烟草远缘杂交育种研究概况1

1、烟草远缘杂交育种研究概况摘要:综述了烤烟远缘杂交存在的困难及克服远缘杂交困难的方法，通过远缘杂交可以把许多不同种属的 优良性状基因转移到烤烟中，以达到扩大遗传基础、丰富基因库、增强抗性、提高品质的目的。并展望了 今后烟草远缘杂交育种的发展方向。关键词：烤烟；远缘杂交；抗性；不亲和性远缘杂交(distant hybridization) -般是指在分类学上物种(species)以上分类单位的个体之间交配，不同种间、加间找至亲缘关系更远的物种z间的杂交。通过远缘杂交可以把不同种、属的特征和特性结合起來，突破种、属的界限，扩大遗传变异，从而创造新的变异类型或新物种门。远缘杂交研究已经创造了小黑麦、小

2、燕麦、胡麻、白蓝、卄蓝型油菜、棉花等作物新类型；利用变异种特殊的有利性状，广泛进行了马铃薯、番茄、菊花、月季、小麦、水稻等作物的远缘杂交，育成了一些新品种或中间育种材料2-4。同时远缘杂交也是烤烟引进外源棊因，创造变异、拓展烟草品质及抗性育种遗传基础的有效手段z一 5 - 8 o在国外，早在1761年，koelreuter便进行-过烟草的种间杂交(n. rusf ica x n. paniculata),开展了研究并应用于品种的改良实践9。palakarcheva于1990年用香料烟地方品种djebel359与n. debneyi杂交,f.加倍(4 n)后再与djebel359连续冋交，从冋交

3、后代屮成功选育出高抗霜霉病的栽培品种pobeda2,在同一组合中还选出对霜霉病免疫、高抗黑胫病和根黑腐病的香料烟品种pobeda3io o w d va i i eau等用秋水仙素处理ntabacum和n. longiflora的杂交种子，再与普通烟草冋交，对冋交后代在温室和露地进行抗病性选择，选育出了纯合抗病的白肋烟品系l8, l8能将抗病性传递给杂种后代chaplin 12从1951年开始了将n . p i umbag i n i fo i i a 的抗黑胫病能力转移到n. tabacum的研究，用n. tabacum四倍体品种402与n. plumbaginifol ia杂交后,再与易感

4、黑胫病的烤烟品种冋交，bc2代植株连续自交4代，从以golden wilt作为回交亲本的后代中,选出了抗黑胫病的品系pd46 i2 i3 o在国内，对于烟草远缘杂交也做过不少研究。荣廷玉等采用重复授粉与喷赤霉素的方法，以烤烟作母木，玉米或高粱作父本进行远缘杂交，初步获得了成功，并从红花人金元x玉米的杂交后代中选育出新品系云烟4号1416o中国科学院成都生物研究所用lb技术（细胞间染色质和细胞质穿壁转移技术）实现了人圆叶波菜少普通烟草品种柳叶烟草间的远缘杂交17 - 19。山西农业人学魏治中采用了嫁接后有性杂交的方法，将药用植物（曼陀罗、紫苏、罗勒等）与烟草进行杂交，经过十多年的筛选，选育出了稳

5、定的药烟品种。1烟草远缘杂交障碍1.1远缘杂交不亲和性远缘杂交不亲和性主要表现为花粉不能在异源种加植物的柱头上胡发；花粉胡发，但花粉管不能仲入柱头；花粉管进入柱头，但生长缓慢，不能到达子房20 2门；花粉管到达子房，完成受精过程，但胚胎在发育过程中遇到障碍，也就是胚胎在发育过程中由于种种原因导致发育停止或者完全坏死，从而导致杂交不结实2223 o远缘杂交不亲和性主要原因有花期不遇少花器构造的隔离：有些植物花器构造特殊，花柱特别长，即使其他种的花粉在柱头上能发芽生长也无法到达胚囊。生理差异的隔离：细胞渗透压、酶的组成、激素以及酸碱度的微小差异都可阻止外來花粉的发芽。遗传上的差异：染色体数目、结构

6、及基因组成的差异都对以导致不易交配。1.2远缘杂种的夭亡或不育远缘杂种的夭亡或不育主要表现在受精不完全，不能获得完榕的杂交种子；能得到皱缩的种子但不发芽，能发芽长成植株但不能受巒结实，获得杂种后代。质核互作不平衡影响种子发育所需物质的合成，从而影响到生长发育，进而造成不育。染色体不平衡造成生理上的不协调，从而影响生长发育和减数分裂中不配对而造成杂种不育。基因不平衡、不同的物种dna分子的人小、核背酸序列和结构上大不和同，因此就整个dna分了來说，人多数远缘杂种很难亲和，尤其是dna携带的遗传信息所调控的功能差异很人，彼此很难协调地共处于一个细胞中。在这种情况下，异源dna进入后被细胞中的各种内

7、切酶所裂解或排斥，造成遗传功能紊乱，不能合成适当的物质并形成止常功能的配子。1.3杂种后代性状分离范围大、时间长、不易稳定远缘杂种后代性状分离一般具有以下几个特点，即分离无规律性、分离类型丰富、变界人，分离世代长、稳定、慢，并 向两亲分化的现彖。2克服远缘杂交障碍的措施2.1远缘杂交不亲和性的克服方法2.1.1注意选择亲本，确定适当母本亲本组合对远缘杂交效果影响较人，在选择亲本时，除了根据育种h标选 择具有最多优良性状的类型作杂交亲本外，还必须考虑 远缘杂交不亲和的特点，尽量选择亲缘关系较近的作为 亲本，以提高远缘杂交成功率。另外，在栽培种与野生种 杂交时，栽培种宜为母本。在染色体数tl不同时

8、，以数忖 多的作母本，并尽量以杂种作母本采用广泛测交。魏治 中认为选择适宜的杂交亲本，深入研究烟草品种杂交后 的亲和性，对提高烟草远缘杂交成功率至关重要8。2.1.2媒介法（桥梁法）和预先无性接近法当远缘亲本直接杂交不易成功时，可寻找能分别与双亲杂交的第 三种作物作媒介，使杂交获得成功。或者将不易杂交的 一个亲本的营养体嫁接到另一物种的植株上，使它们彼 此的生理状况接近，然后再进行远缘杂交，这样易于得到 杂交种子。2.1.3染色体加倍法染色体加倍法：杂交前将亲木z一的染色体加倍，使这个同源多倍体与另一亲本杂交，可 获得部分可育的fi;让双亲染色体数h都加倍后再杂交，克服了r在减数分裂时染色体不

9、能止常联合的困难，提高了杂交成功率；让远缘亲木直接杂交，使fl 加倍成异源多倍体以克服其不育性10。2.1.4采用特殊的授粉方法2.1.4.1混合花粉和多次重复授粉混合花粉是指在选定的父本花粉中，掺入少量其它品种甚至母本的失活 花粉，然后授于柱头上。利用不同种类花粉间的相互影 响，改变授粉的生理环境，往往可以解除母本柱头上分泌 妨碍异种花粉萌发特殊物质的彩响24 - 25 o sarmah等26 将失去活力的母木花粉少父本花粉混合进行授粉，成功 地克服了受梢前障碍并获得了杂交后代。重复授粉即在同一母本花的花蕾期、开放期和即将 凋谢期等不同时期进行多次重复授粉。由于雌蕊发育成 熟程度不同，臥生理

10、状况有所差异，受精选择性也就有所 不同，多次重复授粉，有可能遇到最有利丁受耕过程正常 进行的条件，从而提髙结实率25。2.1.4.2提前或延迟授粉母本柱头上分泌的识别物质，在柱头未成熟和过度成熟时对能都处于数量或活性 最低的状态，此时授粉有可能提高远缘杂交的町交配 性2425。castro等27研究表明，延迟授粉是克服远志科 (polygalaceae)植物杂交障碍获得果实的币:要因了。2.1.4.3理化因素处理理化因素处理包括温度、紫外线、电离辐射、植物激素等，通过理化作用，提高杂交亲和 性。陈瑞丹等28在利用赤霉素处理梅花柱头z后，发现 英远缘杂交亲和性得到了较人提高。2.1.4.4选择最

11、佳的授粉环境根据山西农业人学研究者多年的烟草远缘杂交实践表明，在温度较低、湿度和 对较人的环境条件下人工授粉比较适宜。在温度20 °c 左右，相对湿度70%80%的环境条件下，杂交的成功 率较高8. 29。2.1.5生物技术2.1.5.1柱头手术将母本柱头剪短，使花粉经历较短的行程到达胚囊，也可以将父本己经授粉、花粉刚发芽的 柱头割取上端部分移植到母本柱头上。子房受精切除花 柱，将花粉直接散在子房顶端25。2.1.5.2试管受蒂先将未受精的胚珠从子房中剥出，在试管内进行离体人工培养。2.1.5.3体细胞融合细胞融合可以克服远缘种属因有性生殖隔离而造成的不亲和性，不通过有性过程而使 亲

12、本基因得以结合，创造自然界没有的新类型。近年 來，高等植物体细胞杂交获得很人的进展，在有性远缘杂 交不能进行时，对采用体细胞杂交获得种加间杂种，这己 在烟草上获得成功。我国烟草体细胞融合的技术己经较 成熟，所获杂种苗的频率很高，其操作步骤主要是原生质 体分离、原生质体融合、杂种细胞筛选、杂种植株诱导。h前，我国己分别获得了普通烟草和黄花烟草(n. rustica) 、普通烟草和粉兰烟草(n. glauca).普通烟草和岛叶 烟草(n. nesophi la)的体细胞杂种10。2.2克服远缘杂种夭亡或不育的措施2.2.1幼胚离体培养获得远缘杂种的一大障碍是杂种胚发育不良，对在不利条件发生前，将杂

13、种胚取出进行 离体培养，直到生长出叶和根以获得可育的杂种。或者在受耕后若干天或种子成熟后将胚取出，植丁培养基中培养，直至长出根和叶，植株能够自养时再移入十壤。胚珠培养已成功地用于克服杂种夭亡的实践中。口本y"ieshintaku等将普通烟草的花粉用他cs y射线照対，然后授予先去过雄的n. repanda柱头上，在授粉后的第4、5、6天分别将胚珠离体培育，获得了杂种植株；此外，他们在n. repanda开花前，切去其花萼、花药、花瓣，将雄蕊置于培养基上，用cs y射线照射，然后授予普通烟草的新鲜花粉，取得了同样的效果10。2.2.2杂种染色体加倍法凡2个远缘亲本具有不同染色体组和不同

14、染色体数时，常常因为染色体不能配对而导致杂种不育，在这种情况下，采用染色体加倍可有效地获得双二倍体杂种。2.2.3回交杂种表现出雄性配子败育，而雌性配子中常有少数比较止常，在这种情况下采用亲木z的止常雄配子对杂种的雌配子授粉，即对得到少量回交杂种种子，该方法简易、有效。而当杂种的染色体数h过多、染色体加倍不易成功时，也可用回交法。2.2.4延长杂种的生育期当采用以上几种方法处理后仍得不到杂种后代时，可以设法将杂种保留下來，因为有些杂种可通过自动调节或人工特别培养而逐渐恢复生殖机能。2.2.5其他方法叮利用特殊基因、将杂种fi嫁接到母木植株上、广泛测交來克服远缘杂种夭亡、不育。山西农业人学研究者

15、认为：先嫁接再有 性杂交的烟苗由于具有了对环境条件的较强的适应性，在选择适宜授粉的条件下，可以克服烟草远 缘杂交的障碍，能够促使药用植物打烟草基因间的渐渗、交流或重组，是提高烟草远缘杂交成功率 的有效方法之一 8. 29 o2.3远缘杂种后代的选择特点2.3.1早代种植较大的群体杂种早代需种植较人的群体，并采用适宜的育种方法，远缘杂种f2代及以后世代普遍出现不同程度的不育性，生长不良的植株较多，还有一些畸形植株，有的中途夭 亡，有的发芽率低，出苗率低。因此，f2f3代所要求的分离群体比品种间杂交组合人很多，在较 人的群体中才有可能通过分离、重组和选择，筛选出含优良基因组合的个体。2.3.2放宽

16、早代材料选择标准不要轻易淘汰f2代分离不明显的远缘杂种，在f2代后还町能出现显苦的性状分离，对混播、混选，到显著分离时再进行单株选择。2.3.3采用适宜的处理方法由于回交法、混合法所需的杂种后代群体人，采用系谱法选育有和当大的困难，故可根据育种h标和亲本材料的不同，采用不同的处理方法。若是利用某一远缘亲木 改进本地品种的某一性状，且该性状遗传力高，则宜采用回交法；如果考虑到亚种或种中的一些性 状或适应性，并把这些性状结合起來，培育出生产力和适应性好的品系时，采用混合法比较适宜303结语随着经济社会的发展，人们对作物品种的要求越來越高。在选育烟草生产品种时，既要考虑符合卷 烟工业的要求，又要降低

17、烟叶生产者的成木，还要使烟制品能适应消费者的口味。这就要求烟草新 品种应具有烟叶品质优良，具有高产、抗病、易烤、香吃味好等性状。由此可见，要选育能适应现 代化农业要求并具有优良综合性状的多功能品种，单纯地从种内不同品种间寻找优异资源显然是不 够的10。育种实践表明：当一个品种内现有的品种资源己无法满足日新月异的育种h标要求时，育种工作要 取得突破，必须借助于更加广泛的遗传资源的利用，通过远缘杂交可以打破品种间的界限，扩人基 因重组的范围，获得更加丰富的变异类型。近几十年來，远缘杂交在烟草抗性和品质改良方面取得 了一定成绩。但是，与其它农作物，特别是小麦、人麦和水稻等和比，还存在很人的差距，需要

18、进 一步开展烟草远缘杂交机制的研究，以充分利用优异的野生种质资源。需要对多种抗性和品质进行 综合改良，以进一步加快育出品种的推广应用。对烟草杂种后代鉴定方法进行深入研究。另外，今 后的烟草远缘杂交研究中，需要充分利用植物细胞生殖发育生物学、蛋门质组学及分子生物学等, 为今后采用有效措施提高杂交效果及充分利用这些优异种质资源提供科学的理论指导，从而改进杂 交方法，提高杂交成功率。随着基因组学、分子生物学研究的深入以及分子生物技术的发展，人工 远缘杂交获得成功的途径越來越广，几率也越來越人，史加广泛的远缘种质资源必将应用到烤烟品 种选育屮。参考文献：1 asay k h. breeding pot

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