全 文 ：试验研究
普通小麦与新疆大赖草杂种幼胚
离体培养技术的研究
陈 孝 张文祥 黄惠宇
(八` 国农业科学院 作物育种栽培研究所 )
摘 要
普通小麦品种 ` I,国春 小 麦 ( C h i n o s 。
s p r i n g ) 及其突变休中国春 p h与新 疆 大 赖
草 ( L e g m u s r a e o m o s u s ( L a m . ) T z v -
e l ) 杂交授粉后 1 2“ x 3 天 的 4 0 0 、 6 0 0 件m
大小 的幼胚来川一步成洁法 ( 幼胚” 幼苗 )
和二步成 l’{ 法 ( 幼胚一愈伤组织叶幼苗 ) 进
行离休培养 。 在 M s华本 J吝养从 + 3~ 7% 旅
糖十 4 0 毫克 /升乳蛋自水解物或 N o r s t o g ’ s
氨基酸组分的培养从中培养的幼胚 , 平均成
苗率为 6 5 . 8 % , 添加 5 % )J个旋糖和 N o r s t o g ’ S氛
从酸组分的培养呈中成苗率最高为 80 % 。 .而
小于 4 0 微米的幼胚仅能在附 加 7 % 蔗 糖 和
N o r s t o g
` s氨基酸组分的培养 _ ):悠中动了发 成
苗 。 将幼胚接种在 M s 十 2 , 4 一 D Z 毫 克 /升 十
天冬素 1 50 毫克 / 升+ 蔗糖 2 %的培养· , 华 中 ,
一诱导形成愈伤组织 , 愈块在人伪 十 I A A I屯克
/ 升 + 6 一 B A I毫克 / 升 + 蔗糖 2% 的培 养从 ,}“
再生出绿苗 。 9个月内中国春 /新疆大赖草 (1’,.
胚成苗 2 3 . 5株 ; 中国春 ( p h ) /新弧大赖 草
为 1 2 . 5株 。
引 言
新疆大赖草 ( L e y m u s r a e o m o s u s ( L -
a m )
,
T z v e l ) ( Z
n = 2 5 )
, 有其 特 异 的
农艺性状 , 表现为穗大 、 抗旱 、 耐痞 、 耐 盐
碱 。 其穗长 15 ~ 30 厘米 , 一般 20 厘米左右 ,
宽 1 . 2厘米 , 平均有 80 0 ~ 9 0 朵小花 , 中 部
茎粗 l ~ 2厘米 , 还具有典型的旱生性叶片结
构 。 如果能把这样 的特点导入到普通小麦中
来 , 其潜在价优是令人想往的 。 大赖草与普
通小麦杂交结实率很低 , 杂种胚乳的早期败
育导致杂种胚停止发育或退化 , 很难获得正
常成热且有生活力的种子 。 继 1 9 7 3年 K r us 。
利用杂种幼胚离体培养技术首次获得普通小
麦与大麦的杂种苗后 , 陈孝等 ( 19 8 3 )于 1 9 7 9
年在我国首次采用相似技术获得了大 、 小麦
杂种植株 。 徐杰等 ( 1 98 3 ) 采用幼胚一愈伤
组织一再生植株的培养途径获得了大 、 小麦
杂种再生植株 。 这些研究为胚胎离体培养技
术 「{几有成效地应川 一 j: 现代 小龙育种实践作了
成功的尝试 。
仲干远 ( 1 9 8 4 ) 报导 , 在 N 。培养 茱 上
培养中国春小麦 /新疆大赖草授 粉 后 1 3 、 17
天的杂利,幼胚 工4个 , 获得幼苗 2株 , 成 苗 率
14
.
3 %
。 刁: 文就小麦与新疆大赖草杂种胚离
休培养的成 苗途径及其相宜 的胚龄大小和培
养墓组成作一探讨 , 期望获得较高的种胚成
苗率及实现一胚多苗 。
材料和方法
供试的普通小麦 品 种 是 中 国 春 小 麦
( C h i
n e s e s p r i n g ) 及其 p h突 变 体 ( C 一
s
.
p h )
, 由中国农科院品资所董玉现 所 民
提供 一了新疆大赖草 。
1 98 7年 6月于试验地配制杂交组 合 , 授
粉后 12 、 1 3天 , 统计结实率 , 收 获 杂 交种
子 , 经次氯酸钠消毒后 , 剥取 种 胚 进 行培
养 , 同时测量种子和胚的大小 。
种胚培养成苗途径有二种设计 : 一步成
苗法和二步成苗法 。 前者是由幼胚直接生长
成苗 ;’ ` 后者是由种胚诱导产生愈伤组织 , 经
多次继代培养后 , 再 由愈块 分 化 出 再生植
株 。
一步成苗的培养基以 M s 为基本培养墓 ,
并添加不 同浓度 的蔗糖 ( 3 0 、 5 。 、 70 克 /升 )
和乳蛋 白水解物 ( 4 0 0毫克 /升 )或 N o r s t o g ` s
氨基酸组分 ( 丙氨酸 。 . 56 , 精氨酸 。 . 0 6 , 半
胧氨酸。 。 17 , 白氨酸 0 . 0 8 , 苯丙氨酸 0 . 06 ,
酪氨酸。」.舫 , 谷氨酞胺 2 . 了笔克 / 升 ) 。 以陈
孝等蛤1蛇 3 ) 使用的大小麦杂 种 胚 培 养基
与林石 J丈M s + 乳蛋白水解物 4 0 毫克 / 升 + 赤
夔酸Q. 5毫克/升 + 13 噪丁酸 0 . 5毫克 /升 + 蔗
搪50 克 /升 ) 为对照 。 接种后 , 幼 胚在 2 2 ~
2 5℃ 、 黑暗条件下培养 , 第 5 、 了天观察萌动
情况 , 第 1 ~ 2 5天在 4 ~ 7 ℃冰 箱 内 低 温处
理 , 第 2 6天统计成苗数 。 诱导愈伤组织的培
养基足 M L D : ( M s + 2 . 4 D 2皂克 /升 , 十天
冬素 15 0毫克 /升 + 蔗糖 2 % ) 。 愈 伤 组织经
1~ 2次继代培养后 ( 把 2 . 4 DI 洋为 1毫 克 /升 、
再附加 N A A o . 5毫克 /升 ) , 再转移 到分 化
培养基 ( M s + I A A I毫克 /升十 6一 B A I毫克 /
升 + 蔗糖 2 % ) , 获得绿苗后 , 分期分 批 转
移到长根培养基 ( M s 十蔗 糖 4 % ) 约 20 天
后 , 便可移栽到大田 。 上述过程 .称之为第一
轮培养 。 剩余的愈块又转 回到 M L D : 培养基
经 2 ~ 3次继代培养后 , 又顺序转移到分化和
表 1 幼胚离体培养对 中国春小麦
及其 p H突变体与新弧大赖草杂种胚
一步成苗的效应
母 本 }授粉小、 }结实 …结毒率…」有胚种 成 苗率 肠}花数 }粒数 子 肠
扣涵春C . 5 …3 2 6 2 ……`::…:. ; …: : a {资`黔h.P }` U 生b … 通 4 。 49 . 5
易失渺示亩数 /有胚种子
长根培养基 , 获得第二轮培养的再生植株 。
至今仍有愈块在进行第三轮培养 。
结 果
以中国春和中国春 p h作母本 , 以新疆大
赖草作父本 , 杂交授粉后 12 ~ 13 天 , 杂交种
子长度可达 0 . 15 厘米左右 , 但种子瘪瘦 , 胚
乳已败育解体 。 仅 38 % ( 以中 国 春 p h为 母
本 ) 和 68 % ( 以中国春为母本 ) 的种子含有
胚 ( 表 l ) , 胚长度一般为哇0 0 、 6 4 0 微 米 ,
个另l]的仪 3 0 多微米 。 其余的种子仪存干瘪 、
黄揭色的种皮 。
1一步成苗 中国春 /新疆大赖草杂种幼
胚在一步成苗培养基上离休生长的表现是多
样的 。 有的能正常生 长、 发芽成苗 ; 有的畸
形生 一民并长出愈组织 , 有的仅膨大而不发芽
或无任何反应 。 由表2 飞一丁以看出 , 不同 的 蔗
糖浓度对幼胚成苗率无明显差异效应 , 变化
的幅度为6 3 . 6 、 6 6 . 7 % 。 但是 , 小 于 4 0 微
米的幼胚在 S 。 、 5 5处理 中不能 生 一长 , 仅能
在添加 70 克 /升蔗糖的培养基中发 芽 成苗 。
M
s基本培养基中附加 N o r s t o g 产 s 氨 韭酸组
分比用乳蛋白水解物利于幼胚成苗 , 成苗率
由 6 0 %上升到 72 . 2 % 。 值得注意的是那些小
于 4 0 0微米 的幼胚只能在附 加 N o r s ot g / s 氨
基酸组分的培养基中正常生长 。
倘若把蔗糖浓度和有机氮化物种类综合
起来考虑 , 得到的结果如图 l 所 示 , S S A 培
养基对幼胚生长成 一苗最有利 , 成 苗 率 、丁达
8 0 %
。
中国春 p h是中国春小麦 S B染 色体 上发
生 p h 隐性基因突变的材料 , 其长 相 与 中国
春小麦相同 , 但长势相对较弱 , 与新疆大赖
草的可交配性不如中困春小麦 , 从表 1 所 示
的杂交结实率 , 杂交种子 含胚率 , 幼胚离休
培养成苗率的比较中可以明显地石出中国春
p 五作母术不如中国春小麦作母木 。 但 是 p h
隐性突变丛因有助于异源染色体的配对 , 所
以此材料仍受到小麦远缘杂交 工 作者 的 偏
爱 。
表之 中国春 /新扭大琅草未成然胚在不向培养基上的禽体生长
处理代号 培养基 接种胚数 {未生成 }膨大不发芽 畸形和生长愈伤组织
正常生长和发芽 成苗率呱
S3
S 6
S,
M s + 蔗 糖 克 /升
3 0
5 O
70
:;
1 0
8
7
6 6
。
7
6 6
.
7
6 3
。
6
5 A
S L
S ` L G
( C K )
M s + N o r s t o g s
氨基酸组分
M s + 乳蛋 白水解物
4 0 毫克 /升
M
: + L H 4 0 0 m g / 1
+ G A a o
.
s m g / 1
+ I B A o
.
s m g / l
·
N
o sr lo g ,s 氨 基酸组分包括 (毫克 / 升 ) ; 丙氨酸 。 . 5 6 , 精氨酸 。 . 6Q , 半胧氨酸 。 . 1 7 , 白氨酸。 . 08 , 苯丙氨酸 0 . 06 ,
酪氨酸 0 . 06 , 谷氨酞胺 2 . 了。
讨碑
6 0
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图 2 中国春小 麦 ( 左 ) 、 新 疆 大赖草 (右 )
图 1 培养基组分和幼胚成苗率%
2
. 二步成苗法 中国春小麦 /新疆大赖草
与中国春 p h /新疆大赖草杂交授粉后 1 2 天的
幼胚接种在诱导培养基上 , 10 、 14 天后长 出
愈份组织 , 愈块经 l ~ 2次继代培养后 , 又在
分化培养基上再生出绿苗 , 绿苗经壮苗培养
后移栽大 田 。 当年 9月 1 0「! , 10 月· 27 日 , 1 1月 5
「I分另l]移栽出第一轮再生植株 4 8和 8株 。 余
下的愈块又反回到诱导培养基 , 进行第 、 一二轮
诱导 , 继代分化和壮苗培养 , 于次年 3月 1 日
又分别获得 7株绿苗 , 8瓶愈块和 17 株绿苗 ,
及其F : ( 中 ) 的穗型
7瓶愈块 。 这些愈块仍在进行第三轮 培 养 。
至今 ! 一卜国春小麦/新疆大赖草共获得47 株苗 ,
平均单胚成苗 2 3 . 5株 。 中国春 p h /新疆大 赖
草获得 2 5株苗 , 平均单胚成苗 12 . 5株 。
讨 论
1
.
R a g h a v a n ( 19 7 6 ) 曾讨论了高渗透
压浓度对未成热胚培养的作用 , 认为幼胚是
经常浸泡在高渗透压无定形的液体胚乳中 ,
所 以离体培养幼胚时 , 有益的渗透压浓度 ,
除了刘从高渗透性环境中分离的胚 , 能阻止
可能的渗透压冲击外 , 通常还能把细胞从延
长状态转变成分裂状态 , 发挥显著的生长促
进作用 。 他还列举 T R i e t s e m a ( 1 9 5 3 ) 的
不同大小的曼陀 罗胚生长所需的最低蔗糖浓
度的试验材料 , 说明越幼小的胚需要逐渐高
的蔗糖浓度 , 并阐述了蒸糖在培养基中除作 ·
为一种碳源外 , 还作为一种渗透压 的作用被
表现 。 本试验的结果是 , 40 0、 60 0微米大小
的中国春小麦及中国春 p h 与新 疆 大 赖草的
杂 种胚离体培养而蔗糖浓度可变化在 3。~
了Q克 /升之间 , 而那些小于 4 0 微米的幼胚则
在 7。克/升的蔗糖浓度的培养基中才能 生 长
萌发 , 这与上述 R a g h a v a n 的观 点 是 一 致
的 .
倘若从增加有机氮的营养角度考虑 , 本
试验中 , 添加 4 0 毫克 /升的乳蛋白水解物对
幼胚一步成苗培养的作用不如 添加 N o r s ot -
9 2 5氨基酸组分明显 , 小于 4 0 微米的幼胚只
能在附加后者的培养基 中生 长成苗 。 并且 ,
在培养基中添加 4 0 毫克 /升的乳.蛋白水解物
后 , 随着蔗糖浓度的提高 , 成苗率下降 。 这
启示我们去认识乳蛋白水解物的另一方面的
生长促进作用一即提供渗透压的条件 。 由于
乳蛋自水解物与蔗糖在提供渗透压 条件中有
着相似的作用 , 所 以当培养基中 添 加 4 0 毫
克 /升乳蛋自水解物后 , 蔗糖浓度要 相应 下
降 , 以保证杂种幼胚生长的最 适 渗 透 压条
件 , 按照什么样的比例增减 , 仍待进一步设
计研究 。
2
.
A h l。 。 w a 一i a ( x o 7 s ) 诱导出二倍体
黑 麦 草 ( L o l i u m p e r e n n e ) 和 四 倍 体
多花黑麦草 ( L . m ul it fl o r u m ) 杂种胚的愈
伤组织 , 在五年中获得2 0 0 0多株再生植株 ,
其中某些变异体重组了两个亲本的优 良农艺
性状 。 徐杰等 ( 19 8 3 ) 诱导 出大麦 X 小麦杂
种胚愈伤组织和再生植株 。 本文报导的小麦
X 新疆大赖草杂种胚愈伤组织的诱导和再生
植株的获得 , 为麦类作物近缘属间杂交利用
杂种胚培养获得再生植株增添了新的成员 ,
并提供了成功的技术 。 由于仍有愈伤组织在
继代培养 , 可望对这些体细胞无性系作进一
步的遗传变异研究 , 期望不通过回交手段 ,
获得可育的 , 具双亲特点的育种材料 。
中国春小麦及其p h突变体 与 新 疆大赖
草杂种胚培养成苗 的两种途径 , 在本试验中
都达到了期望的结果 。 二步成苗 比一步成苗
单胚成苗数要多得多 。 供试材料愈伤组织的
良好分化再生能力保证了二步成苗培养途径
的成功 。 在试验实践 中 , 有些供试材料分化
再生能力很差 , 有的只长愈伤组织不分化 ,
或仅长类根状结构不长芽 , 所以二步成苗培
养途径并非对任何材料都万无一失的 。 对那
些远缘杂交结实率极低的杂种胚 , 拟先采用
一步成苗培养途径 , 先获得杂 种 苗 较 为可
靠 。