原生质体融合与高等植物胞质基因组的改良 吉林省白城师范专科学校137000)鲍智娟邢秀琴 细胞质中能自我复制的遗传物质称胞质基 二胞质杂种的制备方法 因。现已证明,植物细胞质中的叶绿体和线粒体 为了使得胞质基因组能够重组以产生新类 都含有自己的DNA及整套的转录和翻译系型,首先要获得胞质杂种。已有研究指出,普通 统,能够合成蛋白质。有关胞质基因组传递遗传的双亲原生质体融合,可导致线粒体或叶绿体 信息方面的一些研究表明,大多数高等植物的基因组各种各样的组合,但这些融合体基本上 叶绿体和线粒体基因组,在有性杂交过程中都都是核杂种而不是胞质杂种。为了制备具有特 表现为母性遗传其机制有两种解释:一是认为定亲本核的细胞质杂种,研究者们进行了不懈 雄配子不含有细胞质,因而没有胞质基因;另一的探索,提出了下述一些改进方法 种观点是雄配子含有少量的细胞质,其细胞器 目前最为可行的方法是“供体一受体”式原 在受精前即已解体失去功能两种理论都有自生质体融台技术。该技术最初由 Zelcer、Aviv和 己的实验证据,但迄今为止,高等植物胞质基因 Galun(1972)提出,后经 Sidorov等人(1981)进 的母性遗传机理仍不十分清楚。由于绝大多数行了改进。其原理是基于生理代谢互补。即,利 高等植物胞质基因组在有性杂交过程中表现为用高于致死剂量的电离辐射,如X射线或Y射 母性遗传,因而大大限制了胞质基因组的重组线,处理供体原生质体,使其核解体或完全失 近年发展起来的原生质体融合技术,可得到来活,但其细胞质完整无损再用碘乙酸或碘乙酰 自双亲体细胞胞质基因组的杂种,这就为胞质胺处理受体原生质体,以使其受到暂时抑制而 基因组的重组提供了物质基础本文拟对原生不分裂象这样的双亲原生质体融合后,只有融 质体融合后胞质基因重组的多样性胞质杂种合体能够实现代谢上的补偿,进行持续分裂,形 的制备,以及胞质基因改良在育种中的应用潜成愈伤组织或再生植株。这些融合体本身就是 力等问题予以综述。 各种各样的胞质杂种这种技术的优点是,双亲 一、原生质体融合与胞质基因组重组 不需任何选择标记,适用范围广,可行性强;缺 绝大多数高等植物在有性杂交时,只有核点是用超过L500的剂量辐射供体的原生质 基因组是双亲传递,而细胞质中的线粒体基因体,在杀核的同时,细胞质基因组也会被诱发突 组和叶绿体基因组都是母性遗传。原生质体融变或受到其它损害不过已有的研究指出,这种 合时,核基因组、线粒体基因组和叶绿体基因组可能性不大。该技术的另一缺点是适宜的辐射 三者均可以单亲传递,又可以双亲传递,因而可剂量难以掌握因为植物对辐射的敏感性,在种 以产生许多有性杂交难以产生的核质基因间甚至品种间都会存在很大差异。如果剂量过 组的新组合类型。 Kumar等人根据已有的实验高,会对细胞质产生影响;如果剂量不足,可能 结果结合理论推导:即,假定核基因组、线粒体在转移细胞质的同时,也会转入部分核基因组 基因组和叶绿体基因组能够发生随机的重组的 另一个很有希望的方法就是 Maliga等人 设想、提出,原生质体融合的体细胞杂种可以产(1982)提出的“胞质体一原生质体”融合法。所 生48种类型这48种类型可分为亲型、核杂种谓胞质体是指去核后的原生质体。该方法的优 和胞质杂种三类。所谓胞质杂种(cybrid)指点是避免了电离辐射可能产生的不利影响,缺 具有一个亲本的细胞核和双亲细胞质(全部或点是制备胞质体尚存在一些技术性的困难。最 部分)的植株或愈伤组织对于这些胞质杂种来近 Lesney等人提出了一种能够从悬浮状原生 说,有性杂交是望尘莫及的。 质体制备大量胞质体的方法。 4 生学教学 1997年第5期 01994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved. htp:/.cnki.ner
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制备胞质杂种的其它可能途径包括:根据显差异。因此胞质性状有待于更深入的研究 原生质体形态上的差异(如正常叶肉细胞原生 四、植物胞质基因改良在育种应用中潜力 质体和白化苗原生质体),或通过荧光染料标记 1、利用原生质体融合进行雄性不育性状转 来机械分离融合体然后进行徵培养;利用分别移原生质体融合能够制备胞质杂种。对此,育 由核基因组和质基因组编码的抗药性状,通过种家们首先就会想到雄性不育性状转育的问 双重抗性选择获得胞质杂种;原生质体直接摄题通常,连续回交是转育新的雄性不育系的唯 取外源细胞器(裸露或经脂质体包被);通过显方法。这一般需4~5年时间。若利用原生质 微注射或电激法实现细胞器转移。但所有这些体融合来转移雄性不育性状,则可以在一年内 方法都只能在特定条件下应用。 完成。在一些模式植物(如烟草)上,这一技术已 三、植物的胞质性状 很完善,许多由此转育的不育系已被纳入育种 植物的胞质基因所控制的性状称胞质性程序。实际上,利用“供体一受体”式原生质体融 状。高等植物细胞质中,含有叶绿体和线粒体两合技术来转移雄性不育性状已在许多植物上获 套基因组。目前已基本阐明的由叶绿体基因组得成功,包括烟草属、芸苔属、牵牛、胡罗 编码的性状主要是一些抗药性状。如链雷素抗等。最近在水稻上也获得了成功 性、林肯霉素抗性、阿特拉津抗性、泰婪蛇毒索 2、性不育性状改良利用回交方法只能 ( taipoxin)抗性、胞质白化组分1蛋白大亚转移雄性不育性状,谈不上改良。虽然也有通过 基。在与线粒体括丙组有关的性状中,研究最多人工诱变改变雄性不育性状的一些报道,但这 的就是胞质型性不育。线粒体是雄性不育基些结果随机性太大,不易重复,且会造成其它性 因的载体已被许多试验所证明。许多学者在不状的改变。如前所述,在原生质体融合中,线粒 同植物上研究发现,雄性不育系与其同型保持体DNA能够发生活跃的重组,产生多种多样 系之间,在线粒体DNA内切酶解图谱或其编的新类型,这无疑为改良雄性不育性状,选育新 码的蛋白质上,存在着明显差异。如在玉米上已型雄性不育材料创造了机会迄今,大多数有关 发现T型雄性不育植株的线粒体基因组发生报道都提到所获得的雄性不育植株其线粒体 了多至7次的重组,且主要发生于26 S rRNA DNA发生了重组,但均未涉及雄性不育性状本 基因附近,由此产生一个嵌合基因而导致转录身是否发生了变化 时阅读框架发生了改变,最后翻译出一个特异 3其它胞质性状的转育和改良 Pelltier 的13KD的蛋白质。如果这个嵌合基因发生了等人(1983)将芸苔属的一个雄性不育系与另 缺失或小段插入,则阅读框架恢复正常,于是便个抗阿特拉津除草剂(叶绿体基因组编码)的品 没有13KD蛋白的产生,育性也随之恢复。与上系融合,得到了既雄性不育又抗阿特拉津的植 述研究不尽一致的是 Hakansson等人在烟草实株。目前这个材料也已被应用到育种中。此外, 验中的发现,N· repanda和N· suaveolens细利用原生质体融合创造远缘的细胞质杂种也可 胞质的雄性不育植株,与其同型异质可育株之能获得育种上十分有用的材料。 Pental等 间不存在线粒体DNA结构上的差异。他们认(1986)报告,他们已利用细胞融合技术将烟草 为这两种雄性不育的原因是由于核基因组引起的叶绿体转移到矮牵牛中。 Glemelius等人 的外源线粒体基因组表达上的改变。尽管线粒(1986)则将矮牵牛的叶绿体转移到了烟草中。 体基因组是雄性不育基因载体的观点已被普遍另外,人们早已设想,将C4植物的叶绿体转移 承认,但也有不一致的报道。如李继耕等人到C3植物中,就可能产生巨大意义。原生质体 (1983)研究了多种植物(包括玉米、高粱烟草、融合为此提供了可能性在烟草上,一个新型材 油菜等)的雄性不育植株与其冋型保持系植株料——“配子细胞一一体细胞”杂种,已被 Pirrie 叶绿体DNA的内切酶解图谱,发现也存在明 (下转第31页 1997年第5期 物学散学 01994-2008ChinaAcademicournalElectronicPublishingHouseaLlrightsreservedhttp://vnw.cnki.ner
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读坐标的方法分析曲线的各项指标,包括可直他设施条件,所以只能从这个花盆上动脑筋。可 接读出的指标如曲线峰值、截距、周期和间接得以设想,将花盆倾斜90°放置一段时间,则茎的 出的指标如斜率、曲线下面积等。其实此类题目负向地性生长促使其问上生长,即与盆沿平 考查的主要是学生的数学解图能力,只要能将的方向生长,而与原先的茎干成90°角了,此时 数学知识灵活地应用于生物学就可解答出。如再将花盆摆正,即能得到如题的生长图形。在这 例3,不需任何生物学知识照样能正确解答此 题目的解答中,想象力与创造性思维能力发 题,其答案可直接从坐标图中读出。要正确解答挥着举足轻重的作用。当然,如果在平时参与家 例4,必须了解一个数学概念,即图中的曲线下庭养花或观察花匠的工作,对此题的解答极有 的面积代表某一物种的个体数目。曲线下的面帮助 积越大,表示其个体数越多。同一物种三个年龄 三、结论 段的曲线下的面积之比即代表了其种群不同年 生物图象试题,往往内涵丰富,但难度并不 龄段的个体数比例。掌握了此曲线下面积的含大,考杳的往往是考生在掌握基本郑识的基础 义,此类题目即容易解答。如生育前期与生育期、上,解读图意、比较分析、判断推理等科学素养 两者曲线下面积之比显著大于1,则为增生型;和科学能力。这类试题可能吓退一些对图象理 在1左右,则为稳定型;显著小于1,则为衰运解识读能力差、习惯死记硬背的考生,遇到从未 型。另外,通过直接观察曲线形状或观察曲线斜见过的图象而束手无策但对善于分析判读能 率,亦可解答此类问题,但不如估计曲线下面积力强而又充满信心的考生,则会感到如鱼得水 可靠 游刃有余,可充分体会突破困难后的成功喜悦 例5、设计一个于室外空旷处进行的,在不 在高考中采用生物图象试题,重点考查的 用任何药剂、装置和触及幼苗的情况下,使幼嫩是考生的科学能力和科学潜力,它不仅有利于 植株长成如图示形态的实验方案,并说明其原中学生物教学从应试教育向素质教育的转轨, 理 而且有利于高等院校真正选拔到素质高、能力 强的学生。因此,估计这类考能力的试题在以后 的各级生物考试中所占比例均不会太少,应引 起广大中学生物教师的重视。 (1)实验方案: 上海市第十六届“爱鸟周”宣传大会 (2)设计的原理: 由上海市野生动物保护协会、上海野生动物园、上 [分析]此题是一理论联系实际的实验方案海市少年科技指导站等单位联合举办的“上海市第16 设计题,重点考查学生的想象能力和创造性思届“爱鸟周”宣传大会”“爱鸟周鸟类电视片”“97爱 维能力广大考生一看题目,就知道需要应用植鸟周’宣传大会”、“爱鸟周鸟类电视片”、“97“爱鸟周 物茎的负向背地性原理设计实验方案,理论指 鸟类知识竞赛”系列活动于3月20日正式在上海野生 导有了,但具体的方法有时却很难拿得出来,题 动物园开幕,在宣传大会上,举行了“我与鸟类中、小学 生百米绘画活动”、“野生动物是人类的朋友中、小学生 中要求实验在空旷的室外进行,且不准附加其 摄影活动”,并在上海野生动物园内开展挂置人工鸟巢 掉装计计的的计的活动,本次大会特邀了复旦大学、华东师大、上海师 (上接第5页)(1986)等人创造出来。组分I蛋大的鸟类专家及园林局的有关领导。参加活动的还有 白分析表明,该杂种具有双亲的核基因组(3n)上海三报二台、中小学各报刊杂志及《生物学教学》的 和亲本之一的胞质基因组。这个三倍体材料完记者、参加活动的上海市青少年生物百项活动野生动 全可育,能通过自交保持。这种配子一体细胞杂物保护俱乐部各区县分会代表及其他的中小学生代 种的产生也将在植物育种中具有重要作用 表约2000余人 (张文华) 1997年第5期 生物学教学 01994-2008ChinaAcademicournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://nnw.cnki.ner
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