现在，已经为多种农作物的原生质体培养和融合技术找到了成功的方法，因而植物育种家充满了这样的希望：有性不亲和性物种间的有益性状的转移将会证明是农作物遗传改良的一种实用方法。

植物原生质体培养和融合技术的应用表明传统植物杂交育种中阻碍有性不亲和性物种之间性状转移的困难将会得到解决。通过上述技术，就有可能使野生物种中的基因转移到农作物基因组中去。虽然重组而来的、亲缘关系较远的物种会产生育性降低的非对称杂种，但这些物种却能够起到桥梁连接的作用而把人们需要的基因转移到农作物中去。可见，在其杂种细胞中就产生了融合两亲本所有细胞器的混合，从而为细胞器遗传材料的修饰提供了可能性。总之，就目前情况来看，原生质体融合是获得上述重组的最有希望的方法。

一、原生质体培养的发展简况

从本世纪60年代初期到现在，原生质体技术已经发展到实际应用的阶段。许多物种的原生质体均能够再生成植株，其中包括了那些难于成功的单子叶植物（如水稻和玉米）。茄料包含了用于原生质体研究的最为常用的植物，并由此获得了像烟草属，曼陀罗属和碧冬茄属成功的杂交，而且也促进了茄属和番茄属成功的体细胞牵交。获得成功杂交的植物还有伞形科中的植物，尤其是胡萝卜及其相关种：有芸香科中的橙已成功地同本科中的其它属植物进行了杂交；另外豆亚科中的苜蓿属，车轴草属等饲料作物也已经用来同其相关种进行相应的体细胞杂交实验了。而且，近年来的禾谷类作物原生质体培养进展已经导致了水稻和稗草之间体细胞杂种的产生。由于大多数十字花科植物原生质体都能够很容易地进行培养，因而这一科的植物特别地适合于原生质体培养的研究工作。

二、十字花科植物的原生质体——体细胞融合实验的模式

芸苔属是十字花科中用来进行原生质体分离的最早农作物。这类植物的大多数部分均适合于分离具有全能性的原生质体。在本世纪70年代的中期，关于油菜叶肉原生质体愈伤组织形成和植株再生就有报道。从那时起，分离芸苔属几乎所有植物的原生质体的再生成功的报道已经有许多了。同时，芸苔属植物的原生质体也在最初的原生质体融合实验中得到了应用，这就表明了该属植物原生质体可以用于进行体细胞杂交的可能性。

三、种间体细胞杂种的获得

在1236个融合组合实验中，只有12个组合产生了杂种植株，因而说明利用体细胞杂种来产生油菜的最初设想是存在着某种方式的障碍。但是，关于上述杂种产生的低频率原因却一直未能得到系统的研究。影响上述低频率杂种产生的可能原因是：体细胞不亲和性反应，技术问题，或者是培养条件。但是，通过利用两种植物的几个不同栽培品种的原生质体融合方法，已经相继获得了合成的油菜。其中的几个实验还获得了含有预期染色体数目的育性杂种，这就进一步地肯定了通过体细胞杂交方法可以合成具完全功能的杂种。另外，体细胞杂交还能使双亲本的细胞器基因组在其体细胞杂种内得到再现，由此就避免了有性杂交后所发生的父本细胞器丧失的现象。通过二倍体物种原生质体的融合，就能够一步产生导源多倍体杂种，所以有性杂交后必须的染色体加倍并不需要获得可育性的杂种。而且，通过体细胞杂交可以保持其杂合性，这样有性杂种的染色体加倍就使得单倍体染色体获得了复制并且由此也降低了遗传变导性。

四、属间体细胞杂种

杂交（包括有性的或体细胞的）和回交的混合方法已经用来把有关于农作物种中的优良性状基因转移到农作物中去。对合成物种小黑麦已经进行了40年的育种，对萝卜-芸苔植物的育种也有20年了，但是对于植物育种家来说仍然存在着问题。例如，萝卜-芸苔杂种植物是一个很有前途的饲料作物，但是由于低的种子育性就限制了它的农业价值。与此相反，如油菜，小麦，棉花和玉米这样的杂种是在自然界中自然地发展而来的，因而就可以对它们必要的生理性状进行广泛的筛选。总而言之，利用亲缘关系很远的物种之间杂种的最有前景方法就是把它们作为一种将有价值性状在“外源”种和农作物之间进行转移的桥梁，而不是把它们作为新物种的源泉。

为了进一步地估价是否可以把特殊性状转移到栽培品种中去，研究者们已经开展了几种原生质体融合的研究。例如，在十字花科中，芝麻菜属，当芥属植物均同蔓菁和灯芯草芸苔进行了杂交，并且种间组合均产生了杂种_所有的组合均获得了育性杂种，并且在筛选像抗旱，抗虫害（从芝麻菜属），抗病害（从白芥属）的性状之前，可以利闬它们同其栽培品种进行回交。对该芝麻菜属和芸苔属杂交植物染色体数目的详细研究表明：这些杂种植物的染色体数目变化很大，变化范围可以从较油菜染色体数目略高到预期的60条染色体，而且有些植物染色体还是以上变动范围的倍数。对这些杂种的同工酶分析表明：某些再生植株是缺少遗传物质的部分杂种，并且在某种情况下，却可能是缺乏芝麻菜属植物的整个染色体数的部分杂种。对于其它几种种间体细胞杂种的研究也有相似的结果。

导致染色体数目变异的原因有以下几种情况：

a. 多个体细胞的融合可能会导致较高的染色体数目。当利用聚乙二醇法或电学方法进行大群体的原生质体融合实验时，其每个融合的原生质体数目都是难于控制的。估计在PEG诱导和电诱导的融合实验中，大约有总融合产物的1/3部分是由于在多个两个原生质体间而进行的融合产生的；

b. 不对称的杂种可能是由于从一亲本活动分裂组织分离的原生质体同其它另一融合亲本的静止组织分离的原生质体所进行的融合产生的；

c. 组合于异核体中的双亲核DNA复制速率的差异也能够导致不平衡染色体数在其杂种核内的分布；

d. 上述这种多倍性水平的变异也能够由于离体细胞的培养而产生：即所谓的“体细胞克隆变异”而产生的。

可见，对融合和有关培养方法程序的优化是有助于避免在染色体组成方面导致这些不利变化的。

在芝麻菜属和芸苔属杂交的杂种中，大约60%的植株含有少于预期染色体数目：根据同乙酶分析，其芝麻菜属植物染色体是优先得到消除的。染色体消除现象可能是由于物种间的分类学距离所造成的，该种现象在几种属间杂交的有丝分裂过程中均导致了不正常染色体构型的形成。

由芝麻菜属与芸苔属杂交的体细胞杂种的第二次回交所获得的后代，目前正在瑞典的植物育种公司进行大田试验。由于杂交中所使用的油菜栽培品种含有低量的芥子酸，因而杂种中所含有高浓度的这种酸便能够被用来作为来自芝麻菜属基因的标记（芝麻菜属含高浓度芥子酸）。因而，可以将具高浓度芥子酸含量的植株筛选出来，并且对那些来自于芝麻菜属的，农业上有价值的性状的共转移进行研究。

五、种群间的体细胞杂种

对于育种学家来说，最重要的目的就是通过原生质体融合而把优良性状转移到那些不亲和性的物种中去。在十字花科植物中，研究者们已尝试了这方面的研究。我们已经选择了山芥和穿叶遏蓝菜作为融合油菜的亲本，其原因在于这些物种具有优良的性状（山芥属植物具有抗寒性，遏蓝菜属植物含有一种可以作为润滑剂的神经酸）。与“拟南芥芸苔”杂种不同的是，由分离杂种的原生质体获得的愈伤组织却能够容易地再生成苗。尽管在发根和其幼苗向温室转移方面仍然存在某些问题，但是如果这些愈伤组织能得到离体培养，那么它们就可以容易地生长。

可见，在体细胞杂种中，染色体重排和染色体消除均是正常事件。虽然如此，却与先前的报道相反，这样的杂种虽然带有非对称的遗传组成，却是可以明显地发育为有某种程度可育性的正常植株。因而，可以看出这些杂种能够起到桥梁的作用而把某些野生物种的特殊性状转移到农作物中去。

六、通过胞质杂种来改良细胞质性状

原生质体技术为修饰和改建高等植物细胞器组分提供了有希望的前景。植物细胞器编码着几个具有农业重要意义的性状，如胞质雄性不育（CMS），除草剂抗性，花蜜生产和对真菌毒素的抗性。在大多数具农业重要意义物种的有性杂交中，花粉所介导的细胞器转移通常受到了限制。然而，近来的工作表明：应用选择压力并通过有性杂交的方法获得具有来自雄性父本细胞器转移的植株是可能的。尽管如此，经过原生质体融合后仍然要产生包含有两个融合亲本的所有细胞器的细胞质组合的个体，所以，可以获得由这些细胞器所编码的新的和重新组合的性状。

利用原生质体和亚原生质体的融合方法，可以只需一步便可以获得完整的胞质转移：但是利用有性杂交方法来达到同样的目的至少需要7个世代的回交，，可见，原生质体技术明显地节省了时间和人力。原生质体的融合也同样可以产生包含有双亲胞质细胞器（叶绿体和线粒体）的杂种。但是这样的混合却常常不是永久存在的：由于在有丝分裂过程中的“重排”现象，其再生植株可能含有亲本叶绿体和线粒体两细胞器之一（如，叶绿体来自一亲本，而线粒体来自另一亲本）。叶绿体交换也已经被用来改良含有Ogura细胞质（一种起源于萝卜并导致萝卜和油菜CMS的细胞质）的CMS油菜品系。油菜核及萝卜叶绿体中存在的不亲和性使得该CMS品系缺乏叶绿素，并且生长不良。

七、体细胞杂交应用的前景

在十字花科植物中，已经获得的体细胞杂种说明原生质体融合技术在农作物改良方面具有巨大的应用前景。对涉及细胞器交换和细胞器DNA重排而调控的细胞质性状的修饰已经证明具有重大的实际应用意义。原生质体融合也同样能够加速存在于那些同农作物性不亲和物种中的性状转移。这种融合技术特别地适合于以下情形。即目的基因并未得到鉴定，但是却可以在杂种细胞和（或）再生植株中得到筛选。而且，结合有效的筛选方案和措施，原生质体融合技术可能是目前唯一的、适用的、可将多遗传基因性状转移的方法。

但是，从某些种植物分离的原生质体中进行植株的再生和分化问题仍然存在。尽管近几年来，人们进行了广泛的研究，但是仍然有某些种和某些科植物的原生质体培养是很困难的。近一、二年来，原生质体培养取得了重大的突破性进展，已经可以从小麦、大麦的原生质体再生成了植株。这个结果以及从玉米原生质体再生成可育植株的报道表明了：应用于禾谷类作物中的原生质体方法已取得了重大的突破。原生质体融合技术的出现是对传统植物育种方法的一个很有价值的补充，并且对植物育种学家来说，也是很有希望利用那些存在于不能利用其它方法收集的物种中的遗传物质资源。

［Tibtech，1991年第1期］