全 文 ：山西农业科学 1 9 9 5 , 2 3 ( 4 ) : 1 3~ 1 6 OJ u nr a l of S h a n x i A g r ic u lt u r a l S c幼n c es
小麦一天蓝僵麦草一簇毛麦三属杂种体细胞
无性系建立及再生植株形态变异的研究 ’
白建荣 裴 自友 张美荣 孙善澄
( 山西省农业科学院作物遗传研究所 , 太原 )
摘 要 从小麦一天蓝堰麦草一簇毛麦三属杂种的 F l 幼穗及 B C I 幼胚诱导出愈伤组织 ,建立了体
细胞无性系 ,获得了大量再生植株并全部移栽成活 。再生植株普遍分粟力强 ,功能叶时间长 ,高抗黄
矮病和白粉病 。 从再生植株中看到了大量的无性系变异 。 在 B C I 的一个无性系再生植株中 ,选到一
些理想的植株 。
关键词 小麦 天蓝僵麦草 簇毛麦 体细胞无性系 形态变异
通过远缘杂交 ,将多个近缘种属的有利性状综合在一起 , 是改良小麦遗传基础的重要途径
之一 , 天蓝堰麦草具有小麦属内没有的小麦黄矮病抗源 ,对三锈免疫且根系发达 ;簇毛麦对白
粉病 、 全蚀病免疫 ,因此将这些性状导入到小麦中去非常重要 。
近年来 , 许多远缘杂交的组培工作表明 ,不育的远缘杂种可以通过无性系进行大量繁殖 ,
克服远缘杂种不育的障碍 , 同时在无性系后代中可能获得各种变异植株 〔` 一 `〕。 经国际联机检
索 , 到 目前为止 , 已形成 18 种三属杂种 ,但基本上涉及杂种的形态 、 育性及细胞学方面的研究 ,
还未见到杂种无性系建立及再生植株的研究 。 本文首次报道 以小麦一天蓝堰麦草一簇毛麦三
属 杂种的 F , 幼穗及 B C I 幼胚为材料的 F l 和 B C , 的无性系建立及再生植株在形态学上的变
异 。
1 材料和方法
.1 1 试验材料
①小簇麦 ( A A B B V V ) x 小堰麦 ( A A B B D D E E ) F , 幼穗 ; ②三属杂种 F , x 普通小麦的 B C I
幼胚 。
1
.
2 试验方法
取 0 . 5一 cZ m 左右的幼穗及受精后 12 天左右的幼胚经消毒后接于诱导培养基 ( N 6十 2 , 4
一 D 4m g / L + 6B A Zm g / L + N A A Zm g / L 十蔗糖 5 0 9 / L + 琼脂 8 9 / L ) ; 25 天后将诱导的愈伤组
织转在复合继代培养基上 (M S十 2 , 4 一 D Zm岁 L 十 6 B A l m g / L + N A A l m g / L + C H 50 0m g / L +
脯氨酸 ZOm g / L + 蔗糖 40 9 / L + 琼脂 8 9 / L ) , 培养温度 25 一 27 ℃ ;继代 3 次后 ,将胚性愈伤组织
转入分化培养基上 (M S+ 6 B A Zm g / L + N A A O . s m g / L + C H 5 0 m g / L + 脯氨酸 ZOm g / L + 蔗糖
40 9 / L十琼脂 89 / )L ,培养温度 25 士 1℃ , 每日光照 1 h3 ;分化小植株转入壮苗培养基 ( 1 / ZM S十
带 收稿日期 : 19 95一 02 一 23
山西农业科学 1 9 9 5 年第 23 卷第 4 期
N A A o
.
s m g / L)
; 15 一 2 0 天后将正常健壮的小植株洗净根部 ,并用 50 x 1 0 一 6 BI A 溶液浸根 4一
h5 后进行盆栽 ;对再生植株用普通小麦进行回交 。
2 结果与分析
2
.
1 无性 来建立及植株再生
2
.
1
.
I F , 幼穗培养 、 F , 无性系建立及植株再生 接种的幼穗在诱导培养基上 5 天后开始膨
大 。 20 天后从小穗原基上长出肉眼可见的愈伤组织 , 愈伤组织诱导率为 1 0 % 。 愈伤组织转入
继代培养基后 ,大部分愈伤组织迅速增殖 ,颜色变为黄亮 , 表面有皱折或为致密的颗粒状 , 这是
胚性愈伤组织 ,有少部分成为水渍状 ,松软且灰暗 ,这样的愈伤组织在继代培养基上增殖不大 ,
是非胚性愈伤组织 。 胚性愈伤组织能在继代培养基中长期保存 ,建立可利用的无性系 ,不断产
生试管苗 。 经不断的挑选 、培养 , 已形成 3 个无性系 。
胚性愈伤组织转在分化培养基上 , 10 ~ 15 天都能在不同程度上得到分化 , 基本上为簇生
苗 。 分化苗根系特别发达 ,根长且数目多 ,相比较叶子还只是保留绿苗分化物 。
分化苗转在壮苗培养基上 1 0 天后 , 新根不断产生 , 分化苗开始抽茎 ,长成小植株 。 T H , w
x 灰中 1 、 T H I W x 兰抗 、 T H ZW x 兰抗这 3 个组合长成的小植株数量多 ,并且健壮 。 而 T H , W
只遗 8 0 7 9 9 , T H Zw X 多年生 1 号这 2 个组合分化苗不进行抽茎 , 只是继续分化小叶 ,这样的小
植株不能移栽 (表 1 ) 。
表 1 F l 幼穗培养及再生植株表
材料 培养幼穗数 抽茎幼穗数 再生植株数
T H
I
W X 灰中 1 7 7 5 3
T H z W 又兰抗 4 4 4 9
T H : W 又遗 8 0 7 9 9 1 6 0 0
T H I W 又兰抗 5 5 46
T H ZW X 多 1 1 6 . ’ 1 2
T H 3 W 只兰抗 一 1 3
T H l x 遗 8 0 7 9 9 、 1 0 1 3
T H I 又远 1 6一 3 4 3 1 2
T H 3 X 遗 8 0 7 9 9 , , 8 3 15
1 5一 2 0 天后将壮苗培养基中小植株洗净根部 , 在 50 x 1 0 一 6的 BI A 溶液中浸泡 4~ h5 后 ,
进行盆栽 ,结果植株全部成活 , 第 1 次移栽成活 1 83 株 。 从一块愈伤组织再生植株最多者移栽
3 1 株 。
2
.
1
.
2 B C
, 幼胚培养 , B C , 无性系建立及植株再生 幼胚接于诱导培养基上 , 5 天后开始膨
大 , 15 天后则从盾片上 长出淡黄色的愈伤组织 ,诱导率为 74 % , 没有发现幼胚有胚萌发的现
象 。 25 天后转入继代培养基 , 愈伤组织开始增殖 ,一种为紧密坚实的颗粒状胚性愈伤组织 ,另
一种为松软 、 雪花状的非胚性愈伤组织 。 胚性愈伤组织转在分化培养基上 15 ~ 20 天后开始分
化 ,分化率为 70 % (表 2 ) 。 分化苗转在壮苗培养基中 , 抽茎长成再生植株 。 同样有不抽茎的分
化块 , 已形成 3 个无性系 , 第 1 次移栽 39 株 ,全部成活 。
2
.
2 再生植株形态表现
2
.
2
.
1 再生植株分萦力较强 ,在冬天温室情况下 ,最少每株 4 个分桑 , 最多 46 个分桑 , 比普通
小麦分桑力强 。 有效分萦数达 6 个 /株以上 。 移栽到大田有效分粟数达 8 个 /株以上 。 此外再
生植株功能叶时间长 , 直到穗黄 , 叶子与茎秆仍为绿色 ,这是高产品种的一个特性 。
14
白建荣等 : 小麦一天蓝堰麦草一簇毛麦三属杂种体细胞无性系建立及再生植株形态变异的研究
表 2 B C , 幼胚愈伤组织诱导及分化表
材料 胚数 愈伤组织诱导数 分化的愈伤组织数
H T ZW x 兰抗 / 普通小麦
T H Zw x 远 16 一 3 / 普通小麦
T H : w 只遗 5 0 7 9 9 / 普通小麦
T H I 只远 2 6一 s / 普通小麦
T H 3冰远 16 一 3 / 普通小麦
:: 9
3
4 0 ( 7 4
.
1% )
6
2
2 8 ( 7 0% )
2
.
2
.
2 再生植株生长期间有很多蚜虫 ,对照植株感染黄矮病和白粉病 , 但 T H IW x 灰中 1 的
一块愈伤组织产生的 19 株植株上 ,竟没有一个蚜虫 ,这是一个值得注意的现象 。许多再生植株
上沾满了蚜虫 , 有些甚至在孕穗上 ,但直到抽穗以后叶子仍不变黄 , 再生植株也没有白粉病侵
染迹象 。 再生植株是否仍保持黄矮病和白粉病的抗性需进一步研究 。
2
.
2
.
3 从同一块愈伤组织再生的植株中看到不少变异 。 ①株高在 50 一 9 5 c m 之间 ;②秆的硬
度与粗细的差异 ,有的粗 、硬 、 直立 , 而另一些细 、 软 、 易倒伏 ; ③有的植株叶细长 ,有的宽大 ,有
些植株叶片厚 ,有些叶片薄 ;④生长发育之间的差异 。 在其他植株孕穗时 ,有一些植株则不孕
穗 , 仍进行分桑 , 处 于苗期 , 过较长时间后才孕穗 。 这样的植株共 3 个组合 , 36 株 , 它们是
T H
I
W x 灰中 1 ( 3 1株 ) , T H ZW X 兰抗 ( 2 株 ) , T H I W X 兰抗 ( 3 株 ) 。
.2 2
.
4 在 B C , 胚培养的 F 。 再生植株中扩我们得到一些较好的植株 ,它们从同一块愈伤组织中
产生 ,株高 90 一 95 c m ;穗长 13 ~ 1 c5 m ,小穗数 24 一 26 个 ,有效分莫数 6 个 /株以上 ,长芒 , 最大
特点是叶 、 秆深绿色 , 叶片干净 , 叶片厚 ,功能叶大 , 叶长 30 一 35 c m , 叶宽 2~ 2 . c3 m , 秆粗硬 。 是
小麦育种较理想的基础材料 。
.2 .2 5 再生植株由于 5 组染色体 ( A A B BD E V )集于一细胞 ,并且染色体多 ,用普通小麦回交
结实率极低 ,但我们通过大量回交和幼胚培养得到许多 F Z植株和部分 F。 种子 。
3 讨论
3
.
1 将组织培养运用到小麦远缘杂交育种中是克服远缘杂种高度不育的有效途径 ,它可以通
过无性系得到大量再生植株 。 目前 ,诱导一分化一移栽过程的完成已不是问题 ,但实际上往往
因再生植株细弱 ,根系少 ,不易移栽成活限制了组织培养的实用化 , 我们在以前做谷子幼穗培
养时得出这样的结论 ,诱导出的愈伤组织应转入复合继代培养基 , 复合继代培养基对形成胚性
愈伤组织 , 抑制胚壮体的过早萌发 ,形成健壮的植株很重要 ,壮苗培养基诱导根系的发生和发
育 , 使再生植株健壮 ,本研究所用材料染色体组多 ,分裂周期不一样 ,且有 3 组 21 个单价体 ,这
样更增加了培养的难度 。有些组合抽茎植株数量少 ,这是在小麦属及小麦与近缘种属的杂种培
养时所没有发现的 ,可能与基因型有关 ,但本研究移栽成活率高达 1 0 %就是经一系列培养达
到壮苗的结果 。
3
.
2 近年来许多研究报告表明利用远缘杂神进行组织培养 ,在培养中染色体重排和易位发生
的频率很高 , 因此现在把它作为一种转移外源基因的方法 , 并且具有频率高 ,转移片段小 , 时间
短 等优点 〔3〕 ,在节节麦 ( D D ) x 簇毛麦 (v v )杂种中 , 中期 1 P w (二价体 )频率为 1 . 25 阁 , 所以
D一V 之 间重组有可能 , 已有堰麦草 E 组染色体片段向小麦转移的例子 仁`一 `〕 , 目前已从再生植
株中看到许多无性性变异 ,且有一些有价值的中简材料 。充分证明了组织培养在远缘杂交育种
中的作用 ,本研究是否形成重组易位体有待于下一步的研究来证明 。 ’
1 5
山西农业科学 1 9 9 5 年第 23 卷第 4 期
3
.
3 远缘杂种经培养后 , 再生植株及回交后代育性差且分离世代长 , 如果应用花药培养可以 ’
克服这个缺点 ,并且在花药培养中 , 由于染色体全部是单价体 ,所以在培养中增加了重组易位
的机会 6j[ ,有关这方面的研究 , 以后再报道 。
远缘杂交和组织培养相结合是实现异源种属基因转移的新途径 ,但还需细胞遗传 、 D N A
分子探针手段 、抗病性鉴定等多学科的配合与帮助才能完成 ,所以综合现代生物技术培养新品
种是 90 年代育种的一大特点 。
参 考 文 献
1
. 王关林 ,邹明廉 ,何孟元 . 小麦 又天蓝冰草杂种的体细胞无性系变异 . 作物学报 , 19 92 , 1 6 (4 ) ; 2 98 ~ 3 03
2
. 王关林 ,保孟元 ,郝水 . 小冰麦异附加系的体细胞无性系建立及其变异的研究 . 植物学报 . 1 9 8 9, 3 1 (7 ) : 4 95 一 5 01
3
. 辛志勇 ,徐惠群 , 陈孝 . 应用生物技术向小麦导人黄矮病抗性的研究 . 中国科学 (B 辑 ) , 19 9 1 , ( 1 ) : 36 ~ 42
4
. 李立会 ,董玉深 ,周荣华 . 小麦 x 冰草属间杂种 F : 的植株再生及其变异 . 遗传学报 , 19 92 , 19 (3 ) ; 25 。~ 2 58
5
. 陈佩度 ,刘大钧 . 普通小麦与簇毛麦杂种后代的细胞遗传学研究 . 南京农学院学报 . 1 9 8 2 ( 4 ) ; 1~ 16
6
. 陶跃之 ,胡含 . 对来源于 (’J 、黑麦 x 小麦 )F ; 花药培养的两个花粉植株系的细胞学鉴定 . 植物细胞工程育种 , 北京 : 科学
出版社 , 1 9 9 1 , 1 5 4~ 1 5 6
S t u d y o n t h e E s t a b l i s h m e n t a n d M o
r P h o l o g i ca l
V a r i a t i o n s o f S o m a c l o n e s f r o m T r ig e n e r i c H y b r id s F
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A g r o p y r o n 一 H a y n a ld ia h y b r i d s , a n d s o m a e l o n e s w e r e e s t a b l is h e d f r o m t h e e a ll i. A la r g e n u m b e r
o f p la n t l e t s w e r e o b t a in e d a n d s u r v i v e d a f t e r t r a n s p l五n t a t i o n . T h e t i ll e r i n g a b i li t y in r e g e n a e r a t e d
p l a n t s w e r e g r e a t a n d t h e t im e o f f u n e t io n a l le a v e w a s l o n g
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T h e r e g e n e r a t e d p la n t s e o u ld r e s is t
y e l lo w 一 dw ar f a n d p o w d e r y 一 m i ld e w . M a n y v a r ia t ion s w e r e o b s e r v e d i n r e g e n e r a t e d p l a n t s ·
S o m e i d e a P l a n t s w e r e s e l e e t e d f r o m
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