馬鈴薯原生質體培養與體細胞雜交研究進展

趙小強 鹿金穎 陳瑜 李華盛

摘要：馬鈴薯是最早成功進行離體培養并獲得體細胞雜種植株的農作物之一。原生質體培養及再生是體細胞雜交的關鍵環節，體細胞雜交技術可以避免馬鈴薯因倍性水平和胚乳平衡數造成在常規育種上的難點。本文在介紹馬鈴薯原生質體培養影響因素和體細胞雜交技術及其在馬鈴薯遺傳育種應用的基礎上，主要分析了影響原生質體培養的重要因素，包括基因型、外植體、預處理、分離技術和培養方法等，并且總結了體細胞雜交技術在馬鈴薯遺傳育種中的應用，同時針對存在的問題提出建議與相應對策并進行了展望。

關鍵詞：馬鈴薯;原生質體培養;體細胞雜交;遺傳育種;建議;研究進展

中圖分類號： S532.01 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）22-0006-09

作者簡介：趙小強（1985—），男，甘肅武山人，博士，工程師，從事空間植物育種研究。E-mail：wushan2002zxq@126.com。

通信作者：鹿金穎，博士，研究員，從事空間生物學研究。E-mail：lujinying2001@sina.com。

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）屬茄科茄屬植物[1]，是繼小麥、水稻和玉米之后第四大栽培作物[2]。馬鈴薯是未來保障全球人口糧食資源的重要作物，預計到2050年全球人口將增至97億[3]。我國馬鈴薯的種植面積位居世界第一，主要分布在西南山區、西北和東北等地區。同時，各航天大國進行了空間生物再生生命保障系統（BLSS）中候選植物物種的篩選，馬鈴薯因營養價值高、空間占用體積小、繁殖容易、園藝操作簡單、株高相對矮等特點被作為BLSS的候選植物物種[4]。

馬鈴薯是多倍體，在自然界中存在不同倍性的種質資源，其中二倍體占74.4%，包括絕大多數的原始栽培種和野生種，它們是馬鈴薯抗病、抗蟲和抗逆等優良性狀選育的重要種質資源[5]。馬鈴薯栽培種的遺傳背景較狹窄[6]，生產上應用的普通馬鈴薯基本為四倍體，但野生種為二倍體，由于倍性水平和胚乳平衡數的差異[7]，許多野生資源的優質基因難以通過傳統育種轉移到普通馬鈴薯上。為了充分利用野生種質資源，拓寬栽培馬鈴薯狹窄的遺傳基礎，研究人員付出了巨大的努力。體細胞雜交技術的利用，可以有效克服馬鈴薯栽培種和野生種因倍性差異引起的生殖隔離，將野生種的優質基因轉移至栽培種用來選擇改良品種[8]，同時可以避免與轉基因相關的生物安全監管問題。隨著體細胞雜交技術的發展，研究人員展開了大量馬鈴薯原生質體融合的研究。本文綜述了馬鈴薯體原生質培養、體細胞雜交的研究進展及其在遺傳育種中的研究應用，同時針對存在的問題提出建議和意見并進行了討論和展望。

1 原生質體的培養

1960年Cocking首次用酶解法制備獲得了煙草大量的原生質體[9]。10年后，Takebe等成功獲得經煙草原生質體培養的再生植株[10]。Lorenzini最早開展馬鈴薯原生質體培養的研究，他通過游離四倍體馬鈴薯莖塊原生質體，試驗只獲得了原生質體來源的愈傷組織[11]。隨后，Butenko等對普通栽培種Chacoense葉片原生質體進行培養，試驗得到了植株，但植株染色體數目有缺失[12]。同年，Shepard等通過改進培養方法，獲得了商業品種布爾班克葉片原生質體來源形態完整的再生植株[13]。馬鈴薯是最早成功進行離體培養并獲得體細胞雜種植株的農作物之一[14]。目前，關于馬鈴薯原生質體培養的報道較多，但其采用的試驗材料和培養方法存在較大的差異。影響原生質體培養的因素較多，主要包括基因型、外植體、預處理、分離技術和培養方法等。

1.1 原生質體的游離

1.1.1 基因型和外植體的類型

研究表明，基因型是影響茄科茄屬植物原生質體再生的重要因素之一[15-16]。不同基因型的馬鈴薯在原生質體培養時，可以觀察到從原生質體開始培養到肉眼可見的愈傷組織整個階段無顯著差異，但形成的愈傷組織在分化培養基上培養時分化效率存在顯著差異[17]，這表明不同基因型在愈傷組織分化階段對培養基的成分存在敏感性差異。

用來酶解馬鈴薯原生質體的外植體較為廣泛，包括塊莖[18]、根尖[19]、芽[15，20]、葉片[21-28]、懸浮培養細胞[27，29-32]、實生苗子葉及下胚軸[33-34]和花粉[35-36]等。在上述材料中，葉片酶解后可獲得在生理和遺傳特性上較一致的原生質體，同時植株的培養條件和苗齡等因素對原生質體的產量和活力有較大的影響，因此無菌試管苗被選為獲得高質量原生質體的最佳材料。

1.1.2 外植體的預處理

提高原生質體對不利因素的耐受力可獲得產量和活力較高的馬鈴薯原生質體。研究者通常在酶解前或者在酶解過程中對材料進行預處理，通過改變細胞和細胞壁的生理狀態來提高原生質體的產量和活力。預處理的方法有：（1）低溫處理。李世君等將25 ℃下培養28 d的馬鈴薯無菌苗于4 ℃下過夜，發現低溫處理可以有效提高原生質體的活力[37]。（2）抽真空處理。戴朝曦等將試驗材料剪碎后連同酶解液一起置于真空抽氣瓶中，在0.05 MPa壓力條件下抽氣10 min，由于壓力有效提高了材料原生質體釋放的速度及原生質體的產量，同時由于減少了材料在酶解液中的時間，原生質體的活力也有大幅度提高[38]。吳旺澤等將材料在酶解前進行低溫處理并對組織和酶液進行真空滲透處理，預處理顯著提高了原生質體游離速度和原生質體產量[39]。（3）弱光短周期處理。Shepard等將材料游離原生質體前進行弱光短光照周期處理，發現此處理可顯著提高馬鈴薯原生質體產量[13]。（4）葉片離體培養。劉文萍等將馬鈴薯葉片在MS液體培養基4 ℃下處理或者在FM液體培養基中20 ℃下黑暗處理48 h后轉入CM培養基中4 ℃下持續24 h，此處理可顯著提高原生質體質量且較多細胞進行分裂[40]。（5）藥物處理。在馬鈴薯植株培養基中添加乙烯拮抗劑AgNO3[41]和H2S2O3[42-43]可促進馬鈴薯原生質體的分離和培養。因此，選擇適宜的預處理方法是獲得高質量馬鈴薯原生質體的重要因子。

1.1.3 外源影響因子 影響原生質體酶解的外源因子主要有酶制劑的類型、酶解液的滲透壓、酶解溫度、酶解時間和酶解液的pH值等。

用于游離原生質體的酶制劑主要有纖維素酶、果膠酶和離析酶。酶制劑的不同組合及濃度是影響原生質體產量和活力的重要因素，具體應根據材料類型和酶制劑活力而選擇。對去細胞壁相對容易的材料如幼嫩葉片和下胚軸等，應選擇相對溫和的酶和較低的濃度;而以愈傷組織細胞懸浮系為材料時，應選用活性較高的酶。酶為生物活性物質，同一類型的酶因不同廠商甚至批次的差異會影響酶的活力，所以應根據多次試驗確定[44]。

酶解液的滲透壓是影響原生質體能否成功離解的另一個因素，植物細胞酶解后需適宜的滲透壓來維持細胞生長的正常狀態，否則會影響細胞的生長和代謝。李韜等研究證明，以蔗糖作為滲透壓調節劑時可以減小原生質體的損傷并提高其活力，其效果優于選用甘露醇或葡萄糖+甘露醇[45]。孫海宏等研究證明，用0.3 mol/L甘露醇作為滲透壓調節劑可獲得產量和活力較高的馬鈴薯葉片原生質體[28]，而一些研究者在培養馬鈴薯原生質體時采用0.4～0.6 mol/L甘露醇來維持滲透壓[26]。[JP2]趙小強等在進行草地早熟禾原生質體培養時采用0.4 mol/L[JP]甘露醇來維持滲透壓，并且發現在原生質體培養過程中逐步降低滲透壓的濃度有利于愈傷組織的形成[46]。

游離原生質體酶解液的溫度為25～30 ℃。陳鵬認為，酶解溫度受所用酶的活性和材料類型的影響，馬鈴薯葉片原生質體酶解的最佳溫度為 28 ℃[31]。孫海宏等研究證明，雖然28 ℃時可獲得最高產量的原生質體，但此時原生質體狀態差于（25±1） ℃ 時獲得的原生質體，因此建議最佳的酶解溫度為（25±1） ℃[28]。

酶的活性與pH值也較為密切。酶解液的pH值常被調節在4.7～6.0之間。常用的Onozuka纖維素酶R-10和離析酶R-10最佳的pH值范圍分別為50～6.0和4.0～5.0[47]。

酶的類型和濃度是影響酶解原生質體的時間和產量的關鍵的因素;酶解液滲透壓是影響獲得高質量原生質體并形成愈傷組織的重要因素;酶解溫度及pH值對馬鈴薯原生質體的解離和質量也有重要的影響，因此在實際操作過程中必須綜合考慮這些重要因子[48]。

1.2 原生質體的再生

1.2.1 培養基及培養條件

常用于馬鈴薯原生質體培養的培養基有MS[49]、B5[50]、KM[51]、VKM[52]和SKM[15]等培養基。游離獲得的原生質體從愈傷組織形成到愈傷組織進一步分化所用培養基及組成與組織器官培養愈傷誘導和分化培養基類似[53-54]。馬鈴薯原生質體培養時，在培養基中加入甘氨酸、聚乙烯吡咯烷酮和維生素C等可有效防止原生質體再生細胞團的褐化現象[47];在培養基中添加適量的活性炭可促進原生質體細胞的分裂[55]。進行單個原生質體培養時，在培養基中添加1.2%馬鈴薯塊莖浸提液可顯著提高細胞分裂的頻率[45]。

原生質體培養在形成大量的愈傷組織之前應置于黑暗或者弱光下培養，這是因為強光會造成原生質體葉綠素分解而導致細胞死亡。在（24±1） ℃黑暗條件下培養的馬鈴薯原生質體培養1 d后，在顯微鏡下可觀察到其體積增大并伴隨細胞壁的再生，培養3～5 d后細胞發生第1次和第2次分裂，但在（28±1） ℃條件下培養時，原生質體能再生出細胞壁但不能進一步分裂[56]。因此，基于不同的試驗材料，選擇適宜的培養基和培養條件是馬鈴薯原生質體培養成功的核心技術。

1.2.2 原生質體的培養方法

原生質體培養方法主要有固體培養、液體培養以及由固液培養方法衍生出的一系列培養方法。各種培養方法在馬鈴薯原生質體培養中均有使用，其中液體淺層培養法是最常用且效果最佳的培養基，其次是海藻酸鈉薄層固液雙層培養法[31]。馬鈴薯在進行原生質體培養時，當觀察到有愈傷組織形成時即可迅速轉移至除去維持滲透壓的固體培養基中進一步進行繼代培養，繼代1～2次后轉入分化培養基進行分化培養。

2 體細胞雜交

體細胞技術可以克服有性雜交不親和性的障礙，實現在近緣的種內或種間，遠緣的屬間甚至科之間形成雜種細胞，擴大遺傳變異的重組范圍，創造出常規育種技術不能獲得的新品種（系），并且原生質體融合不涉及DNA的體外重組，無潛在的安全性問題。1980年，Butenko等首次對普通四倍體栽培種與二倍體野生種S.chacoense進行細胞融合，獲得了抗Y病毒（PVY）的體細胞雜種植株[57]。隨后研究人員進行了較多馬鈴薯融合研究，產生了幾百個馬鈴薯體細胞雜種，Tiwari等對近40年馬鈴薯體細胞雜交做了匯總[58]。

2.1 原生質體的融合方法

馬鈴薯原生質體融合常用的方法有電融合法和聚乙二醇法（polyethlene glycol，PEG）。在研究初期，PEG化學誘導方法被廣泛使用，但隨著電融合方法的不斷改進完善，利用電融合方法獲得馬鈴薯雜種植株的報道越來越多。這可能是和PEG法相比較，電融合法具有操作簡單，參數易于控制，并且不會對細胞產生毒害作用等優點。在糧食作物中，馬鈴薯是最先使用電融合技術進行細胞融合的作物[59]。

2.2 雜種細胞的篩選與鑒定

原生質體融合后的產物包括自身融合的同核體、異源融合的異核體和未發生融合的雙親本的原生質體，而異核體是要選擇進一步培養的細胞，因此，要采用特定的方法對雜種細胞進行篩選和鑒定。

2.2.1 雜種細胞的篩選 雜種細胞篩選常用的方法有物理選擇法、互補選擇法和生長差異選擇法。

物理選擇法是根據親本天然顏色不同，選擇具有雙親顏色的異核體，如王清等利用子葉原生質體葉綠體含量多但下胚軸原生質體含量少為標記，對馬鈴薯雜種細胞進行挑選[60]。

互補選擇法是通過轉抗性標記植株、雙突變體和營養缺陷型突變體對異核體進行選擇。Teruo利用農桿菌介導法將卡那霉素抗性和潮霉素抗性轉移至2個供試品種，融合后利用同時含有卡那霉素和潮霉素的培養基進行篩選，最終獲得雜種植株[61]。

生長差異選擇法是在篩選培養基上只適合雜種細胞正常生長而其他細胞不能正常生長的篩選方法。

2.2.2 體細胞雜種植株的鑒定 通過培養獲得雜種細胞再生植株后，為了檢測是否為目標融合體須要對植株進行鑒定。目前，篩選鑒定主要從形態學、細胞學和生化及分子生物學等方面進行鑒定。

形態學特征大多由多基因控制，但經常會發生一些異常的改變，所以僅憑形態學特征具有一定的缺陷，故選用其他方法鑒定。

生物化學方法鑒定是通過分析同工酶對體細胞雜種進行鑒定。同工酶常采用過氧化物酶和 6-磷酸葡萄糖脫氫酶，雜種的同工酶譜帶常表現為融合雙親譜帶之和，有時部分親本帶會丟失，有時雜種甚至出現新的譜帶。司懷軍等對融合而來的馬鈴薯雜種植株進行過氧化物同工酶譜分析，結果雜種植株過氧化物同工酶表現為雙親酶譜譜帶總和[62]。

分子生物學方法鑒定是一種對雜種高效鑒定的方法。常用的分子標記技術為隨機擴增DNA多態性（RAPD）、簡單重復序列（SSR）、限制性內切酶片斷長度多態性（RFLP）和擴增片斷長度多態性（AFLP）等。Szczerbakowa等利用RAPD技術分析S. nigrum（+） S. tuberosum雜種植株，雜種植株表現出具有雙親特征條帶[63]。李鳳云等利用RAPD技術分析抗晚疫病的馬鈴薯二倍體野生種S. chacoense與感晚疫病的四倍體材料DY4-5-10雜種植株，有8個引物擴增出兩親本的差異帶，在101個再生植株中94個為雜種[64]。Fock等利用SSR分子標記技術對S. stenotomum （+） S. tuberosum雜種植株進行了分析鑒定并獲得雜種植株[24];李朋等對青枯病抗性的體細胞雜種與栽培種雜交產的后代利用SSR分子標記分析鑒定，最終獲得3個標記可以明確鑒定抗感基因型[65]。Liu等利用特定親本SSR標記對不對稱雜交后代的基因組成進行了標記[66]。Helgeson等利用細胞融合技術將S. tuberosum （+） S. bulbocastanum融合，獲得的植株經RAPD和RFLP鑒定，從而獲得了雜種植株[67]。Rakosy-Tican等通過對雜種后代利用SSR和AFLP標記，認為雜種植株對稱或者不對稱雜交的比例取決于馬鈴薯的品種[68]。Tiwari 等利用AFLP和MSAP分子標記法對S. tuberosum （+） S. etuberosum雜種植株進行遺傳和表觀變化分析，結果表明，雜種植株和其母本相比較，再生植株在組織培養過程中的表觀遺傳變異最小（2%～6%）[69]。此外，分子標記技術還可對細胞質基因組（葉綠體和線粒體基因組）來源進行鑒定，Chandel等對S.tuberosum （+） S. cardiophyllum雜種后代通過RAPD、內部簡單重復序列多態性（ISSR）、SSR、AFLP分子鑒定和細胞質基因組進行鑒定，確定了抗晚疫病的雜種植株[70]。Fock等對10個馬鈴薯S. tuberosum （+） S. phureja體細胞雜種植株用細胞質特異SSR引物進行鑒定，其中8株具有S. phureja葉綠體DNA，其余2株具有S. tuberosum葉綠體DNA[71]。蔡興奎等用葉綠體SSR引物篩選鑒定了馬鈴薯栽培種S. tuberosum和二倍體野生種S. chacoense雜種葉綠體的組成，觀察到體細胞雜種中同時具有單親本類型和雙親本的重組類型[72]。

在上述幾類鑒定方法中，因分子標記法僅需少量材料即可對雜種植株的核基因組和胞質基因組[73-74]進行快速分析鑒定，因此被科研工作者廣泛采用。近年來，基于綠色熒光蛋白標記的方法可被用來鑒定雜種植株[75]。因此，選擇一種快速、簡單、低成本且可靠的方法來鑒定雜種植株顯得尤為重要。

3 體細胞雜交技術在馬鈴薯遺傳改良中的應用

3.1 獲得抗病新種質

體細胞雜交技術可有效克服馬鈴薯野生種與栽培種的生殖障礙，通過此技術可以將野生種抗真菌基因、抗細菌基因、抗病毒基因和優良農藝性狀基因等轉移至普通栽培種中，從而提高栽培品種的整體特性。

3.1.1 抗真菌新種質的獲得

栽培種容易感染的真菌病害有晚疫病、早疫病和黃萎病等病害。[JP2]Helgeson等利用細胞融合技術獲得S. tuberosum （+）[JP] S. bulbocastanum的雜種植株，經鑒定雜種植株具有抗晚疫病的特性[67]。Luthra等通過對馬鈴薯種間S. tuberosum （+） S. cardiophyllum融合雜種植株cph-hybrids分析，雜種植株對晚疫病表現出良好的抗性，同時干物質的含量和品質均高于親本[76]。Smyda-Dajmund利用細胞融合技術獲得S. michoacanum （+） S. tuberosum的雜種植株后再與S. michoacanum回交，最終獲得抗晚疫病的雜種馬鈴薯植株[77]。Luthra等對S. tuberosum （+） S. pinnatisectum 雜種植株在大田進行分析，雜種植株較對照對晚疫病表現出明顯的抗性，并且品質性狀也優于對照[78]。龍葵（S. nigrum）和馬鈴薯（S. tuberosum）經細胞融合后，獲得倍性變異幅度較大的雜種植株，經鑒定，雜種整株對晚疫病的抗性與S. nigrum相當，并且部分雜種植株離體葉片抗性高于S. nigrum[63]。Tek等利用體細胞雜交技術獲得S. tuberosum （+） S. brevidens雜種植株，部分雜種植株對馬鈴薯早疫病具有良好的抗性[25]。Jadari等利用電融合技術獲得S.tuberosum （+） S. torvum雜種植株，所得雜種植株均對黃萎病產生抗性，說明大麗輪枝菌病原菌（Verticillium dahliae）抗性轉移至馬鈴薯，從而抑制了馬鈴薯黃萎病的發生[79]。

3.1.2 抗細菌新種質的獲得 栽培種在種植時容易感染軟腐病、青枯病和環腐病等細菌性病害。Austin等利用S. tuberosum （+） S. brevidens可育的體細胞雜種與馬鈴薯四倍體栽培種回交，獲得抗軟腐病的馬鈴薯[80]。McGrath等對S. tuberosum （+） S. brevidens細胞融合的雜種株系分析，發現抗軟腐病的基因穩定導入馬鈴薯雜種植株中[81]。Fock等利用電融合技術對栽培種S. tuberosum和野生種S. stenotomum進行細胞的融合，獲得抗青枯病與S. stenotomum相當的雜種植株[24]。Ahn等通過分析由S. brevidens （+） S. tuberosum細胞融合而來的雜種株系，觀察到雜種株系抗青枯病的能力要強于親本，為進一步獲得新種質奠定了基礎[82]。2003年，蔡興奎利用中薯無性系3#和8#與野生種S. chacoense融合，在我國首次創造出具有青枯病抗性的體細胞雜種[22]，3年之后他們對這些雜合體進行倍性檢測，觀察到融合后的六倍體后代穩定保持[83];2016年，他們課題組通過不對稱融合技術又獲得抗青枯病的雜種植株[66]，這為培育抗青枯病的新品種（系）奠定了堅實的技術。Laurila等通過細胞融合技術獲得了S. tuberosum （+） S. acaule雜種植株，雜種植株根據核基因來源于S. acaule所占比例，呈現出對環腐病不同程度的抗性[84]。Tek等利用體細胞雜交技術獲得S. tuberosum和S. brevidens體細胞雜種植株，經檢測部分雜種品系表現出對馬鈴薯軟腐病良好的抗性[25]。Yu等通過電融合獲得S. melongena （+） S. tuberosum的雜種后代，后代表現出抗青枯病，說明抗青枯病的特性從茄子成功轉移至馬鈴薯，這為培育抗青枯病馬鈴薯奠定了基礎[85]。

3.1.3 抗病毒病新種質的獲得

野生種S. brevidens對馬鈴薯卷葉病（PLRV）、X病毒（PVX）和Y病毒（PVY）都具有顯著的抗性，利用細胞融合技術將該品種的抗病毒性轉移到不同馬鈴薯品種中，獲得抗病毒病的株系。Rokka等通過培養體細胞雜種S. tuberosum （+） S. brevidens三倍體植株花藥獲得單倍體，該單倍體植株對PLRV具有良好的抗性[86]。Gillen等通過對S. etuberosum （+） S. tuberosum雜種后代分析，雜種植株表現出對PLRV具有較強的抗性[87]。Nouri-Ellouz等利用電融合技術獲得馬鈴薯2個二倍體雜種植株，在大棚接種馬鈴薯Y病毒，一些雜種植株的癥狀延遲出現并且感染率降低，其中1株表現完全抗馬鈴薯Y病毒[88]。Nouri-Ellouz等通過細胞融合獲得的馬鈴薯體細胞雜種S. berthaultii （+） S. tuberosum對土傳真菌和馬鈴薯Y病毒表現出部分抗性[89]。

3.2 獲得抗蟲新種質

馬鈴薯在生長過程中，易遭受蚜蟲、甲蟲和線蟲等蟲害的危害。Novy等通過對S. etuberosum （+） S. tuberosum雜種后代在大田中研究，發現大田中馬鈴薯桃蚜的生殖力及成蟲大小均減小，同時后代表現出對馬鈴薯桃蚜、PLRV和PVY具有多重抗性[90]。Thieme等通過電融合獲得S. cardiophyllum （+） S. tuberosum的雜種植株，經鑒定野生種的cph基因成功轉移至商業品種中，雜種植株表現出對馬鈴薯甲蟲的抗性，同時對PVY也表現出一定的抗性[91]。Jeffrey等將融合獲得的S. tuberosum （+） S. bulbocastanum雜種植株再與栽培種回交，在篩選出的63個品系中有9個品系表現出對綠桃蚜蟲的抗性，有5個品系表現出對馬鈴薯蚜蟲的抗性[92]。Cooper-Bland等對馬鈴薯的2個二倍體進行電融合，獲得的雜種植株對馬鈴薯胞囊線蟲表現出一定的抗性[93]。

3.3 獲得抗霜凍新種質

馬鈴薯易受冷、熱和霜等不同類型的非生物脅迫，還面臨著全球變暖導致水的限制。馬鈴薯栽培品種不耐低溫，在-3.5 ℃時很快死亡，而野生種S. commersonii能在-4.5 ℃條件下存活，最低耐-11.5 ℃[94]，Cardi等利用體細胞雜交技術獲得了S. tuberosum （+） S. commersonii雜種植株，雜種植株表現出抗霜凍性高于親本S. tuberosum的特性[95]。Nyman等也利用體細胞雜交技術獲得了S. tuberosum （+） S. commersonii的體細胞雜種，雜種植株具有抗霜凍特性，說明野生種抗凍基因已轉移到栽培種上[96]。

3.4 獲得雄性不育新種質

在預防馬鈴薯病害的過程中，發現種子可以避免一些病害的傳播，因此可以利用細胞融合技術培育新的雄性不育系，以應用于實生種子生產。Perl等融合了碘乙酰胺處理的馬鈴薯和γ輻射的原生質體（含有S. stoloniferum胞質），雜種植株呈現出雄性不育的特性，從而阻斷了通過實生種子傳播的病害[97]。

3.5 獲得耐鹽新種質

Trabelsi等利用PEG融合法獲得了S. tuberosum （+） S. verne 雜種植株，通過耐鹽性試驗檢測，雜種植株對鹽的耐受性增強[98]。Bidani等通過分析S. tuberosum （+） S. berthaultii的3個雜種株系STBa、STBc和STBd，結果證明雜交種系耐鹽性要高于親本BF15[99]，同時STBc和STBd株系表現出較強的耐鹽性，而STBa株系的耐鹽性處于中間狀態[100]。

4 問題及展望

4.1 建立不同試驗材料高效原生質體培養體系

由于馬鈴薯遺傳背景的復雜性，商業栽培種大多為四倍體，而原始栽培種和野生種大多為二倍體;同時，由于基因型的差異很難建立一套應用于所有馬鈴薯品種的高效原生質體培養體系。因此，要在具體工作中建立不同試驗材料高效原生質體培養再生體系。

4.2 融合方法的創新

傳統的細胞融合方法主要是電融合和聚乙二醇融合[101]。而在微重力環境條件下，微重力可以改變細胞融合液體的存在狀態，從而有效提高細胞融合效率。“神州四號”飛船中通過電融合獲得煙草融合細胞，[JP2]其融合細胞再生愈傷組織的頻率是地面對照的3倍多[102]。因此，可以在模擬微重力條件下探究不同的融合方法對馬鈴薯原生質體融合效率的研究，為獲得更多的馬鈴薯雜種植株奠定基礎。

4.3 種質資源的創新

馬鈴薯易受冷、熱和霜等不同類型的非生物脅迫，并且栽培種均不耐低溫霜凍且馬鈴薯栽培種種內幾乎沒有遺傳變異[103]，同時還面臨著全球氣溫升高導致缺水的影響。在降水不規律、水資源短缺的地區，馬鈴薯種植可能會面臨嚴峻的考驗。干旱脅迫已經在一定程度上對馬鈴薯作物造成了嚴重且持續的負面影響[104-105]。Beddington研究發現，將近40%的馬鈴薯損失是由病蟲害引起的。作為保障全球人口糧食資源的重要作物，利用細胞融合技術培育抗生物和非生物耐脅迫馬鈴薯新品種迫在眉睫[106]。

4.4 中國空間站種植品種的選育

BLSS是為航天員生命活動提供物質保障的獨立、完整和復雜的系統，高等植物是該系統中最為關鍵的生物部件，它通過自身的光合作用和蒸騰作用為航天員提供食物、飲用水和氧氣。因生長環境的制約，各航天大國結合本國的特點進行了BLSS中候選植物物種的篩選，馬鈴薯因生產力高、營養價值高、園藝操作簡單和株高相對矮等特點被各國作為BLSS的候選植物物種[4]。中國空間站將于2022年前后建成，結合BLSS系統對植物物種的需求，為了滿足中國空間站馬鈴薯的順利種植，利用體細胞雜交技術培育早熟、生長周期短、植株矮、產量相對較高、抗病蟲害、逆性強和營養價值高的馬鈴薯新品勢在必行。同時，收集具有這些特性的馬鈴薯種質建立中國空間站馬鈴薯種質資源庫也顯得尤為重要。

參考文獻：

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