王利虎，盧彥琦，蘇行，張瓊，趙志軍，陳敬誼*，丁保朋

（1.河北工程大學(xué) 園林與生態(tài)工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.山東省果樹研究所，山東泰安 271000；3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西 晉中 030801；4.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 晉中 030801）

多倍體（polyploid），即獲得2 套以上的染色體［1］，多倍化是真核生物進化中的一個重要因素［2］，其多發(fā)生于植物中，在進化過程中發(fā)揮重要作用［3］，也是植物多倍體化研究的熱點［4］，幾乎發(fā)生在所有植物物種的譜系中［3］，30%～70%的被子植物被認為是多倍體祖先［1，5］，隨著測序技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的證據(jù)表明，多倍化在植物物種多樣性、基因進化和作物馴化中發(fā)揮著重要作用。

多倍體育種是目前最受育種學(xué)家歡迎的育種方法之一，與傳統(tǒng)育種方法相比，該技術(shù)應(yīng)用范圍更廣泛，最大的優(yōu)點是耗時短，易于操作，能快速創(chuàng)制新種質(zhì)材料，不僅可以直接作為栽培品種進行推廣，還可作為中間材料進行雜交，同時還具有優(yōu)良的生物學(xué)特性和農(nóng)藝特性，因此多倍化育種廣泛應(yīng)用于育種周期長的各種果樹品種。

多倍化育種在果樹育種中占有重要地位，鑒于果實研究中主要為同源多倍體研究，本文主要從多倍化的意義、多倍體產(chǎn)生途徑、多倍體鑒定方法、多倍化對果樹的影響等四個方面全面綜述其在果樹多倍化育種的研究進展，以期為今后的果樹多倍化育種乃至其他植物上的多倍化研究提供理論參考和借鑒。

1 多倍體化在進化及應(yīng)用上的意義

科學(xué)界普遍認為多倍體化是新物種的形成機制之一，植物多倍化一直被認為是驅(qū)動物種進化的動力之一［6］，也是植物進化中最重要的事件之一［7］。同源多倍體的進化路徑大致可以分為3 個階段［8］。第一階段，植物基因組在自然脅迫或人工干預(yù)下產(chǎn)生加倍效應(yīng)。自然群體中很少出現(xiàn)自發(fā)加倍現(xiàn)象，因此多倍體植株在第一階段主要通過人工合成獲得，主要研究誘變的方法和效率；第二階段，基因組加倍導(dǎo)致遺傳和表觀遺傳學(xué)的改變，如促進結(jié)構(gòu)和功能重組。在這一階段，多倍體植株普遍表現(xiàn)出比原植株優(yōu)越的農(nóng)藝性狀，如果實較大、較好的果味、較高的營養(yǎng)和生物活性成分含量，具有較高的抗生物和非生物脅迫能力。由于多倍體的優(yōu)良特性，多倍體植物大多直接用于商業(yè)生產(chǎn)或作為中間材料生產(chǎn)優(yōu)良的三倍體；第三階段，多倍體植物雖然染色體數(shù)目未變，但期間同源染色體發(fā)生聯(lián)會配對二倍體化（圖1），產(chǎn)生新的物種，可能經(jīng)過數(shù)千年甚至上萬年。

圖1 多倍體進化路徑Fig.1 Evolutionary pathway of plant polyploidy

2 果樹多倍體產(chǎn)生途徑

2.1 果樹天然多倍體

自然界中的植物多倍體大多由自然突變產(chǎn)生，一般由于植物生長環(huán)境發(fā)生改變或者遭遇極端環(huán)境，從而對基因組染色體產(chǎn)生影響，造成基因組加倍［1］，該事件被稱為基因組復(fù)制事件。

果樹中存在著大量的多倍體，全世界通過染色體鑒 定的果樹 有36 科，70 屬，800 余種，其 中多倍體類型約占總數(shù)的一半［9］。在蘋果屬植物中，有10 個種存在多倍體類型［10］。79 個西洋梨品種里，有18 個是三倍體［11］。李屬植物72 個種里，有15 個是多倍體種［10］。

果樹中同一物種中多倍體類型也存在著多樣化，桃中研究發(fā)現(xiàn)［12-14］，存在三倍體、八倍體、十二倍體等；草莓中存在四倍體和五倍體類型［15］；梅中存在四倍體和二四嵌合體［16-17］；櫻桃中，存在三倍體和四倍體；棗中存在三倍體和嵌合體［18-19］。

果樹中多倍體類型大多來自于自然芽變，如平度大巴梨是巴梨的同源四倍體芽變新品種［20］，天海鴨梨是鴨梨的同源四倍體芽變新品種［21］，上海農(nóng)科院在砂梨中發(fā)現(xiàn)了翠冠的天然四倍體［22］；郭文武［23］、汪衛(wèi)星［24］分別從柑橘、枇杷中鑒定出了三倍體、四倍體以及混倍體。

2.2 人工誘變果樹多倍體

人工誘變果樹多倍體，是人類對果樹生長進行干預(yù)，采取一定的處理手段，從而人為模擬極端環(huán)境變化，造成基因組或染色體產(chǎn)生加倍效應(yīng)。

人工誘變分為在體誘變和離體誘變2 種類型［25］（圖2）。在離體條件下，利用物理、化學(xué)、生物技術(shù)等手段對離體果樹器官組織進行處理，從而獲得多倍體材料。孫清榮等［9］將梨的試管組培苗置于γ-射線的照射下，再將產(chǎn)生的嫩芽進行繼代培養(yǎng)3 次，獲得了梨的四倍體材料；在組織培養(yǎng)條件下，利用不同的誘變劑濃度和曝光時間進行多倍體誘變，即可獲得多倍體材料，棗［26］、葡萄［27］、香蕉［28］等果樹上均有成功的報道。

圖2 果樹多倍體產(chǎn)生途徑Fig.2 Pathway of polyploid generation in fruit trees

在體誘變，主要是對果樹田間生長的樹體器官進行誘變，比如王康等［29］利用二甲戊樂靈處理薄皮甜瓜幼苗莖尖生長點，成功獲得四倍體薄皮甜瓜；蔣洪恩等［30］通過使用不同濃度的秋水仙素溶液涂抹新生棗頭的方法，獲得3 個棗品種的同源四倍體材料。

總體來說，離體誘變率高于在體誘變，主要原因是由于離體組織細胞多處于分生狀態(tài)，誘變劑更易產(chǎn)生作用，同時離體誘變可以人工控制環(huán)境，減少人為因素對誘導(dǎo)材料的影響。但是，對于果樹育種，離體誘變雖然誘變效率較高，但是育種周期較長，從組織培養(yǎng)到田間栽培繼而產(chǎn)生經(jīng)濟效益，至少需3～10 年的時間。在體誘變在樹體上直接誘變，產(chǎn)生的多倍體枝條可以進行嫁接，次年或第三年即可結(jié)果，極大縮短育種時間，但是在體誘變產(chǎn)生的嵌合體頻率較高，對后期選擇使用需要投入大量的人力物力。值得一提的是，河北農(nóng)業(yè)大學(xué)中國棗研究中心發(fā)明了田間愈傷組織途徑誘導(dǎo)棗多倍體技術(shù)［31］，該技術(shù)整合了離體誘變更易獲得多倍體和田間樹體生長速度快的優(yōu)點，顯著縮短棗育種周期，減少嵌合體產(chǎn)生，成功培育出多個棗多倍體品種。該技術(shù)在其他樹種上同時取得成功，如酸棗［31］、榆樹［25］等。

3 果樹倍性鑒定

果樹誘變后，需對誘變材料進行倍性鑒定，根據(jù)使用方法的不同，基本的測定方法主要包括染色體計數(shù)法鑒定、形態(tài)鑒定、流式細胞術(shù)鑒定和分子技術(shù)鑒定（圖3）。

圖3 果樹多倍體主要鑒定方法Fig.3 Main identification methods of polyploid in fruit trees

3.1 形態(tài)鑒定

形態(tài)學(xué)鑒定是最直接、最簡單的鑒定方法，果樹多倍體普遍都表現(xiàn)出一定的“巨大性”，研究發(fā)現(xiàn)［32］，櫻桃的四倍體植株與二倍體植株比較，其葉片變長變寬、葉片顏色加深、氣孔變大、氣孔密度變小。石慶華［25，33］研究發(fā)現(xiàn)，棗四倍體葉片變大、變厚、葉片顏色加深、葉緣褶皺、氣孔變大、氣孔密度變小。李林光研究蘋果四倍體發(fā)現(xiàn)［34］，與二倍體相比，同樣表現(xiàn)出節(jié)間變短、生長角度開張、果實變大等。基于上述結(jié)果，利用形態(tài)學(xué)進行多倍體材料的選擇也被普遍接受，但是形態(tài)學(xué)鑒定適用于倍性較低的材料，當誘變材料是高倍性時，并不能準確的鑒定其倍性，因此，該方法多用于誘變材料的初步篩選。

3.2 染色體計數(shù)法鑒定

目前，染色體計數(shù)是最主要的倍性鑒定方法。鑒定對象為花粉母細胞或根尖細胞內(nèi)的染色體。根據(jù)觀察材料的不同，又可分為常規(guī)壓片法和去壁低滲法。去壁低滲法在實際應(yīng)用中較多，王娜等利用此方法對冬棗組培苗進行了染色體的觀察，成功鑒定出了多倍體材料，在很多研究中發(fā)現(xiàn)［35-36］，染色體數(shù)隨倍性的增加而增加。染色體計數(shù)鑒定是最準確的倍性鑒定方法，但是步驟繁瑣，對測定材料和實驗人員要求較高，工作量相對較大，不適宜進行規(guī)?；谋缎澡b定，同時染色體計數(shù)法對于二四嵌合體不能準確鑒定。

3.3 流式細胞術(shù)鑒定

流式細胞儀能在很短的時間內(nèi)收集大量的細胞核并對其中的DNA 含量進行統(tǒng)計，其操作簡單，準確性高且測定時間短，適用于大規(guī)模材料的倍性鑒定。近年來，普遍應(yīng)用于植物材料的倍性鑒定。目前，在梨［37-38］、荔枝［39］、杏［40］等果樹上均成功建立了流式細胞術(shù)鑒定倍性的方法。但是，流式細胞術(shù)測定之前條件的摸索需要花費一些時間，比如在材料選擇、裂解液篩選、技術(shù)操作等方面［41］。研究發(fā)現(xiàn)同一物種，不同品種內(nèi)基因組大小存在巨大的差異，因此進行倍性鑒定時，必須有對照，對無對照的植株無法準確檢測出其倍性。

表1 主要果樹多倍體研究進展列表Table 1 List of polyploid research progress of main fruit trees

3.4 分子標記技術(shù)鑒定

分子標記技術(shù)在果樹倍性鑒定中具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，AFLP 技術(shù)不僅準確的鑒定出枇杷三倍體和四倍體，同時還能鑒定到特定的片段變異［42］；RAPD 不僅可以鑒定出多倍體，還可鑒定出誘變材料是否是嵌合體，Kuniak Sugawara 等利用該技術(shù)鑒定了柑橘的嵌合體情況［43］；龐曉明等［44］利用24 對SSR 引物對新發(fā)現(xiàn)的疑似多倍體品種進行鑒定，3～9 個引物產(chǎn)生了3 個不同的等位基因，確定其倍性為三倍體；原位雜交GISH、FISH等技術(shù)在果樹倍性鑒定中也發(fā)揮著重要作用，研究表明GISH 不僅可以鑒定倍性，還可以鑒定雜交信號［45］，其缺點是操作步驟較為繁瑣，花費比較高昂。

3.5 綜合倍性鑒定策略

隨著育種技術(shù)的日臻成熟，果樹多倍體創(chuàng)制已進入規(guī)?；瘯r代，從大量的誘變材料中，快速的鑒定出多倍體材料已成為比較棘手的問題，利用上述的任一方法鑒定倍性，均存在的一定的局限性。因此，將上述方法進行綜合的運用，才能從海量的誘變材料中，快速、準確的選出多倍體材料。郭文武等［46］利用形態(tài)鑒定、流式細胞儀、SSR 分子標記相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了40 d 內(nèi)對柑橘四倍體后代的精準發(fā)掘，準確率在80%以上。

4 多倍化對果樹的影響

4.1 多倍化對果樹表型性狀的影響

果樹多倍化后，不同倍性條件下，果樹表型性狀存在一定的差異。酸棗四倍體葉片均顯著增大，但是八倍體葉片顯著小于其對照，在田間條件下，四倍體棗和酸棗植株強壯，葉片變圓，葉色加深；而八倍體呈現(xiàn)變小的趨勢，生長緩慢，葉片變小，節(jié)間極短，不能在田間長時間存活［47］。

果樹多倍化后，由于物種的不同，不同的性狀表現(xiàn)也有一定的差異［48］。果實方面，多倍體的果實一般都明顯大于二倍體，在蘋果［49］、甜瓜［50］、香蕉［51］、獼猴桃［52］、醋栗［53］、楊桃［54］等同源四倍體上均有報道。但是，在其他的物種上，也存在不同表現(xiàn)，在梨四倍體中，果實并不增大，但生長速度顯著高于二倍體［22］。

多倍化對株高的影響表現(xiàn)為3 方面：（1）同源四倍體植株高度顯著高于二倍體植株，有學(xué)者對香蕉同源四倍體研究發(fā)現(xiàn)［51］，四倍體香蕉高度明顯高于二倍體，同時同源四倍體甘菊［55］、獼猴桃［52］、擬南芥［56］等植株高度均高于其二倍體；（2）同源四倍體植株高度顯著低于二倍體植株，Manuel Blasco 等研究發(fā)現(xiàn)，四倍體枇杷高度明顯低于其二倍體［57］，印度學(xué)者研究四倍體蕓薹屬植物發(fā)現(xiàn)［58］，四倍體植株較二倍體植株分別降低了20.62%、21.95%、18.9%、60.27%，日本學(xué)者研究四倍體橡膠樹發(fā)現(xiàn)［59］，四倍體橡膠樹較二倍體植株高度降低83.82%；（3）在生長初期，四倍體植株和生長速度明顯低于二倍體，但是當果樹進入穩(wěn)定結(jié)果期后，果樹生長恢復(fù)正常，四倍體高度與二倍體不存在明顯差異。除上述情況外，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)［58］，對同一植物進行同源加倍后，植株高度表現(xiàn)出不一致性，有的四倍體植株明顯高于二倍體，而有的四倍體卻明顯低于二倍體，這說明同源加倍后，對植株高度的變化并不存在一致性。

4.2 多倍化對果樹抗逆性的影響

相對于其二倍體，植物多倍體對外界環(huán)境生長環(huán)境的耐受力產(chǎn)生了重大改變，主要表現(xiàn)在抗寒性、抗旱性、抗病性和抗鹽堿性等方面。植物四倍體基因組較二倍體增大了接近一倍，而較大的基因組在遭受外界環(huán)境的刺激下，基因組因為變大使植物的基因受到影響的概率降低，因而植物四倍體在嚴酷的自然條件下能更好的生長［60］。

果樹四倍體相對于二倍體來說，其抗寒性主要表現(xiàn)為2 種：（1）同源四倍體的抗寒性增強，這是大部分同源四倍體的表現(xiàn)形式，汪泰初等［61］研究發(fā)現(xiàn)，桑樹同源四倍體的抗寒性較二倍體明顯提高；學(xué)者研究四倍體彩色馬蹄蓮發(fā)現(xiàn)［62-63］，游離脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、POD 活性、SOD 活性均不同程度高于二倍體，綜合指標斷定其抗寒性提高；（2）果樹四倍體抗寒性弱于二倍體，賈林光等［64］利用電導(dǎo)法和電阻抗圖譜法研究四倍體蘋果砧木發(fā)現(xiàn)，四倍體一年生枝條的半致死溫度顯著高于二倍體，因此同源四倍體砧木的抗寒性降低；王立新等［65］研究發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫下，四倍體的形態(tài)表現(xiàn)明顯弱于二倍體，四倍體冬棗耐寒能力明顯低于二倍體；從上述可以推測，植物同源四倍體的抗寒性因物種的不同而不同。

果樹多倍體具有較高的耐鹽性，前人研究發(fā)現(xiàn)，四倍體蘋果與其二倍體蘋果在相同的鹽處理條件下，四倍體蘋果的生長形態(tài)較正常，同時水通道相關(guān)蛋白高水平表達，因此四倍體蘋果具有更高的耐鹽性［66-67］；薛浩等［66］研究四倍體蘋果時發(fā)現(xiàn)，在鹽脅迫下四倍體植株形態(tài)表現(xiàn)明顯優(yōu)于二倍體，葉片含水量高于二倍體，相關(guān)蛋白表達水平也表現(xiàn)出較高的水平；朱紅菊等［68］研究四倍體西瓜幼苗根系發(fā)現(xiàn)，Na+和K+離子吸收轉(zhuǎn)運變化及離子轉(zhuǎn)運相關(guān)基因與二倍體存在差異表達，其耐鹽能力明顯高于其二倍體。

較多的研究表明，果樹四倍體的抗旱性均明顯高于二倍體，Zhang 等研究發(fā)現(xiàn)［69］，四倍體蘋果的抗旱性強于二倍體，與二倍體相比，四倍體蘋果的相對含水量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)較高，丙二醛和脯氨酸水平較低，推斷四倍體蘋果耐旱性高于二倍體。

4.3 多倍化對果樹育性的影響

植物多倍化后，由于染色體組的激增，減數(shù)分裂時造成染色體配對困難，從而產(chǎn)生不同程度配子的不育性，植物本身會進行新的功能分配，在此期間，植物早期大多表現(xiàn)出育性降低的特性［70］，同時因為樹種的不同，其花粉育性也存在差異。天然四倍體枇杷育性明顯低于其二倍體，在進行減數(shù)分裂時存在異?，F(xiàn)象，在染色體配對過程中，除了主要的二價體，還會發(fā)現(xiàn)單價體和多價體［71］；在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，蘋果四倍體花粉在形態(tài)上與二倍體不存在明顯差異，但是蘋果四倍體花粉畸形率明顯高于二倍體［72］；張靖國等研究發(fā)現(xiàn)［73］，三倍體砂梨的花粉活力和自交結(jié)實率都為0，不具備育性能力。

綜上，果樹多倍化后，各種性狀并不都呈現(xiàn)加倍效應(yīng)，這就要求植物育種工作者深入研究植物的多倍化效應(yīng)，探究多倍化后的分子機理，從而為特定果樹的倍性育種及多倍體種質(zhì)的合理利用提供理論指導(dǎo)。

4.4 多倍化對組學(xué)水平的影響

4.4.1 基因組水平

植物多倍化后，最直接的變化是基因組變大。在前人誘變研究中，四倍體基因組較二倍體品種增大約2 倍。而植物染色體加倍后，基因組產(chǎn)生的具體變化越來越成為研究的熱點之一。基因組重組是植物染色體加倍后的必要階段，由于基因組加倍后基因組突然增大，植物本身必須通過自身的調(diào)節(jié)機制對基因組進行重組，以減少大基因組對植物本身造成的壓力，平衡不同基因組組分、核基因、細胞質(zhì)基因組之間的相互關(guān)系，達到最大相容性，保持植物體的正常生長。

據(jù)報道，植物多倍化后，植物基因組會發(fā)生DNA 甲基化、DNA 基因序列消除、染色體結(jié)構(gòu)重組等變化。植物染色體加倍后，會對基因組的遺傳結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響，這在其他林木上也有了許多報道，程甜甜等［74］研究四倍體青檀發(fā)現(xiàn)，同源四倍體青檀與其二倍體在遺傳結(jié)構(gòu)上存在很大不同，其DAN 多態(tài)性小于其二倍體，但是其單株遺傳距離在總體水平上略高于二倍體；李雅婷等［75］研究發(fā)現(xiàn)，與二倍體相比，同源四倍體甜葉菊在AFLP 水平上存在很大的不同；柴俊雯等［76］利用ISSR 分子標記技術(shù)對同源四倍體黃芩及其二倍體進行比較發(fā)現(xiàn)，在ISSR 水平上，兩者存在很大的遺傳差異。

研究表明，基因組加倍后，植物表觀遺傳調(diào)控模式會產(chǎn)生較大的變化，最突出的變化體現(xiàn)在全基因組甲基化上，MSAP 分析表明四倍體獼猴桃四倍體的甲基化率低于二倍體［77］；彭瀅等［78］等以二倍體枳橙為對照，利用MSAP 分子標記對四倍體枳橙葉片的甲基化水平和模式變化進行分析發(fā)現(xiàn)，全甲基化率明顯高于其二倍體，四倍體總甲基化率變化較小，半甲基化率有所下降，相對其二倍體，四倍體變化集中在模式變化上；楊炳艷等［79］通過22 對MSAP 引物擴增得到1564 個位點，在低溫條件下，四倍體西瓜總甲基化率顯著低于其二倍體。

4.4.2 轉(zhuǎn)錄組水平

植物四倍體的新基因組中存在大量的重復(fù)基因和冗余基因［80］，一般情況下，這些基因有3 種不同的表達模式：（1）重復(fù)基因正常表達，保持與二倍體植物基因組相同或者相似的基因功能；（2）重復(fù)基因沉默［81-83］，不執(zhí)行基因功能，原因是由于同源四倍體基因組胞嘧啶甲基化狀態(tài)產(chǎn)生變化或者染色體遺傳結(jié)構(gòu)的改變；（3）重復(fù)基因重新分化執(zhí)行新的基因功能，可能是由于基因組的改變，使某些基因產(chǎn)生了脫甲基化，從而使原本沉默的基因重新激活，同時也會激活一部分反轉(zhuǎn)座子、蛋白序列或者未知功能序列［83］。

轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）是研究植物基因表達情況的重要手段之一，一般的過程是，提取植物總RNA 后，富集出mRNA，進而反轉(zhuǎn)錄成cDNA，從而對cDNA 進行測序分析。該技術(shù)可以揭示細胞和組織在不同生長階段或不同生長條件下轉(zhuǎn)錄本的結(jié)構(gòu)和數(shù)量，為基因結(jié)構(gòu)及表達提供信息，有助于闡明特定生物學(xué)和疾病過程中的分子機制。隨著轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)的日臻成熟，植物四倍體與其二倍體的轉(zhuǎn)錄組分析也日漸增多。

Saminathan 等［84］研究四倍體 西 瓜 時 發(fā) 現(xiàn)，與二倍體相比，鑒定了四倍體中分別上調(diào)和下調(diào)的5362 和1288 個基因，進一步研究發(fā)現(xiàn)精氨酸生物合成、葉綠素合成、GDP 甘露糖生物合成、海藻糖生物合成以及淀粉和蔗糖降解途徑的基因在四倍體中明顯上調(diào)，22 個基因在組織中經(jīng)歷可變剪接（AS，Alternative Splicing）事件；王立新等研究發(fā)現(xiàn)［65］，4 ℃條件下四倍體冬棗抗寒性顯著低于二倍體，比較轉(zhuǎn)錄組分析表明，二倍體在冷暴露后6 h和24 h 分別表達了56 和694 個差異表達基因（DEGs），而同源四倍體樣品在6 h（225）和24 h（2774）時差異表達基因的數(shù)量增加，根據(jù)GO 注釋分析，DEGs 分為不同的功能組，包括催化活性、結(jié)合和轉(zhuǎn)運活性、代謝途徑、細胞過程和對刺激的反應(yīng)，結(jié)合冷反應(yīng)相關(guān)基因發(fā)現(xiàn)，微管在CML41 和IQD1 的表達中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用；Li 等研究發(fā)現(xiàn)［77］，二倍體和四倍體獼猴桃之間共有2230 個差異表達基因，其中下調(diào)660 個，上調(diào)1570 個。DEGs 主要是與植物生長發(fā)育、抗逆性和抗菌能力有關(guān)的基因；Zhu 等［85］轉(zhuǎn)錄組分析揭示了二倍體和四倍體獼猴桃之間有5922 個差異表達基因，GO富集發(fā)現(xiàn)，差異基因中包括果膠甲酯酶（PMEs）和擴展蛋白（EXPs），這2 種基因在細胞壁松動和延伸中都起著關(guān)鍵作用，PME 和EXP 基因表達的增加可能有助于四倍體植物中細胞大小的增加。

4.4.3 蛋白組水平

蛋白質(zhì)組學(xué)最早的提出者是澳大利亞學(xué)者威爾金斯和威廉姆斯，他們于1994 年在意大利召開的一次科學(xué)會議上提出，蛋白質(zhì)組是指由某個基因組，或細胞、組織表達的所有蛋白質(zhì)［86］，蛋白組學(xué)研究的目的是對蛋白質(zhì)產(chǎn)生的原因及過程進行必要的解釋。隨著多種植物的基因組測序完成和基因組研究的深入，植物蛋白質(zhì)組學(xué)已經(jīng)成為當今后基因組學(xué)的重要研究課題之一。

目前，在果樹上對四倍體的蛋白組研究還鮮有報道，但在其他林木上有一定的報道，Wang等［87］研究泡桐及其同源四倍體，共鑒定和定量了3010 個蛋白，其中差異顯著蛋白773 個，其中上調(diào)表達410 個，下調(diào)表達363 個。在同源四倍體泡桐中，細胞分裂、谷胱甘肽- 1 代謝、纖維素、葉綠素和木質(zhì)素的合成相關(guān)蛋白富集顯著。

曹亞兵等［88］利用同位素相對標記與絕對定量技術(shù)，研究了鹽脅迫后同源四倍體白花泡桐及其二倍體響應(yīng)鹽脅迫的蛋白質(zhì)組變化，從293 個差異蛋白質(zhì)種選取了32 個差異蛋白質(zhì)，這32 個差異蛋白質(zhì)都是與倍性相關(guān)的鹽應(yīng)答蛋白質(zhì)；32 個差異蛋白代謝通路（KEGG pathway）富集結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些差異蛋白主要參與了光合作用、淀粉、糖等代謝過程；同時發(fā)現(xiàn)了3 個可能是潛在的鹽應(yīng)答蛋白質(zhì)，分別是過氧化物酶、2-酮戊二酸脫氫酶E1 和氫離子轉(zhuǎn)運ATP 合酶。

5 存在問題

5.1 嵌合體現(xiàn)象仍普遍存在

嵌合體是指具有2 種或2 種以上遺傳組成的植株。隨著誘變技術(shù)的提高，多倍體誘變育種已經(jīng)進入規(guī)模化創(chuàng)制時代，但是嵌合體的現(xiàn)象仍然存在且占據(jù)一定的比例。石慶華等［47］和作者前期在進行棗育種誘變時，無論對誘變條件進行何種優(yōu)化，均產(chǎn)生了一定量的二四嵌合體。

在實際生產(chǎn)中，嵌合體不能直接應(yīng)用于生產(chǎn)，植株會根據(jù)自身的適應(yīng)性逐漸淘汰掉占劣勢的多倍體細胞，逐漸回復(fù)成二倍體。蔣洪恩［87］在田間條件下采用修剪法對棗樹嵌合體進行純化，即在新生棗頭生長過程中不斷剪除未變異枝條，費時費力。

由于處理時無論在體誘變還是離體誘變均為多細胞體，又因有絲分裂細胞的不同步性，所以得到的誘變材料絕大部分都含嵌合體。消除嵌合最主要的方法是自交，這樣會得到一大批各種不同遺傳型的植株，而選擇合適的個體不僅困難、而且費時，因此嵌合體的純化問題需要進一步優(yōu)化完善。

5.2 誘變劑的毒害問題突出

秋水仙素目前是最常用的誘變劑［89］，但是其價格昂貴且具有一定的毒性。對在體植物進行誘變時，稍高的濃度就會造成植株長勢衰弱甚至死亡；組織培養(yǎng)時，誘變劑會抑制不定芽的分化，再生植物生長速度減緩，因此尋找一種價格低廉、毒性小和誘變效果好的誘變劑，是以后要解決的問題之一。

6 結(jié)語

隨著誘變技術(shù)的不斷改進和日臻成熟，果樹多倍體育種將迎來新的飛躍，進入規(guī)模化創(chuàng)制時代，今后利用基因組輔助育種和分子設(shè)計精準育種將會成為新的發(fā)展趨勢。

另外，多倍化對果樹的影響多樣，這種差異的產(chǎn)生的原因目前僅停留在表型和生理生化水平的研究上，進一步的分子機理研究較少。因此，果樹多倍化后表型性狀的分子形成機理會逐漸成為研究的重點和熱點，為多倍體資源開發(fā)與利用提供基礎(chǔ)理論支撐。