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彩叶芋（Caladium×hortulanum Birdsey）为天南星科彩叶芋属多年生草本观叶植物,又称花叶芋、五彩芋,原产南美洲热带地区。因其叶色、脉色、条纹、斑块绚丽多彩,观赏期较长,常用于盆栽观赏或苗圃栽培。为改良彩叶芋园艺性状,增加其观赏价值,一般采用优良的商业品种或品系进行种间或种内杂交来培育新品种,创造新的叶形和叶色类型。然而,长期的这种杂交方式导致了彩叶芋育种亲本叶色遗传多样性的丧失。此外,彩叶芋花偏少、花期不固定、花粉及种子寿命短等不利因素极大地影响了彩叶芋有性杂交育种效率。因此,有必要采用新的育种手段来培育彩叶芋新类型。多倍体植物因染色体加倍后,其形态、生理生化特性、适应性等方面发生了巨大改变,可能产生新的园艺性状和观赏特征。目前,观赏植株多倍体育种已取得了巨大进展。彩叶芋作为一种观叶植物,在多倍体育种方面的研究甚少。因此,探讨彩叶芋多倍体的诱导方法并评价其特性,可为彩叶芋属等观叶植物多倍体育种提供研究基础,具有重要的理论及实践意义。本研究以‘Red Flash’彩叶芋叶片的离体培养产物为材料,以氨磺乐灵与秋水仙碱为多倍体诱导剂,比较其不同浓度、不同处理时间对彩叶芋多倍体离体诱导的效果,并进行了形态学和细胞学鉴定,评价了不同叶色变异类型植株的生理生化特征、观赏特性及抗寒性水平,建立了彩叶芋多倍体的离体诱导技术体系及应用性评价体系。主要研究结果如下:1. 彩叶芋倍性诱变方法筛选。以‘Red Flash’彩叶芋无菌苗叶片切块为外植体,研究发现添加2 mg/L TDZ和1 mg/L 6-BA的MS基本培养基可诱导愈伤组织的形成。将这些叶片培养产物转移至不同浓度秋水仙碱（0.1%、0.2%或0.3%,w/v）或氨磺乐灵（0.001%、0.002%或0.003%,w/v）溶液中分别悬浮培养2、4和6 d,处理后的叶片培养产物在添加了1 mg/L 6-BA和1 mg/L NAA的MS固体培养基上培养培养5个月后,再生了大量植株。通过驯化移栽最终获得了总计723株彩叶芋植株,其中206株表现出与野生型彩叶芋明显而稳定的叶形、叶色和/或植株形态方面的形态变异。这些形态变异植株可归类为10个变异类型,即从SVT1到SVT5的5个体细胞无性系变异类型（Somaclonal variation types,SVT）和从T1到T5在内的5个四倍体变异类型（Tetraploid types,T）。2. 彩叶芋多倍体诱导效果鉴定。利用流式细胞术（Flow cytometry,FCM）对206株叶色变异植株初步进行了倍性分析,结果表明其中93株为四倍体。所有秋水仙碱和氨磺乐灵处理均有四倍体植株的再生,较高浓度氨磺乐灵处理较长时间的多倍体诱导率、形态变异率、植株移栽成活数明显高于秋水仙碱处理。其中0.002%的氨磺乐灵处理6 d的多倍体诱导率最高（46.67%）,形态变异率高达77.78%,而所有秋水仙碱处理得到的四倍体植株和形态变异植株数量均较少。3. 彩叶芋变异类型DNA相对含量及染色体数量分析。研究发现不同类变异类型的平均荧光强度（Mean fluorescence intensity,MFI）变化较大,所有变异类型的MFI均较野生型出现了不同程度的增加。其中4个变异类型（SVT1-SVT4）的MFI与野生型相近,SVT5类型的MFI比野生型增加了36.96%。T1、T2、T3、T4和T5的MFI指数分别比野生型增加了94.29%、100.06%、94.20%、88.60%和93.15%。染色体数量分析结果显示大部分变异类型发生了染色体的丢失或增加现象,其中野生型彩叶芋有30条染色体野生型（2n=2x=30）,SVT1、SVT2和SVT3比野生型多了2条染色体（2n=2x+2=32）,SVT4的染色体数目与野生型一致（2n=2x=30）,SVT5（2n=2x+4=34）比野生型多4条染色体,T1、T2和T4变异类型的染色体数目分别为2n=4x=60、64和58,T3和T5植株因长势较弱而没有足够旺盛的根尖用来进行染色体计数分析。4. 彩叶芋变异类型细胞学鉴定。总体而言,相比于二倍体野生型,四倍体和四倍体非整倍彩叶芋植株叶片数较少、叶片更大、叶形更圆、叶片更厚、植株更高、叶茎更粗,而一些二倍体和二倍体非整倍体叶色变异类型,例如SVT1与野生型在所测量的7个形态指标方面差异并不明显。气孔分析结果表明,四倍体彩叶芋的气孔大小与野生型相比没有显著改变,但除T3和STV5外的四倍体和四倍体非整倍体彩叶芋的气孔密度均显著低于野生类型、二倍体变异类型和二倍体非整倍体。5. 叶色变异类型CIELCH色彩空间及色差分析。彩叶芋四倍体在明度、饱和度、色调角等方面均与野生型及二倍体变异类型有明显差异,不论是红色系或者是绿色系彩叶芋,四倍体彩叶芋明度明显降低,饱和度升高。6. 叶色变异类型叶片色素含量及光合作用参数分析。结果表明,彩叶芋的多倍体化导致叶缘和叶中部位的叶绿素含量要比二倍体的含量大,叶缘和叶中部分的花青素含量和类黄酮含量则是二倍体要比四倍体大。光合作用能力分析结果显示,与野生型相比,四倍体植株的的净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度和气孔导度均显著提高。相关性分析结果显示彩叶芋的净光合速率与其叶绿素含量呈正相关,而与类黄酮含量和花青素含量间均呈显著性负相关。7. 倍性材料的抗寒性评价。低温胁迫结果显示,不同低温条件下四倍体T1叶片的超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性和脯氨酸（Pro）含量均高于二倍体野生型和二倍体非整倍体SVT1,相对电导率（REC）和丙二醛（MDA）含量低于野生型彩叶芋和二倍体非整倍体SVT1,表明四倍体T1具有较强的抗寒性。本研究的开展为彩叶芋等观叶植物的多倍体育种奠定了理论及实践基础。所获得的形态变异植株,包括四倍体、二倍体变异类型、二倍体非整倍体和四倍体非整倍体,这些有价值的变异类型在彩叶芋的品种开发、遗传研究和染色体工程等方面具有一定的应用潜力。