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汤巨止。 C `一 t i“ 匀耐 ` 。
诱导小麦一天兰堰麦草一黑麦三属
杂种花粉植株的研究
庄家骏 贾 旭 陈国庆 苗中和
(中国科学院遗传研究所 , 北京 )
以法国六倍休小黑麦为母本 ,分别与普通小麦 ( T ir ict “ m “ “ i” 。 )和天兰恨麦草 ( IE州时加 ,
加“ “ de ` “ ” r 心” p尹。 ” 办“ cu n,) 的杂交后代中的中间类型 3号和 5号杂交 。 由此获得的三
属杂种 F: 性伏介于亲本之间 , 兼有三属亲本类型的特征 , 呈中间类型 。 用马铃薯一 n 培养基
培养三属杂种 F : 的花药 ,诱导花粉愈伤组织 。 将所获得的愈伤组织转人 l , 。 一 2 培养基进行分
化 ,已成功地诱导出一批三属间杂种花粉植株 ,并用 iG e m “ 显带技术鉴定花粉植株的染色体
组组成 。
关桩词 : 花药培养 ,花粉愈伤组织 ,诱导频率 , 夭兰俊麦草 ,小僵麦
现代小麦育种不仅要求高产 、 优质 , 还提出增强抗多种病害和抗逆性的目标 。 由于仅
在种内进行品种改良 , 尚感基因资源的不足 , 因此远缘杂交已 日益受到各国育种家的重
视 , 夭兰恨麦草 ( E l y r叮 ig a i , t。 , m ide a ) ( 2 , ~ 4 2 . B B E E F F ) 是禾本科的 多年生植物 , 其 ·
有对三种锈病免疫 , 高抗根腐病 、 叶枯病以及抗旱和耐膺等特点 . 小僵麦中间型是黑龙
江省农业科学院从普通小麦 x 天兰恨麦草的杂交后代中选出的部分双二倍体 ( 2 , 一 , .6
才才 B B D D E E 或 F F ) , 它是具有天兰僵麦草优良特性的中间 类 型 [’. 习。 六 倍体 小 黑交
( 2
, ~ 4 2
.
A A B B R R ) 是小麦与黑麦杂交的双二倍体 , 具有对某些真菌免疫或高抗以及
抗寒 、耐府等特点。 利用八倍体小僵麦和小黑麦杂交 , 是获得三属杂种的有效途径。 但在
远缘杂交中 , 由于后代疯狂分离 ,使引人外源基因的工作变得缓慢和困难 , 而且有些基因 ·
类型的植株不易获得。 本研究的 目的是想探索通过花药培养与小麦远缘杂交相结合的新
途径 ,加快转移天兰傻麦草和黑麦的有利基因到栽培品种的工作步伐 , 以便在短期内获得
具有三个属的优良特性的新类型 。 本文仅报道 19 8 2 年以来几次诱导小麦一天兰但麦草 -
黑麦三属杂种花粉植株的研究结果。
材 料 和 方 法
以法国六倍体小黑麦为母本 , 分别与小僵麦中间型 3 号和 5 号 (以下简称中间型 3 号
和 5 号 )杂交获得三属杂种。 这两个三属杂交组合的杂种 F : 植株的穗部结构均介于双 亲
之间 ,呈中间型 ,明显地兼有三属亲本类型的特征 (图版 I , 1 ) 。 如穗型和无芒性状似父本
中间型 3 号和 , 号 ,而穗下基节有小黑麦所特有的颈毛 。植株生长旺盛 , 但育性极低山 。取
F
: 幼穗用醋酸洋红染色检查花粉发育时期 , 选用花粉处于单核中期或中 晚 期 幼 穗 , 用 .
本文于 l , 87 年 5月 8 日收到 -
传 罕 很 15 卷
二 1务 升汞消毒 8 分钟 ,再用无菌水洗 , 次 , 然后在超净台上剥取花药接种。
去分化培养基用我们研制的马铃薯一 1 培养基 `目 ,补加 2 , 4一 D I毫克 /升 , 激动素 0 . , 毫
克 /升 ,蔗糖浓度为 9 % 。 分化培养基用 19 0一 2 培养基 , 附加蔡乙酸 、 激动素各 .0 5 毫克 /
升 , 蔗糖浓度为 3拓。 培养程序和培养条件均按过去报道的方法进行氏 ;o]
用根尖压片的方法观察花粉植株的染色体。 取根尖用冰水预处理 2 4 小时 ,然后用卡
诺氏液固定 2 4 小时 , 以纤维素酶和果胶酶混合酶液解离 , 水洗后用改良的卡宝品红液染
色。
体细胞染色体 iG e m sa 显带方法 , 基本上采用 S o r m a 等方法 , 用 60 ℃的饱和里权化
钡处理 5一 10 分钟 , 在 60 ℃的 Z x s S C 中处理 60 分钟 , 用 2多 iG e m s 。 (磷竣缓冲液 p H
.6 8 稀释 )染色 3一 , 分钟 , 用 D o m m o r 胶封片。
结 果
( ~ ) 愈伤组织诱导
花药接种在马铃薯 一 1 培养基上 10 余天后 , 少数花药在花丝断口或花丝和药隔相奋
接的断面上出现愈伤组织 ,一般质地松软 , 呈半透明状 , 显然是来源于体细胞的。 大约 2。
天以后 , 在花粉囊纵裂线上或在裂开的花粉囊内长出来源于花粉的愈伤组织 , 一般呈瘤
状 ,黄白色 , 质地致密 (图版 i , 2) 表 1 的资料表明 , 在 4 次实验中 , 三属杂种形成愈伤组
织的频率虽然有些差异 , 但诱导率都是很低的 。 例如接种 (法国六倍体小黑麦 x 中间型 3
号 ) F : 的 10 9 5 2 个花药 ,仅诱导出 26 9 块花粉愈伤组织 , 占接种花药数的 2· 46 沁 , 比较供
试的两个杂交组合之间愈伤组织诱导频率的差异 , 从平均数来看 , 中间型 3 号作父本的组
农 1 六 . 体小月班与小 . 狡中间且索种 F : 花 , 宜仿组舰与植株的切导 . 甲
T . b】. 1 I . d u e t io n f r e q u e n c ie 一 o f p o l l . o c a l l u . a n d p l a n t l e t o f F: h了 b r i d一 b o t钾 . e 。
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(六倍体小黑麦 K中间型 3 号 ) F :
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3期 庄家骏等 : 诱导小麦一天兰诬麦草一黑麦三属杂种花粉植株的研究
合比中间型 5号作父本的组合愈伤组织的诱导频率要高一倍 ,但经差异显著性测定 , 差异
尚未达到显著标准 。
(二 ) 花粉植株的诱导
花粉愈伤组织诱导出后 , 当达到 1一 2 m m 直径大小时即转移到 19 0 ~ 2 分化培养基
上 , 一般 20 天左右就陆续分化出芽和根 (图版 I , 3 ) , 最快的只要 , 天 ,慢的可延长一个多
月。 部分愈伤组织只分化根不分化芽 , 而先分化芽的愈伤组织一般都能分化出根。 从表
1 可以看出 , 两个供试材料在愈伤组织分化频率上也都很低并有差异。 以中间型 , 号作
父本的杂交组合产生的花粉植株相对较多 , 在 79 块愈伤组织中有 17 块产生绿苗 , 14 块
形成白苗 , 总分化率为 3.9 2多。 而在以中间型 3 号为父本 的 组 合 中 , 总 分化率仅为
23
.
2务。 然而 , 以接种花药为基数 , 计算每百个花药产生绿苗的愈伤组织块数 , 两个供试
材料的绿苗诱导率几乎相等。
从愈伤组织分化出的绿苗 , 当达到 0 . ,一 2 c m 高度时 , 转移到加有 I A A 和激动素各
心 . 1 毫克 /升 , 蔗糖浓度降到 2多的 M s 培养基 (大最元素减半 ) 上。 待长成小苗后即可栽
到花盆中 (图版 I , 4 ) 。 其中一部分小苗生长缓慢 ,根系发育差 , 在抽穗 以前夭折。
(三 ) 染色体数和染色体组成的观察
用根尖压片的方法观察了 4 株绿苗的染色体数 , 其中单倍体 1株 ,单倍水平的非整倍
体 1株 , 八倍体水平的非整倍体 l 株和 1株混倍体。 用 iG e m sa 显带技术鉴定了其中 2
株花粉植株的染色体组成。 在 1 株染色体数为 21 条的单倍体植株的细胞中 , 含有 1条显
端粒带的黑麦染色体 ,是 I R八 B单倍体代换系 (图版 I , 5 )。 而在另 1 株染色体数为 54 条
钓非整倍体植株的细胞中 , 其中 6 条染色体较大显端粒带的可能是来源于黑麦的 , 而较小
显端粒带的 6 条染色体可能是来源于天兰惬麦草的 (图版 I , 6 ) 。
讨 论
(一 ) 从上述实验结果可以看出 , 在三属杂种的花药培养中 , 存在花粉愈伤组织和植
株诱导频率低以及部分小苗不易成活的问题 。 愈伤组织诱导率低的内在因素 , 显然是由
于在三属 F : 杂种中有 D 、 E 、 R 3 组染色体 , 以单价体状态存在 , 致使减数分裂行为不正
常 , 所形成的小抱子大多数没有生活力 , 而能诱导形成愈伤组织的正常花粉数里甚少 , 所
以三属 F : 杂种的诱导率是不可能很高的。 至于愈伤组织分化能力较差以及部分小苗难
以成活的现象 , 似与愈伤组织细胞因融三属染色体于一体 , 可能出现遗传物质不平衡 , 核
质和生理机能不够协调有关。 此外 ,诱导形成植株的时期正值高温盛夏季节 ,待到 9 月下
旬气温下降后才将小苗移出土培 , 致使小苗在温度较高的培养室放置的时间太长 , 也是造
成苗弱难以成活的原因之一 。 然而 ,从表 1 的资料也可以看到 , 有一次实验的愈伤组织和
绿苗分化率可分别达到 6 . 7务和 39 . ,多 , 表明尚有一定潜力可挖。 若能研制出适宜培养
塞 ,探明最适的诱导条件 , 并在小苗个体发育的各个阶段 , 给以适宜的温度和光照条件 ,是
可能将三属杂种花粉植株的诱导率和成活率适 当提高的 。
(二 ) 八倍体小僵麦与六倍休小黑麦杂交后 , 杂种 F : 具有 汉 A B B D E R 基因组 , 可
以形成染色体组成类型多样的配子 , 利用花药培养方法 ,可使具有各种染色体组成的花粉
直接形成植株 , 避免有些染色体组成的类型在有性过程中因配子的竞争选择而丢失81t 。 将
遗 传 学 报 l , 卷
单倍体加倍后获得纯系 , 即可从中选出在遗传研究和育种实践中有价直的材料。 王兴
钾山 借助于花药培养方法已经证明 , 可以将六倍体小黑麦与普通小麦理论上可以形成的
花粉染色体组成在植株水平显现出来。本实验因由三属杂种 F ` 花粉诱导的小苗多数长得
很弱 ,不便逐株进行染色体检查。 然而 ,仅从随机抽检 4 株小苗的染色体数和染色体组成
来看 , 就有 4 种类型 , 其中具有 1 条黑麦染色体的异代换类型 , 还有具有三属染色体组成
的花粉植株。 由此可见 , 三属杂种花粉染色体组成也是复杂多样的 , 用花药培养方法也有
可能从三属杂种直接获得有性杂交难以得到的具有多种染色体组成的花粉植株。
参 考 文 献
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t h e H y b r i d s o f T h r e e G e n e r a T r i r i摺m , A g r o P夕r的 a n d s即 al 亡
卜六倍体小黑麦 又中间型 3 号 F : 杂种和亲本的德子 , 自左至右 : 六倍体小黑麦 , F : 杂种 , 中间型 3
号 ; 2 . 从六倍体小黑麦火 中间型 3 号 F , 杂种花药培养中诱导出的花粉愈伤组织右 3 . 由愈份组织分
化成完整植株 ; 4 .花粉植株在花盆里正常生长 ; ,一 6 .花粉植株根尖细胞染色体 G让 m二 C一带 ( .5
Z n 二 21 有 1 条黑麦染色休 ; 6 . 2 n 二 钊 , 有 6 条黑麦染色体和 6 条天兰健交草染色体 )o
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f r o m le f t t o r i g b t : H e x a p lo i d T ir ict 盯` , F : h 萝b r i d
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I n t e r m e d i a t e t y P e 3 ;
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e a l l u s : n d it e e d f r o m a n t h e r e u l t u r e o f H e x . P l o i d T ir ict
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A n i n t a e r P l a n t l e t d e r i v e d f r o m a e a l l u s
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8 二X A ` r o Py r o 。 , l a , c “ m c h r o m o s o m e s . )