多倍体育种polyploid breeding选育细胞中具有二组以上染色体组的优良新品种的方法。在36科70属800余种果树中， 有20科35属400余种是多倍体或有多倍体类型。果树多倍体大都具有果大、抗性强， 少籽或无籽的特点。果树的多倍体育种与农作物相比， 具有以下优点： ❶能利用无性繁殖固定多倍体的优良性状。
❷能利用少籽或无籽的多倍体。奇倍数多倍体大多高度不育， 无籽则恰好是果品的优良经济性状。
❸能利用各种类型的多倍性周缘嵌合体。对于LⅠ、LⅡ、LⅢ组织发生的多倍性嵌合体芽变， 由于LⅡ未变， 实生繁殖就不能保持这种变异性状， 而果树则可通过无性繁殖长期保持利用。
❹可利用高倍次的多倍体。农作物中的多倍体， 一般多为四倍体类型。而果树生产中都有许多高倍次的多倍体类型。例如欧洲李、柿为六倍体种； 经济栽培的草莓都是大果型的八倍体种； 树莓中许多果大质优的栽培类型是六倍体、七倍体、八倍体， 甚至更高倍。
果树多倍体育种的方法有以下几种：❶芽变选种，果树中许多优良多倍体是从芽变中选出， 例如， 大玫瑰香葡萄是玫瑰香的4x芽变，大鸭梨是鸭梨的4x芽变（见芽变选种）。
❷有性杂交， 多倍体可形成正常减数或未减数的配子， 通过多倍体之间或多倍体与二倍体之间的有性杂交可得到各种倍性的多倍体。如三倍体新金冠苹果是用四倍体杜茨与二倍体14-152杂交育成， 四倍体葡萄巨峰系品种大多是用四倍体亲本间杂交育成。用三倍体湖北海棠和四倍体红玉杂交，得到五倍体杂种。普通草莓的秋水仙四倍体与八倍体凤梨草莓杂交得到六倍体； 八倍体智利草莓与普通二倍体草莓杂交，得到过五、六、九倍体；把上述三个杂种， 分别用智利草莓授粉又可得到九、十倍和非整倍体。此外，在二倍体母本自然杂交的种子中选择大粒播种， 也可得到多倍体，其频率大致为0.3%。
❸化学诱变，主要利用秋水仙素诱变， 由于秋水仙素可破坏分裂细胞的纺锤丝，使染色体不能移向两级而加倍。用秋水仙素诱变苹果、梨、桃、葡萄、栗、柑橘、菠萝等都得到了多倍体。
秋水仙素处理浓度为0.01～1%，处理时间由几小时到几天， 可连续或间断反复处理数次。休眠芽或种子要求使用浓度高， 处理时间长； 对已催芽或浸种的材料则浓度要低、时间短。也可处理子房和花粉。处理前， 对不同试验材料的适宜浓度和时间都要进行预试。并要在适宜的温度下进行。处理方法有以下几种：❶浸渍法，浸渍果树种子幼苗或枝。处理部位要遮光，加盖防止蒸发。处理幼苗时， 为避免根系受害， 可将花盆倒置， 把茎端生长点浸入药液中。
❷涂抹法， 秋水仙素乳剂涂抹在芽上或梢端， 隔一段时间再将乳剂洗去。
❸滴液法， 每日在芽或生长点上滴一至数次秋水仙素溶液反复数日， 用小块脱脂棉包住幼芽， 再滴液使棉花湿润为度。
❹套罩法， 保留新梢顶芽， 除去芽下数叶， 套上一个胶囊， 内盛0.60%的琼脂加适量秋水仙素， 经24小时即可去掉胶囊。
❺注射法， 医用注射器将秋水仙素的溶液徐徐注入芽中。
胚乳培养多倍体育种（见胚乳培育种）。
对通过上述各种方法选育的植株， 进行选择和鉴定。首先根据多倍体细胞和器官变大的特征，对气孔，花粉粒、枝叶、花果和种子等初步进行形态鉴定， 再进一步进行染色体计数， 选出染色体加倍的变异， 并注意从部分周缘嵌合体或扇形嵌合体中分离出周缘嵌合体或同质突变体。再从中选择性状优良的植株， 育成多倍体新品种。
多倍体育种polyploid breeding利用人工诱变或自然变异等，通过细胞染色体组加倍获得多倍体育种材料，用以选育作物新品种的技术。在细胞中具有3个或3个以上染色体组的生物体称多倍体。由同一物种所形成的多倍体称为同源多倍体。经不同物种间杂交、加倍后形成的多倍体称为异源多倍体。由于染色体组数目不同，多倍体可分为三倍体、四倍体、五倍体、六倍体、八倍体等。在蔬菜育种中，多倍体育种不仅用于选育丰产、优质新品种，获得无子果实和创造新物种，还可作为克服远缘杂交不育和杂种不稔性的有效手段。
简史 1916年温克勒(H. Winkler)在番茄与龙葵的嫁接试验中发现，在愈伤组织长成的枝条中有番茄的四倍体。自1937年布莱克斯利 (A.F.Blakes-lee)和埃弗里(A.G.Avery)利用秋水仙素诱发曼陀罗四倍体获得成功以后，各国相继展开人工诱发多倍体的试验研究。1947年，木原均、西山市三发表《利用三倍体无子西瓜之研究》，报导了三倍体无子西瓜选育成功。1959年，西贞夫等利用四倍体结球甘蓝和四倍体白菜杂交，成功地育成双二倍体新种——“白蓝”。目前，已有1 000多种植物获得了多倍体。中国于20世纪50年代开始多倍体育种的研究。70年代以来，蔬菜多倍体育种取得许多重要进展，已培育出三倍体、四倍体西瓜，四倍体甜瓜以及萝卜、番茄、茄子、芦笋、辣椒和黄瓜等蔬菜多倍体材料。
诱发多倍体的方法 主要有物理法和化学法两种。物理的方法包括各种射线、异常温度、高速离心力、高温处理等； 化学法是用秋水仙素、水合三氯乙醛、笑气、富民隆等化学药剂处理（见诱变育种）。被广泛采用的主要是秋水仙素，成功率最高，经秋水仙素处理后，正处于有丝分裂的植物细胞，其纺锤体的产生受到抑制，这样染色体虽然进行了分裂，但细胞并未分开，因此，细胞内的染色体数成倍增加。此后，细胞再进行分裂就形成了多倍体。还有，如在配子形成过程中，细胞减数分裂受到秋水仙素抑制后，配子变为二倍性。这种不进行减数分裂的雌雄配子结合后，也产生多倍体。前者是体细胞分生组织染色体加倍的起源方式，而后者则是配子的染色体未减数的起源方式。
用秋水仙素引变多倍体的方法主要有以下几种：❶浸泡法。又可分为种子处理和植物幼小枝条先端及侧芽处理两种。种子浸泡处理是把干种子放进小瓶里或铺有滤纸的培养器中，然后注入0.01～1.0%的秋水仙素水溶液。置于室温或保持一定温度的条件下，经过一定时间后，用水冲净播种； 另外，用刚萌发的种子，经秋水仙素处理效果也很好。幼小枝条先端的处理，是利用幼嫩而易弯曲的枝条，使其先端直接浸泡在药液内。
❷滴下法。在作物幼小的顶芽或腋芽上，用滴管滴0.1～0.4%秋水仙素溶液。每天一至数次，连续滴2～3天。为防止溶液流失，可用药液棉球覆盖在幼芽上使之密接，或直接滴在覆盖在芽的棉球上。此法的优点是不致使芽受药害而死亡，且可随时调整处理的时间，成功率较高。
❸羊毛脂法，用0.1～1.0%的秋水仙素溶液和无水羊毛脂混合的软膏，在幼芽上涂抹。处理时间，因作物种类和秋水仙素浓度不同而异。秋水仙素常用浓度为0.2%。处理时间，短者几分钟，长则10天左右。
鉴定诱变后的蔬菜是否为多倍体，可观察其形态解剖学特性及结实情况。如在苗期调查子叶及叶片是否肥厚，幼芽胚茎是否肥大，在成株时期观察叶片气孔和花粉粒的大小等。凡较对照大者多有可能为多倍体变异，此为间接鉴定。更可靠的是进行染色体直接鉴定，即取植物根尖细胞、嫩叶细胞或花粉母细胞制片，选适当的染色剂，如丙酸—铁—洋红—水合三氯乙醛(PICCH) 等进行染色，用涂抹法或压片法观察诱变材料，确定其染色体的倍数。具体育种方法按一般育种程序进行。
多倍体育种polyploid breeding选育细胞中具有三个以上染色体组的植物优良新品种的方法。多倍体植物由于含有多套染色体组，一般在组织和器官上都表现出明显的巨大性。其植株表现为茎干粗壮、叶片宽厚、表面粗糙、叶色加深、花大色艳、重瓣性加强、种子大而少、生长发育延迟等。由于花器的增大，浓艳瓣多，故一般具有较高的观赏价值。观赏植物的多倍体育种与农作物相比具有以下优点：❶多能利用营养繁殖固定多倍体的优良性状。
❷奇倍数多倍体大多高度不育，可培育无籽观赏植物（如无球悬铃木）。
❸能利用各种类型的多倍体周缘嵌合体。对于L1、L2、L3组织发生的多倍体嵌合体芽变，由于L2未变，实生繁殖就不能保持这种变异性状，而观赏植物则可通过营养繁殖长期保持利用。
❹可利用高倍次的多倍体。农作物中的多倍体一般为四倍体类型。而观赏植物应用中都有许多高倍数的多倍体类型。例如栽培的大丽菊都是大花型的八倍体(2n=8x=64)品种；栽培菊品种多为五倍体、六倍体至接近八倍体或异数多倍体(2n=45～71)。
简史 在育种工作早期，人们通过无意识选择而保留并育成了较多的多倍体。随着育种技术的发展，育种学家开始有目的地选择并人工创造多倍体植物。19世纪末，俄国学者格拉西莫夫(И.И.Герасимов)首次用人工方法获得多倍体。此后，许多生物学家尝试用物理和化学方法进行多倍体的人工诱导。1937年布莱克斯利(A.F.Blakeslee)和埃佛里(A.G.Avery)对曼陀罗(Datura stramonium)等植物进行了成功的试验，发现用适当的秋水仙素溶液处理种子和植物其他部位，可以发生多倍体的组织，并由之可产生多倍体，从此开创了多倍体育种的新时代。至1939年，掀起了应用秋水仙素研究多倍体的热潮。其后，多倍体育种工作迅速发展，人工诱导的多倍体植物日渐增多。1980年，世界各地用实验方法获得的多倍体植物共达1000多种，从而使这一技术在近代遗传育种学中成为一个新的分支——“染色体组工程”。
方法 在观赏植物种类中，约有2/3是多倍体。其形成途径有选择天然芽变，经繁殖后形成多倍体植株。可经杂交形成多倍体，目前可通过胚乳培养形成三倍体。更多的是通过人工诱导方法，然后选育而成。
芽变选种 观赏植物中，许多优良多倍体是从芽变中选出，例如同株凤仙花原为二倍体，但另一芽变枝条为四倍体。
有性杂交 通过多倍体之间或多倍体与二倍体之间的有性杂交，基于形成正常减数或未减数的配子结合，得到各种倍性的多倍体。如三倍体的月季是用四倍体和二倍体杂交育成。此外，有些种类在二倍体间杂交中，由于2n配子的形成，也可得到多倍体，其频率约为0.3%。
人工诱变 人工诱导多倍体的方法有物理方法和化学法两类。物理方法主要有：变温处理、机械创伤(摘心、反复修剪)、电离射线和非电离射线处理等。变温与机械创伤的诱导成功频率很低，而射线在使染色体加倍的同时，又易引起染色体畸变和基因突变，所以用物理方法诱导多倍体不够理想。1937年后，绝大多数人工多倍体是用化学方法诱导的。化学方法诱导多倍体的主要药剂有秋水仙素、萘嵌戊烷(Acenaph-thene)、富民隆等，其中以秋水仙素效果最佳。秋水仙素是从百合科植物秋水仙(Colchicum autumnale)的根茎、种子等器官中提取出来的一种药剂，分子式为C22H25NO6。其粗制品为淡黄色粉末，纯品则呈针状结晶体，有剧毒，易溶于冷水、酒精、氯仿和甲醛中。它的作用主要是抑制细胞分裂时纺锤丝的形成，使已正常分离的染色体不能拉向两极，同时又抑制细胞板的形成，从而造成染色体数目加倍而形成多倍体。萘嵌戊烷和富民隆的作用机理与秋水仙素相同，但使用不如秋水仙素广泛。
人工诱导多倍体时，需考虑以下几方面的问题：❶诱导材料的选择。通常最有希望被诱导成多倍体的有下列材料：染色体倍性较低的植物；染色体数目较少的植物；异花授粉植物；能利用营养器官进行营养繁殖的植物；杂种后代。
❷处理材料的适宜时期。秋水仙素等化学药品只是影响正在分裂的细胞，对处在细胞分裂间期状态的细胞不发生作用。因此，处理的时期宜在植物发育阶段进行，一般以处理种子、幼苗、幼根与茎的生长点，球根与球茎的萌动芽为好。
❸药液浓度与处理持续时间。秋水仙素的有效浓度是0.01%～1%，适宜浓度通常为0.2%～0.5%，可依据不同材料的敏感性选择适当浓度，处理持续时间一般为24～48小时，对敏感的材料可采取药液与水交替间歇的方法。
❹处理时的温度。通常处理时的最适宜温度是植物生长时的最适宜温度，即20℃±2℃。
用秋水仙素诱导多倍体的方法，主要有以下几种：❶浸种法。用种子繁殖的花卉多采用此法。将种子浸入一定浓度药液中(以淹没种子2/3为宜)，置黑暗处，处理24小时，然后用清水冲净，再播种。
❷点滴法。此法多用于处理子叶、幼苗的生长点，一般6～8小时滴一次药液，中间可以加滴蒸馏水，如此反复一至数日。此法可使根系免于药害，也较节省药液。
❸毛细管法。此法多用于大植株上芽的处理，将植株的顶芽、腋芽等用纱布一端包裹，纱布另一端浸在盛有药液的小瓶中，一般处理24～48小时。
❹羊毛脂法。用一定浓度的秋水仙素与羊毛脂混合成膏状，涂于幼苗的生长点上。
❺球根处理。球根类花卉可用浸渍法或注射法处理。也可用肉质鳞片或小珠芽等浸入秋水仙素水溶液中，然后洗净，扦插。此外，还有喷雾法、培养基法和混合处理法，等等。
使用化学药品诱导多倍体时，应注意处理材料的数量宜多些，以便选择有利变异；处理后用清水冲净，避免残留药剂；配制及使用药品时要注意人畜安全。
多倍体的鉴定与后代选育 用秋水仙素处理植株，通常能诱发产生10%～30%的多倍体植株，甚至还可高达50%以上。但在加倍的植株中，有完全加倍和部分加倍形成嵌合体的，须对加倍处理后的植株进行鉴定。鉴定方法有直接鉴定和间接鉴定两种。直接鉴定就是检查花粉母细胞或根尖细胞的染色体数目，看其是否已经加倍。此法最可靠。如处理材料很多，最好先根据多倍体的形态和生理特征进行初步的间接鉴定，淘汰形态上明显的二倍体植株，再对具有多倍体形态特征的植株进行直接鉴定。间接鉴定一般以花粉粒大小、气孔大小、结实率多少以及形态上巨大性等特点来判断，并要用一般二倍体幼苗与之进行对比观察。由于观赏植物多数可进行营养繁殖，人工诱导多倍体植株一旦成功，便可用营养繁殖加以推广、应用；而对于只能用种子繁殖的一二年生草花，要想克服结实率低和后代分离的现象，则必须通过严格的选择，不断地选优去劣，以及人工辅助授粉等措施。多倍体植株在进行有性繁殖时，其母本必须是真正的多倍体，对父本的花粉也必须进行鉴定。对自交不亲和的种类，还必须保留较多的多倍体亲本，否则易失去嫡系后代。此外，多倍体类型需要较多的营养物质和较好的环境条件，栽培时应适当稀植，才能使其性状得到充分发育，并要注意加强培育管理。
应用意义 多倍体植物不仅表现出细胞和组织的巨大性，更重要的是其抗逆性显著增强，因此在自然选择和人工选择中能够被保留下来。观赏植物中一些具有特大花瓣的或重瓣的品种，如樱花、荷花、大丽花、菊花、郁金香、风信子、报春花、金鱼草等花卉的许多大花品种都是多倍体。多倍体育种还是克服远缘杂交当代不孕性和远缘杂种不结实性的重要方法。远缘杂种由于减数分裂时染色体不能正常配对而无法产生种子，一旦加倍成“双二倍体”（即异源四倍体），便可正常配对、分离从而形成种子。应用这种方法，可望获得“永久杂种”。如在英国丘园，有人把多花报春(Primulafloribunda)和轮花报春(P. verticilata)杂交，得到的种间杂种虽然具有若干优良性状，但都是不孕的，而经染色体自然加倍后所形成的丘园报春(P. kewensis)，则可形成正常种子，播种繁殖时其特性相对保持稳定。
通过细胞学研究和染色体分析可解决栽培植物种或品种的起源问题。如欧洲李(P. domestica)(2n=6x=48)是野生樱李(P. cerasifera var. divaricata,2n=2x=16)和黑刺李(P. spinosa,2n=4x=32)的天然杂种多倍体。若用这两个种进行人工杂交，再经染色体加倍，也同样可以产生欧洲李。这是利用多倍体育种技术研究进化起源的良好例证。
将有亲缘关系的野生植物类型的有价值的遗传特性，利用构成异源多倍体方式作为桥梁转移给栽培观赏植物的品种（即向具有完整染色体组的受体增添整套异源染色体组），可借以改进受体的某些缺点。这种改变栽培植物遗传特性的方法，在观赏植物育种上已有成功例证，并具有广阔的前景。 多倍体育种人工诱导植物产生多倍体经培育而成新品种的方法。如用适宜浓度的秋水仙碱或富民隆，处理普通小麦与黑麦远缘杂交种幼苗的分生组织，使其染色体数加倍，育成了异源八倍体小黑麦(AABBDDRR)新类型，已应用于生产。 |