芽变选种

第4章芽变选种芽变（sport）来源于体细胞自然发生遗传物质的变异。变异的体细胞发生于芽的分生细胞中或经分裂发育进入芽的分生组织，就形成变异芽。当变异的芽萌发成枝条，乃至开花或结果以后，表现出与原品种的性状有明显差异时，才被发现，所以芽变总是以“枝变”的形式表现。这种变异的枝芽有时在被人们发现前，已被无意识地用于无性繁殖，在长成新的植株时才被首次发现。这种变异植株称之为“株变”。芽变育种指对由芽变发生的变异进行选择，从而培育出新品种的一种育种方法.在园艺作物的营养系品种内，除由遗传物质变异而发生变异外，还普遍存在着由种种环境条件（如砧木，施肥制度，果园地貌，土壤，紫外线等各种气象因素，以及其他一系列栽培措施的影响）而造成的不能遗传的变异，又称饰变。芽变现象普遍存在于自然界l031年欧阳修在“洛阳牡丹记”中记述了牡丹的多种芽变；1059年宋朝蔡襄《荔枝谱》中就有荔枝芽变品种的记载。据A．D．Shamel及C．S．Pomereyl936年调查，在22种果树中，仅果实及叶片的芽变就发现987个。芽变已成为无性繁殖作物产生新变异无限丰富的源泉.芽变育种的突出优点是可对优良品种的个别缺点进行修缮，同时又能基本上保持其原有的综合性状。元帅的演变元帅苹果是1880年在美国发现的偶然实生树，1895年定名推广；20世纪20年代，元帅红星和红冠第二代品种；40～50年代，浓红短枝型特点的新红星、超红和艳红等第三代品种；60～70年代，发现了外观和风味、品质更优良的魁红、首红和银红等第四代品种；70年代以后，又出现一批着色更早、色泽浓红的短枝型芽变系俄矮2号和皇家矮红等第五代品种，从而使元帅系苹果不断得到改良和提高。目前，元帅系芽变品种已达180多个，形成了一个世界范围的庞大芽变品种群。元帅（1880年第一代）红星（1920年第二代）新红星（1960年第三代）首红超红魁红（1970年第四代）矮鲜俄矮2号（1980年第五代）苹果品种富士，于1962年进行种苗登录后，发展缓慢，但自70年代选出一批着色好的芽变品系后，发展迅速；至1984年其面积和产量都已跃居日本苹果栽培的第一位，使日本的苹果栽培品种组成发生了很大的变化。早熟富士芽变4倍体大果富士芽变观赏类植物中芽变,例如牡丹花的花型进化，先由单瓣类发展到半重瓣类（即千层类），以至最后形成重瓣类（即楼子类），即是一个芽变育种的过程。桔苹皇后桔苹月季：刺美良辰贵妃醉酒红妃醉酒第一节芽变的遗传学基础一、芽变的类型及特点（一）芽变遗传类型1．染色体数目变异，多倍体、单倍体及非整倍体，多倍体的突变，其往往表现各种器官的巨大性。葡萄大无核白，；玫瑰香的四倍体芽变“大玫瑰香”。1．染色体数目变异2．染色体结构变异：易位，倒位，重复及缺失，是由于染色体结构发生变异而造成基因线性顺序发生变化。一、芽变的类型及特点（一）芽变遗传类型3．基因突变：通常是由一个基因突变形成的，同时几个基因发生突变是极稀少的，如苹果短枝型芽变，不仅是枝条节间变短，而且变粗，树冠矮化，早果丰产。这些性状之间可能是一因多效关系，而并非是几个基因同时发生突变。4．核外突变：指的是细胞质中的遗传物质发生突变。有些性状是细胞质基因控制的，特别是母性遗传效应比较明显的作物，在育性、性分化、叶绿素形成、植株高度和生活力等方面性状发生了变异，有可能是细胞质基因发生突变的结果。（二）芽变的特点基因突变有什么特点？突变的可逆性，正突变频率大于逆突变；突变的多向性产生复等位基因；突变的一般有害性。（二）芽变的特点体细胞突变最初仅发生于个别细胞，就发生突变的个体、器官或组织而言，它是由突变与未突变细胞组成的嵌合体（chimera）。与芽变育种有关的体细胞突变的特点1．芽变的嵌合性2．芽变的平行性如自美国50年代从元帅系苹果中选育出短枝型芽变品种新红星以来，中国各地不仅从元帅系品种，而且从金冠、富士、国光、白龙等苹果品种中陆续选育出系列短枝型新品种。3．芽变的多样性突变部位的多样性：突变可发生于根、茎、叶、花、果各器官的各个部位；突变性状的多样性：包括根、茎、叶、花、果所有形态、解剖和生理生化特性，从主基因控制的明显的变异到微效多基因控制的不易觉察到的变异；突变类型的多样性：包括染色体数目和结构的变异，其中经常发生的是多倍性芽变；还有胞质基因突变如雄性不育和叶绿素合成障碍型芽变以及大量频繁发生的核基因突变。4.芽变性状的局限性芽变是体细胞遗传物质发生的变异，往往基于个别细胞，而同一细胞中同时发生两个以上基因突变的机率极小。设a和b两基因的突变率分别为2×10-5和4×10-4，则同时发生a、b突变的机率仅为0.8×10-10。芽变性状就局限于单一基因的表型效应。芽变的特点芽变的嵌合性芽变的平行性芽变的多样性芽变性状的局限性二、芽变的细胞学和遗传学基础l．梢端分生组织的组织发生层学说组织发生层学说，是解释梢端分生组织结构的几种学说之一。由Satina（1940）和A.F.Blakeslee（1941）等提出，以LI、LII、LIII表示顶端分生组织的三个独立的起源层，叫做组织发生层，植物的组织即由这三个层次的细胞分别衍生的。2．变异的发生与嵌合体的形成及其种类按组织发生层学说的解释，梢端分生组织的LI、LII和LIII三个层次的细胞，在正常情况下具有相同的遗传物质。如果发生变异，LI、LII和LIII都有可能出现变异，但在一般情况下，由于变异的局限性，只有LI或LII或LIII个别层中个别细胞发生变异，三层同时发生同一变异的可能性，几乎是不存在的。在突变发生之后，变与未变的细胞成为同时分裂、竞争共存的嵌合体（chimera）。因此，芽变开始发生时总是以嵌合体的形式出现。为便于表达，现以original（原始的）一词的第一个字母O代表未变的细胞组织，以mutational（突变的）一词第一个字母m代表突变的细胞组织，，按LI-LII-LIII的层次排列，则周缘嵌合体的结构有m-o-o，o-m-o，o-o-m，m-m-o，o-m-m，m-o-m六种类型；3．嵌合体的转化与芽变性状的稳定性有些芽变体的变异性状很稳定，无论采取何种方法繁殖，都能把变异性状传给后代；有些变异性状，只能在无性繁殖下保持，一旦有性繁殖就出现分离，或全部恢复为原有类型；还有一些变异性状，即使无性繁殖也不稳定，一部分后代会失去变异性状，恢复为原类型。4．芽变的遗传效应芽变性状有些能在有性过程中遗传，有些则只能在无性繁殖时保持稳定，这是由于突变发生于不同组织层的缘故。因为决定有性过程的孢原组织是由LII层产生，只有当突变包含LII层时，才能在有性过程中产生遗传效应。对于一对基因控制的性状，突变的发生有四种情况：（1）AA→Aa；（2）Aa→aa；（3）aa→Aa；（4）Aa→AA。在完全显性的情况下，上述（1）和（4）当代不能表现出突变性状，只有在下一代有性世代的分离中表现出来，而（2）和（3）能在当代显现突变性状。第二节芽变育种的方法与程序一、芽变育种的方法1．育种目标及时期芽变育种通常是以原有优良品种为对象，在保持原品种优良性状的基础上，通过选择而使其个别缺点得到改善，所以育种目标针对性较强。芽变育种时期为提高芽变育种的效率，除在整个生长发育期进行细微观察选择外，应根据育种目标着重抓住目标性状最易发现的时期。例如：观花植物的芽变育种，应着重在开花期；果实性状变异为目标的；主要在果实采收期进行，而选择早熟芽变则应在采收前2周开始；抗性为育种目标时，应着重抓住灾害发生之后的时期。2．对变异的分析首先要区别它是芽变还是饰变（1）变异分析判断芽变还是饰变的初步依据①变异的性质如属于典型的质量性状，一般可断定是芽变。②变异体发生范围如是不同立地、不同技术的多株变异，即可排除环境和技术的影响；对于枝变，如明显是一个扇形嵌合体，可肯定是芽变；③变异的方向，凡是与环境的变化不一致的，如树冠下部或内膛处发现果实浓红色变异或花色有异，很可能是芽变。④变异性状虽经不同年份的环境变化而表现稳定，可判断是芽变。⑤性状的变异程度超出基因型的反应规范之外，可能是芽变。判断芽变还是饰变的初步依据对于一些综合性状和数量性状，进行变异分析时可采用：①分析综合性状的构成因素，逐个与原类型相比较，如发现其中一个质量性状或较稳定的数量性状发生较显著而稳定的变异，则芽变的可能性较大；②比较两个性状的相关比值，例如在苹果短枝型选种中，除度量其节间长度／粗度外，可取其相对粗度（粗／长）与对照进行比较；③对不同立地条件下出现的相同性状的变异个体之间，可比较其各与当地对照之间的相对差异，从而排除不同立地条件下环境的影响；④对于一些存在着基础与衍生关系的变异性状，分析时应以受环境影响小的基础性状为主。如短枝型芽变，节间缩短是基础性状，枝条短是初级衍生性状，枝冠矮小是较高级衍生性状，丰产稳产是高级衍生性状；⑤有些数量性状的变异，可利用同时出现的与其具相关性的质量性状或较稳定的数量性状的变异，进行间接判断。（2）变异的鉴别经过以上形态特征的分析之后，得到少量的性状较为明显的“准芽变”株系或品种。为了进一步区分“准芽变”的株系或品种与原品种的差别，必须进行生理、生化特性分析，确定其变异特性。目前主要利用分子标记对突变体进行早期鉴别。分子标记是以生物的大分子，尤其是生物体的遗传物质——核酸的多态性为基础的遗传标记。二、芽变选种的程序和步骤芽变育种分二级进行。第一级是从生产园（栽培圃）内选出变异优系，包括枝变、单株变异，即初选阶段；第二级是对初选优系的无性繁殖后代进行比较筛选，包括复选和决选。1．初选（1）发掘优良变异根据己定的育种目标，采取座谈访问、群众选报、专业普查等多种形式，将专业选种工作与群众性选种活动结合起来，对初选出的优系要进行编号并作出明显标志，填写记载表格，果树植物的果实应单采单放。同时应选好生态环境相同的对照植株，进行比较分析。（2）分析变异①变异不明显或不稳定的应继续观察，如果枝变范围太小，可通过修剪等使变异部分迅速扩大后再进行分析鉴定；②变异性状十分优良，但不能肯定是否为芽变，可先进入移植（高接）鉴定圃，再根据表现决定下一程序；③肯定是性状十分优良的芽变，但还有些性状尚不够充分了解，可不经移植（高接）鉴定圃和直接进入复选圃；④肯定是性状十分优良的芽变，而且没有相关的劣变，可不经移植（高接）鉴定圃和复选圃，直接作为复选入选品系参加决选；（3）变异体的分离同型化由于芽变往往以嵌合体的形式存在，为使变异体达到同型化和稳定，可采用分离繁殖、短截或多次短截修剪、组织培养等方法。2．复选（1）鉴定圃是用于对变异性状虽十分优良，但仍不能肯定其为芽变的个体，与其原品种类型进行比较。鉴定圃可采用高接或移植的形式。对个体大、进入结果期迟的果树等园艺作物，以采用高接鉴定圃为宜。复选圃是对芽变系进行全面而精确鉴定的场所。将选出的多个芽变系及对照的无性繁殖后代，每系不少于10株，在圃内采用单行小区，每行5株，重复2次。经过连续3年以上（对于果树或观花植物是指进入或开花以后）对比观察比较。根据鉴评结果，将最优秀的品系定为复选入选品系提交上级部门参加决选。（2）复选圃3．决选育种单位对复选合格品系提出复选报告后，由主管部门组织有关人员进行决选评审。决选的品系，应由育种单位提供完整的资料和实物，包括：（1）该品系的育种历史、评价和发展前景的综合报告；（2）该品系在选种圃内连续三年以上生物学与经济性状的完整鉴定数据；（3）该品系在不同生产条件下的试验结果和有关鉴定意见；（4）该品系及对照的新鲜果实，数量不少于25kg或形态照片。经过评审，确认在生产上有前途的品系，可由选种单位予以命名，由组织决选的主管部门作为新品种予以推荐公布。育种单位在发表新品种时，应提供该品种的详细说明书。第三节芽变的保存与利用一．芽变的保存芽变是一种新的作物种质资源，应该注意保存。通常采用的无性繁殖保存方法有：分生，扦插，嫁接，压条，组织培养等。二、芽变的利用根据变异体的性状表现特点，确定其利用价值。①对于确属生产中能直接利用的优良