Be360問答long_娓兒2013-03-15

生物技術在果樹上的應用生

物技術是指在離體條件

下，人為地使植物細胞或組織裂殖增長，產生一些次生代謝物質，以及對生物體

進行遺傳修飾的各項

技術的總稱。對植物來說，生物

供假

技術包括植物離體繁殖、脫毒苗培育、體

啊亂材運校校雨工

細胞變異的誘導和利用、花

粉和花葯培養、原生質體培養、體

細胞雜交、植物的遺傳轉化及與植物遺傳育種相關

的其他分子生物學技術。生物技

術在果樹育種上的應用

研究，近年來取得了較大進

展，已在優良樹種的快速繁殖、種質儲存、品種選育等許多領域得到廣泛利用，顯

示出巨大的潛力。

1  離體無性繁殖

離體無性繁殖是指採用無菌培

養技術，將來自優良植物

體的莖尖、腋芽、葉片

、鱗片、塊根、球

莖等器官以及他們的組

織切片進行離體培養，

使之在短期內獲得大量遺傳性一致

軍混矛白程土七結帝

的個體的方法。建立快速離體

領座

繁殖的生物技術是十分重

要的，因為不僅育成

一個果樹新品種的時間很長，而且更換一個品種的週期也相當

派封剛放去倍生兵批

長，而用快速離體無性繁殖的

控滑字穩劇具合剛門

生物技術有可能在短期內繁殖出大

繼根效不

量的優良個體的苗木

，使現有的優良品種早日

在生產上充分發揮

縮劃明氧脫逐整為整紙及

作用，離體無性繁殖技術可以在一年內百萬倍的再生無性系植株。此外，離體技術

由於處理嚴格，可

以用於脫除果樹的一些病毒，排除了病毒的危害及培養無效果的情況。

1976年Jones在離體蘋果培

養上取得的突破性進展

，促進了當前水果類木本植物微

繁殖的興起，離體微繁成

功的例子包括蘋果、杏、梨、桃、獼猴桃、扁

樹派準

桃、歐洲甜櫻桃、歐洲酸櫻桃、歐洲野李、海棠、草莓、香蕉、

傷矛言質此地突

棗、葡萄等。我國在

則歷所

植物離體無性繁殖和脫毒方面的研

爾奏農實助響機東到員十

究和應用卓有成就，已經取得了良好的社會效益和經濟

燒乙落

效益，已經成為我國植物細胞工程技術應用的主流

之一。例如：棗瘋病問

題一直影響著棗樹的發展，只有棗

樹的離體培養才能徹底解決棗樹

快繁和棗瘋病原-

-植原體的脫毒難題。

2  現代育種技術

現代育種技術是指在細胞水平上對植物進行遺傳

操作的新興育種技術，

在整個農業生產、醫

介洲展踐免

藥生產、次級代謝產物合

成等領域已發揮重要作用。總

的來看，生物技術與植物常規育種

察信促機美粒七功

相比有很大的優越性。

2．1  改變傳統的育種技術程式，縮短育種週期

傳

統育種程式複雜，周

期很長，對於果樹等木本植物更

幫全搞

甚，想用多代自交的方法獲得純系，在多數情況下是不可能的。引入細胞工程技術，可以改變

育種程式，大大地縮短育種周

期。單倍體花葯培養的目的是誘導花粉發育形成單倍體植

派管只末舊各連銷雞架

株，當染色體加倍後可以迅速而簡便地獲

程低沉液任羅樹宜要光

得純系，用純合二倍體進行雜交試驗就可以比較容易地真正搞清控制各種性狀的基因是顯性還是隱性，是單基因控制還是多基因控制等，對解決果樹雜交育種中多代分離選擇週期長的問題有重大意義。花粉單倍體植株，只含有一套染色體組，不存在相對應的顯性和隱性的基因位點，一旦發生基因突變，就會在植株的性狀上表現出來，有利於隱性突變體的篩選。同時利用花粉原生質體作為轉基因受體，誘導成株，易使目的基因在個體水平表達，又不會有嵌合體的干擾。

離體培養法產生單倍體最主要的優點是比常規方法節省時間。用花葯和花粉培養能在一年之內產生純合的植株和等位基因系，而常規育種法可能要花4-6年。對於白花授粉植物來說，採用單倍體育種從花粉培養到品系育成僅需3-4年時間，而常規育種則需6-8年時間，對於異交和常異交植物來說，育種週期會更長。採用單倍體育種可以節約從F2-F6代株系穩定的時間，從而達到縮短育種週期的目的。我國花葯、花粉培養單倍體育種的研究起始於70年代，首次報道培養出柑桔、葡萄、枸杞、甘蔗、草莓、楸子（小蘋果）、蘋果、荔枝、龍眼等果樹的單倍體，率先成功地將單倍體或雙倍體應用於育種。

2．2  克服植物種間、屬間雜交不親和性

植物胚培養起始於上世紀初，包括用發育不同時期的胚胎進行離體培養。在植物中，胚是一個具有全能性的多細胞結構，在正常情況和適宜條件下，胚能發育成熟，並且可以直接播種生長成完整植株。但是，在果樹育種上，常用的育種方法如遠緣雜交、二倍體與四倍體雜交、早熟品種作雜交母本，獲得的合子胚往往在發育的早期階段就敗育或退化。胚的早期退化對於果樹栽培來說是一個優良特性，能夠獲得無子果實，但對於果樹育種來說卻是一個不良性狀，它使育種效率降低。透過胚培養技術在胚敗育前，取雜種胚培養可以克服這種障礙。Laibach（1925年）首次指出胚培養可用於搶救異種不親和雜交，幼胚、敗育胚、退化胚均能透過這種方式再生成株。胚早期離體培養技術應用最廣泛，效果最佳。

在果樹上，透過胚離體培養技術可以解決如下問題：（1）搶救早期退化胚及進行早熟、無籽品種型別的育種。一些果樹種類，如桃、油桃、李、杏、櫻桃、鍔梨等的早熟品種，由於發育時期太短，胚往往難以發育成熟。無籽葡萄經濟價值較高，但大多為假單性結實，即合子胚早期敗育，早熟葡萄型別尤為明顯。現成功的報道有無籽葡萄品種Youngle在花後27-33d胚開始敗育，透過早期剝離幼胚進行培養獲得成功；Sunlite油桃花後53d胚球進行早期離體培養也獲得成功；小果野蕉是栽培香蕉的近緣種，種子不發芽，透過早期胚離體培養可再生出植株，為育種奠定基礎。利用胚離體培養技術，使特早熟桃與特早熟桃雜交，培育特早熟桃型別也取得很大進展，已育出一些商業價值極高的早熟和極早熟品種，如早熟桃‘春雷’、‘金冠’，早熟油桃‘五月火’和極早熟桃品種‘早霞露’等凹。（2）近代育種中，採用異種和異屬的遠緣雜交，把野生種有價值基因轉移到栽培種中去是果樹育種的一項重要技術。遠緣雜交由於親緣關係較遠，遠緣雜交的雜種胚、胚乳和子房組織之間缺乏協調性，致使雜種胚部分或全部壞死，有時受精後的幼胚不發育或中途停止發育，難以獲得雜種苗。例如，用含Vc較低（80-100mg／100g）的美味獼猴桃品種海沃德與Vc含量高（1014mg／100g）的野生獼猴桃品種毛花獼猴桃雜交，成熟種子有50％退化；而採用胚培養，有65％胚可搶救成活，可以克服遠緣雜交親和性差的問題。（3）在柑橘上可以透過胚搶救培養進行三倍體育種和獲得柑橘無病毒苗。三倍體柑橘無籽、果大、抗性好，是柑橘育種中的熱點之一，但雜交的合子胚有早期退化的現象，因此必須結合胚搶救培養才能達到三倍體育種的目的。

2．3  可以廣泛重組植物界優良基因，創造新種

自1960年Cocking用酶法分離出高等植物原生質體後，原生質體的研究得到了深入的發展。植物原生質體是除掉細胞壁而由質膜包裹著的具有生活力的裸細胞，可以進行異源原生質體融合，產生雙親細胞核與質同時結合的體細胞雜種，擴大有性雜交的範圍，克服遠緣雜交中某些障礙。特別是一些不能進行有性雜交的果樹，可以進行體細胞雜交獲得無性雜種，從而達到育種的目的。原生質體技術不僅是果樹細胞工程的重要組成部分，也是基因工程研究的重要基礎，原生質體因除去了堅硬的細胞壁而成為易於接受載有外源基因的理想材料，並有可能在培養成再生植株後，外源基因所控制的性狀得到表達。

果樹上，柑桔、梨、蘋果、櫻桃、獼猴桃、枇把、杏等的原生質體培養已獲得再生植株。原生質體融合也取得突破性進展，柑桔類細胞雜種已有幾十種之多，包括種間、屬間的胞質雜種。野生梨砧木與櫻桃雜種砧木的原生質體融合也取得成功。

3  超低溫冷凍儲存種質技術

超低溫冷凍儲存法，是將離體培養的莖尖分生組織、愈傷組織、懸浮培養細胞、原生質體經冷凍保護劑二甲亞碸（DMSO）等處理後，送入-196℃液氮庫進行超低溫冷凍儲存。當需要時，可將上述培養物在30~40℃溫度下迅速解凍，在滿足原有培養條件下，植物恢復分裂、分化和植株再生的能力。把生長細胞冷凍起來然後再解凍，已能適用於許多植物不同的組織型別，包括愈傷組織培養體、懸浮培養體、生長點、花葯、花粉、原生質體等，其存活冷凍都取得成功。許多實驗報道，愈傷組織培養體在-196℃下不加照料也能貯存幾個月或可能幾百年，而其代謝及遺傳特性沒有或完全沒有變化。經超低溫儲存後，尚具備分化能力的植物種類有蘋果、草莓、獼猴桃、杏、番茄、胡蘿蔔、豌豆、花生、大豆、康乃馨、木薯等。上述植物經儲存後，可有大約50％-100％的莖尖分化成小植株。低溫冷凍儲存為儲存種質提出了誘人的前景。

4  植物基因工程

基因工程又稱重組DNA技術，是指將應用DNA克隆技術獲得的目的基因插入病毒、質粒或其他載體分子，在構建遺傳物質新組合後，將其匯入原來沒有這類分子的寄主細胞或個體，並能持續穩定地表達，從而產生出人類所需的新個體。這一技術與育種結合就是分子育種。

自1983年首次獲得轉基因菸草、馬鈴薯後，果樹轉基因技術的研究，已成為果樹生物技術的熱點研究課題之一。果樹的基因型多為雜合，雜交後代會產生複雜多樣的分離，因此把許多優良性狀集中在一個果樹品種上非常困難。果樹基因工程為果樹育種開闢了新的途徑，有著重要的理論與實踐意義，果樹一旦獲得轉基因品種，而且目的基因如人們所期望的那樣表達，就可以透過組織培養、嫁接或扦插等無性繁殖方式來大量繁殖。由於不透過有性繁殖，後代性狀保持一致，其遺傳穩定性較好。

4．1  透過果樹基因工程可以提高抗病、抗蟲性

採用傳統的育種方法很難有效地改良果樹抗病性和抗蟲性。轉移病毒外殼蛋白基因和殺菌毒性肽基因成為目前用於提高果樹抗病性的主要方法。植物抗蟲基因工程中使用的抗蟲基因-Bt毒蛋白基因，是目前開展最廣泛和最具潛力的抗蟲基因。已獲得的轉Bt基因果樹種類有蘋果、梨、甜橙、柑橘、葡萄、越桔、洋梨、胡桃、草莓、山楂、懸鉤子、番木瓜、花楸果、板栗等。

4．2  可以改良生長特性

透過轉基因手段改良果樹品種或砧木生長特性，其目的在於使樹形縮小和改良葉幕結構，培育緊湊的、短枝的、矮化的、半矮化的和垂枝的新品種，以適應高度密植栽培的需要。成功報道的有桃（P．persica）、甜櫻桃（P。avium）等。

4．3  可以調節果實的成熟

多數核果類果樹果實貯藏期比較短，果實成熟早，不利於貯存。透過基因工程手段對其進行遺傳改良，干擾纖維素酶和多聚半乳糖醛酸酶基因的表達，就可能延遲果實的成熟過程。另外使用可以阻斷乙烯合成途徑的化學物質來阻止誘導果實成熟和衰老過程中許多基因的表達延緩果實的成熟，就有利於採收及採後的貯運和銷售，在這一方面桃的研究較多，還有甜櫻桃、歐洲李、扁桃的某些品種等。

4．4  可以提高抗霜凍性

對於北方果樹，冬季低溫為主要限制因子。某些冬季休眠期較短的品種開花較早，易受晚霜的危害，因此應注意增強植物的抗凍性。透過抗凍基因AFP就可能改變果樹的抗凍性。這方面的研究工作較少，只有Dolgov等報道獲得7個含有抗凍基因的酸櫻桃轉化系，目的是為了防止春季霜凍時細胞內冰晶的形成，但唯一的缺憾是至今未在轉化物中表達出相應的蛋白質。