甜瓜多倍体育种研究进展
摘要：从甜瓜（Cucumis melo L.）多倍体的诱变方法和多倍体鉴定方法两方面对甜瓜多倍体的诱变研究进展进行综述，并对今后需要研究的问题进行了展望。
关键词：甜瓜（Cucumis melo L.）；多倍体育种；诱变。
中图分类号：S652；S335.1 文献标识码：A 文章编号：0439—8114（2013）18—4305—03。
甜瓜（Cucumis melo L.）属于葫芦科（Cucubitaceae）甜瓜属（Cucumis）蔓性草本植物，按生态学特征分为厚皮甜瓜和薄皮甜瓜两大类型，为二倍体物种，其染色体数目为2n=24。研究表明，甜瓜的多倍体效应不仅能增强植株的抗性，增加果皮和果肉的厚度，而且通过多倍体的诱导使染色体加倍，植株在生理生化方面产生一系列变化，使其耐贮性、含糖量、可溶性固形物含量以及产量等性状得以改善，是获得优良甜瓜育种材料的有效途径。甜瓜四倍体资源可以作为常规品种直接应用于生产，也可以作为中间材料，培育四倍体或三倍体杂交一代品种，发挥多倍体及杂种一代的优势效应[1—3]。
1.1 物理诱变途径。
物理诱变是通过各种射线、高速离心力、异常温度、机械损伤等使得细胞染色体加倍获得多倍体。物理诱变中最常用的方法是射线辐射。另一种物理诱变方法为航天育种，又称空间诱变育种，是种子在太空飞行过程中受宇宙射线、重离子、微动力及高真空等各种复杂条件诱发遗传变异，再结合大田种植，以选择有价值的突变体，进而培育出优良新品系或品种。
吴明珠等[4]利用Co60 γ射线辐射甜瓜种子，培育出了数个新品种。将皇后甜瓜“92”纯系种子搭载于往返地球的卫星上，经半个月的太空飞行，该批种子当代出现了1.00%的变异短蔓植株，次代的变异率达1.25%。另外，伊鸿平等[5]利用返地式卫星搭载哈密瓜种子“皇后”和“红心脆”，材料“皇后”的后代株型、果皮颜色、含糖量等性状变异较大，从其后代中选育出“97”和“98”两个自交系，并培育出“01—31”、“01—36”2个哈密瓜新品系，其品质风味、坐果整齐度、产量等性状均超过对照。
朱方红等[6]将6个西甜瓜材料搭载于991120神舟号宇宙飞船上进行太空诱变，结果显示西瓜材料在数量性状和质量性状上都发生了变异，但甜瓜材料没有发生变异。
物理诱变方法虽然简单，但诱变结果具有变异不定向，重复性差，诱变效果不理想，难以在育种实践中应用。
1.2 化学活体诱变途径。
甜瓜多倍体诱变常用的化学药剂有秋水仙素[7，8]、氟乐灵[9]、二硝基苯胺等200余种，但当前应用最广、效果较好的是秋水仙素[10，11]。
诱变处理方法有注射法、生长点涂抹法和药液浸种法。采用注射法刺伤生长点，易导致生长点霉烂，诱变效率低。浸种法是直接用秋水仙素溶液浸泡种子，该方法操作容易，但诱变效率偏低。目前最常用的化学活体诱变处理方法是通过生长点涂抹秋水仙素溶液，诱导染色体加倍。
魏育国等[9]用氟乐灵处理刚刚发芽的甜瓜种子，获得了加倍的植株，采用染色体计数法进行诱导率统计，结果显示，稀释400倍的氟乐灵溶液处理露白的甜瓜种子8 h所获得的加倍效果最好，诱导率达到32.2%。张勇等[12]采用剥离茎尖滴苗法研究了秋水仙素对厚皮甜瓜四倍体的诱导，诱导率达到20.0%～54.4%，不同基因型甜瓜材料诱变率差异显著。付金娥等[13]研究了生长点滴液法和干种子浸泡法两种处理方法与不同秋水仙素浓度对薄皮甜瓜同源四倍体的诱导，通过形态学观察结合染色体计数法对诱变植株进行倍性鉴定，结果显示，生长点滴液法较浸种法诱导率高，以0.4%浓度处理的诱变效果最好，诱变率达到6.7%。张文倩等[14]通过涂抹法用秋水仙素对厚皮甜瓜进行诱变，成功获得了四倍体甜瓜材料，并认为子叶期处理效果较1叶1心期好。
秋水仙素为最常用的诱变剂，利用秋水仙素进行细胞染色体加倍具有经济、方便和诱变作用专一性强的特点，但是由于秋水仙素毒性大，因此在具体试验操作过程中药剂浓度不宜过高，处理时间也不要过长。另外，化学活体诱变虽然诱导率相对较高，但出现嵌合体的频率较高，如何解决化学活体诱变中的嵌合问题是需要深入研究的课题。
1.3 离体组织培养诱变途径。
离体组织培养诱变是在甜瓜组织培养时诱导细胞分裂过程中产生的染色体加倍现象，也是产生多倍体的途径之一。
马国斌等[15]以甜瓜未成熟子叶、幼嫩子叶和真叶为外植体离体，培养的再生植株中出现了明显的四倍体变异，变异率分别达到30.0%、16.2%和42.9%，指出再生植株叶片气孔大小和气孔保卫细胞内叶绿体数目可以作为从再生植株中早期鉴别四倍体植株的可靠指标。马国斌等[16]、王双伍等[17]用含较低浓度细胞分裂素和0.1%秋水仙素的液体培养基处理8 d苗龄的茎尖24～48 h，获得了四倍体。贾媛媛等[18]采用未成熟胚子叶为外植体进行组织培养，不同BA激素浓度处理获得了同源四倍体甜瓜，加倍率达到14.3%。也有利用子叶和真叶等离体组织培养诱导细胞分裂染色体加倍的报道[19]。
利用组织培养可以加快多倍体的育种进程，提高多倍体的诱导成功率[20]，有效地避免活体化学诱变途径中高度嵌合的现象，但成熟的多倍体组培苗再生体系的建立还需要进一步研究。
2.1 形态学鉴定法。
多倍体植株的“巨大性”性状，较明显的有花器变大，花粉粒变大，气孔数目减少而单个气孔变大，叶片变厚、变宽等性状。四倍体叶片肥厚、裂片宽大、叶色深绿、茎节缩短；开花期花瓣颜色深黄，花朵变大，花瓣增宽变肥厚、褶皱，花蕊和子房增大，种子增大加厚、横径和种脐部加宽，这些都可以作为判定甜瓜四倍体植株的依据[21—24]。
2.2 细胞学鉴定法。
马国斌等[15]研究认为，再生植株叶片气孔大小和气孔保卫细胞内叶绿体数目可以作为从再生植株中早期鉴别四倍体植株的可靠指标。Sari等[25]和Mccuistion等[26]研究认为，可依据单位面积上的气孔数、保卫细胞的大小及保卫细胞中叶绿体的数目，有效辨别植株倍性。Cohen等[27]研究认为，用气孔长度来判断倍性较其他方法简单易行，不需要昂贵的设备，只需用胶带揭掉表皮，用塑料印膜印记即可。
用流式细胞仪能够迅速测定叶片单个细胞核内DNA含量，依据DNA含量曲线图来推断细胞的倍性。该方法的特点是简便、快捷。待检测样品能够迅速进行检测分析，适合大批量的倍性分析检测[28]。
染色体计数法是进行倍性检测最精确、最基本的手段，使用较多的主要有去壁低渗法和压片法两种。该方法中最常用的材料是根尖，Sari等[29]用根尖压片法对西瓜和甜瓜单倍体诱导再生植株进行染色体计数。然而，当根尖不宜获取时，需要选用其他材料进行染色体计数，如不定芽、叶、卷须等都可以作为染色体鉴定的材料[30—34]。
2.3 杂交鉴定法。
杂交鉴定方法是一种传统的多倍体鉴定方法，也是一种可靠的鉴定方法，只是需要较长的时间才能鉴定出来结果。采用反交法，以常规二倍体植株为父本进行杂交，将待鉴定的诱变植株作母本，然后单瓜留种。种植F1代种子再用二倍体进行回交、授粉，如果F2代的种子为含有种胚的正常种子，表明待鉴定植株是未发生变异的二倍体植株；如果F2代种子为不含种胚的空壳种子，则表明待鉴定的植株为变异了的四倍体植株。与染色体计数法进行对比，结果显示，采用杂交鉴定法对变异株进行倍性判断的准确率达到100%[35]。
3 问题及展望。
经过研究者们几十年的努力，甜瓜多倍体育种虽然取得了一些进展，但还存在很多的问题，如目前多倍体诱变药剂主要是秋水仙素，由于秋水仙素属于有毒物质，对人类和环境都有一定的危害，同时对植物也容易产生毒害作用，所以寻找一种多倍体诱导率高的环保药剂是今后的研究方向。
离体组培诱变多倍体植株的成活率问题。因室内与室外环境条件差异较大，室内环境条件容易调控，而大田栽培受许多因素影响，对组培苗移栽的成活率造成影响，离体诱变成功的植株难以成活的现象普遍存在。
研究认为，四倍体甜瓜种子的育性普遍偏低[36，37]，贾媛媛等[38]对四倍体甜瓜花粉母细胞减数分裂进行了观察研究，认为花粉母细胞减数分裂的异常是同源四倍体甜瓜育性低的细胞学原因。如何从机理上揭示甜瓜多倍体育性偏低，进而采取必要解决措施是今后需要深入研究的课题之一。
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