赖克武

单倍体育种是高中生物学教材中几种育种方法中的重点，在历年高考中也是常考点，在教学中占有非常重要的地位。单倍体育种的过程可以简单表示为：

正常可育植株→花药离体培养→单倍体（haploid）→幼苗时用秋水仙素处理→具稳定性状的正常植株→从中选出所需性状（即为能稳定遗传的纯合子）。

通过教学发现有以下一些问题容易混淆或理解错误，在此总结如下：

1．如何理解花药离体培养

花药的结构比较复杂，我们可以把它分成花粉囊（其内有花粉粒）和外围的细胞（这里简单叫花粉囊壁细胞）。在花药的发育过程中，花粉粒是由花粉母细胞经过减数分裂生成四个小孢子，最后变化形成，而花粉囊壁细胞是有丝分裂而来，属于植物体细胞。由此可见，在花药中花粉粒细胞内的核遗传物质发生了减半，才是我们需要的材料。花药离体培养的实质是将花药中的花粉粒进行离体培养而不是整个花药。

2．怎样理解单倍体

高中生物教材中明确提出：“体细胞中含本物种配子染色体数目的个体，叫做单倍体。”在这个概念中强调了两点，第一，必须是个体。第二，体细胞染色体数必须与配子染色体数目相同。例如：某物种产生的配子不是个体，不能叫做单倍体。我们可以简单理解为：由配子发育而来的个体就是单倍体，而不管该个体的染色体组数，如六倍体普通小麦，其单倍体就含有三个基本染色体组。

3．单倍体是否都高度不育

单倍体类型：自然条件下-正常单倍体（苔藓植物的配子体、雄蜂等）

人为条件下-通过花药离体培养得到的单倍体植株

对于二倍体（diploid）生物人为所产生的单倍体是高度不育的，而且体型弱小，包括根、茎、叶、花等器官都较小，有时出现白化苗。例如：一个含有十条染色体的单倍体植株（玉米的单倍体），要得到一个具有十条染色体的正常配子的概率将是1／210＝1／1024，这种概率太小，而要这样两个正常雌雄配子受精结合成受精卵的概率就更小，所以几乎是完全不育的。

但是自然条件下产生的正常单倍体往往是可育的。例如雄蜂，通过拟减数分裂（减数分裂省略了减数第一次分裂过程即相当于有丝分裂）形成含有与体细胞染色体数目相同的雄配子，能与蜂王产生的正常雌配子结合形成正常受精卵。

是不是所有的人为培育的单倍体都不育呢？如果将二倍体西瓜用秋水仙素处理，形成四倍体西瓜，再用其花粉进行花药离体培养，这样的单倍体也是高度不育的吗？要回答这个问题需要从染色体思考。四倍体西瓜细胞中含有四个相同的染色体组（同源四倍体），每组同源染色体在减数分裂中的可配对方式有两个二价体；一个一价体，一个三价体；一个四价体三种情况。如果同源四倍体的各个染色体在减数第一次分裂中期都能以四价体或二价体的构型出现，则减数第一次分裂后期同源染色体的分离将基本上是均等的，形成的配子多数是可育的。但是多数物种的同源四倍体都是部分不育或高度不育，主要原因是三价体或单价体的频率较高。因为以二价体或四价体构型最终形成的配子中含有两个完整的染色体组，所以四倍体西瓜通过花药离体培养得到的部分单倍体植株具有一定的可育性。

4．秋水仙素如何作用

秋水仙素既可以诱导植物染色体数目加倍，也可以诱发突变，其原因在于：秋水仙素是百合科植物秋种番红花——秋水（Colchicumautumnale）的种子及器官中提取出来的一种生物碱。它的重要作用是抑制细胞分裂时纺锤体的形成，使染色体不走向两极而被阻止在分裂中期，这样的细胞不能继续分裂而产生染色体数目加倍的核。这样的细胞再进行正常的分裂就可能形成染色体数目加倍的组织或者植株。同时，由于秋水仙素具有麻醉作用（有剧毒），所以对植物的种子、幼芽、花蕾、花粉、嫩枝等可能产生诱发突变的作用。

5．何时选出所需性状的植株

植物的许多性状（如花的颜色，果实的形状等）在幼苗时期是不能判断的，所以应先用秋水仙素处理所有单倍体植株的幼苗，待所需性状表现出来后，再从中选择出具有所需性状的植株，把不需要的性状植株去掉。

6．单倍体育种得到的植株是否一定是纯合子

正常二倍体植株通过单倍体育种得到的植株一般是纯合子。其原因在于二倍体植株产生的单倍体只含有一个染色体组（一组非同源染色体），通过DNA复制形成的姐妹染色单体所携带的遗传信息相同，因此两条姐妹染色单体上的基因也相同（不考虑突变），如果诱导染色体加倍（其本质是由于两条姐妹染色单体分开，形成染色体加倍的细胞）形成的正常植株含两个染色体组，两个染色体组遗传物质相同，不存在等位基因，所以是纯合子。

但多倍体产生的单倍体就不一定是纯合子。以四倍体植株为例，若基因型为Aaaa的植株，四条染色体按二价体配对产生花粉粒，通过花药离体培养得到的单倍体植株基因型应该是Aa和aa两种。再用秋水仙素处理，植物的染色体数目加倍，基因型变成AAaa和aaaa。根据概念（由相同基因的配子结合成的合子发育成的个体，叫做纯合子）可知aaaa才是纯合子，AAaa的植株是杂合子。

7．为什么单倍体育种只需两年

如将基因型为AaBb的种子种下，得到AaBb植株，待开花后取成熟花粉（有四种基因型：AB，Ab，Ab，ab），这是第一年。第二年将所得的花粉通过花药离体培养得到单倍体植株幼苗（基因型仍为：AB，Ab，Ab，ab），再用秋水仙素处理（需要说明的是幼苗一般不能体现出植物的性状，所以此时不能选择出所需性状的植株，只能用秋水仙素处理全部幼苗），待植物长大后，从体现的性状中选出所需性状的个体（例如：AABB双显性性状的植株），把不符合要求的个体去掉，这种所需性状的个体就是纯合子。由于纯合子后代不会发生性状分离，不需要再自交和选种，所以只需要两年。不过在实际育种中往往需要将两个亲本的优良性状组合在一起，常常需要先进行杂交，再进行单倍体育种，所以实际育种年限要结合实际分析，不能一概而论。

通过这些问题我们可以看出，单倍体育种的过程是比较复杂的，教材中仅以二倍体生物（主要是植物）为例介绍了单倍体和单倍体育种。教师应把握这一点，有针对性的开展教学，便于学生理解和掌握。

主要参考文献

1．王亚馥，戴灼华.遗传学.北京：高等教育出版社，1999：424—428

2.时万，徐祥生，沈敏健.植物学.第二版（上）.北京：高等教育出版社，1991：210—214