黃國文

(湖南科技學(xué)院 生命科學(xué)和化學(xué)工程學(xué)院，湖南 永州 425100)

植物原生質(zhì)體融合技術(shù)的研究進(jìn)展

黃國文

(湖南科技學(xué)院 生命科學(xué)和化學(xué)工程學(xué)院，湖南 永州 425100)

植物原生質(zhì)體融合（protoplast fusion）技術(shù)能夠克服植物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，實現(xiàn)遺傳物質(zhì)重組,創(chuàng)造和培養(yǎng)植物新品種,對多基因控制農(nóng)藝性狀的改良和植物基因互作研究具有重要的意義。本文主要綜述了原生質(zhì)體融合方法、融合機(jī)理和融合方式等的研究進(jìn)展，并且分析了其應(yīng)用和發(fā)展前景。

原生質(zhì)體；融合方法；融合方式；融合機(jī)制；應(yīng)用

原生質(zhì)體是指去掉了細(xì)胞壁后細(xì)胞膜所包圍的裸露細(xì)胞。最早期利用機(jī)械法制備原生質(zhì)體，將植物組織放在高滲糖溶液中浸泡一定時間，細(xì)胞發(fā)生輕微質(zhì)壁分離，原生質(zhì)體收縮成球形；然后用機(jī)械破碎組織，一些完整原生質(zhì)體從傷口處釋放出來[1]，但用這種方法得到的原生質(zhì)體的數(shù)量較少，且受植物種類的限制。1960年英國科學(xué)家Cocking第一次用酶法大量制備原生質(zhì)體[2]。這種方法是把材料放入能降解細(xì)胞壁的混合等滲酶液中保溫一定時間來降解細(xì)胞壁，可以釋放大量有活力的原生質(zhì)體。目前，人們對原生質(zhì)體的制備和培養(yǎng)進(jìn)行了不少研究,而且對原生質(zhì)體的融合也開展了大量的研究。原生質(zhì)體融合在品種改良、基因轉(zhuǎn)化和基因相互作用等生物工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1 原生質(zhì)體融合的目的和意義

兩種異源（種、屬間）原生質(zhì)體，在外力（誘導(dǎo)劑或促融合劑）作用下，兩個或兩個以上的異源原生質(zhì)體相互接觸，從而發(fā)生膜融合、胞質(zhì)融合和核融合并形成體細(xì)胞雜種。通過細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，雜種細(xì)胞可進(jìn)一步發(fā)育成雜種植物體。這個雜種后代有可能兼有兩個親代的一些優(yōu)良性狀。

原生質(zhì)體融合可以克服遠(yuǎn)緣雜交時有性生殖不親和性障礙，擴(kuò)大了遺傳物質(zhì)的重組范圍，創(chuàng)造有性雜交方法無法獲得的新型雜種植物。通過原生質(zhì)體融合可以從一個品種向另外一個品種轉(zhuǎn)移一些有用的基因，例如，疾病抗性基因、固氮基因、抗凍和抗干旱等基因。原生質(zhì)體融合技術(shù)可以將不同有機(jī)體的基因組合到一起創(chuàng)造適合人類需要的新品系，在植物、動物、工業(yè)微生物等領(lǐng)域創(chuàng)造新品種研究和基因互作研究中將會發(fā)揮重要的作用。

2 原生質(zhì)體融合方法及其機(jī)理

廣義上講，原生質(zhì)體融合分為自發(fā)融合和誘導(dǎo)融合兩種。自發(fā)融合是指在分離原生質(zhì)體期間原生質(zhì)體經(jīng)常自發(fā)地合并的現(xiàn)象[3]。在酶處理期間，來自鄰近細(xì)胞的原生質(zhì)體通過胞間連絲融合形成多核細(xì)胞，這種現(xiàn)象也是自發(fā)融合[4]。自發(fā)融合現(xiàn)象對于原生質(zhì)體的分離是不利的。在融合誘導(dǎo)化學(xué)試劑的作用下不同來源的原生質(zhì)體融合稱為誘導(dǎo)融合。正常情況下，分離的原生質(zhì)體彼此并不融合，因為分離的原生質(zhì)體表面攜帶負(fù)電荷（10mV -30mV）圍繞原生質(zhì)膜的外部。原生質(zhì)體的負(fù)電荷主要是由于膜內(nèi)的磷酸基團(tuán)產(chǎn)生的。因此，由于它們有同樣的電荷，在原生質(zhì)體之間有一個強(qiáng)大的相互排斥的趨勢。因此，這種類型的融合需要一種融合誘導(dǎo)化學(xué)物質(zhì)或者外力來減少原生質(zhì)體的負(fù)電性，允許原生質(zhì)體融合[5]。

誘導(dǎo)分離的原生質(zhì)體融合主要有機(jī)械融合法、化學(xué)融合法和電融合法三種方法。

2.1 機(jī)械融合法

分離的原生質(zhì)體在顯微操作儀下產(chǎn)生緊密的物理接觸而融合。

2.2 化學(xué)融合法

已經(jīng)用了幾種化學(xué)物質(zhì)來使原生質(zhì)體融合，如：硝酸鈉、Ca2+、PEG和二甲亞砜（DMSO）等?；瘜W(xué)融合劑引起分離的原生質(zhì)體彼此粘附，導(dǎo)致緊密粘著產(chǎn)生融合[6]?；瘜W(xué)融合是一種非特異性、費用低的、能夠產(chǎn)生大量融合產(chǎn)物的融合方法，但是這種方法缺點是可能對細(xì)胞有毒、非選擇性和融合效率低。

2.2.1 NaNO3融合法

1970年P(guān)OWER等第一次描述了用0.25M NaNO3作為融合劑伴隨離心促進(jìn)玉米與燕麥原生質(zhì)體融合[7]。1972年，美國研究者卡爾森（Carlson）等采用0.25M NaNO3誘導(dǎo)融合了粉蘭煙草和郎氏煙草原生質(zhì)體，培育出世界第一株體細(xì)胞雜種[8]。其方法是首先將分離的原生質(zhì)體通過漂浮在10%蔗糖等滲溶液中清潔，轉(zhuǎn)移這原生質(zhì)體到含有 0.25M NaNO3的10%蔗糖溶液中。其次，在35℃的水浴中溫育混合物。為了提高原生質(zhì)體的融合效率，先將原生質(zhì)體蔗糖溶液低速離心來促進(jìn)融合，接著將沉淀懸浮后溫育在水浴中，這步驟可以重復(fù)多次。然后，將含有融合的原生質(zhì)體融合緩沖液通過用液體培養(yǎng)基稀釋來取代，將原生質(zhì)體溫育到水浴中，這一步驟可以重復(fù)2次以上。最后，將干凈的原生質(zhì)體涂抹在固體培養(yǎng)基平板上，可以在倒立顯微鏡下觀察細(xì)胞融合情況，也可以進(jìn)行培養(yǎng)。

NaNO3誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的機(jī)理是鈉離子能中和原生質(zhì)體表面的負(fù)電荷(-10～-30mV)，使原生質(zhì)體不再相互排斥，凝聚原生質(zhì)體，原生質(zhì)體質(zhì)膜靠近而融合[9]。但是這種方法的融合率低0.1%-4%，產(chǎn)生很少的異核體，并且原生質(zhì)體的吸收能力改變。

2.2.2 高pH-高濃度鈣離子融合法

一般情況下，與鈉離子和鉀離子比較，鈣離子影響細(xì)胞融合的效率是很低的[10]，但是在高pH環(huán)境中高濃度鈣離子會誘發(fā)融合效應(yīng)。這種方法是凱勒（Keller）和梅爾切斯（Melchers）1973年為了融合兩種不同的煙草原生質(zhì)體發(fā)明的[11]，現(xiàn)在普遍使用。其方法是將分離的兩個品系的煙草葉肉原生質(zhì)體，混合在融合誘導(dǎo)緩沖液（0.05M CaCl2，0.4M甘露醇溶液，0.05M甘氨酸-NaOH緩沖液pH 10.5）中，50 g離心30分鐘，在37℃水浴溫育。原生質(zhì)體馬上聚集，在10min內(nèi)發(fā)生融合，融合率可以達(dá)到 10%；水浴中溫育 40-50min后，原生質(zhì)體融合率可以達(dá)到 20-50%。但是這種方法僅僅適合葉肉原生質(zhì)體的融合。這種方法的機(jī)理為，鈣離子中和原生質(zhì)體膜或細(xì)胞膜表明表面電荷，使聚集的原生質(zhì)體的膜緊密接觸，決定質(zhì)膜的穩(wěn)定性和可塑性；高pH能改變質(zhì)膜的表面電荷，有利于細(xì)胞融合。很多種間和種內(nèi)的體細(xì)胞雜種就是使用這種方法產(chǎn)生的。值得注意的是,鈣離子濃度和pH范圍因植物種類不同而異。這種方法的高pH值或許對有些細(xì)胞是有毒的。

2.2.3 葡聚糖、聚乙烯醇（PVP）、合成的磷脂也用作細(xì)胞融合

1975年，Kanega用不同濃度的甘露醇處理煙草原生質(zhì)體獲得了20%以上的融合率；1978年，Nagata用15%聚乙烯醇+0.05mol/l氯化鈣+0.3mol/1甘露醇組成的融合劑，成功地將煙草與大豆、煙草與蘿卜等原生質(zhì)體融合[12]。

2.2.4 PEG融合法

20世紀(jì) 70年代初，華裔科學(xué)家高國楠發(fā)現(xiàn)聚乙二醇(PEG)能促使植物原生質(zhì)體融合[13]。PEG是一種大分子（分子量 1000-6000）的水溶性的多聚化合物。一般地使用28-50%PEG溶液用于細(xì)胞融合。因為PEG液比病毒更易制備和控制、活性穩(wěn)定、使用方便、而且促進(jìn)細(xì)胞融合的能力更強(qiáng)，因此，在化學(xué)藥品融合劑中，PEG作為細(xì)胞融合劑應(yīng)用最為廣泛，可以誘導(dǎo)高頻率的異核體的形成。

一般使用兩種實驗方法完成原生質(zhì)體融合。方法一，取大約0.6ml的PEG融合液(20～45%PEG,moL.wt.1500, 0.1M甘露醇、山梨醇或 蔗糖, 8-10 mmol CaCl2,和0.7mMKH2PO4，pH 5.6)以滴的形式添加到試管中的原生質(zhì)體中。在蓋好試管后，PEG中的原生質(zhì)體在室溫溫育40min。偶爾旋轉(zhuǎn)試管使原生質(zhì)體接觸。在每間隔10 min 后向試管中添加0.5-1ml的原生質(zhì)體培養(yǎng)基來稀釋PEG。離心除去融合液，將原生質(zhì)體沉淀懸浮在培養(yǎng)液中。方法二，取兩種原生質(zhì)體（密度為 1×105個/毫升）混合液（比例為 1:1）0.1-0.5ml，靜置 3～5min。首先加入融合液 A（2-8mM CaCl2，0.5-0.7mM KH2PO4，0.1-0.2mM 甘露醇或山梨醇，25%-30%PEG（wt.6000），pH 5.8）0.1-0.5ml，25℃保持15-20min；然后加入融合液 B（2-8mM CaCl2，0.5-0.7mM KH2PO4，0.1-0.2mM 甘露醇或山梨醇，pH 7.0-10.0）0.1-0.5ml，25℃保持10-20min，完成原生質(zhì)體的融合；再用培養(yǎng)液洗滌（3～4次），離心（100×g）5min，可以用來觀察和培養(yǎng)，這種 2 步融合法在實驗室中廣泛應(yīng)用。有學(xué)者對PEG 介導(dǎo)的原生質(zhì)體融合方法進(jìn)行了改進(jìn)，由原來的2步融合分為3 步，逐漸降低PEG 的濃度，逐步提高溶液中Ca2+的濃度和pH 值，微量化且省略了離心步驟，操作更簡單[14]。

影響PEG融合法的因素有PEG的種類、純度、濃度、處理時間及原生質(zhì)體的生理狀況和密度等。其中，PEG的分子量和濃度在誘導(dǎo)成功的融合中是關(guān)鍵的。分子量小于100的PEG不會產(chǎn)生緊密的粘連，然而分子量為6000的PEG在誘導(dǎo)融合時是非常有效的。但是，較高分子量的PEG會產(chǎn)生太粘的溶液而不容易被操作。低溫(10)℃比常溫( 25)℃下培養(yǎng)的原生質(zhì)體融合的速度增加[15]。近年來一些研究建議在PEG溶液中加入融合促進(jìn)劑(伴刀豆球蛋白、二甲基亞砜、鏈霉蛋白等), 可有效提高原生質(zhì)體的融合頻率。

PEG誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的機(jī)理是，帶有大量負(fù)電荷的PEG與水之間的氫鍵結(jié)合，使溶液中自由水消失，由于高度脫水引起原生質(zhì)體凝集，形成大小程度不同的凝集物，鄰近的原生質(zhì)體之間緊密接觸；PEG帶有大量的負(fù)電荷,能夠結(jié)合Ca2+，與原生質(zhì)體表面的負(fù)電荷連接，形成靜電鍵，促使異源的原生質(zhì)體間的粘著和結(jié)合；此外，PEG分子具有輕微的負(fù)極性，可以與具有正極性基團(tuán)的水分子、蛋白質(zhì)、碳水化合物形成氫鍵，在相鄰的原生質(zhì)體間起到分子橋的作用，使原生質(zhì)體接觸。在原生質(zhì)體細(xì)胞膜與膜緊密接觸的部位，膜內(nèi)蛋白質(zhì)顆粒易位并凝聚。當(dāng)PEG被洗脫的時候出現(xiàn)原生質(zhì)體融合，可能是相鄰的剝?nèi)サ鞍踪|(zhì)的細(xì)胞膜間的類脂質(zhì)與類脂質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生擾動和重排，導(dǎo)致接觸的細(xì)胞膜局部發(fā)生融合，形成很小的細(xì)胞質(zhì)橋，之后它逐漸擴(kuò)大，兩個原生質(zhì)體最終融合[16]。

PEG誘導(dǎo)融合的優(yōu)點是沒有種間、屬間和科間的特異性或者專一性，幾乎可誘導(dǎo)任何原生質(zhì)體間的融合，融合過程不受物種限制，所以這種方法使用廣泛。PEG法的融合頻率可達(dá)10%～15% ,融合實驗成本低，勿需特殊設(shè)備；融合子產(chǎn)生的異核率較高。但是也有缺點，融合過程繁瑣，PEG可能對細(xì)胞有毒性，經(jīng)驗性大。

2.2.5 PEG結(jié)合高pH-高濃度鈣離子融合法

20 世紀(jì)70 年代中期,Kao等建立了聚乙二醇( PEG) —高pH高鈣法[16]。直到20世紀(jì)90年代,所獲得的體細(xì)胞雜種大部分是用這種方法誘導(dǎo)融合產(chǎn)生的，是最有效的融合方法。

這種融合方法的操作步驟是，取原生質(zhì)體懸浮液約1mL(各0.5mL) ,滴入直徑為6 cm的培養(yǎng)皿中間的18 ×18mm2蓋玻片上或直徑為1.5 cm的玻璃離心管中,靜置5min待形成薄層原生質(zhì)體后,加入等量的 PEG液(0.1-0.2M 蔗糖, 0.17mM KH2PO4, 10.0 mM CaCl2?2H2O, 20-40% PEG6000 (W /V),10% DMSO (W /V), pH 5.2-5.8),靜置約15-25 min后加入2-3 ml高 Ca2+高 pH 液(300mM 葡萄糖, 50mM CaCl2?2H2O,50mM 甘氨酸- NaOH緩沖液 pH 10.5),處理10-20min,添加洗滌液離心洗滌3次(700 rpm, 5 min),再用培養(yǎng)液洗滌2～3次，最后，將融合體用培養(yǎng)液懸浮,于原皿中進(jìn)行液體淺層培養(yǎng)或轉(zhuǎn)入小培養(yǎng)皿中進(jìn)行固體平板培養(yǎng)(固液比為11)∶[17,18]。有學(xué)者對這種方法進(jìn)行了改進(jìn),用Ca(NO3)2代替CaCl2，并省略了離心步驟，微量化操作，在草木樨狀黃芪和木本霸王之間誘導(dǎo)融合得到了科間融合細(xì)胞[19]。

其作用機(jī)理是，在高Ca2+和高pH溶液的作用下，將高鈣離子與質(zhì)膜結(jié)合的PEG分子洗脫，將進(jìn)一步加劇電荷平衡失調(diào)并重新分配，使兩種原生質(zhì)體上的正負(fù)電荷連接起來，進(jìn)而形成具有共同質(zhì)膜的融合體，從而提高融合幾率。

雖然多種化學(xué)試劑已經(jīng)被廣泛用于原生質(zhì)體融合，但是它們存在一些缺點。各種植物原生質(zhì)體之間融合過程和融合劑濃度可能存在差異，融合效率是可變的，并且各種融合劑對原生質(zhì)體可能產(chǎn)生毒害作用。所以用物理的電融合法來融合原生質(zhì)體是一種趨勢。

2.3 電融合法

20世紀(jì)80年代齊默曼（Zimmerman）等建立電場誘導(dǎo)細(xì)胞融合技術(shù)。這是一種更具有可重復(fù)性的原生質(zhì)體融合方法[20],是目前最流行的物理誘導(dǎo)融合方法[21]。

電融合法有2個步驟，(1) 將待融合的原生質(zhì)體在低導(dǎo)電率融合液中混合，取約100 μl懸浮在兩極之間，將融合小室接好電極后至于倒置顯微鏡下，施加高頻 (0.5-1.5MH2)、場強(qiáng)為30v-300v/cm 的交流電場，處理時間為20s-1min。 在非均勻交流電場（可變電場）中，原生質(zhì)體的表面電荷發(fā)生極化，原生質(zhì)體偶極化而沿電場線方向泳動, 并相互吸引形成與電場線平行的原生質(zhì)體鏈；(2) 施加一次或多次瞬間(10-100μS)直流高壓電脈沖(1-3Kv / cm)，脈沖寬度為40-60μs，每次間隔 1s，使質(zhì)膜可逆性擊穿，互相接觸的質(zhì)膜瞬間被電擊破后, 又迅速連接閉合, 恢復(fù)成嵌合質(zhì)膜形成融合體[22]。靜置融合小室 20-30min，在倒置顯微鏡下觀察融合過程。在原生質(zhì)體開始融合時, 應(yīng)短時重復(fù)施加交流電場以保持原生質(zhì)體間的緊密結(jié)合狀態(tài), 然后使電場強(qiáng)度慢慢降至零。

電融合法的分子機(jī)制為，通過交流電脈沖，原生質(zhì)體成鏈，兩細(xì)胞膜緊密接觸，且膜表面的蛋白質(zhì)分子分離，產(chǎn)生了無蛋白的類脂區(qū)。在直流電脈沖的誘導(dǎo)下，原生質(zhì)體質(zhì)膜表面的電荷和氧化還原電位發(fā)生改變，膜結(jié)構(gòu)局部擾亂，形成小孔。而相對的脂雙層間分子在范德華力作用下，形成脂分子橋。由于連接處的細(xì)胞膜表面曲率大，處于高張力狀態(tài)，最終導(dǎo)致兩細(xì)胞逐漸融合成一個大的球狀細(xì)胞。影響電融合的效果主要是電壓大小、持續(xù)的時間和原生質(zhì)體的尺寸[23,24]。

與PEG法比較，電融合法有許多優(yōu)點。誘導(dǎo)僅發(fā)生在質(zhì)膜接觸部位，對細(xì)胞毒害作用小，大大提高了融合頻率(60%～80 %)[25]，在燕麥和煙草等原生質(zhì)體產(chǎn)生融合率可達(dá)60% 以上20；融合參數(shù)容易控制，操作簡便,可在顯微鏡下觀察融合的全過程，重復(fù)性強(qiáng)；融合過程在幾分鐘內(nèi)完成，同步性好，活細(xì)胞數(shù)目多；電融合在保持原生質(zhì)體的活力,減少細(xì)胞膜的損害和原生質(zhì)體的畸變和破裂等方面都要好于化學(xué)融合。但是電融合法需要昂貴的電融合儀, 因此目前仍不如化學(xué)法適用普遍[26]。

總之，不管是化學(xué)融合法還是電融合法，原生質(zhì)體之間的融合是由于相互接觸的原生質(zhì)體的膜脂相互作用產(chǎn)生膜脂重排、融合，最后形成了融合的細(xì)胞。在化學(xué)融合法加入Ca2+可以引起質(zhì)膜上的界面動電位還原，中和了膜上的負(fù)電荷，導(dǎo)致膜內(nèi)接觸，誘導(dǎo)膜融合[27]。另外一些解釋認(rèn)為，當(dāng)原生質(zhì)體緊密粘連時，外源的融合劑引起分布在細(xì)胞膜內(nèi)的蛋白和糖蛋白上。這樣增加了膜的流動性并且產(chǎn)生了油脂分子混入的區(qū)域，容許相鄰膜的合并。大分子聚合物 PEG（1000-6000）作為一個連接原生質(zhì)體之間的分子橋起作用，并且增加了流動性。當(dāng)兩個原生質(zhì)體分子距離等于或者小于10 ? 時，原生質(zhì)體發(fā)生融合，表明原生質(zhì)體融合是一個高度創(chuàng)傷性的事件[22]。

在促融合劑作用下原生質(zhì)體的融合過程是，原生質(zhì)體先出現(xiàn)凝集現(xiàn)象，然后部分凝集細(xì)胞之間的膜產(chǎn)生粘連，發(fā)生膜融合形成多核細(xì)胞。在培養(yǎng)過程中多核細(xì)胞又進(jìn)行核的融合而成為單核的雜種細(xì)胞，而那些不能形成單核的融合細(xì)胞在培養(yǎng)過程中逐漸死亡。

3 原生質(zhì)體融合的方式

原生質(zhì)體的融合方式常見的有對稱融合和非對稱融合兩種。通過這兩種融合方式可產(chǎn)生對稱雜種、非對稱雜種和胞質(zhì)雜種3種類型。另外還有一類雜種叫異質(zhì)雜種。同時, 還有配子-體細(xì)胞融合和亞原生質(zhì)體- 原生質(zhì)體融合[28]。

兩個完整的原生質(zhì)體之間的融合是對稱融合，它結(jié)合了兩個參與者的完整基因組。通過原生質(zhì)體對稱融合，已經(jīng)成功地從野生性轉(zhuǎn)移了一些重要抗性到融合植株中[29,30]。原生質(zhì)體的對稱融合中，除了有重要農(nóng)藝性狀的基因以外，有害的基因也轉(zhuǎn)移到了融合植株體內(nèi)。此外，對稱融合得到的多倍體雜種, 實現(xiàn)了不同種間、屬間甚至族間的遺傳重組, 但倍性升高后導(dǎo)致一些經(jīng)濟(jì)性狀的下降, 因而原生質(zhì)體融合得到倍性不增加的二倍體胞質(zhì)雜種是植物細(xì)胞工程領(lǐng)域的研究方向之一[31]。為達(dá)到這個目的，19 世紀(jì)80年代以后,采用非對稱融合方式, 既可以克服育種障礙又不增加雜種倍性。

利用物理或化學(xué)方法使一個親本的核失活，再與另外一個完整的細(xì)胞進(jìn)行融合方式稱為不對稱融合。一般用射線(X射線或γ射線) 、紫外線等照射的核失活原生質(zhì)體作為供體，射線照射打斷了完整的染色體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致核失活，細(xì)胞不能分裂；用代謝抑制劑如碘乙酸( IA) 、碘乙酰胺( IOA) 、羅丹明- 6G( R- 6G) 等處理的原生質(zhì)體作為受體，抑制細(xì)胞的能量代謝，使細(xì)胞質(zhì)失活，細(xì)胞不能生長；當(dāng)供體和受體融合形成融合體發(fā)生互補(bǔ)后才能生長，從而篩選出雜種。該法有可能免除雜種細(xì)胞的篩選過程[32]。例如：用紫外線（UV）照射過的花煙草葉肉原生質(zhì)體與 0.25mM 碘乙酸鈍化后的烤煙品種K326葉肉原生質(zhì)體，經(jīng)PEG法融合、再生植株，獲得的再生植株可能有受體親本全套核基因和供體親本的部分染色體[33]。用軟 X 射線(0.1167 Gy/s)照射過的疣粒野生稻原生質(zhì)體作供體, 2.5 mmol/L碘乙酰胺(IOA)處理15min后水稻栽培品種 02428 的原生質(zhì)體經(jīng)作受體，進(jìn)行不對稱融合，經(jīng)過PEG法得到栽體細(xì)胞雜種，表明疣粒野生稻對水稻白葉枯病的抗性成功地轉(zhuǎn)移到栽培稻中[34]。

不對稱融合有意識地去除（或殺死）某一親本的細(xì)胞核，與另一親本的胞質(zhì)或者完整原生質(zhì)體雜交，得到一個親本細(xì)胞核與另一親本的胞質(zhì)或者兩個親本細(xì)胞質(zhì)的體細(xì)胞雜種稱為胞質(zhì)雜種。胞質(zhì)雜種可以通過三種途徑產(chǎn)生：一個正常的原生質(zhì)體和一個去核的原生質(zhì)體融合；一個正常的原生質(zhì)體和一個核失活的原生質(zhì)體融合；細(xì)胞對稱融合以后某一階段一個親本的核或染色體被排除[31]，但是這種情況具有一定的偶然性。胞質(zhì)雜交可用來轉(zhuǎn)移細(xì)胞質(zhì)基因所決定的遺傳性狀，如胞質(zhì)雄性不育特征，對某些抗生素的抗性，以及一些與光合作用有關(guān)的特性等。不對稱融合只有DNA重組而沒有額外的染色體的作用,避免了胞質(zhì)基因供方的野生性狀進(jìn)入雜種，其遺傳性狀穩(wěn)定,有希望成為直接用于育種的一種有效途徑[35]。

4 展望

植物原生質(zhì)體融合技術(shù)以植物的原生質(zhì)體為材料，通過物理、化學(xué)等因素的誘導(dǎo)，使兩個原生質(zhì)體融合成雜種細(xì)胞，雜種細(xì)胞再生成植株，為植物育種和基因互作研究提供了條件。誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法化學(xué)融合法和物理的電融合法。目前廣泛使用PEG法和電融合法，并發(fā)展出微融合法。電融合法與微培養(yǎng)法相結(jié)合，建立了單對原生質(zhì)體融合技術(shù)程序,解決了融合細(xì)胞的選擇問題，是一種有前途的技術(shù)。目前正在研究用電腦控制進(jìn)行自動化操作，以提高操作效率。在融合煙草原生質(zhì)體時使用激光融合法避免了親本原生質(zhì)體中葉綠體分布的影響[36]，是近年來比較新的一種方法，但是目前聚集微素激光法應(yīng)用很少。

利用細(xì)胞的全能性，融合細(xì)胞可以被誘導(dǎo)再生成植株，可以培育異核體雜種。作物的優(yōu)良性狀往往受多基因控制，基因工程很難實現(xiàn)多基因轉(zhuǎn)移，而原生質(zhì)體融合為一次性多基因性狀的改良提供了途徑,并且為生物遠(yuǎn)緣雜交提供了一條途徑。對稱融合在導(dǎo)入有用基因的同時，也帶入了新的全部不利基因，所以采用不對稱融合來轉(zhuǎn)移特定的性狀是一個研究方向。遺傳物質(zhì)有少量遺傳基因存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，如雄性不育基因、抗除草劑基因就存在于細(xì)胞質(zhì)的葉綠體及線粒體上。利用原生質(zhì)體不對稱融合已成功育出了具有雄性不育特性的油菜、水稻細(xì)胞質(zhì)雜種。隨著不同植物胞質(zhì)體分離技術(shù)的成熟， 胞質(zhì)體-原生質(zhì)體融合形成胞質(zhì)雜種將會在胞質(zhì)基因組改良方面發(fā)揮作用。

目前，通過體細(xì)胞雜交技術(shù)研究，不僅創(chuàng)造了許多融合方法和融合方式，而且對雜種細(xì)胞的篩選以及雜種植株的鑒定和培養(yǎng)進(jìn)行了大量的工作，取得了很大進(jìn)展，但是也存在一定的不足。原生質(zhì)體雜交需要篩選雜種細(xì)胞，雜種細(xì)胞再生能力差，雜種植株性狀較差(不育、生根能力差、生長勢較弱等)是原生質(zhì)體融合技術(shù)中的主要問題。因此，需要研究誘導(dǎo)融合及雜種細(xì)胞的各種生理生化和遺傳機(jī)理。開展各種植物的原生質(zhì)體再生技術(shù)研究。探索外源遺傳物質(zhì)導(dǎo)入原生質(zhì)體的條件及研究其在原生質(zhì)體中的表達(dá)機(jī)制。研究雜種細(xì)胞培養(yǎng)和雜種植株的鑒定。將原生質(zhì)體融合與遺傳轉(zhuǎn)化、常規(guī)雜交等育種方法結(jié)合起來, 更有效地轉(zhuǎn)移優(yōu)良性狀, 創(chuàng)造優(yōu)異種質(zhì)，使這一技術(shù)成為研究植物改良和基因相互作用的一種有效的手段。

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1673-2219（2011）12-0030-05

2011－03－20

黃國文（1965－），湖南郴州人，博士，從事細(xì)胞工程技術(shù)教學(xué)和科研工作。

(責(zé)任編校:何俊華)