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海洋藻类遗传

[拼音]:haiyang zaolei yichuan

[外文]: rine algae genetics

指海洋藻类植物的亲代性状传给后代的能力,以及这种能力的变异。

研究简史

德国学者J.哈默林于20世纪30年代,最先开始研究巨型单细胞海藻伞藻属(Acetabularia)的结实体与细胞核的关系。以后,他和其他学者又对它进行了种间细胞核移植等实验,阐明了生物体的形态是由细胞核决定的,并指出细胞核所指导产生的有关信使核糖核酸(mRNA),可以贮存在细胞质里继续发生作用,所以切去细胞核的伞藻,其细胞质仍能继续长出结实体。

对多细胞海藻进行比较系统的遗传研究,是在我国开始的。50年代末,我国科学院海洋研究所和山东海洋学院在青岛联合组织的由方宗熙为领导的海藻遗传研究组,结合海带养殖事业发展的需要,对海带(Laminariajaponica)进行遗传学基础和应用研究。60年代以后,中外学者对多细胞海藻的遗传进行了较为广泛的研究。

数量性状的遗传

我国海藻学者所进行的基础研究首先是对海带数量性状(包括柄长、叶长、叶宽、叶厚和叶含碘量等)进行遗传研究。发现这些性状的变异都呈常态分布,亲本及其后代的相关系数较高;都受微效多基因的控制,也深受环境条件的影响;并从海带叶片长度的方差分析,估计叶长的遗传力约为50%。

育种和杂种优势

在多细胞海藻中进行遗传研究而在生产上发挥作用的,迄今只有我国。我国海藻学者在开始研究海带的变异时,就利用海带自然种群的杂种性,选出个别优良个体,进行连续自交和定向选择,建立了海带的家系。由此选育出“海青一号”、“海青二号”、“海青三号”等品种和一些自交系。随后,海带的育种工作在我国各有关单位相继进行,培育出更多的品种(“860”等),对提高海带的产量和质量(主要是含碘量)起了作用。

60年代初,我国海藻遗传研究者对海带进行了杂种优势的研究,发现自交有害并非普遍现象,而杂种优势只在某些杂交组合中见到。80年代初,他们用在青岛培养出来的一个雌性海带单倍体克隆(即“无性繁殖系)与从日本北海道引进的一个雄性海带单倍体克隆杂交,得到“单杂十号”,表现旺盛的杂种优势:孢子体较大,叶片很长,假根部很发达,含碘量较高。

突变研究

挪威 A.切尔等在 60年代,从易变石莼(Ulva mutabilis)的一个品系中,发现许多突变,引起形态的许多变化。有的突变型藻体呈线状,有的呈簇状或分枝等;一个突变型藻体的两层细胞之间出现了明显的空间,如浒苔(Enteromorpha);一些突变型是早熟的;一个突变型对温度很敏感。这些突变型大都是能育的。因此,研究者认为在石莼目(Ulvales)中仅根据形态性状进行分类是不充分的。在70年代,加拿大J.米尔等在江蓠(Gracilaria)中,发现许多突变型,它们大部分影响到色素,而且大部分突变基因按孟德尔遗传规律遗传,有些突变型表现为细胞质遗传。日本学者在条斑紫菜(Porphyra yezoensis)中,发现色素突变型。我国学者在海带中发现了一个突变型,其叶片粗糙,呈隐性遗传,这在褐藻中是第一次发现的一个质量性状。

组织培养

指多细胞海藻成块组织在特定培养基中的培养。加拿大陈钦明等于70年代后期,从皱波角叉藻(Chondrus crispus)的雌配子体上取下成块组织进行培养,注意到髓部的细胞能发育成完整的个体。日本学者对海带孢子体进行组织培养,发现兼取于海带叶片基部和柄部的组织块才能得到完整的个体。我国学者对海带和裙带菜分别进行组织培养,结果除了藻体的梢部外,其他各部分的组织块都能分别长出完整的个体。

细胞培养

指对多细胞海藻进行单个细胞的培养,包括配子体(单倍体)和孢子体(二倍体)的细胞。日本学者对厚叶翅藻(Alaria crassifolia)的雌雄配子体细胞进行分离培养,发现雌配子体能由孤雌生殖长出孢子体,雄配子体则由无配生殖长出孢子体,而且这些孢子体表现畸形。但他们未对这些孢子体进行长期培养,对这些孢子体的性别也未进行研究。我国学者对海带和裙带菜(Undaria pinnatifida)开展了类似的工作,同样看到孤雌生殖和无配生殖以及畸形的孢子体。但他们注意到有一部分孢子体的形态是正常的,可以移入海里养殖,并进而发现:

(1)孢子体也有性别,由孤雌生殖所长成的孢子体是雌的,能及时成熟,产生出大量孢子。这些孢子都萌发成雌配子体,雌配子体又能由孤雌生殖长出雌性孢子体,完成雌性的生活史。

(2)雌配子体在长成雌性孢子体时,染色体自然加倍,由单倍体(n=22)转化成二倍体(2n=44),这发生在雌性孢子体的幼期。

(3)雄配子体所长成的孢子体虽然在海里也能正常生长,但不能成熟。(见图)以上几点与高等植物(如小麦和水稻)的花粉培养结果很不相同。在高等植物中,由花粉培养所长成的植株(孢子体)仍旧是雌雄同体的,染色体自然加倍的频率很低。海带和裙带菜的上述发现,丰富了遗传学和海藻学的知识。

原生质体的培养

我国学者在70年代末期,还对多细胞海藻,如紫菜(Porphyra)、长石莼(Ulva linza,也称长浒苔Enteromorpha linza)、 海带和裙带菜等进行原生质体的制备和培养。在原生质体的制备中,应用了纤维素酶和从海螺消化道提取的几种酶。原生质体经过培养,能长出细胞壁,形成完整的细胞。这些细胞在适宜的培养基中,都能发育成完整的个体。这项工作的开展有利于养殖技术的改进和细胞杂交的研究,为海藻遗传学的基础研究和实际应用开辟了新途径。

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