全 文 :遗 传 学 报 , 2 7 。 ) : 一7一 2 2 , 一9 , o
泌时 . 奈 n时 i e a iS n ` co 啥
小麦一天兰堰麦草一黑麦三属杂种花粉
植株诱导条件的研究
庄家骏 陈国庆 贾 旭
(中国科学院遗传研究所 , 北京 )
研究表明 , 三属杂种处于单核中晚期阶段的花粉最适于诱导形成愈伤组织 。 低温预处理
对促进三属杂种花粉愈伤组织的诱导有一定的作用 。 利用以马铃薯提取物为基础物质的马铃
薯一 1 培养基作诱导培养基 , 其愈伤组织诱导与分化的频率比目前两个较好的合成培养基 要
高 。 同一个三属杂种 F . 春 、秋播种植株之间在形成愈伤组织的能力上有较大的差异 ,秋播材料
形成愈伤组织的能力明显高于春播材料。 F 边 杂种植株诱导愈伤组织和分化植株的频率均比 F .
杂种明显提高 。 `
关锐词 : 天兰俊麦草 ,小慑麦 ,花药培养 ,花粉愈伤组织 ,诱导条件 ,三属杂种
亲本小惬麦中间类型是从普通小麦 X 天兰僵麦草 [ E l y t r i g i a ; n : e r m e d i a ( A g r o P y r o ,
g l a “ c u 。 ) 2。 ~ 4 2 , B B E E F F ] 的杂交后代中选出的双二倍体 ( 2” 一 5 6 , A A B B D D E E 或 -
A A B D D F F )
, 具有对三种锈病免疫 , 高抗根腐病与叶枯病以及抗早 、 耐膺等特性 .I, 门。 六
借体小黑麦 ( 2。 一 42 , A A BB R R ) 是从小麦与黑麦杂交后代中选出的双二倍体 , 具有对
’某些真菌免疫或高抗以及抗寒 、 耐瘤等特性。 我们利用六倍体小黑麦作母本分别和小恨
麦中间类型 3 号和 弓号杂交 ,获得三威茶神,试植株呈中间型 , 明显地兼有三属亲本类型
的特征 I,1 ` 取三属杂种 F: 和 F, 的花药 t进行离体培养 , 使含有三个物种染色体组成分的花 .
粉直接形成植株 , 从而能够较快地获得导人两个属优良基因的小麦新类型 。 本文仅报道 ·
花粉发育时期 、 低温预处理 、 诱导培养基 、 材料春 、 秋播以及杂种不同世代诸因素对三属杂
种花粉愈伤组织的诱导和植株形成的影响 。
材 料 和 方 法
以法国六倍体小黑麦分别和小僵麦巾间类型 3 号和 , 号 (以下简称中间型 3 号和 ,
号 )杂交获得的三属 F , [染色体组型为 人 A B B D R E (或 A A B BD R F ) ] 和 F : 杂种为实验材
料。 选取花粉处于单核中期或中晚期的幼穗 , 将每个小穗基部两朵小花的花药分别投入
试验和对照的试管中进行培养。 除培养基效果比较试验外 , 均用我们研制的 .马铃薯一 lj 培
养基“ 0J为诱导愈伤组织的培养基 , 附加 2 , 4一 D Z 毫克 /升 , 激动素 。 , 毫 克 /升 , 蔗糖浓度
渗夕务 , p H 调至 生 8 。 培养间室温为 26 二 29 ℃ ; 白天加 日光灯照明 , 夜间黑暗 。 以 19。一 z
培养基为分化培养基 4[] , 补加 N A A 和激动素各 。 . 5 毫克 /升 , 蔗糖浓度为 3嗯 。 材料峋
本文于 1 , 8 8 年 , 月对 日收到 。
I 8遗 传 学 报 17卷
镜检和培养基的配制均按我们过去报道的方法进行 ’ ` ,14] 。
结 果 和 讨 论
(一 ) 花粉发育时期对诱导愈伤组织的影响 一
为了探明诱导三属杂种花粉愈伤组织最适合的花粉发育时期 , 1 9 84 年分别接种花粉
处于单核中期 (核偏离中央 ,化现液泡 )和单核中晚期 (液抱占有小抱子体积的大部分 , 丫
些小抱子的核移到萌发孔对面的位置 )的花药进行对比试验 。 结果表明 (表 1) , 单核中晚
期的花药其愈伤组织的诱导频率比单核中期的花药高 。 同年在比较材料春 、 秋播之间的
裹 1
T 一目 . 1 一n f l u e o c e
花粉发育时期对花粉愈伤组织形成的影响
o f p o l l e n d e v e l o p m
r n 飞 O n P o 一l e n e a l l u s f o r m a t i o n
花粉发育时期
S t a g e o f P o l l e n
d e , e l o Pm e n t
接种花药数
N o
.
o f a n t h e r .
P l a t e d
形成愈伤组织数
N O
.
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f o r m e d
诱导频率
(% )
I n d u e t i o n f r e q u e n e y
单核中期
M i d
u n i n u c l e a t e
5 t a g e
2 6 6 2 1 47 5
。
5
M岔悠黔黑
u n i n u e l e a t e s t a g e
19 7 , 1 5 5 7
。
8
差异时也结合观察了两个发育时期的诱导效应 。 从表 2 可以看出 , 在春 、秋拜种条件下 ,
t ` b! e Z
衰 2 春摇和狄抽材料之间愈伤组织诱导频率的位异
D i f f e r 七 n e e o t c a l l u s i n d u c t i o n f r e q u e n e y b e t w e e n s P r i n g
s o w i n 只 a 一, d a u t u m n s b . i 。 盆 m a t e r i a l
播期
S o w i n g 材 料
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花粉发育时期
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形成愈伤组织数
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f o r m e d
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f r e q u e n e y
(六倍休小黑麦 火中间型
3 号 ) F -
( H e x a P l o i d
T r i r i e a l e减
I n t e r m e d i a r e
t y P 。 玉) F ,
M止单核中期u n i n 吐 c l e a t e 9 9 2 3 2 3 。 2春播
S P r i n g
压g e— 一 魂 . 一 一一 一 !一 — — !— — 1_单核中晚期M id a n d l a t eu n i n u c l e a t e s t a g e 1 3 3 2 8 5 6 。 4
单核中期
M id
u n i n u c l e a t e 4 6 0 3 l 6
。
7
秋播
A u t u m n
`考翼一…二…二甲华 a ,华 l a ` 亡 } ` , 。 !。 n i u u c : 。 a : 。 。 : a ` e l { 1 1 。 6单核中期M i d u n 加 u e l 亡 a t e 6 J一。ǐ?春播S P r i n g 中间型 3 号 x 六倍体小黑麦 ) F4 I n r e r m e d i a t e t了 P e 3 K
H e x a P l o i d T r , t i e a l e ) F
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1 67 0
单核中晚期
M i d
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u n i n u ` l e a t e s t a g e
f , 4 苏 ! 0 , 9
庄家骏等 :小麦一夭兰恨麦草一黑麦三属杂种花粉植株诱导条件的研究
单核中晚期花药的愈伤组织诱导率要比单核中期提高 5 0多到一倍 。 由此可见犷锈导草履
杂种花粉植株和诱导属间杂种 (小惬麦 ), .1’J 相似 , 也以单核中晚期为反应最好的时期。
(二 ) 材料春 、 秋播种对诱导反应的差异 公
(六倍体小黑麦 X 中间型 3 号 ) F , 在北京既可春播也可秋播。 表 2 的诱 导结果表甄、从秋播的植株取花药接种 , 无论是花粉处于单核中期还是处于单核中晚期 , 其愈伤组织侧 -
诱导率均明显超过从春播材料取的花药 。 秋播材料的诱导效果之所以较好 , 可能是由于
耿播植株生育期长 , 其个体发育状况和生理状态对诱导较为有利乙 此外从表 2 还可以看
.出 , 在相同的培养条件下 , 正反交组合产生愈伤组织的能力是有差异的 。 以中间型 3 号作
母本的组合 , 其愈伤组织的诱导率比 法国六倍体小黑麦作母本的组合要高。 但这一试验
结果 , 尚待进一步的研究验证 。
(三 ) 低温预处理对愈伤组织诱导与分化的影响
在一些植物的花药培养研究中 , 利用 低 温 预 处 理 可 显 著 提 高 愈 伤 组 织 的 产
最 。 声.,. , , .13] 。 本研究将花粉处于单核中晚期的幼穗放在 4℃ 冰箱中进行低温预处理 48 小
射 , 然后取出花药接种 。 从表 3 的结果可以看出 , (六倍休小黑麦 x 中间型 3 号 ) F . 经低
温预处理的花药 , 其愈伤组织诱导率比未经处理的有所提高。 而 (六倍体小黑麦 x 中间型
5 号 ) F : 经低温处理的愈伤组织诱导率虽然与对照不相上下 , 但愈伤组织的分化能力却有
裹 3 低通预处现对愈价组织汤导与分化的胜网
T a b l e 3 I n f l u e n c e o f c o ld P r e t r e a , m e n t o n i n d u c : i o n a n d
d 1f f o r e n r i a : 10 . 成 , p o l l e n c a l l u s
材料 低退 接种 愈伤组织 转移愈伤 绿苗分 白苗分化率 绿 、 白苗
M a t e r i a l s 预处埋 花药数 诱导串 组织块数 化率 ( % ) ( % ) 诱导串 (% 〕
C o l d N O
.
o t I n d u e r i o n N o
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o f C a里11 C a l l i I n d u e t i o n
P r e t r e 吕毛m - 吕 n t h e r s f了 e o u e n e v e a l l i g 工v I n g 9 I v i n g f r e q u e n e y
e n t P l a t e d d 宝 O O l l e D t r a n , f e · g t e e D 一 l b i . o o 〔 一 g r e . n
c 舀 i ! u .吸 .外 , ) r r e d P l a n r l e t - p如 n t l e r s 二 l r! a l b i n `
P l a n t l e t s
l
.
( 六倍休小黑麦 K 中间型 对照 4 6 2 3 (。 . 6 ) 3 1( 3 3 . 3 ) - 0 O 。 2 0
3 号 ) F : C K
( H
e x a p l o i d T r i t i 。 a l e只
I n t e r m e d i a t e t y P o 3 ) F
, 4℃ , `日h 25 2 8( 3 . 2 )
对嫩 斗2 0 6 ( 1 . 斗 ) 6 l ( 1 6 . 7 ) 。 ; 0 。 2 4
C K
4℃ , 48 h 3 7只 6 ( 1 . 6 ) ` 3( 5 0 ) l ( 16 . 7 )
提高 ,其绿 、 白苗分化率为对照的 4 ; 4 倍。 由此可见 , 低温预处理对三属杂种花粉的诱导
也稍有促进作用 。 曾君社由在小麦接获药低温培养 2 天的处理中发现 , 低温能提高核同
.欢分裂和核融合的出现频率。 渠荣达也发现 , 经过低温预处理的水稻花药在培养过程中
一招粉退化要比新鲜花药缓慢。 这些均表明低温可影响雄核发育和花粉植株的形成 。 至干
低温预处理的作用机制 , 虽有些假说 , 但还有待于实验检验 。
( 四 ) 诱导培并基对愈伤组织诱导与分化的影响
1 9 8 2 年比较了马铃薯一 1培养基和 凡 培养基 3t] 两种诱导培养基的 诱 导 效 应 , 并以
遗 传 学 报 口 卷
9 10
一 2培养基作为愈伤组织的分化培养基 。 如表4 所示 , 两种供试材料在马铃薯一 1 培养
基上 , 花粉愈伤组织的诱导频率都明显高于 从 培养基 , 分别为 .N 培养基的 4 . 8 倍 和 3
倍 。 从马铃薯一 H 培养基上诱导的愈伤组织分化绿苗和 白苗的频率 (每百个花药产生能分
. 化绿 、 白苗的愈伤组织数 )也有所提高 , 分别为对照培养基的 2 倍 。 1a9 6 年又设置了以马
铃薯 , 1 培养基与诱导效果较好的 C t 7 培养基 2[J 的对比试验 , 实验结果表明 (表 4 ) , 一个供
农 4 不同培并签对愈伤组织诱导与分化的形响
T . 曰 e 4 I n f l u比 e e o f d i f f e r e n t m e d i a o n i n d u ` t i o n J : , d
d i f f e r e n t i a t i o n o f P o l l e n e a l l u s
材 料 诱导培 接种花 愈伤组织 转移愈伤 绿苗分化 白苗分化 绿 、 白苗诱
M
a t e r i a l s 养基 药数 诱导串 组织块数 串 (% ) 率 (% ) 导率 ( % )
C a l l u s N o 一 o f , ~ 」 。 . 一 . : ~ ~ N o , o f C a l l i C a l ] i , 一 J ~ ~ 。 : ~ ~
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o f P o l l e n r r e d P l a n t l e t s P l a n t l e t s f r e q u e n e v
c a l l u s (% )
0 f g r分 e n
1 a r l 】 a l b i n c
P l a n t l e t s
(六倍体小黑麦 又 中间型 N . 4 1 9 6 ( 1 . 4 ) 3 l ( 3 3 . 3 ) 0 0 。 4 7
3 号 ) 、 F I
( H
e x a p l o i d T r i t i e a l e 马铃芬 1 4 2 0 2 8( 6 . 7 ) Z0 l ( , ) 2( 1 0 ) l 。 0火 I n r e r o e d i a t o t y P e 3 ) F : 、 P o t a t o ` 11
(六倍体小黑麦 减中间型 N - 4 18 4 ( 0 . 9 6 ) 2 议 5 0 ) 0 心。 4 8
5 号 ) F I
( H
o x a p l o i d T r i t i e a l e 又 马铃薯 1 4 1 1 一2 ( 2 . 9 ) , l ( 1 1 . 1 ) 2( 2 2 . 2 ) 0 。 q 7
I n t e r m e d i a t e t了 p e s ) F : P o t a t o 一 11
(六倍休小黑麦 又 中间型 C , , ` 8 0 0 ` t 7 ( 2 . 1 ) l 7 0 5 ( 2 9 · 4 ) 0 . 6 2
3 号 ) F ,
( H
e x a P l o i d T r i t i c a l e 又 马铃薯 1 , 5 0 2 5 ( 2 . 6 ) 2万 4( 16 ) 9 ( 3 6 ) 1 . 3 ,
I血 t e r m o d i` t e t y P e 3 ) F - P o t a t o · 11
卜
(六倍体小黑爱 丫 中间型 C l , q , 0 礴( 0 . 碍 ) 4 0 0 0
5 号 ) F :
( H
e x a P l o i d T r i t i e a l e又 马铃薯 1 8 0 0 8 ( 1 . 0 ) 8 l ( 1 2 . 5 ) 1( 12 . , ) 0。 2 ,
In r e r m e d i a r e t y p e s ) F
r P o t a t o
一
11
试材料在 马铃薯一 1 培养基上的愈伤组织的诱导频率和分化频率都有明显提高 , 而另一个
材料的愈伤组织诱导率和对照大体相等 , 但分化频率却有所提高 。 以上结果表明 ,利用以
马铃薯块茎提取物为基础物质的马铃薯一 : . 培养基为诱享培养基 , 其愈伤组织的诱导与分
化频率比自前两个较好的合成培养基还要高 。但是用马铃薯一 1 培养基诱导三属杂种的愈
伤组织诱导率 , 与诱导普通小麦的频率相比 , 则相差甚大 。 三属杂种诱导率较低的主要原
因 , 显然是 由于在三属 F , 杂种中有 D R E (或 D R F ) 三组染色体以单价体存在 , 致使减
数分裂行为不正常 , 形成的有效小抱子甚少 ,而且这些由不同数目的 D R E (或 D R F ) 络
·色体 , 与完整的 A B 染色体组组合成的多种类型的配子 , 在诱导愈伤组织时的难度 , 要比
普通小麦大得多言另就培养基而言 ,根据我们多次试验的结果来看 , 马铃薯一 n 培养基对
三属杂种的诱导潜力也是很有限的 。 为了提高三属杂种愈伤组织的诱导频率 , 使 F , 杂种
花药的各种染色体组成在植株水平上显现出来 , 还须进一步研究培养基的改进`
(五 ) 不同世代杂种的诱导效应
我们曾在普通小麦 x 小僵麦中间型属间杂种的花药培养试验中发现 , 不同世代之间’
1 期 庄家骏等 :小麦一天兰很麦草 一黑麦三属杂种花粉植株诱导条件的研究2 1
诱导率的差异是很明显的 。 为了查明三属杂种不同世代之间的差异 , 在同一年份分别接
种了两个杂交组合的 F , 和 F , 杂种的花药 。 试验结果表明 (表 5 ) , F Z 杂种花粉愈伤组织
的诱导频率以及愈伤组织的分化能力都比 F , 杂种有明显的提高 。 其中 (法国六倍体小黑
麦 x 中间型 5 号 ) F : 杂种提高的幅度很大 , 其愈伤组织的诱导率比 F 、 杂种高 20 多倍 ,而
分化率提高近 50 倍 。 鉴于 F Z杂种有效抱子有所增加 , 而且 F , 的分离极其复杂 , 出现的
类型也很多 。 我们建议 , 利用 F : 杂种或取经回交的 F : 杂种进行花药培养借以提高三属
杂种的诱导频率 。
衰 5 不同世 代杂种的诱导狡应
T
a b l e S 泣了 f : 。 e t o t I n d u e t i o n b e t w e e n d i f f e r e n t g e n o r a t i o n h y b r i d s
接 种花 药数
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愈伤组织诱导率
In d u c t i o n
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组织块数
N o
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378一考
(六倍体小黑麦 火中间型
5 号 )
( H e x a p l o i J T r : : : 。 ` l o x
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a e 9 t e 亡 D a 1 b i n o
P Ia n t l
e e s P l a n t l e r s
F - 1 6 3 5 3 3 ( 2
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F : 13 1 7 8 嘴( 6 . 4 ) 8今 1 4 ( 1 6 . 7 ) 5 ( 5 . 9 ) 1
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F - 4 2 0 6 ( 1
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la t t e r be i n g s i g n i f i e a n t l y be t t e r tb a n th e f o r m e r
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K e y w o r d s
in 九 h y b r id p l a n rs w a s m u c h l、 ig h e r _ t h a n th o s e i n F : il y b r i d p l a n t s .
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R e c 亡孟, e d M l y 2 4 , 198 8 .