和分化二倍體幼苗

五、利用卵細胞+極體+精子結合獲得

例6為解決二倍體普通牡蠣在夏季因產卵而出現肉質下降的問題，人們培育出三倍體牡蠣。利用普通牡蠣培育三倍體牡蠣合理的方法是（）。

A.利用水壓抑制受精卵的第一次卵裂，然后培育形成新個體

B.用被射線破壞了細胞核的精子刺激卵細胞，然后培育形成新個體

C.將早期胚胎細胞的細胞核植入去核卵細胞中，然后培育形成新個體

D.用化學試劑阻止受精后的次級卵母細胞釋放極體，然后培育形成新個體

解析利用水壓抑制受精卵的第一次卵裂，使細胞中的染色體數目加倍，將發育成四倍體的個體。B項處理之后，新個體其實由卵細胞直接發育而來，因此新個體是含有一個染色體組的單倍體。利用胚胎細胞進行克隆，獲得的個體依然是二倍體。受精后的次級卵母細胞中含有三個染色體組，一個來自精子，一個將分配到卵細胞中，一個將分配到極體中，若阻斷次級卵母細胞釋放極體，則三個染色體組共存于受精卵中，由受精卵發育為三倍體的新個體，D項正確。

答案D

例7鱒魚的眼球顏色和體表顏色分別由等位基因A、a和B、b控制。現以紅眼黃體鱒魚和黑眼黑體鱒魚為親本，進行雜交實驗，正交和反交結果相同。實驗結果如圖所示。

三倍體黑眼黃體鱒魚具有優良的品質。科研人員以親本中的黑眼黑體鱒魚為父本，以親本中的紅眼黃體鱒魚為母本，進行人工授精。用熱休克法抑制受精后的次級卵母細胞排出極體，受精卵最終發育成三倍體黑眼黃體鱒魚，其基因型是。由于三倍體鱒魚，導致其高度不育，因此每批次魚苗均需重新育種。

解析父本為黑眼黑體，配子應為ab或Ab，母本為紅眼黃體，熱休克法抑制次級卵母細胞分裂，即配子為aaBB，形成黑眼黃體，均是顯性性狀，所以三倍體魚的基因型為AaaBBb。三倍體在減數分裂時聯會紊亂，難以形成正常的配子，所以高度不育。

答案AaaBBb不能進行正常的減數分裂，難以產生正常的配子（或在減數分裂過程中，染色體聯會紊亂，難以產生正常的配子）

六、利用加倍的卵細胞與精子結合

例8低溫誘導可使二倍體草魚卵原細胞在減數第一次分裂時不形成紡錘體，從而產生染色體數目加倍的卵細胞，此卵細胞與精子結合發育成三倍體草魚胚胎。上述過程中產生下列四種細胞，下圖所示四種細胞的染色體行為（以二倍體草魚體細胞含有兩對同源染色體為例）可出現的是（）。

解析由于低溫誘導可使二倍體草魚卵原細胞在減數第一次分裂時不形成紡錘體，所以初級卵母細胞不發生同源染色體分離，A項錯誤。卵原細胞在減數第一次分裂時不形成紡錘體，同源染色體沒有分離，所以次級卵母細胞中含有同源染色體，著絲點分裂后，移向細胞一極的染色體有同源染色體，B項正確。由于產生染色體數目加倍的卵細胞，所以卵細胞中應含有4條染色體，C項錯誤。由于染色體數目加倍的卵細胞與精子結合發育成三倍體草魚胚胎，所以胚胎細胞中含有6條兩種形態的染色體，D項錯誤。

答案B