全 文 ：通 传 学 报 , 1 1 ( 6 ) : 4 6 2一 , 6 5 , 2 9 5 ,
沌时。 G . . . 材。 。 及对“
节节麦与小麦、 黑麦或小黑麦的
杂种幼胚的离体培养”
双志福 王振富降彩霞 张瑞仙 李昌华 李春芳
(山西省农业科学院作物遗传研究所 , 太原 )
以山羊草属节节麦作母本 ,普通小麦 、 二粒系小麦 、 黑麦及小黑麦分别作父本杂交 , 将授粉
后不同天数的幼胚取下 ,在无菌条件下接种于试管内培养。 共接种 1 01 个杂交组合的 10 9 0 个
幼胚 ,分化成全苗的 3 1 个( 2 . 8呜% ) ,无根小苗 2 0 个 ( 1 . 8 3% ) ,类苗 2斗个( 2 . 2肠 ) 、 愈伤组织 6`
块 ( 6 . 05 % )未分化的 95 0 个 ( 87 . 16 % ) 。 在 31 个全苗中包括普通小麦的 21 株 、 二拉系小麦的
5 株 、 黑麦的 2 株 、 小黑麦的 3 株 。 试验说明 , 用二倍体节节麦作母本 , 借助于幼胚培养 ,也可
以获得远缘杂种 。
节节麦 ( A e g t’l o娜 s q “ a r , 。 a , 2。 ~ Zx ~ 1 4 )染色体组型 ( 〔心 ) 是普通小 麦 ( T尸it i f u 。
· 。。 ,iu 。
,
A A B D ) 的祖先之一 、 D 染色体组的提供者。 普通小麦高度抗寒性及控制优质
面筋的基因就来自节节麦 , 它的某些亚种中还具有对叶 、 秆锈小种的高度抗性 .t’ , 。 近年
来山羊草属的节节麦细胞质和普通小麦细胞核相结合的核质杂种已引起人们的注意 。 木
原均等人氏 , ,的研究发现 ,这样的核质杂种育性正常 , 植株生活力强 , 普遍表现早熟 , 个别
组合增产潜力很大 。 例如由美国著名冬小麦品种格涅斯 ( G a in es ) 细胞核和节节麦细胞
质相结合的核质杂种 , 表现高产 、早熟 ,抗病性和蛋白质含量高于对照 , 据报道比原品种格
涅斯增产 20 一 30 多〔1J 。 由此看来 , 节节麦是育种上可供利用的材料 。
为了将节节麦细胞质引人普通小麦 ,可以采取直接 与三粒系小麦 ( rT it o m id co `。 。 ,
A A B)B 或普通小麦杂交的方法 , 不过由于成苗机率极小 , 往往需先把节节麦加倍成同源
四倍体后再杂交。 但是考虑到二倍体节节麦加倍及加倍后的鉴定都存在一定的困难 , 我
们开始采取直接播种二倍体节节麦与小麦杂交种子的方法 。 但是大 t 的工作表明 , 由于
受精过程或胚胎发育过程的不正常 ,杂种当代种子极批 , 常无胚乳 , 种胚也在早期衰退或
发育不全 ,不能获得杂种幼苗 。
许多研究表明 , 幼胚培养是克服种胚衰退的有效方法切 。 在作物遗传和育种方 面 ,
aL iba hc ( 1 9 2 5
,
19 2 9 ) 首先培养了亚麻属的某些种间不亲和杂交组合的幼胚 , 并获得了
杂种植株 。 此后五十年中各种作物都有了新的进展 , 在禾谷类作物方面 , K om .k 等 ( 19 5 4 )
培养了大麦 x 黑麦 ( se ca l。 cer ae le , R R ) , 杂种胚 , K ur se ( 19 7 3 ) 培养了大麦 x 小麦杂
种胚 , 1玉“曲 H 等 ( 1 9 6 3 )培养了小麦 x 冰草的杂种胚 , 先后均取得了成功 。 节节麦 x 麦
类 t包括小黑麦 ( T商ca l sP . A A B B R R ) 和黑麦在内】杂种幼胚的离体培养迄 今未见详细
本文于 19 83 年 9 月 13 日收到 。
l) 本文承王培田先生审阅并修改 ,本院马子演 、 许建庆 、范晓军协助拍撅照片 ,特此致谢。
遗 传 学 报 1 卷
报道。
9 19 7 一 19 81 年 , 我们对此先后进行了 , 次离体培养 , 并得到了杂种幼苗 , 现报告如
下 。
材 料 和 方 法
(一 ) 试验材料
母本为山羊草属节节麦 (又称粗山羊草 A叮ioI 产 s q “ ar r oat ) , 冬 、 春性两种 , 2。 ~ 14 ,
分别由中国农科院品种资源所和山西省小麦所引入 。 父本为普通小麦 、二拉系小麦 、 黑麦
及六倍体小黑麦等有关的品种和材料共 1 01 份 。
(二 ) 方法
采用常规有性杂交法 。 先将母木节节麦去雄后套上羊皮纸袋 , 两夭后采集父本花粉
分别授粉并套袋。 将授粉后不同天数的杂交穗 , 从田间或温室取回 , 用镊子拨开护颖 , 将
种子取下 , 用刀片在玻璃上将种子刷毛端的 1 / 2 稍多点切除 (剩余部分为包括完整的胚和
一些种皮 , 胚乳 )进行灭菌处理 。 先用 7。务酒精棉球擦过 , 再放人 0 . 1多升汞或 l : 5 0 新
洁尔灭溶液内浸饱 15 分钟 , 然后用无菌水冲洗 3 次 ,稍干 , 在无菌条件下 , 将幼胚接种于
试管内的培养基上 。 腹沟向下 , 并轻压让胚乳充分接触培养基 。 幼胚及萌发后的幼苗于
1 97 ,一 1 9 8 0年春在 2 一 25 ℃ 室内散射光下培养 ; 1 9 80 一 19 81 年夏在 25 一 28 ℃ 室内散射
光下培养 。
胚培养以 N 6为基本培养基 , 在 1 升中附加酵母浸出汁 1 0 o p m , 水 解乳 蛋白 1 0
p卿 ,谷氮酸 s o o p p m , 5拓蔗糖 , 0 . 8 % 琼脂 , PH 调至 5 . 8 。
幼苗根尖染色体检查是用 3 : 1 酒精冰醋酸固定 , 石碳酸品红染色和常规的压片办法。
结 果 和 讨 论
( ~ ) 离体培并幼胚分化的几种形态
在离体培养中 , 看到幼胚的分化比较复杂 , 可归纳为全苗 、 无根苗 、 类苗 、愈伤组织 、未
分化等 5 种类型 。 为便于说明 , 分别以各种分化的胚数占总接种胚数的百分比表示列于
表 1 0
1
. 全苗的分化 这类的分化占 2 . 8 4肠。
其幅度为 1 . 2 一 .5 61 并 , 是胚培养的最终目的。 一般在培养后 斗一 , 天 , 有的甚至半
月左右 ,绿色芽鞘先行长出 , 继后生根 ,幼苗浅绿色 , 往往形成卷曲的叶和根 (图版 I , 8 ) 。
2
. 无根苗的分化 这类分化占 1 . 83 务。 芽的发生分两种情况 : 一是由胚直接长
出 , 一是在愈伤组织上产生 ,一般长达 2一 3毫米 , 以后不再分化 (图版 I , 1 1 o)
3
. 类苗的分化 这类分化占 .2 2务。 它是在已分化的愈伤组织上发生芽状突起 , 稍
透明 , 但不同于嫩芽 , 长达 6一 7 毫米 , 有的中间稍带绿色斑点 , 有的无色 (图版 I , 10 o)
呼. 幼胚分化产生愈伤组织 这类分化 占接种胚数的 .6 01 肠。 一般培养 1 周 后分
化 ,产生无色半透明的愈伤组织 , 到 3一 4 毫米停止生长 (图版 I , 1 1 )。
5
. 未分化者占 87 . 16 务。
以上几种类型 , 除全苗者外 , 其余在本培养基上不再继续分化 , 维持一段时间后即相
6 期 双志福等 : 节节麦与小麦 、 黑麦或小黑麦的杂种幼胚的离体培养 心6 3
衰 l 节节班杂种幼胜离体培井的 . 种分化
T扭 bl. i f D 1f er e n ti a ti o ns o f A,
.
5叮 u价 0 5 0 h y b r id e m b炸0 5 e u ! t ut de i。 口矛扮。
年 份 接种胚数 全 苗 无 根 苗 类 苗 愈伤组织 未 分 化
丫 e a f N u m b e r N u m b e r o f R o o t一 l e s s P 盆 r a C a l l U S U n d i f f亡r e n t i a t e d
o f 盯 a f t in g s e 亡d l i n g e m b r ” b u d
g t a f t in g
e m b r y o 数 目 % 数目 % 数目 % 数目 % 数目 %
N u m be r N u m b e r N u m b e t N U m b
e t N u m b
e r
19 8 0 春 19 6 l l 5 . 6 1 ) 2 . 5 5 10 5 . 1 l 7 8 . 6 7 15 3 7 8。 0 6
S p r i o g
夏 3 8 7 13 3 3 6 l I 2 . 84 0 2 5 6 . 礴5 3 3 8 87 . 3 3
S u 苗 I n e r
春 82 l 1 , 22 10 12 . 2 7 1
S P r in g
夏 斗2 5 6 1 . 4 8 4 0 。 9月 4 0 . 9月 2碍 5 . 6 5 3 8 8 9 1 . 2 9
S u m m
e r
合 计 10 9 0 3 l 2 。 84 2 0 1 . 8 3 2 4 2 . 2 6 6 6 . 0 1 9 5 0 8 7 . 16
T o t a !
继衰亡 。
(二 ) 不同父本材料对分化成苗的形响
自 1 9 79 年以来 , 我们先后接种了 101 个以节节麦为母本的杂种组合的幼胚 , 父本包
括了各类型的普通小麦 、 二粒系小麦 、 六倍体小黑麦和二倍体黑麦等有关的种 、 品种和材
料 。发现它们在分化成苗上存在着很大差异 (表 2 ) ,尤其是出苗组合占接种组合的百分数
更有说服力 。
衰 2 不同父本材科对节节班杂种幼皿分化成苗的形 .
T
. ` 1. 2 E f f o e t o f d i f f e r e n t m al e p at o n st o n 才产. 何 u 一汗“ 一 h户 r i d e m b r萝0 5
d i f f e r e n it a t坛 ` i n t o w h o l e s e e d l i n g s
、 恶 接种组合数 全苗组合数 全苗组合% 接种胚数 全苗数 全苗胚%父 , 、
N u m b e t o f N u m b e r o f W h
o l e G r a f t坛 g N u m b e r o f W h o l e
g r a f t i n g w h o le s e e d li n g w h o l e w h o l e , e e d l i n宜
, e e d li几 g c o m b i n a t io n , e e d l玩 g s e e d l i n g
普通小突 9 2 呼 4 . 3峪 7 5 5 2 l 2 。 7 8
.T ` “ 扮少“ 附
(六倍体 )
h e义 a p l o i d
二拉系小麦 7 3 斗2 . 8 5 16 4 5 . 3 . 0峪
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(四倍体 )
et t a P lo id
小黑麦 1 1 10 0 1 1 7 3 2 . 5 6了月万 c a l亡
(六倍体 )
h e x a p l o id
黑麦 l l 10 0 5 4 2 3 。 7 0
R y e
(二倍体 )
d i P l o i d
六倍体小黑麦 , 二倍体黑麦各做 1 个组合均分化出全苗 , 占组合数的 10 务 , 二拉系
小麦 7 个组合有 3 个组合得到幼苗占 42 . 85 外 , 而普通小麦 92 个组合仅有 4 个组合得到
遗 传 学 报 1 1 卷
植株占4 .4 3外。 就小麦属的父本而言 , 上述结果说明 : ( l) 染色体倍数水平低者成苗率
高 , 倍数水平高者成苗率低 。 ( 2 ) 遗传基础复杂的材料 , 特别是带有外来种属的染色体片
段或核基因的普通小麦成苗率较高。 分析了几个得到植株的普通小麦父本 , 如小但 7 59 、
小惬蓝粒 、 电白一 1和 6 8 4 3 , 除 ` 8 4 3外均具以上特点 , 由此得到启发 , 可以用这一类型的普
通小麦品种 (品系 )作为桥梁 , 以转移节节麦细胞质。 ( 3 ) 值得一提的是 , 以六倍体小黑麦
和黑麦为父本较易得到植株 ,这在遗传育种上具有一定的意义 , 同时也为合成 OD RR 组的
植物新类型创造了条件 。
(三 ) 不同胚故的杂种对幼任分化成苗的形晌
离体培养中合适的胚龄对成苗至关重要 。 国内外培养大麦 x 小麦 , 大麦 x 黑麦等
杂种幼胚被人们认为杂交后两周左右最好 , 我们培养节节麦的杂种幼胚也得到大致相同
的结果 (表 3 ) 。 一般来说 , 杂交后 6一 7 夭的胚已经可以分化 , 产生愈伤组织 , 但从成苗胚
衰 3 不周皿 . 对节节决杂种幼皿分化成苗的形响
T . ` 1. 3 E f f e e . o f d让 f e r o t 粗 e一 o f e m b r归 s 认 刁 e . s叮u a作 o, a h , b r i d o o n t h e i r
d迸 e r比 it a r i n g 运 t o . 卜o l e s e e d i i n只
组 合 名 称 胚龄 (天 ) 接种胚数 成苗数 愈伤组织
C o m b in a t i o o E m b
r扣 s : g e N u m b e t o f N u m be f o f C a l l u `
( d ay ) g
t a f t运 g w }一o l e
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m br 扣 s e e d l i n g
节节麦 只 小诬 7 59 6 1 1刁亡 . 5宁 u 一 r r ot ` 又 X i a o y a n 7 5 9
节节麦 x 小妞 7 5 9 l 0 l l
刁口 . ,夕“价 “ 一 火 X ia o y a n 7 5 9
节节麦 X小怪 7 5 9 l 4 1 7 l 8而 . ,叮 u a r r毋` X X i a o y如 7 5 9
节节麦 X小诬 7 59 1 8 巧 月 0
才尸 . 何 “脚毋` 丫 X i a o犷a o 7 5 9
节节麦 x 小诬 7的 成熟种子 9 9 8 0 0
才心 . s q u价 0 5 口 只 X i a o v an 7 5 9 m a t u r a让 d
节节麦 丫 6 84 3 l 9 l 2 3
刁 e . r夕 u a厅 0 5 一 又 6 8峪3
节节麦 又 6 8呼3 12 3 7 6才亡 . ` q 一日汗 o r一 X 6 8 4 3
节节麦帐 6 8 4 3 l 6 l 8 ,
A考 . ` q“ 一厅 。 了一 X 6 8 4 3
节节麦 又 广 7 4 23 8 礴
刁亡 . ,叮u ` 厅。 , 一 又 G u an g 7布
节节麦 K 广 7礴 l 5 l 0 l才 e . 何 u a r ot ` 火 e u a n g 7月
节节麦只广 7碍 l 8 3 1 2 5才 , . 何“ 拼 .oa % G o a n ` 7 4
节节麦 K 波兰小麦 l 3 7 2 0而 . 何 “价 ot . K T . p o OP 碗` u ,
节节麦 只波兰小爽 成熟种于 I 0 0
才奋 . ,q “ ,r o, 一 只 T
.
P o Po . r c“ 份 m a t u r a t e d 呼9
双志福等 : 节节麦与小交 、 黑麦或小黑麦的杂种幼胚的离体培养
来看 , 多在 12 一 18 夭 。 上述 4 个材料 , 均有相同的趋势 , 随着胚龄的增大 , 成苗率开始下
降 , 完全成熟的种子 , 则不见分化 。 这从解剖成熟种子也得到了证明 : 授粉 14 夭左右的
种子 ,大小与正常母本种子相近 ,但胚很小 , 分化很差 , 有少许胚乳及浆液 , 18 夭以后的种
子胚乳充满了水 ,呈坏死状 ,胚因饥饿而解体 , 完全成熟的种子很难见到胚和胚乳 , 只有干
燥的种皮 。 初步看出 , 节节麦杂种幼胚的培养 , 以 拼一 18 天为好 。
共获得 31 株正常幼苗 , 由于管理不善等原因 ,大部分在试管和移人花盆后夭折 , 另有
斗株因未度过春化阶段而死亡 , 只有节节麦 x 小僵 7 59 , 节节麦 x 小僵蓝校 (图版 I , 3 ) ,
节节麦 X 波兰小麦 (图版 I , 4 ) ,节节麦 x 广 74 , 节节麦 x 贵州黑麦 (图版 I , 2 、 7) , 个组
合分别各有 1一 3株抽穗 , 共同特点是 F , 中间型趋向父本 ,并带有节节麦及原始小麦类型
的特征 , 如颖壳紧 ,难脱粒 , 斯卑尔脱穗型等 , 套袋检查育性 , 全部小花不育 , KI 溶液不染
色 (图版 I , 9 ) 。 采用普通小麦花粉混合授粉 , 除父本为黑麦类的组合外 ,其余可结少 t 种
子 , 表明雌蕊有一定程度的活力 , 对节节麦 x 小僵蓝粒 ,节节麦 x 贵州黑麦的根尖染色
体检查结果与预期数一致 ,分别为 加 ~ 28 (图版 I , 5 ) , 2。 一 14 (图版 1, 6 ) , 证明胚培养
成的是真杂种 。
, 考 文 献
中国科学院遗传研究所 5 0 3组 : 1 9 79。 遗传 , l ( 1) : 2 8we 2 90
中国科学院上海植物生理研究所细胞室编译 ; 1 , 7` 植物组织和细饱堵葬 ,上海科技出版社 , 22— 22`木原均 : 1 9 77。 遗传学毛毛 ` !: 60年 11 ,科学 , 峪7: 30 1一 3 0.6
常胁恒一郎: 1 9 8 0。 化学与生物 , v o l . 1 8, N o . 7 , 50咭一 50 8 .
木原均 : 19 79。 生物时报 , p p . 1一 13 , 2 7一2 8 0
勒朋能 , K o , B . H . 9 . 中 . M批y u , o o a , 3 . X . C y x a “倪叩“ “ a : 19 79 . 八湘 , 峨。 , 2 : 2 9B一 30 5.
IJù .,f ., .,二,`丹jd`户`Ur.r`ù.L工.tl`
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.
8 4% )
,
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.
8 3% )
,
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.
0 5% )
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m e n t s hs o w e d t h a t d i就 a n t h y b ir d s e o ul d b e o b t a i n e d fr o m e r o 翩蛇n g d i P . i d A 户夕葱lo p `
5 9 林 a 犷r o s a a s f e m a l e P a r e n t w i t h w h e a t , yr e
, o r t ir t i e a l e ht r o u g h e m b r y o e ul t u r e
.
双志福等 : 节节麦与小麦 、 黑麦或小黑麦的杂种幼胚的离体培养
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Ac
· 了 q“ a l · r os a a d W n ha e t
,
R y e o r T r i t i c a l e
图版 I
P l a t e
1
. 节节麦 x 小恨蓝粒 F . 杂种和双亲穗。 ( 自左至右 )节节麦 , F : 杂种 , 小僵蓝米瓦
2
. 节节麦 K 贵州黑 麦 F : 杂种和双亲稚 。 ( 自左至右 ) 节节麦 , F , 杂种 ,贵州黑 麦 。
3
. 节节麦 火小恨蓝粒 F : 杂种植株 。
4
. 节节麦 火波兰小麦 F : 杂种植株 。
5
. 节节麦 丫小恨蓝粒 F : 杂种根尖染 色体 2。 ~ Z b。
6
. 节节麦 义贵州黑麦 F , 杂种根尖染色体 2 , = 1 4。
7
. 节节麦 火贵州黑麦 F . 杂种植株 。
8
. 节节麦 火 6 8斗3 F : 幼胚培养 19 天分化出的全苗。
9
. 节节麦 只小惺 7 59 卜 . 杂种花粉用碘的 K l 淀粉溶液不染色。
10
. 节节麦 x 小恨 7 5 9 F , 杂种幼胚培养 19 天出现的类苗 。
11
. 节节麦 x 小惬 7 59 F : 杂种幼胚培养 19 天出现 的无根苗和愈伤组织。
1
.
L : A亡
2
.
L : A亡
. 了q u a 犷 r o 了` , M : F : , R : X i a o y a n L a n l l ;
· 了 q “ 口 r r o 了口 ,
3
.
4
。
5
.
6
.
7
.
8
。
9
.
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F : ( A
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F , ( A
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P l a n t l e t , f r o m
二
M : F
: ,
R
: G u i z o u r y e ;
K X i a o y a n L a n l i ) ;
丫 T . P o l o n i c u 。 ) ;
二 2 8) o f r o o t一 t i p e o l l 玉n ,; : ( A。 , ;夕 . 又 X i a o y a n I a n l i ) ;
二 1 4) o f r o o r一 r i p e o l l i n F , (才 。 , ,叮 , 只 G u i z o : . r , e ) ;
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G u 一z o U
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丫 6 8」3 ) e m h r y o e t , l t u r e
A b o r t i
v e p o l l e n o f F -
l弓u d 一 1i k e f r o m ( A o
.
(月 。
.
, 叮 . 又 X i a o y a n
了叮 x x i a o 丫a n 了59 )
7 5 9 ) ;
e m b r y o c u l t u r e ;
C a l l u
: a n d n o r o o t p l a n t l e t: f r o m ( A o
.
, 分 . X X i a o 萝a n 7 5 9 ) 。 m b r y o c u l t u r e .