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氟乐灵诱导百合2n花粉的研究



全 文 :西北农业学报 2012,21(3):153-157
Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica
氟乐灵诱导百合2n花粉的研究

封 紫,刘瑞峰,贾桂霞
(北京林业大学 园林学院,国家花卉工程技术中心,北京 100083)
摘 要:为恢复F1 育性以及进行倍性和基因渗入育种奠定基础,以LA系列百合Bonsior(2n=3x=36)为材
料,对不同长度花蕾减数分裂的进程进行显微镜观察,并采用注射法对不同体积分数和剂量的氟乐灵诱导2n
花粉进行研究。结果表明,小孢子母细胞减数分裂时期与花蕾的长度有一定的相关性。以粗线期至中期Ⅰ的
花蕾作为处理对象,2n花粉的诱导率随着氟乐灵体积分数和剂量的增加而增加,但对花蕾的伤害也在加深。
综合分析表明,氟乐灵体积分数为2.5%、剂量为60μL时诱导效果较好,诱导率为51.6%。因此,氟乐灵可
以作为一种“纺锤体抑制剂”,能有效地诱导2n配子。
关键词:百合;2n花粉;氟乐灵
中图分类号:S681.9    文献标志码:A     文章编号:1004-1389(2012)03-0153-05
Induction of 2nPolens by Trifluralin in
Longiflorum×Asiatic Hybrid(Lilium)
FENG Zi,LIU Ruifeng and JIA Guixia
(Colege of Landscape Architecture,Beijing Forestry University,National
Engineering Research Center for Floriculture,Beijing 100083,China)
Abstract:In order to build the foundation for restoring F1sterility,polyploidization and introgression
breeding,we observed the meiosis of LA hybrid lily Bonsior(2n=3x=36)with different bud sizes by
the optical microscope and attempted to induce 2npolens by injection of different volume fraction and
doses of trifluralin.The result showed that bud sizes correlated with the developmental stages of the
microspore mother cels.The buds in the stages from pachytene to metaphaseⅠ were chosen as ob-
jects.The numbers of 2npolens were growing with the increasing of trifluralin volume fraction and
dosage,at the same time the buds were damaged more seriously.Through the comprehensive analy-
sis,the optimal condition for inducing 2npolens was injection with 60μL of 2.5%trifluralin solution
and the induction frequency was 51.6%.So,trifluralin could be a spindle poison to induce 2npolens
effectively.
Key words:Lilium;2npolen;Trifluralin
  百合是世界上重要的切花品种。依据亲缘关
系,英国皇家园艺协会将百合分为9大类:亚洲百
合杂种系(Asiatic hybrids)、星叶百合杂种系
(Martagon hybrids)、白花百合杂种系(Euro-
Caucasian hybrids)、美洲百合杂种系(American
hybrids)、麝香百合杂种系(Longiflorum lilies)、
喇叭形和奥列莲杂种系(Trumpet and Aurelian
hybrids)、东方百合杂种系(Oriental hybrids)、其
他杂种系(Other hybrids)、原生种(Species and
cultivars of species)[1]。其中亚洲百合、东方百合
和麝香百合杂种系为主要切花和园林绿化品种之
源[2]。亚洲百合开花早,无香味,颜色丰富;东方
* 收稿日期:2011-08-24  修回日期:2011-10-25
基金项目:国家自然科学基金(31071819);国家科学支撑计划(2009BADB8B04)。
第一作者:封 紫,女,博士,研究方向为观赏植物遗传育种。E-mail:lelezifeng@163.com
通讯作者:贾桂霞。E-mail:gxjia@bjfu.edu.cn
系列花型大,颜色单一,具有香味;麝香百合花型
优美,有香味但以白色居多。因此,对这3个群体
进行种间杂交,实现基因渗入,获得具有优良性状
的品种成为现代百合育种的一个重要方向。为了
实现优异园艺性状的综合,在不同杂种系间进行
杂交和回交是必需的[3]。但百合不同杂种系间亲
缘关系较远,产生的杂种是高度不育的[4-5]。而恢
复杂种育性的重要且非常有效的方法就是染色体
的体细胞加倍和2n配子的诱导[4]。但是由体细
胞加倍获得的异源四倍体在减数分裂期间由于同
源染色体配对而无法在异源多倍体中实现基因组
间的重组,对基因渗入育种的贡献较小[6]。而当
有性加倍被用来获得多倍体时,在2n配子形成过
程中发生基因组间的重组,增加遗传变异,对植物
的改进具有非常重要的意义[4-5]。
目前,国内关于观赏植物2n雄配子诱导的研
究较少,且使用的化学试剂多为秋水仙碱。郑思
乡等[7]利用1.0~4.0g/L的秋水仙碱诱导东方
百合2n雄配子,得出30g/L的秋水仙碱诱导效
果较好,诱导率为25.8%。吴红芝等[8]对彩色马
蹄莲2n花粉的诱导表明,1.5g/L的秋水仙碱可
以诱导出比正常花粉大45%的大花粉。肖亚琼
等[9]对鹤望兰2n配子的诱导研究得出,2.0g/L
的秋水仙碱诱导效果最好,诱导率为17.3%。
由于秋水仙碱相对昂贵,有部分学者开始研
究除草剂对2n配子形成的影响。氟乐灵(2,6-二
硝基-N,N-二正丙基-4-三氟甲基苯胺)是人工合
成的化学药剂,通常被用作除草剂。Jackson
等[10]发现氟乐灵可以导致纺锤体微管和细胞板
的消失。Suwanaketnikom[11]认为在所有高等植
物的真核细胞中微管是蛋白质结构,一些除草剂
可以使植物细胞中的微管无法形成,类似于秋水
仙碱的功能,造成细胞分裂过程中纺锤丝的缺失。
2008年Sohha[12]利用氟乐灵对柑橘属品种进行
有性加倍,获得较好的诱导效果。
目前,国内外还没有关于氟乐灵用于百合有
性加倍的报道。且LA系列百合是从麝香百合和
亚洲百合的杂交后代中选育出来的,具有花色丰
富、香气淡雅及抗性较强等优良性状。但LA系
列百合中的三倍体品种由于减数分裂异常导致大
多数花粉败育 [2,13],限制其作为育种资源的利用。
因此,本试验对氟乐灵诱导LA百合2n配子进行研
究和探索,以克服LA系列百合的不育性[2]。
1 材料与方法
材料为百合LA系列的品种Bonsior(2n=3x
=36),其染色体见图1。露地种植于北京林业大
学小汤山花卉工程中心基地。利用涂片法对
Bonsior不同花蕾长度的减数分裂时期进行观察,
对处于中期Ⅰ的花蕾进行氟乐灵处理。对氟乐灵
体积分数和剂量设计试验方案见表1。采用微量
注射剂对花蕾进行顶端注射。在花朵盛开时收集
花粉,晾干并保存在-20℃冰箱。利用显微镜对
每个处理的500粒花粉进行观察,以花粉粒直径
为正常花粉粒的130%作为2n花粉的标准[7],统
计大花粉、小花粉数,并进行分析。
2 结果与分析
2.1 减数分裂时期与花蕾长度的对应关系
对不同花蕾大小与与减数分裂时期的对应关
系进行观察,结果见表2。在花蕾达到17mm时
进入减数分裂的间期,18~20mm的花蕾多为减
数分裂前期Ⅰ,处于中期Ⅰ的花蕾长度多为
21mm左右,24~25mm的花蕾多处于减数分裂
图1 Bonsior染色体(2n=3x=36)
Fig.1 Chromosomes of Bonsoir(2n=3x=36)
表1 试验设计
Table 1 Experiment design
试验编号
Test number
氟乐灵体积分数/%
Volume fraction
of trifluralin
处理剂量/μL
Dosage
A  1.0  20
B  1.0  40
C  1.0  60
D  2.5  20
E  2.5  40
F  2.5  60
G  5.0  20
H  5.0  40
I  5.0  60
·451· 西 北 农 业 学 报                  21卷
中期Ⅱ。花蕾28mm时出现大量的游离小孢子。
此外,Bonsior花蕾长度与减数分裂时期不是完全
对应的关系,在19~28mm花蕾中减数分裂出现
细胞间的不同步性。参考Akutsu等[14]的试验结
果,即减数分裂中期Ⅰ为诱导2n配子的较好时
期。因此,选择21mm左右的花蕾作为氟乐灵处
理材料。
2.2 氟乐灵对花蕾生长的影响
氟乐灵是一种“纺锤体抑制剂”,它不仅抑制
纺锤体的形成,同时也对花蕾的生长造成伤害。
与正常的花朵(图2)相比,氟乐灵处理后的花朵
变小,中间3花瓣不完全展开,而花瓣厚度增加
(图3)。从表3可以看出,在同一剂量下,凋谢花
蕾数随氟乐灵体积分数增加而增加。当氟乐灵体
积分数一致时,注射剂量与凋谢花蕾数呈正相关。
2.3 氟乐灵对2n花粉形成的影响
根据与未处理花朵的花粉进行比较,氟乐灵
试剂的处理能有效地促进2n花粉的形成(图4,
图5)。总体来说,在试验的设定范围内,2n配子
随着氟乐灵体积分数和剂量的增加而增加
(图6)。当氟乐灵体积分数为5.0%、剂量为
60μL时,2n 配 子 的 诱 导 率 达 到 最 大 值,为
59.7%;但此处理后的花蕾有40%凋谢,而其他
均为畸形花蕾。综合氟乐灵对花蕾生长及2n配
子诱导的影响,本试验认为氟乐灵体积分数为
2.5%、剂量为60μL时诱导效果较好。
表2 Bonsior减数分裂时期与花蕾长度的关系
Table 2 Relationship between meiotic stages and bud sizes
花蕾长度/mm
Length of the buds
花药颜色
Colour of the anthers
减数分裂时期
Stage of the meiosis
17 绿色 Green 间期Interphase
18 绿色Green 细线期Leptotene
19 绿色Green 细线期、粗线期Leptotene,pachytene
20 绿色Green 粗线期、终变期、中期Ipachytene,diakinesis,metaphaseⅠ
21 绿色Green 终变期
、中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ Diakinesis,metaphaseⅠ,anaphaseⅠ,telo-
phaseⅠ
22 淡绿色Lightgreen
中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ、前期Ⅱ、中期Ⅱ MetaphaseⅠ,anaphaseⅠ,telo-
phaseⅠ,prophaseⅡ,metaphaseⅡ
23 淡绿色Lightgreen 末期Ⅰ、前期Ⅱ、中期Ⅱ TelophaseⅠ,prophaseⅡ,metaphaseⅡ
24 淡黄绿色Pistachio 中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ MetaphaseⅡ,anaphaseⅡ,telophaseⅡ
25 淡黄绿色Pistachio 中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ MetaphaseⅡ,anaphaseⅡ,telophaseⅡ
26 黄绿色 Kely 后期Ⅱ、末期ⅡanaphaseⅡ,telophaseⅡ
27 黄绿色Kely 末期Ⅱ、四分体时期 TelophaseⅡ,the stage of tetrad
28 黄绿色Kely 四分体时期、游离的小孢子时期 The stage of tetrad,the stage of microspores
表3 氟乐灵体积分数和剂量对Bonsior花蕾生长的影响
Table 3 Effect of different volume fraction and doses of trifluralin on the growth of Bonsior buds
试验编号
Test number
凋谢花数
Number of
withered flowers
畸形花数
Number of
freak flowers
正常花数
Number of normal
flowers
成花率/%
Flowering
rate
A  2  2  16  90
B  10  2  8  50
C  10  4  6  50
D  0  8  12  100
E  2  14  4  90
F  6  14  0  70
G  4  10  6  80
H  4  16  0  80
I  8  12  0  60
·551·3期               封 紫等:氟乐灵诱导百合2n花粉的研究
图2 正常开放的Bonsior花朵
Fig.2 Normal flower of Bonsior
图3 氟乐灵处理后的Bonsior花朵
Fig.3 Treated flower of Bonsior by trifluralin
  a.2n花粉2npolen;b.正常花粉 Normal polen;c.干瘪花粉
Wizened polen;下同 The same as below
图4 氟乐灵处理后的花粉
Fig.4 Polen grains of Bonsior treated by trifluralin
图5 自然形成的花粉
Fig.5 Polen grains of Bonsior produced naturely
图6 氟乐灵诱导Bonsior产生2n花粉的百分比
Fig.6 The percentage of 2npolen grains
induced by trifluralin
3 讨 论
Akutsu等[14]的研究结果表明,对百合不同
减数分裂时期的小孢子母细胞进行2n配子诱导,
效果差别很大,中期Ⅰ的诱导率较高。因此,对
Bonsior不同长度的花蕾进行减数分裂的观察是
必要的。百合L.longiflorum 花蕾的长度与花
粉的发育阶段是相互关联的[15-16]。Akutsu等[14]
也在亚洲百合 Mona中观察到花蕾长度在减数分
裂前到二核期范围内是与花粉的发育阶段相关联
的,但不同花蕾的花药发育阶段是不同步的。这
与本试验的观察结果一致,且同一花药内的小孢
子母细胞的发育阶段也是不同步的。
用于诱导2n配子的化学试剂被称为“纺锤体
抑制剂”,它们阻碍减数分裂时期纺锤体的形
成[17-18]。用于百合有性加倍的试剂有秋水仙
碱[19]、安磺灵[20]和N2O[14,21-22]等。Sohha[12]使用
氟乐灵对柑橘属品种进行有性加倍,得出2n雄配
子随着氟乐灵体积分数的增加而增加。试验采用
低体积分数低剂量的氟乐灵就可以获得较高的
2n配子诱导率,且诱导率随着氟乐灵体积分数的
增加而增加。氟乐灵价格便宜,是一种经济、低
毒、实施方便的“纺锤体抑制剂”,可以用于百合
2n配子诱导。但试验中,氟乐灵对花蕾的毒害作
用相当明显,还需对氟乐灵体积分数和剂量作进
一步筛选。
未减数配子是百合种间杂种F1 代不育性的
重要途径[23]。为了将远缘染色体片段成功地渗
入品种或其他基因型中,异源二倍体的未减数配
子是最佳的选择[23]。本试验成功地获得大量的
2n花粉,为克服F1 代的不育性以及进行基因渗
入育种奠定基础。
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