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农 学 报 , 一
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辐
一
照花粉实现基因转移
杨平华
四川省农科院生物技术核技术研究所 成都
近年 来 , 一 些 国家的科 学家采用辐照 的花粉授粉杂交 , 使供粉植物 的部份基 因
转 移到母本基 因组内 , 形成偏母杂种 偏母杂种 的绝 大部份遗传物质 来源于毋本 ,
但往往也有少量 父 本遗传物质掺入 ‘ 辐照 花粉还可 望解决远缘杂交不亲和性 , 使不
亲和 的亲本杂交成功
。 本文 旨在 阐述辐照 花粉实现基 因转 移的有关研 究及其进展 。
基因转移 , 就是通过杂交或转化等生物学措施 , 将一种生物体 内的某些基因转移到另一
生物体的基 因组内 。 利用辐照花粉转移基因 , 不仅在烟草中已有大量成功 的报道 , 而且在禾
谷类作物也有成功的例子 , 如大麦 、 小麦
、
水稻 等 。 自从 年新 西 兰 〔“ 报道了
辐照花粉实现基因转移这一成就后 , 引起了世界各国许多植物遗传学家的高度重视
。
将少皇特定基因
、
转移封已定型品种仍是一种杂交 , 是不同基因 的组合
。 〔“ ’等把这
种杂交称为微型杂交
。 植株的性状和染色体组型与母本基本相同 , 但个别性状却明显地来源
于父本
。 辐照花粉诱导基 因转移的大量证据来 自烟草属 中的杂交试 验 。 ‘“ 为了克
服 烟草的 自交不亲和性 , 将 白花烟草 的 花 粉用
的 。“ 。 丫射线杀死 , 将其作为蒙导花粉 , 与母本花粉混合授 在 的柱头
上 。 烟草为红花 , 自交不亲和 , 基因型 为 , 而 烟草
为 白花 、 自交不亲和 , 基因型为 。 从大量的杂交组合中获得 株二 倍体植株 , 其花
粉育性正常 , 形态特征基本上与母本相似 但 自交不亲和 , 基因型为纯合体 或 ,
其中 株开红花 · 用开白花的双隐性回交 , 后代的花色比例为卜 红 白
。 ‘
还同时作 了形态特征有显著差异的白花烟草品种间的辐照花粉授粉试验 。 母本 为 自 交 不育
系 , 白花 , 基因型为 。 , , , 供粉植株为粉 红色 , 基因型为 , 授粉方法与前面
试验相同 , 得到 株形态特征基本上类似母本的二倍体后代 , 基因型分别为 。
、
,
、
。和 , , 花 色有白色和粉红色两种 。 在上述试验 中 很可能发生了单 性生 殖 。 因
为 的 丫射线对烟草花粉是超致死剂 量
, 不可能发生受精作用 。 后 代植 株在 形态特征
上又基本
一
丘是母本类型 , 但辐照花粉所携带的个
一
别基因 , 如控制花 色的 基因和 基因 , 自交
不亲和的 、 基因 , 都分别转移到了母本基因组 内 〔’ 等报道 了 几 乎 与
同时独立进行的关于黄花烟草 的实验结 果 。 他们将具黑色子房的显性纯 合 的
种 的花粉分别用 的 射线或 射线辐照后 , 授在具黄色子房 的隐性 纯 合 品 种
, 的雌蕊上 。 代的所有植株的性状 , 除子房为黑色外 , 其余均类似于 母 本 。 代分离
此文子 年 月 日收到
空 核 农 学 报
、 ‘ ’
卷
出黑色子房和黄色子房 , 〔‘ 」和 〔 等在烟草中进行了类似的 试 验 。 他们详细
地调查 了 代群体 中偏母杂种的比例和结实率等性状 , 以及 代性状分离的特征
。 代的
分离比例与对照 不经辐照而杂交授粉 显著不同 , 所有植株都具有超量的母本性状 , 而且
不论是质量性状还是数量性状 , 均随辐照剂量的增加而增加 。 在禾木科植物 中
, 利用辐照花粉
实现基因转移已有成功的报道
。 。 ‘ ”等以大麦 品 种 。 。 。 全 感 白粉病
为父木 , 杂交前对花粉进行 一 的辐照处理 , 所得 株系抗 白粉病 , 但 代性状主
要与母木相似 。 国际水稻所 仁‘ 」通过辐照花粉后杂交 , 将著名的米 巴斯 马蒂 优 良品质转移到
了高产
、 多抗 的品 系中 , 获得了综合性状好的材料 此外 , 在小麦 等 , 〔“ ’
、 玉米
, 〔‘“ 、 番茄 , 〔 ’。 」、 豌豆 , 〔‘ 」
、 芥菜型
油菜 等 , 〔 , ’等作物中 , 都相继报道 了用辐照花粉授粉 , 在 其 后代 中表现出
各种形式的基因 转移现象 。
‘
利 用辐照花粉授粉还可望解决远缘杂交不亲和等间题 , 被认为是创造新的种质资源最有
希望 的方法 之一 。 山下淳提 出 克服杂交不亲和性 , 或者是除去不 良性状的基因连锁
, 应尽
量用较低的照射量率作长时 间的傻照射
。 在整个花芽分化期 , 用 射线照射杂交不亲和 的亲
本 , 能促进花粉 萌发 , 使远缘杂交获得成功
。 日本科学家小川 用栽培番茄作母 本 , 野生
番茄作父本 , 用 射线照射形成 中的父本花粉 , 使杂交获得成功 。 现在 , 日本科学家又利用
此方法籍 以改进甘薯的品质 , 以及 以提高林木抗病性为 目标 的远缘杂交 。
利 用辐射使基因转移 , 克服远缘杂交或 自交的不亲和性
, 目前普遍采用下述两种方法
一 用较高剂 量辐照 , 杀死亲和花粉 , 然后将其与不亲和花粉混合后授于柱头 , 可克服远
缘杂交的不亲和性 二 用低剂 量辐照花粉或长时间慢照射活体植株 , 然后进行杂交 , 改
善花粉与柱头 之间的不亲 和性 , 从而实现正常受精过程 。
对于辐 照花粉实现基因转移的机理 , 由于不同的研究者采用了不同的材料和不同的照射
剂 量 , 因而导致 代或 代的遗传表现不尽相同 , 所 以一些科学家先后提 出了 一些不同的
假说
年 , ’‘ 提 出了卵细胞转化 假说 。 认为致死剂量
的射线将花粉生殖核击成碎片 , 生殖核因而不再分裂 , 并降解成更小的碎片 , 但花粉仍具萌
发能力 。 授粉后 , 生殖核的染色体碎片随花粉 管流入卵中 , 由于虫理刺激产生假受精 , 造成
孤雌生殖 。 在进行孤雌生殖的卵细胞复制时 , 辐射花粉染色质碎片 中 , 一些末端具有粘性的
片段偶尔与卵细胞染色质中的同源部份 配对 , 通过取代或附加等途径进入母本基因组内
, 从
而实现卵细胞的转化
。
年 , “ 」在研究小麦辐照花粉基因转移时 , 提 出了染色体消 除 和 配 子选择
假说 。 他认为 , 辐照花粉 基因转移
的原因是 较高剂量的放射线损伤 了花粉 的染色体 。 受精后 , 雄配子的染色体在胚胎发育的
早期 , 由于辐射损伤而部份消失 , 经过 代的减数分裂后 , 具雄配子染色体较多 的 配子在
其发育过程中 , 以及在花粉萌发 、 花粉管生长过程中 , 都竞争不过具雌配子染色体较多的配
子 , 因 此在 代 巾 , 性状上偏 向母本植株的比例大大增加
。 ‘ 〔“ 在 烟草的
种间杂交中得到的论据 , 支持 了这一假说 。
斌 曰 , 随过辐照玉米花粉
, 实现 了基因转移的试验 , 提 出了体 细 胞重组
爪 ’ 期 屯
、
辐 照 花 粉 实 现 基 因 转 移 ,
和基因转换 , 假说 。 他认为 , 在 近 致死
剂量的辐照下 , 生殖核染色体并不完全破碎 , 仅仅形成许多缺 口 , 形成一些与染色体相连接
井具有粘性的末端细丝 , 但受精过程仍能正常进行 。 受精后 , 雄配子染色体的损伤 , 使得体
细胞配对的机率大大提高 休细胞配对时 , 受损伤 的基因通过基因转换 , 按照 雌配子等位基
因的模式修复 自己 , 从而实现休细胞重组
。 而在 代 中表现母本的隐性性状 , 在 花 粉生殖
核 内没有受到损伤的基因 , 则转移到后代中 由于没有受到损伤的 区域可能相 当长 , 因
此 , 一些 由多基因控制的数量性状 , 也可能通过休细胞重组和基因转换而实现其基因转移 。
年 , 〔‘。 根据番茄属与茄属的杂交试验结果 , 提 出了突变及 配子消失
假说 。 他认为 , 花粉经辐照后 , 仅少部份 基 因 或 染 色体
发生突变 , 但不影响花粉的受精能力 代减数分裂时 , 带有突变基因或突变染 色 体 的雄
配子不能很好发育 , 或者不能与正常雌配子配对而消失 , 从而导致父木类 型在 代 数 量减
少 。
所有上述假说 , 都具有各自的依据 , 均对基 因转移产生的原 因进行了解释 , 然而彼此歧
义很大 。 这说明 , 在不 同材料
、 不同辐照剂量条件下 , 辐照花粉 基因转移的机制可能十分不
同 , 导致 , 代或 代的遗传表现也有差异
。
从上述情况来看 , 目前还没有形 成一套完整的
理论来解释辐照花粉的基因转移机制 , 有待进一步对其进行更深入的研究 ,
种间或属间的有性远缘杂交 , 常常 由于基因组 之间的差异太大 , 致使杂种胚胎败育或杂
种后代不育 , 导致远缘杂交的失败 。 辐照花粉 之所 以能实现基 因转移 , 就在于它仅涉及雄配
子的个别基因或少部份基 因 , 而不是整套外源基因 , 因此 , 杂种胚有可能发育正常 , 杂种后
代也往往可育 , 而且还减少了急剧的分离 , 有利于远缘杂交后代的迅速稳定
。
辐照花粉实现基因转移 , 筛选优 良的基 因突变体 , 可成为辐射育种的有效方法之一 , “
些科学家预言〔‘ 。 , , “ , 在未来世纪里 , 将是创造新物种的时代 , 其中生物技术 , 核技术将
起重要作用 。 因 此我们的科学家可 以考虑利用辐照花粉进行种内或种间基因转移的工作 , 以
达到创造新的种质资源的 目的 。
参 考 文 献
〔门 中国科技倩报所重庆分所编 辐射育种的成果 , 《 辐射应用 》 , 一
。
〔 〕 北京农业大学生物物理专业编 《 放射生物学 》 一
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