全 文 ：中国农学通报 2012,28(04):69-73
Chinese Agricultural Science Bulletin
0 引言
体细胞无性系变异在植物组织培养中是普遍发生
的，在育种中所起的作用越来越重要。而体细胞无性
系变异结合分子育种、诱变育种等均称为体细胞无性
系变异复合技术，其中以结合诱变育种（物理辐射、空
间诱变、化学诱变等）的技术，即离体诱变育种应用最
广泛，并取得了一定的成果。采用此手段，不仅能增加
诱变的频率，还能让诱变更便捷[1]。这项技术已被广
泛应用于育种工作中，并选育出许多人们所需要的新
品种。
1 体细胞无性系变异
1981年Larkin和 Scowcroft等把任何形式的细胞
培养所获得的再生植株统称为体细胞无性系
(somaclones)，并在前人的研究成果基础上提出了体细
胞无性系变异(somalclonal variation)，即通过无性繁殖
方式产生的后代群体所表现出的变异[2]，反驳了通过
植物组织培养得到的再生植株与母体植株应该是完全
一样的说法。体细胞无性系变异是植物组织培养中的
普遍现象，并且它的产生没有种属特异性，几乎所有的
植株都可以发生，如在辣椒[3]、葡萄[4]、欧美杂杨[5]、小黑
基金项目：国家科技支撑计划项目“球根类花卉种质资源发掘和新品种研发”(2007BAD45B01)；云南省社会发展科技计划项目“百合抗镰刀菌细胞诱
变技术的研究”(2009ZC140M)；行业科技专项“主要切花育种、栽培和采后技术的开发、集成与示范”(200903020)。
第一作者简介：蒋姝，女，1983年出生，河北井陉人，在读硕士研究生，研究方向：百合抗病育种。通信地址：650205云南省昆明市北郊龙头街云南省
农业科学院花卉研究所，E-mail：Jiangshu66@126.com。
通讯作者：张艺萍，女，1977年出生，云南剑川人，助理研究员，硕士，研究方向：花卉抗病育种。通信地址：650205云南省昆明市北郊龙头街云南省
农业科学院花卉研究所，Tel：0871-5895021，E-mail：blackfarinj@126.com。
收稿日期：2011-07-26，修回日期：2011-10-22。
植物离体诱变及在百合育种中的应用
蒋 姝 1,2,3，孟金贵 3，崔光芬 1,2，贾文杰 1,2，王祥宁 1,2，吴丽芳 1,2，张艺萍 1,2
（1云南省农业科学院花卉研究所，昆明 650205；2云南省花卉育种重点实验室，昆明 650205；
3云南农业大学，昆明 650201）
摘 要：植物离体诱变技术目前已广泛应用于作物优质、高产、抗病、抗逆等新种质的筛选中。综述了体
细胞无性系变异简况、离体诱变育种采用的技术、抗性突变体的筛选技术以及检测方法、应用现状及在
百合育种中的应用情况。分析了离体诱变育种的优势及在百合抗病育种中的应用前景。
关键词：体细胞无性系变异；离体诱变育种；百合
中图分类号：S603.6 文献标志码：A 论文编号：2011-2142
Advances in Technology for the Mutagenesis Breeding in vitro and Application in Lily Breeding
Jiang Shu1,2,3, Meng Jingui3, Cui Guangfen1,2, Jia Wenjie1,2,
Wang Xiangning1,2, Wu Lifang1,2, Zhang Yiping1,2
(1Flower Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650205;
2Yunnan Flower Breeding Key Laboratory, Kunming 650205; 3Yunnan Agriculture University, Kunming 650201)
Abstract: The mutagenesis breeding in vitro of plants has been widely used in the screening of disease
resistance, top quality，high yield of new germplasm. In this paper, the overview of somaclonal variation in
plant were briefly introduced, the method of selection，detection on variation，the development and current
status and the application in lily of the mutagenesis breeding in vitro were summarized. The superiority of the
technology for mutagenesis in vitro and the application perspective of breeding for disease resistance in lily
were analyzed.
Key words: somaclonal variation; mutagenesis breeding in vitro; lily
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麦[6]、大麦[7]等作物的育种中都已得到了广泛应用，涉
及的性状有生理方面的（作物生长势、成熟期、抗逆性、
抗病性等）、形态方面的（根、茎、叶、花、果实等）、品质
方面的（主要营养成分含量、外观等）等[8-11]。随着研究
的不断深入，体细胞无性系变异的机理以及在育种中
的应用取得了较大的进展，成为了继花粉和花药培养
之后多种植物种质资源创新及其良种选育的一条新途
径。
2 离体诱变育种
随着离体培养技术的发展，诱变育种的应用逐渐
受到重视。因为越来越多的研究工作者选择采用体细
胞无性系变异结合诱变育种（物理辐射、化学诱变等）
的技术，简称为离体诱变育种。诱变育种是人为的利
用化学或物理诱变因素使植株产生可遗传变异，经过
多世代选择出有利用价值突变体的育种手段[12]，它结
合体细胞无性系变异不仅能扩大变异谱和提高变异
率，而且还可以在培养基中加入特定的选择压（如较高
的盐浓度选择耐盐突变体，或使用病原菌的毒素或培
养滤液选择抗病植株，或提高温度选择耐高温突变体）
进行离体选择，弥补体细胞无性系变异非定向诱变的
缺陷，提高了选择效率[13]。另外还具有诱变材料小、诱
变剂容易吸收、不受环境条件限制、可大幅降低常规诱
变技术中产生嵌合体的比率等优点。此技术在育种工
作中已发挥重要作用。
2.1 离体诱变
2.1.1 体细胞无性系变异结合物理诱变的应用现状 物
理诱变剂主要是指不同种类的射线，如X射线、β射线、
γ射线、中子、激光、电子束、紫外线等。体细胞无性系
（茎段、花药、原生质体培养、愈伤组织培养和细胞悬浮
培养、再生能力较强的外植体等）变异结合物理诱变的
育种手段早被应用于育种工作中。庄晓英等[14]用辐射
诱变带鳞片叶的鳞茎盘水仙，通过选择获得了叶片数
增多和小球茎膨大速度加快的突变体。石淑稳等[15]用
紫外线照射油菜小孢子 40 s，获得了胚状体再生提高
的植株。陈敏 [16]通过对刺芹侧耳原生质体进行紫外
线、60Co-γ双重照射处理，得到遗传稳定的木质素降解
酶高产菌株。所以体细胞无性系变异结合物理诱变是
一种有效的育种手段。
利用辐射结合离体诱变已获得有价值的突变体，
是一种简单高效的方法。离体辐射在百合育种中已有
应用，但报道尚少，且辐射源比较单一，主要集中于X
射线和 60Co-γ射线。黄海涛等[17]运用X射线对东方百
合‘索邦’离体不定芽进行急性辐照，并对辐照后的百
合不定芽继代材料的生长及过氧化物(POD)同工酶酶
谱进行分析，发现1.76 Gy剂量处理东方百合芽高增量
较对照显著增大，不定芽增殖无显著性变化, POD同
工酶酶谱与对照相似系数较小，POD同工酶与对照的
差异最大，其他剂量处理相关生长指标与对照无显著
性差异。因此在进行东方百合离体材料X射线急性辐
照诱变育种时，设计剂量应高于1.76 Gy。张冬雪等[18]
发现辐射处理对百合鳞片出芽的抑制效应极显著；在
试验剂量范围内，随着辐射剂量的增加，出芽率、芽均
数均急剧减少；随着培养时间的增加，各辐射处理的出
芽率和芽均数普遍增加，且低剂量间的差异逐渐缩小，
高剂量间的差异逐渐增加；60Co-γ射线辐射东方百合
‘索邦’鳞片的适宜剂量约为2.0 Gy。孙利娜等[19]也证
实了 60Co-γ辐射诱变射‘白狐狸’、‘西伯利亚’和‘索邦’
3个百合品种鳞片，不定芽再生频率的抑制效应达到
显著或极显著水平；并随着辐射剂量的提高，不定芽再
生频率、平均不定芽数都随之降低或减少；同时得出
‘白狐狸’、‘西伯利亚’、‘索邦’的鳞片薄切片的适宜辐
射剂量分别为1.0、1.0、0.5 Gy。
2.1.2 体细胞无性系变异结合化学诱变的应用现状 化
学诱变是用化学诱变剂处理植物材料，以诱发遗传物
质的突变，从而引起形态变异，然后根据育种目标，对
突变体进行鉴定、培育和选择，最终得到目标突变株。
主要包括烷化剂乙烯亚胺(EI)、硫酸二乙酯(DES)等，
另外还有碱基类似物叠氮化钠(NaN3)、抗生素、羟胺以
及诱发加倍的秋水仙素等。
甲基磺酸乙脂(EMS)则是目前最常用的诱变剂。
通过 EMS诱变在诱导抗病突变体上应用已十分广
泛。因为抗病性是受显性因子所支配的，所以抗病性
的等位基因对存在于其他基因中感病性的等位基因是
上位。因此，有一个抗病的等位基因就可以使植株具
有抗病性[12]。而采用EMS诱变处理显性突变体相对
较多，点突变频率高，染色体畸变相对较少 [20]。所以
EMS是诱导抗病突变体的有效化学诱变剂。而离体
培养可对愈伤组织、花粉、胚乳等遗传上不稳定而嵌合
体又少的特定材料进行诱导，使其具有抗病性。EMS
与体细胞无性系变异相结合的育种手段已取得一定的
成果。Bhagwat和Duncan[21]以EMS作为诱变剂，结合
香蕉茎尖培养筛选出抗镰刀菌萎蔫的材料。EMS在选
择高产、优质、抗逆境性状上也已得到应用。王瑾等[22]
以抗旱性差的小麦品种花药和幼胚的愈伤组织为材
料，进行EMS诱变处理，共得到13株抗旱植株。徐美
隆等[23]用EMS结合丽格海棠叶片离体培养，得到性状
优良的品种。张宏军等[24]用 1.5%EMS处理油菜后从
M2代筛选到一株油酸含量达 71%的高油酸植株。薛
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蒋 姝等：植物离体诱变及在百合育种中的应用
芳等[25]用甲基磺酸乙酯(EMS)处理春小麦后筛选出 7
个抗性淀粉含量高且综合性状优良的M突变家系。
鞠 培 娜 等 [26] 利 用 甲 基 磺 酸 乙 酯 (ethylmethane
sulphonate，EMS)诱变粳稻品种‘日本晴’获得了一个
遗传稳定的叶形突变体。
目前，国内外关于百合离体化学诱变的研究甚少，
主要集中在多倍体诱导方面。在百合育种中现应用最
多的化学诱变剂为秋水仙素。张俊芳[27]、臧淑珍[28]、孙
晓梅[29]都以秋水仙素为诱变剂来诱导多倍体，并分别
以青岛百合试管苗、亚洲百合杂种系中瓦迪索的花蕾、
新铁炮百合的种子作为试验材料，得出了秋水仙素浓
度分别为 0.05%、0.1%、0.05%或 0.2%时，染色体加倍
频率最高；且多倍体与正常植株比较，出现植株叶片变
大、根系粗壮、气孔显著增大而单位面积气孔数减少，
花蕾异常膨大率、花蕾长宽比、花径、柱头长度与对照
差异均达极显著水平，大花粉比率最高为 0.032，种子
出苗率提高等变异现象。姚连芳、文涛分别[30-31]用秋水
仙碱处理百合试管苗和百合鳞片，获得了叶片明显变
大变厚的新品种。刘亚娟等[32]以0.05%秋水仙素和2%
二甲基亚砜(DMSO)作为诱变剂处理新铁炮百合试管
苗，在离体培养下得到诱导率高的多倍体，且二倍体与
四倍体植株的叶下表皮气孔密度及气孔保卫细胞长、
宽均有明显差异的突变体。兰倩等[33]也以秋水仙素附
加 2%二甲基亚砜(DMSO)为诱变剂，麝香百合杂种系
‘雪皇后’的试管苗叶片和丛生苗为试验材料，得出叶
片以 0.05%的秋水仙素和 2% DMSO处理 72 h四倍体
率达到了 10%；丛生苗以 0.02%的秋水仙素 2%DMSO
处理 48 h四倍体率达到了 23.3%；丛生苗的诱导效果
明显优于叶片；且四倍体植株气孔明显变大，单位面积
内气孔个数明显减少。此外，喻晓[34]用紫外线、叠氮化
钠对大百合鳞茎进行诱导，获得了抗性强、适应低海拔
环境条件生长的突变体，为大百合的引种驯化和诱变
育种研究作了前期准备。
2.2 离体诱变结合选择压定向筛选突变体技术
离体诱变突变体的筛选方法有很多，如田间再生
植株中筛选有用的突变体、负选择系统、间接筛选法
等，现主要采用外加选择压力来进行筛选。而在体细
胞无性系变异的应用中利用病菌毒素、低温、NaCl等
选择压已筛选出胡椒抗瘟病无性系[35]、马铃薯抗晚疫
病的细胞变异无性系[36]、抗寒性好的小麦无性系[37]、耐
盐的高羊茅突变体[38]。因此在离体诱变过程中对出现
的变异给予一定的选择压力，则更能选出符合育种目
标的无性系。由于可在培养过程中给予培养材料一定
的选择压力，如盐类、病菌毒素、除草剂等，使非目标变
异体在再培养过程中被淘汰，而符合人们要求的变异
体得以保留和表现，且变异后代遗传稳定，选育出适合
的优良品种，如高产、优质、雄性不育、抗病虫害、抗逆
境（抗盐、抗寒和抗旱）等，起到定向培育的作用[39]。在
此主要介绍筛选抗病、抗逆突变体 2个方面的研究进
展。
2.2.1 抗病突变体的筛选 植物的抗性是由基因控制
的，很难看到在组培中植物体细胞、组织对病毒的抗性
作用，但利用致病毒素筛选抗病突变体，进而培养成具
有应用价值的抗病品系或品种愈来愈受到人们的重
视。1977年Carlson[40]用EMS处理烟草原生质体和细
胞培养物，以烟草野火病毒素类似物MSO为选择剂，
筛选出了抗病突变体。刘进平等[13]利用EMS处理胡
椒茎尖，结合辣椒疫霉培养滤液对胡椒茎尖及其形成
的丛生芽进行离体选择并检测出抗病再生植株。罗静
等[41]用甲基磺酸乙酯(EMS)处理草莓愈伤组织后通过
草莓灰霉病病原毒素(Toxin)离体筛选获得抗病愈伤组
织并诱导成苗。经遗传分析，证明其抗病性是可以遗
传的，这说明利用病毒素或其类似物作为选择剂，从培
养物中筛选抗病突变体是可能的。
2.2.2 筛选抗盐和一些极端因子等逆境突变体 采用人
工形成的低温、干旱、盐碱、重金属离子等作为选择压
力，选出抗逆细胞突变体。抗逆性大都是复杂的多基
因性状，利用组织培养则可以在细胞水平上研究植物
的抗逆（抗盐、抗寒和抗旱等）机制以及如何增加愈伤
组织等培养物的抗逆性。耐盐突变体筛选方法是在培
养基中加入天然的化学盐类选择剂（NaCl 和
Na2SO4）。在玉米[42]中已得到稳定的抗盐细胞系和再
生植株。周立名等[43]用EMS（甲基磺酸乙酯）诱变处
理‘海沃德’与‘红阳’猕猴桃叶片，而后在含 NaCl
1.0 g/L的培养基上定向筛选耐盐突变体，最终获得
‘海沃德’与‘红阳’耐盐的2个株系。刘艳萌等[44]以全
明星草莓花药诱导的愈伤组织以及组培苗叶片为试验
材料，用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)进行诱变处
理并定向筛选耐盐株系，最终获得耐盐株系。干旱时
细胞内脯氨酸含量急剧上升、苯丙氨酸含量则显著下
降，此外PEG可以作为水分渗透胁迫物质，因此可利
用这些指标进行抗干旱突变体筛选。陈凌等[45]以2个
品种越橘继代苗茎尖为试材，用甲基磺酸乙酯对其茎
尖进行处理并经干旱胁迫筛选，获得了抗旱性较强的
突变植株。耐低温突变体的筛选主要在0~2℃条件下
培养，然后从存活的细胞系中或看其L-羟脯氨酸的含
量进行耐低温突变体选筛。王小华等 [46]在不同温度
下，采用硫酸二乙酯(DES)结合不同浓度L-羟脯氨酸
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对柱花草愈伤组织进行离体筛选，得到的植株抗寒性
显著提高。彭建宗等[47]通过EMS诱变和多代间歇高
温筛选的方法获得耐热变异体EH和H10，同时针对花
卉生长、产量和品质以及生理生化的各项指标，通过将
自然高温条件下生长的EH和H10与对照植株进行检
测比较，最终获得高产优质的耐热非洲菊新品系。重
金属离子是工业污染土壤的一个重要有毒成分。用重
金属离子为筛选剂已得到多种耐铝、镉、铜或汞的植物
突变体。Sint Jan等[48]通过在继代培养基上添加 250~
1000 mmol/L铝离子的方法，获得耐铝突变体。
在百合上仅见刘艳妮等[49]用EMS结合百合叶片
离体培养，在1%盐浓度胁迫下得到了抗盐性较强的植
株。可见利用物理或化学诱变无性系并加压筛选抗
病、耐盐、抗旱百合新种质的研究并不多，这种有效的
育种方法可在百合育种中进行尝试。
3 变异体的检测
在选择培养基上获得的细胞并不一定是突变细
胞，其中可能是生理适应的细胞或组织，因此要进行形
态学、细胞学、生物化学和分子生物学方面突变系鉴
定，研究变异的机制和原因，为进一步育种应用奠定基
础。这些技术主要包括染色体观察与核型分析、同工
酶酶谱分析及分子标记等。但前2种方法都存在一定
的不足，如学者在许多变异体植株上并未发现染色体
的变化，同工酶的酶谱容易受环境因素的干扰和植物
个体发育的影响、变异不够稳定。
近年来，随着体细胞无性系变异研究的不断深入，
分子标记技术，如限制性片段长度多态性(RFLP)、随
机扩增多态性(RAPD)、简单重复序列(SSR)等在体细
胞无性系变异的检测和鉴定中得到了广泛的应用。分
子生物学技术能够直接对变异的DNA进行分析，比同
工酶分析更能直接地反映无性系的变异。RFLP反映
出群体内同源DNA序列中核苷酸排列顺序的差异。
将SSR标记引入组织培养体系，可以准确快捷地鉴定
离体培养下各材料的基因型，确定其遗传背景和来源
以及变异体的差异。杨长登等[50]用RELP技术对水稻
耐盐突变体进行分析鉴定。杨随庄等[51]用SSR标记研
究了小麦体细胞无性系变异的特点。但分子标记也有
一些缺陷，如分子标记检测具有不确定性、与细胞学特
征之间无联系、直接对应某个表型变异的机会小、表型
与DNA水平变化不相统一的现象[35]，但仍是用于分析
体细胞无性系变异的有效工具。
4 问题与展望
体细胞无性系变异技术在植物品种改良和选育新
品种上具有重要意义，在育种工作中已被广泛应用。
但其高频率的发生，又使其成为微繁和遗传转化实践
工作中需要克服的难题之一。其次外植体的非定向变
异、变异频率高、选择效率低，使其应用受到了限制。
因此如何有效利用体细胞无性系变异筛选目标性状的
中间材料和降低变异率，以保持种性都是根据实际工
作需要产生的突变是解决的关键问题。百合的繁殖方
式主要以无性繁殖为主，百合原种球的生产也依赖无
性繁殖，因此在原种小子球的生产过程中就必须避免
变异的发生。另一方面利用体细胞无性系变异培育优
质、抗病百合新种质也不失为一条有效快捷的途径。
植物组织和细胞离体培养与诱变育种相结合，对
遗传变异的诱发、繁殖、改良选择技术均有较明显的效
果，可弥补体细胞无性系变异技术的不足。离体诱变
加选择压筛选突变体可定向筛选抗病、高产、抗逆、优
质的中间材料。因此离体诱变育种已在百合抗逆性和
提高品质上得到了应用，并取得一定的成绩，但与其他
植物育种相比较，这方面的工作开展得并不多，特别是
在选育抗病品种方面还是空白。因此加强离体诱变育
种在百合抗病、抗寒、耐热等新种质创新方面的应用是
十分必要的，具体的研究方法都有待进一步的研究、证
实并加以改进。
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