体细胞无性系变异是植物组织培养过程中出现的普遍现象,它不仅可以缩短新品种培育的周期,并且可以增加遗传变异的新种类,因此它已成为一种新的可以利用的变异源。它的特点有:
1)变异频率高
体细胞无性系变异的频率在一些作物上是非常高的,而且不同的再生组织间的变异频率也存在较大差异,如表6.1所示。
表6.1 体细胞无性系变异(表型)在植物中出现的频率
(续表)
2)变异广泛
20世纪60年代以来,越来越多的资料表明,离体培养再生的植株,尤其是通过愈伤组织再生的植株存在着高频率的变异株。已经观察到体细胞无性系变异的农作物有甘蔗、马铃薯、小麦、玉米、燕麦、大麦、小黑麦、谷子、油菜、大豆、兰花、番茄、茄子、瓜类、甜菜、菊苣、烟草、草莓、桃、天竺葵、倒挂金钟、香石竹、水晶掌和锦带花等。
组织培养中的这种体细胞无性系变异既不限于某种物种,也不局限于某些器官。存在多种植物出现同种变异,同种植物出现多种变异的现象。变异所涉及的性状也相当广泛,包括数量性状和质量性状的变化。数量性状变化包括株高、叶型、穗型、熟性、分枝数、籽粒数和大小等。
3)后代稳定快
虽然体细胞无性系再生植物的绝大部分性状变异是生理效应,不能遗传,但也有少数性状变异是可以遗传的,如水稻的粒型、丛生型和抗病性等。这些可遗传的变异通常在再生植株二代便可稳定下来,成为稳定株系。但也有部分株系是杂合体继续产生分离。不过这种分离多属简单分离,分离的程度与供体植株的遗传背景有关,一般小麦稳定株系获得率为30%~50%,水稻则可高达90%。
4)能基本保持原品种的优良特性
由于体细胞无性系变异后代能基本保持供体植株的特性,因此可根据育种目标,针对现有品种的个别缺点进行改良,以期在短期(2~3年)内筛选出所需的性状,避免因基因重组带来的麻烦。虽然体细胞无性系变异多数是单一性状变异,但也有2个或2个以上性状同时变异的株系。
5)潜在隐性性状的活化
在体细胞无性系后代中,常见一些原供体植株所没有的隐性性状变异,如雄性不育、矮秆、叶绿体突变等,有些隐性特性对育种实践具有重大应用价值。
6)绿苗得率高,取材方便
大量实验证明,植物的未成熟胚、成熟胚、幼穗、下胚轴、子叶幼芽等幼嫩部位均可作为外植体,且再生绿苗得率高,白化苗极少,为品种改良提供丰富的材料。另外,取材于现有主栽品种(系),一旦培育成功就能超过现行的推广品种,省去多年适应性试验,从而大大提高育种效率。
总之,体细胞无性系变异是一个变异广泛、稳定快、效率高的品种改良新途径。
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