筛选出单倍体，减少根据形态上差异分选时常有的误差。
（3）遗传标志的应用 许多遗传标志系统可用来早期识别玉米单倍体，能将母本单性生殖的单倍体和杂种后代区分开。也能分辨出起源于父本的雄核发育的单倍体。例如，用具有遗传标志基因紫色性状的玉米原种为父本，给不具紫色的玉米授粉，然后在后代中查找无紫色的幼苗，它不同于显现出紫色的杂种，可能是母本单性生殖产生的单倍体，可进一步用细胞学的方法坚定出真正的单倍体。无紫色的幼苗中可能包括有下述原因形成的二倍体类型：在标志基因上发生突变的突变体或染色体缺失的二倍体杂种；带有一些强有力的、颜色抑制因子的基因的杂种；因染病而抑制了颜色表现型发育的杂种；母本二倍体；和起初为单倍体而随后发生了染色体加倍的一些二倍体（Chase，1952）。
（4）细胞学的鉴定 对于根据形态特征或标志性状初步挑选的诱导当代植物的种子（SG1）或幼苗须经细胞学的鉴定，检查其体细胞染色体数方能最后确定是单倍体还是二倍体。如为单倍体时即须使其染色体数加倍成为纯合的二倍体。如果检查结果是二倍体时，则有可能是未受精的单倍卵细胞在开始分裂时经自体融合（或核内复制）形成的纯合二倍体；但也不能排除其他原因产生的杂合二倍体，尤其是来利用遗传标志基因时更是如此。在此种情况下，若母本是种内杂种FI时，则须观察今后代遗传性状是否一致，然后才能肯定是否来源于母本单性生殖。对于用离体培养花药、未授粉子房成胚珠得到的植株来说，如在培养过程中能及时发现并排除偶然发生的、来自体细胞的愈伤组织，则只需鉴别得到的幼苗是单倍体或是在培养过程中自然加倍的纯台二倍体即可。
在检查单倍体根尖细胞染色体数时，应注意到：由于单倍体植株浪尖细胞具有二倍化的倾向，也就是细胞中染色体组可能自然加倍，因而使根据染色体的计数来鉴别单倍体时有可能引起差错。玉米根尖细胞二倍儿的频率因其单倍体的基因型而异。已知烟草属内的一些种的单倍体植株的根二倍化或成为嵌合体的百分率因物种的不同而异。所以在单倍体烟草的根尖中经常发现二倍体的细胞群；在单倍体番茄的幼根中也曾发现过形成相当多的二倍体细胞。陈英等（1974）在水稻单倍体与二倍体嵌合植株的根尖细胞中发现混倍体现象。关于此种现象片山义勇有较详细的论述。因此必要时可对需鉴别的植株的幼叶或花芽细胞进行染色休的计数，或检查孢原组织细胞或花粉母细胞，以确定其倍数性。 §2.2 单倍体的二倍体化
单倍体植株不能结实，对于不能无性塑殖的植物单倍体来说，欲得到后代必须在其转人有性世代之前使其染色体加倍．即二倍化，方能形成有效的配子，恢复育性，产生纯合二倍体种子。
促使植物染色体加倍的研究使遗传与育种学者认识到，加倍技术必须是高效率的，加倍成功比率高，损伤植株的危险性小，处理时间短，而且在大规模应用时容易掌握。在众多的加倍方法中，较有效而方便的是用秋水仙素接处理正在细胞分裂中的植物分生组织、使新生器官染色体由于有丝分裂受到阻碍而加倍。须要注意的是，因被处理的物种不同，在处理的方法、时间、药剂浓度、环境温度及处理的植株部位和处理后对植株的管理上有所差别。关于这方面的研究报道甚多。一般来说，禾本科具须根系的大麦、小麦等宜用药浸根及分糵节；具直根系的双子叶作物棉花等，则宜处理其顶部生长点，效果较好。 §3. 单倍体的遗传及其利用 §3.1应用的可能性
为了将获得的离体培养诱发的单倍体应用于作物改良和遗传学研究，首先应该了解单倍体的遗传学特征。概括起来是：迅速纯合化和提高选择效率；在植株水平上各种配子类型较充分地显现以及离体培养诱发的单倍体易产生变异体。
（1）迅速纯合化和提高选择效率 单倍性及随后的染色体加倍保证了基因组的纯合性。对很多物种，包括水稻（陈英等，1978），小麦（胡合等，1979）、大麦（KasLa及Reinbergs，
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1980）、烟草（Coffins及Legg，1980）及油菜（Wenzel，1980）的研究表明加倍单倍体表现上的稳定和表型变异相当于近交产生的纯合系。对自花授粉作物，如谷类作物，一个纯合的基因型是成为一个新品系的基础，所生产的每一株单倍体都有成为一个新品种的潜力，而在异花授粉作物中，加倍单倍体更有可能成为同其他品系（自交系）配制单交种或双交种的亲本之一。
对所有作物来说，加倍单倍体优于常规育种程序之处为单倍化及随后的染色体加倍所带来的迅速纯合化，即在一个世代中获得纯合的二倍体，其后代表现整齐一致，没有分离。这可从两个方面提高育种的效率： 1）节省时间，加倍单倍体方法是使杂交育种品系纯合的一种最快的方法。2）提高选择效率，这可能是应用加倍单倍体系统最大的优点。
（2）在植株水平上各种配子类型较充分地显现 花粉植株后代表现出多样性，其中有倾向父本或母本的类型，也有结合双亲性状的中间类型。这是因为杂种的花粉粒是杂合的，因此杂交双亲的不同基因组合表现在每一个花粉粒中。如果用花药培养方法将杂种的花粉诱导成花粉植株，那么花粉植株（H1）就将显示双亲的各种基因型，这一现象正在水稻（陈英等，1978），小麦（胡含等，1979）和烟草（山东烟草研究所和中国科学院植物研究所，1974）等为材料所作的试验得以证明，观察到花粉植株后代的多样性。
用杂合材料的花药进行培养。所获得的花粉植株表现多样性，实质上是说明花粉粒中各种重组类型在植株水平上充分显现。如果采用远缘杂交进行花药培养，对此问题将可得到进一步的说明与明显的证据。
（3）诱导单倍体的变异性 近年来，科学家们很重视诱导单倍体植株的遗传稳定性和变异性，这是因为这一问题与诱导单倍体在遗传学研究与育种工作中的应用有关。下面仍以花药培养所诱导的单倍体为例。
我国科学家多年的试验结果表明在小麦（胡含笑，1978，1979），水稻（陈英等，1978），玉米（谷明光等，1981）和烟草（徐惠君等，1980）未经过选择的花粉植株的群体中观察到：大约90％的双单倍体品系是遗传上一致的。同时约10%的再生植株是变异体。
许多遗传学家和育种学家很重视细胞（组织）培养中的遗传变异性，因为这种变异在作物改良中被视为创造遗传资源的重要来源，是育种工作的重要基础。动物，植物组织的培养细胞在染色体的数目和结构上是不稳定的。这种现象在花粉植株中也观察到。这类变异包括基因突变和染色体变异，并且表现在再生植株的染色体的倍性和结实性等方面。今以小麦为例，一般缺体、单体、三体和四体植株来源于单倍体或是来自不同倍性植株的杂种后代，或是由于物理的或化学因子处理的结果。这一结果是因为减数分裂过程中染色体配对没能成功的缘故。通过花药培养，除了大量的约90％的单倍体和纯合的二倍体外，胡会等曾以品种间杂种为材料获得过五倍体、八倍体等异倍体、以及单体、三体和四体等非整倍体。 §3.2单倍体植物的利用
单倍体植物可以用来解决它的二倍体亲本种的起源、遗传组成等一系列的理论问题，同时可用于植物的育种实践：快速育种；提高选择效率；经过重组（杂交和远缘杂交）和诱变，迅速转移新基因，从而获得新类型或新品种；此外还可利用单倍体产生纯合二倍体代替自交系；产生非整倍体等。
（1）理论研究 应用单倍体材料可以查明其原始亲本种的染色体组的成员。单倍体植物减数分裂的特征，形成二价染色体的可能性及其数目和形状能够说明有无同源染色体和染色体组参与单倍体的组成。假如在减数分裂时发现大量的二价染色体，也就是发生同源染色体的配对，同时单倍体植物表现出高度的可育性，则这些特征就说明有相同的染色体组参加到核的组成成份，因此可以推测；产生此单倍体植物的相应的二倍体类型是起源于多倍体。例如，Thompson（1956）在研究甘蓝单倍体植物的减数分裂时，观察到在一个细胞范围内常常形成1—2个二价染色体以及存在有染色体的次级联合，因而推测：这个物种的染色体组成员
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不是9个染色体二是6个，也就是有3个染色体重复了一次。
（2）选育新品种 为了育种的目的，采用杂种后代，特别是杂种第一代的花药作为材料进行培养，双亲优良的互补性状能够结合在花粉植株中同时纯合的植株能够在一个世代中直接获得 因此与常规杂交育种方法比较，花粉单倍体育种法将缩短育种周期3至4个世代。其他单倍体育种法的效果与花粉单倍体育种法类同。
（3）单倍体在诱变育种上的应用 利用单倍体诱变育种时．突变体的形成可在营养体阶段直接发现和选择，甚至那些不能经过有性阶段的突变体也可能获得。若应用细胞培养技术则在仅能获得和繁殖极少数个体的情况下，按照武部（Takebe）等（1971）提出的方法，也可能用以准备出极多的分离细胞和原生质体；用微生物学和遗传学的方法，这些细胞和原生质体能容易地引起突变并加以选择，然后再获得大量的再生植株（G．Mdlcllers，1972）。利用单倍体为材料，采用上述方法，因为它们只具有配子染色体数，只有单一染色体组，所以可立即鉴定出纯合位点不再被隐蔽住的全部突变，包括显性突变和隐性突变。再使其二倍化，就可得到纯合的二倍体类型。可节省大量时间和劳力。如在试营中的烟草花粉植株幼苗用X射线处理后再移植到土壤上，或将比较成龄的单倍体及其叶扦插经射线处理，然后重新将其培养成再生植株，这样有出大量的突变体。其中一部分植株由于核内有丝分裂巳成二倍体，它们的花色，花瓣和萼片形状，以及其他一些性状均不相同（J．P．NitSSh等，1969）。看来，不仅在单倍体水平上选择的效率高得多，而且在育种实践中可用类似的方法，选择有重大意义的耐热、耐寒、耐盐碱或抗除锈剂、抗病毒素等因素的细胞进行培养。此外培养经过照射的花药，在得到的单倍体中也看到诱变的效果；在180个单倍体中有45个具有明显的突变表现型。重复培养其体细胞组织的片段得到的二倍体植株，全部保持着突变单倍体的表现型。
第四章 多倍体
教学要求：掌握多倍体概念、染色体加倍的方法及应用 §1. 显花植物中的天然多倍体
§1.1属内不同物种的染色体的倍数关系
对一个物种来说，染色体数目是相当稳定的。普通小麦的染色体数是42，栽培水稻是24，玉米是20，谷子是18，等等。如果将一个属内的不同物种的染色体数罗列出来，人们不难发现，它们之间常常存在明显的倍数关系。众所周知的例子是小麦属。小麦属的物种根拥染色体的数目显然可以分成三类，即：14个染色体的一粒系小麦，28个染色体的二粒系小麦，和42个染色体的普通小麦。三个数目都是7的倍数，因之，分别称为二倍体，四倍体和六倍体。二倍体是由相同的两个染色体组组成的，所以一粒系小麦的染色体组公式就以AA来表示。一个染色体组所包含的染色体数目称为基数。基数也常常是很稳定的。 §1.2自然界中的同源和异源多倍体
自然界中同源多倍体是很少的，绝人多数是异源多倍体。所谓同源多倍体就是组成多倍体的染色体组来源于同一个二倍体物种。它们在细胞遗传学上的重要标志是减数分裂时出现二个以上的相同染色体联合在一起的多价体。异源多倍体则是由二个或二个以上不同的染色体组所组成。它们在细胞遗传学上的特点是减数分裂时不出现多价体。但染色体组的分化可以有一系列的过渡类型。因此。在同源和异源多倍体之间也存在着一系列的过渡类型。这一复杂情况就造成命名上的混乱。例如亚种间的多倍体有人称它是同源的。因为染色体组的分化尚未达到形成独立物种的水平；也有人称它是异源的，因为两个染色体组来自不同的亚种。事实上，它们属于过渡类型。
天然发生的多倍体而为人们成功地驯化和利用，结果成为重要的作物，在同源多倍体和异源多倍体中都有一些著名的例子。马铃薯是同源四倍体，甘薯是同源六倍体。 §2.人工多倍体
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染色体数的加倍是人工制造多倍体时所遇到的、关键性技术问题。在人工制造异源多倍体时。还得加上种间或属间杂交的杂交技术问题。现分为染色体数的加倍,同源多倍体，和异源多倍体三部分分述如下。 §2.1染色体加倍
染色体数的加倍可分为自然的和人工的两大类。
自然加倍原来以为是通过体细胞来实现的。例如 19世纪80年代德国的 Rimpau从普通小麦与黑麦的不育杂种植株上和20世纪20年代苏联的Kapneuea。从萝卜与洋白菜的不育植株上都获得可育的种子。一股认为这些都是不育杂种植株上部分体细胞染色体数加倍的结果。
最易发生自然加倍的是愈伤组织细胞。例如从番茄愈伤组织上长出来的不定芽中一般约有6%是四倍体。在花药培养中，常常遇到单倍体的花粉植株自然加倍成为二倍体或四倍体。但这类自然加倍的频率在植物种类中存在着很大的差别。例如水稻的花粉植株中二倍体常常可以达到一半以上，而且偶然也有个别的四倍体植株；但在普通小麦地花粉植株中自然加倍的只有18.5%因此，利用植株上的愈伤组织或组织培养诱导的愈伤组织都有可能促使染色体数的加倍而获得人工多倍体。
温度的剧变也能引起一些细胞的染色体数的加倍。在发现秋水仙素的作用以前，瑞典的植物学家就曾用这种所谓风刺激法使玉米受精后的合子的染色体数加倍以获得多倍体植株、但这种方法由于效率不高，早已不再采用了。
自然界可以通过未减数配子的途径产生各种多倍体。但人们要利用它是困难的。因为未减数配子形成的自然频率是不高的。日前还不知道用什么办法可以有效地提高它。因此，人工加倍染色体数的有效办法还是用药剂。在化学药剂中用得最多的是1937年发现的秋水仙素。这是从原产于地中海一带的秋水仙（植物中提取出来的。纯的秋水仙素是针状结晶体。易溶于水。酒精，并有毒。商品秋水仙素多来自德法英等欧洲国家，一般为淡黄色的粉末。当秋水仙素与正在进行有丝分裂的细胞接触时。纺锤丝就立刻被破坏，染色体的长度收缩。由此所产生的抑制作用使细胞停顿在分裂中期。这就是Levan所描述的，现为大家所熟识的C—有丝分裂，因此，在制片技术上，秋水仙素常被用来缩短有丝分裂的染色体和积累分裂中期的细胞数目。对分裂细胞纺锤丝的破坏就抑制了已经复制的染色体分向两极，从而阻碍了中期以后的细胞分裂进程。当秋水仙素被洗掉，细胞恢复正常分裂功能后。这个受影响的细胞的染色体数就加了一倍。这样，秋水仙素使人工加倍植物细胞的染色体数成为易于掌握的技术。
加倍技术的关键因素是秋水仙素的浓度，处理的植物部位，处理时间的长短，和处理及恢复期的温度。药剂浓度与处理时间之间的关系最为密切。 §2.2同源多倍体
由单一染色体组的数自变化所造成的不同倍性构成同源多倍体系列。从营养生长来说，这个系列中单倍体的生长最差。茎叶较细。花序和花较小。植株也较矮小。二倍体是系列中的标准状态，也是这个染色体组的代表类型。它的营养生长一般要比单倍体好得多。三倍体一般比二倍体还要长得好，是营养生长最好的一个倍性。四倍体的营养生长开始下降，有的植物比二倍体好。有的则不如。倍性再高这个下降趋势会越来越厉害。所以，对营养体的利用来说，三倍体最有希望，四倍体次之。从有性生殖来说，单倍体，三倍体等凡是单数倍性的个体都是不育的。因此，凡是以种子为主要收获对象的植物都不能利用单数的倍性。但以无籽为特殊品质的植物。如某些瓜果来说，则三倍体有特殊的利用价值。例如天然三倍体的香蕉是无籽的。人工培育的三倍体西瓜也是无籽的或种子很少。在自然界中同源多倍体的物种虽然不多：但从育种角度看来。同源多倍体系列对许多二倍体物种是很有利用价值的。 本身已是多倍体的物种，不论是同源的，还是异源的，一般都不宜于再加倍。因为这样
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