遗传操纵与果品植物无籽（少籽）品种选育
摘要：无籽或少籽品种利用，是果品类植物育种的重要目标之一。无籽和少籽品种有不同倍性的多倍体，也有非整倍体、不同倍性的嵌合体以及二倍体。其育种途径包括：通过倍性操作选育四倍体、三倍体、非整倍体以及嵌合体品种；通过人工诱导选育二倍体染色体结构变异型无籽或少籽品种；利用无籽或少籽基因型杂交，选育二倍体无籽和少籽品种；雌雄性不育或自交不亲和单性结实品种选育；远缘杂交和体细胞杂种无籽和少籽种质的获得；生态型单性结实品种的选育等。
关键词：无籽（少籽）；品种；遗传操纵
Genetic Manipulation and Fruit Plants Seedless(Less Seed) Breeding of Varieties
Abstract: Seedless or less seed varieties use, is one of the important goals of fruit plant breeding. Seedless and less seed varieties have different ploidy of the polyploidy, aneuploid, different times sexual chimeras and diploid. The breeding ways including: Through the ploidy operation breeding tetraploid, triploid, aneuploid and chimeric varieties; Through artificial induced breeding diploid chromosome structure anomaly seedless or less seed varieties; Use of seedless or less seed genotype hybridization, breeding diploid seedless and less seed varieties;Female male sterility or self-incompatibility parthenocarpy variety breeding; Distant hybridization and somatic cell hybrids seedless or less seed germplasm acquire; Ecotype parthenocarpy breeding of varieties, etc.
Key words: Seedless (less seed); Varieties; Genetic manipulation
果实无籽和少籽是果品植物育种的重要目标之一。无籽和少籽品种有三倍体、四倍体、非整倍体、不同倍性的嵌合体，同时也有二倍体。通过遗传操作选育无籽（少籽）品种，综合相关资料，大致有如下几个方面。
1 倍性操作与无籽和少籽品种利用
无籽品种在一些物种中多是三倍体类型。通过胚乳培养在苹果、柑橘、枸杞等果树和经济植物中已获得了三倍体，但总体上胚乳培养技术还不很成熟。通过体细胞组织培养和花药（花粉）培养，体-配原生质体融合，异源四倍体和二倍体杂交也可能产生三倍体，但还缺乏更多的报道。目前三倍体育种主要是通过同源四倍体与二倍体杂交，以及二倍体2n配子的利用来进行。
在四倍体与二倍体的杂交中，很多物种都存在合子胚发育不良，难以形成正常种子的问题，因此适时进行胚拯救往往是育种能否成功的重要环节之一。
通过4x×2x，在苹果、梨、葡萄、柑橘等果树植物中都已选得了一些优良的三倍体品种，这些品种大都无籽。三倍体无籽西瓜都是通过4x×2x获得的，而且不用胚拯救培养。
通过二倍体杂交获得三倍体，在苹果、梨、柑橘等果树植物中有较多的报道，这些来自二倍体的三倍体，在自然状态下是未减数2n配子与正常n配子受精的结果。分子标记表明，三倍体苹果品种“乔纳金”和“陆奥”的亲本均为二倍体，提供2n配子的是共同使用的二倍体品种“金冠”。栽培柿绝大多数品种为六倍体，少数品种为2n等于135的九倍体，表现为种内三倍体和伪单性结实特性。利用筛选的甜柿2n花粉给六倍体品种授粉，借助胚拯救选育九倍体新种质，国内外都有报道。
在果品植物中，同源三倍体常表现无籽，但同源三倍体并非都无籽。不同物种，甚至同种不同杂交亲本都可能有不同的表现。例如，美国的珍贵苹果品中1/4是三倍体，但并非都无籽，其中三倍体“新金冠”几乎无籽。在茄子中，通过4x×2x可以获得三倍体，但存在部分可育种子。
非整倍体或混倍体无籽品种报道较少，但并不罕见。例如，无籽葡萄品种“高尾”即为2n=4x-1=75的非整倍体；无籽椪柑品种“桂林良丰”为4x与2x的混倍体（陈立松，1996）；在梨中，一些优良的2-4-4型、6-3-3型、3-6-6型嵌合体品种也已被发现，等等。
同源四倍体稔性大幅度降低，在生产中直接使用四倍体，葡萄中的“巨峰”系列品种最具代表性。近年日本果树栽培（包括葡萄）呈下降趋势，唯“巨峰”系列品种每年以2%～3.5%的速度增长。多倍体无籽（少籽）品种可以通过倍性操作而获得，也可以通过实生苗和芽变筛选而获得。“巨峰”系列品种约有75个，通过芽变选得23个，占30.7%；实生选育12个，占16.0%；不同倍性杂交选得40个，占53.3%（李怀福，2003）。在猕猴桃中，通过实生苗已选得一少籽品系“湘州83802”（武吉生等，1994），一无籽品系“美味无籽一号”（裴昌俊，2002）。在蔬菜作物中，已选得了品质优良、单果种子数约为二倍体1/10的同源四倍体茄子品种“新茄1号”（李树贤等，2002）。
2 染色体结构变异与无籽品种选育
染色体缺失、重复、倒位和易位都可能造成育性的降低，而导致果实无籽或少籽。选育染色体结构变异型无籽和少籽品种，主要通过诱导、复合、易位来进行。
在植物界，有少数物种其全部染色体构成1个大的染色体环。其中最具经典意义的是月见草属Oenothera的几个种群。月见草属月见草亚属的所有成员都具有14条染色体（2n=2x=14），它们全都是自交亲和的，能够自花授粉结实。在结构杂合性程度方面，可以分出3个类型，其中第三类型所有染色体都卷入了互换，在减数分裂时有规律地形成由14条染色体组成的大环，而且是永久结构杂合性（Permanent structural heterozygosity）。这种极端的结构杂合体通常是高度自花授粉的，稔性正常，具有典型的自交纯系的特点。以其两个都成环的宗（Race）互交，F2通常表现为不分离，而且总是在减数分裂时形成14条染色体组成的环，植株结籽也正常。以其和减数分裂中能形成7个二价体的类型杂交，其杂种表现不稔。这就从遗传角度证明了它们的结构杂合性。
全部染色体在减数分裂中形成一个完整的大环，在植物中是少见的，但并不是月见草亚属所独有的。在柳叶菜科、鸭跖草科、桔梗科、芍药科及金丝桃科中也有这种杂合体存在。
物种染色体组所有染色体形成环形结构也可以人为创造。例如，在一粒小麦（T.monococcum,2n=14）中已育成了全部14条染色体构成环的核型；紫露草（Tradescantia paludosa,2n=12）已育成了O12系。
涉及物种染色体组所有染色体的易位复合体的获得，一是通过反复辐射诱变，增加易位次数；二是利用不同易位杂合体进行杂交，将不同对染色体的易位杂合体综合在一起，构成包括更多染色体的大环。反复进行，即有可能获得由染色体组分所有染色体构成的环形易位复合体。易位杂合体部分可育，育性高低取决于涉及染色体对数的多少及易位杂合体的定向类型。易位杂合体自交可获得易位纯合体，易位纯合体可育。在西瓜（2n=2x=22）中，利用以上原理选育二倍体少籽西瓜品种已取得了一定进展（下间实，1968；王鸣等，1988；朝井小太郎等，1993）。但获得包括22条染色体的易位复合体，育成二倍体易位系无籽西瓜品种还有一定距离。
3 无籽（少籽）基因的开发利用
植物的无籽和少籽性状既受制于染色体倍性及染色体结构变异的影响，同时也受特定基因的控制。例如，在葡萄中，鲜食品种无核、大粒、早熟为重要育种目标。在美国，鲜食葡萄80%左右的产量为无核品种。葡萄中存在控制无核性状的基因。但控制葡萄果实无核基因的研究却有不同的报道。较早的研究认为，其无核性状为隐性性状，但不是简单的隐性遗传。Bouguet等（1996）研究认为，其无核性状可能受1个显性调控基因与3个独立的隐性基因共同控制。以有核品种与无核品种杂交，在其后代中有可能分离出无核体；但也有报道，以有核品种与无核品种杂交未能获得无核后代，其认为，只有以具有无核倾向的材料作为母本与能够将无核性状传递给杂种后代的无核系杂交、自交，或杂交、回交；或以无核系×无核系，才能够获得无核杂种后代。目前，无核葡萄品种约120个，60%以上是通过有性杂交育成的。
在柑橘中，二倍体无籽和少籽品种主要是生殖器官败育和自交不亲和引起的。但也有不存在有性生殖障碍，由基因突变而产生的无核品种。例如，纪州蜜柑中的“无核纪州”即这种类型的材料。它是一个单胚品种，雌雄性正常，能正常自花或异花授粉，但受精后胚早期夭亡，被认为是合子致死基因（Zygotic lethal gene）所致。通过有性杂交，可以将这种合子致死基因引入杂种，选育出新的二倍体无核品种。
在茄子中，已鉴定出控制低温感受型单性结实的单显性核基因（Pat）（刘富中，等，2008）。在西瓜中也有二倍体少籽品种存在，其来源：一是基因突变，二是有性杂交。基因控制型二倍体少籽品种的选育有广阔的发展前景。
4 生殖障碍与无籽（少籽）品种选育
物种（品种）在存在生殖障碍—雌雄配子不育或自交不亲和的情况下，如子房具有不经授粉刺激而形成果实的单性结实能力，即可形成无籽果实，这在某些果树植物中比较常见。例如，柑橘中温州蜜柑的无核性状主要是花粉不育单性结实的结果；温州蜜柑和甜橙的杂交种“清见”是由于花药退化，单性结实形成的无核品种，其花药退化性状是可以遗传的；还有一些柑橘类是由于染色体不联会（如香橙）及染色体结构变异（如伏令夏橙是由于染色体相互易位；墨西哥柠檬是由于相当长的染色体倒位等）而造成花粉不育，单性结实形成无核果实；雌配子体败育也会导致单性结实，而产生无核果实。如柑橘中的少籽品种“早生温州蜜柑”的少籽特性是由于胚囊不育率高所致；“脐橙”的无核是由于胚囊不育引起的；葡萄无核品种“白科林斯”“红科林斯”“黑科林斯”等，也是由于胚珠或胚囊不正常所致。由于自交不亲和而导致果实无核的现象在一些植物中也不罕见。例如，柑橘中的“克里曼丁”就是一个有名的自交不亲和型无核果实品种。雌雄配子体发育都正常，也能完成正常双受精，由于合子胚早期夭折，而造成果实无核的现象，称作伪单性结实。这种类型的无核品种最有名的如葡萄品种无核白、无核紫等；一些洋梨和甜樱桃品种；六倍体柿子品种平核无、宫崎无核等也属于这种类型。
果树植物中由生殖障碍所造成的果实无核大部分是可以遗传的，有可能通过有性杂交而进行新的育种；也有的不能遗传或遗传性较弱，这时即可通过无性繁殖保存变异体并形成品种（系）。
能够单性结实形成无籽果实，在西红柿、茄子、黄瓜等果菜类作物中也不罕见。特别是黄瓜，普遍具有相当强的单性结实能力，其雌性系在隔离情况下可以不经授粉而单性结实，形成无籽黄瓜。这种无籽黄瓜其胚囊中无合子胚，但珠被在一段时间内能继续生长，最终形成无种胚而外形较大的白色秕籽。黄瓜的显性雌性型受两对显性基因控制，基因型为MMFF；普通雌雄异花同珠型品种的显性基因型为MMff。已选育出长瓜条纯合两性花系，其显性基因型为mmFF。以两性花系与任何黄瓜品种配制杂交组合，其杂交种都表现全雌性，并且能够自主单性结实形成无籽黄瓜（李树贤等，2006）。
5 异源互作与无籽（少籽）品种选育
远缘杂交常存在杂种不育（或部分不育）等有性生殖障碍。这一特性对无性繁殖的果树植物及某些一年生果品作物有特殊价值，如能正常结果，则有望成为无核（或少核）品种。例如，在猕猴桃中，通过种间杂交，国内外都已选育出一些优良的少籽品种。柑橘类中的柑橘属、金柑属和枳属三者之间容易杂交亲和，通过种属间杂交改良柑橘品种是经常采用的育种手段。在果菜类蔬菜作物西红柿的品种改良中，曾进行过广泛的远缘杂交研究，其主要目标是将亲缘种的抗病虫性、抗逆性及优良的果实品质特性引入普通栽培种。种间杂种常存在不稔或稔性低的问题，这给育种造成了一定困难，但因此也可以选得果实无籽或少籽的品种。河北农业大学利用普通栽培西红柿和其野生亚种中的醋栗西红柿杂交，杂种F1染色体加倍，经多代选择，获得了遗传性基本稳定的四倍体罐藏西红柿品系，坐果率较高，抗病性强，果实品质好，种子少（邹道谦等，1990）。在黄瓜中，陈劲枫等（2001）以普通栽培种与野生黄瓜C.hystrix（2n=24）杂交，经胚拯救、染色体加倍，合成了双二倍体新物种（2n=38）。以其为亲本再和普通栽培种进行杂交育种，选得了耐弱光、果实基本无籽种质。
经原生质体融合而产生的体细胞杂种，由于细胞核基因组和细胞质基因组都能够交流重组，因而常可获得一些有性过程难以获得的优良性状。例如，在柑橘中，就有通过体细胞杂交选育无籽和少籽品种的报道。其技术方案主要包括：①通过原生质体融合直接获得异源四倍体，经选育成为品种。例如，美国佛罗里达大学已获得了两个来自“Succari甜橙+Nova橘柚”与“Succari甜橙+Page橘柚”的异源四倍体体细胞杂种，表现为果实无核、早熟、品质好，有可能直接成为新品种。②利用异源四倍体和二倍体栽培种配制三倍体组合，不仅可以扩大利用种质资源范围，获得三亲三倍体杂种，而且还可以使育种效率大为提高。③通过“配-体杂交”、单倍体与二倍体体细胞杂交或两个二倍体种体细胞杂交，选育异源三倍体无籽品种。三种情况国内外都有报道，国内邓秀新等（1995）利用“平户文旦”（柚）的小孢子四分体原生质体与二倍体“伏令夏甜橙”胚性悬浮细胞系原生质体进行“配-体杂交”，获得了胚状体，13.1%为三倍体。④通过体细胞杂交有可能获得二倍体叶肉亲本类型的无核胞质杂种。在澳洲指橘的线粒体中存在与无核性状相关的基因。以澳洲指橘与叶肉亲本酸橙、粗柠檬进行非对称融合，其染色体组来自叶肉亲本（酸橙和粗柠檬）为二倍体（2n=2x=18），线粒体DNA发生了重组，为细胞质杂种，有可能选得无核株系。另外，刘继红等（1999;2002）还进行了澳洲指橘+椪柑的体细胞杂交，获得了四倍体体细胞杂种。
在西红柿、茄子等果菜类蔬菜作物中，体细胞杂交有较多报道。国外通过栽培种茄子与亲缘关系较近的种S.aethiopicum的原生质体的电融合，获得了2个四倍体体细胞杂种系，果实产量高达每株9kg，是其亲本的3～4倍。国内连勇等（2004）以2个不同亲缘种与栽培种茄子进行体细胞杂交，获得的杂种近一半为异源四倍体。
6 生态型单性结实品种的选育
生态型单性结实，通常是在一定的温度及光照条件下，雄性或雌性不育（或育性很低），结无籽（或少籽）果实；在一定的温度和光照条件下，育性恢复，结有籽果实。在瓜类作物的黄瓜中，茄果类蔬菜作物的西红柿、茄子中，果树植物的苹果中，以及其他一些果品类植物中都有报道。
在黄瓜中，存在不同生态类型的单性结实现象。相对而言，华南型品种较华北型品种单性结实能力较强，欧洲温室栽培品种大多都能单性结实。黄瓜结实对日照长度、光照强度及温度的反应，不同类型品种各有不同。对日照长度的反应，有短日照感受型—在短日照下促进雌花分化，如某些华南型品种；对日照长度不敏感型（即中性型）—其性分化几乎不受日照长度的影响，如某些华北类型的品种；长日照感受型—在12～14h以上长日照促进雌性分化，如日本品种“彼岸节成”，以14h日照为临界，14h以上不受温度影响全都分化为雌性，并单性结实成为无籽果实。对温度的反应，有低温感受型—在低温下分化雌性，高温下丧失这种功能；对温度不敏感型—其雌性型受基因控制，不受温度影响。黄瓜的单性结实性不仅不同生态型和地理宗常有所不同。在同一类型中，例如，在我国广泛栽培的华北型品种中，由于遗传漂移、基因组的相互渗入及人工育种的促进，不同品种的性型及结实特性也有不同的表现。黄瓜的这些丰富的种质资源为黄瓜性型及单性结实育种打下了良好的基础。在所有作物中，黄瓜可能是最适宜在二倍体水平上进行单性结实无籽品种育种的物种之一。
生态型单性结实无籽（少籽）黄瓜品种的选育，根据不同的栽培环境与要求，可以是不同的生态转换类型。例如，夏秋季露地栽培，应选育日照长度不敏感型，目前此类品种还很少。冬春季温室栽培，则应选短日照弱光低温感受型—在短日照弱光、低温下为雌性型或雄性不育型并单性结实，在长日照强光特别是高温下恢复为正常结实。
在西红柿中，也存在单性结实产生无籽果实的现象。其单性结实又分为专性单性结实与兼性单性结实（即生态型单性结实）两种类型。前者不受环境条件变化的影响，多为不同的倍数体及染色体结构变异类型；后者多为二倍体水平上的变异类型，在发生高、低温胁迫时能单性结实，在正常温度条件下育性恢复正常，结有籽果实。西红柿的生态型单性结实的胁迫因子主要是异常温度，短日照和高湿度也有利于单性结实。西红柿的单性结实多受隐性核基因控制，并常与雄性或雌性不育连锁。其单性结实性主要通过远缘杂交而获得，目前国外已育成了以Severianin（苏联）为代表的几个来自远缘杂交的原创生态型单性结实品种，以其为基因（pat-2）源杂交转育了数十个优良的生态型单性结实品种。Severianin为高温感受型品种，在高温下单性结实，温度越高，结果越多，在夜温16℃时产生有籽果实。低温感受型，德国、加拿大、美国、苏联等国家都有品种育成。另外还育成了一些强单性结实（不完全单性结实）品种。国内薛林宝等（1994）报告已选得了低温感受型单性结实西红柿材料。
西红柿在异常温度，特别是低温条件下常造成落花、落果而影响产量，单性结实品种对解决这一问题有现实意义。专性单性结实系用于生产，需解决繁殖种子的问题。兼性（生态型）单性结实系可以在特定生态环境下繁殖种子，既可以选育成常规纯系品种，又可以作为两用系用于杂交种配制。
茄子果实种子较多，影响食用品质；另外，在低温等逆境胁迫下，还常发生落花、落果或果实畸形僵化现象。选育生态型-低温感受型单性结实无籽或少籽品种具有现实意义。目前，国内已选出低温感受型不完全单性结实（果实少籽）和低温感受型单性结实果实无籽种质（成玉富，等，2008；田时炳，等，1999）。中国蔬菜花卉研究所已育成遗传性稳定的低温感受型单性结实系D-10等，该种质在低温（日最低温度7～15℃）下坐果率可达88.9%～100%，果实无籽、无畸形，早熟性好；随着温度的升高，植株上部开的花雄性育性恢复，结正常有籽果实。这种低温感受型单性结实系（D-10）的单性结实性受单显性核基因（Pat）控制，不仅可作为纯系品种使用，而且还可以作为温敏型雄性不育系与非单性结实系配制杂交种，其杂种表现为单性结实（肖蕴华，吴绍岩，1998；刘富中，等，2005；刘富中，等，2008）。