全 文 ：第 18卷第 5期 麦类作物 Vo l. 18　 No. 5
1998年 9月 TRITICAL CROPS Septem ber , 1998
球茎大麦在大麦远缘杂交育种中的应用
李浩兵　张　旭　刘朝辉　仲裕泉
(江苏省农科院遗传生理所　南京　 210014)
黄志仁　黄友圣　许如根　吕　超
(扬州大学农学院农学系　扬州　 225009)
摘　要　本文主要介绍了利用球茎大麦法诱导栽培大麦单倍体的技术要点和利用球茎大麦进行大
麦抗病育种的前提条件以及不同类型的球茎大麦在抗病基因转移效率上的差异 ,找出了以 PB8为最佳
抗病基因供体的依据。
关键词　栽培大麦 ; 球茎大麦法 ; 抗病育种
　　球茎大麦是大麦属 (Hordeum )中的一种多
年生的野生大麦 ,有二倍体 ( 2x )和四倍体 ( 4x )
两种倍性类型。它具有很强的抗寒性与分蘖力 ,
花药大、外吐性好 ,异花授粉 ,自交不育 ,与栽培
大麦杂交虽为种间杂交 ,但可交配性好 ,结实率
高 ,获得杂种容易。同时 ,它高抗大麦的黄花叶
病、白粉病、叶锈、秆锈及麦类斑点病等 ,是大麦
抗病育种的优良抗源。球茎大麦还有一个特点 ,
就是与栽培大麦杂交 ,杂种 F1中它的染色体消
失 ,形成栽培大麦的单倍体。但不是所有球茎大
麦染色体都消失 ,即绝大部分二倍体球茎大麦
的染色体消失 ,极少数二倍体和所有四倍体球
茎大麦染色体不消失 ,形成二元单倍体或二元
三倍体杂种。 染色体消失的可用于大麦的单倍
体育种 ,不消失的可用于大麦的抗病育种。本文
就这两方面 ,分别介绍如下。
1　单倍体育种
1. 1　概况
自 1970年加拿大的 Kashn和 Kao等人 [ 1]
报道了利用球茎大麦诱导大麦单倍体以来 ,大
麦的单倍体研究取得了重大的进展。目前世界
上已有十多个国家开展了这一研究。现已发现
可通过球茎大麦、胚珠培养、 hap基因、花药培
养四种方法产生大麦的单倍体。其中以通过球
茎大麦即球茎大麦法 ( Bulbosum Method)或球
茎大麦技术 ( Bulobosum Technique)的效果最
好 ,研究也最多 ,并育成了几个生产用大麦新品
种。我国在这方面的研究开展较晚。1990年 ,张
名恢写过三篇综述 [2, 3, 4 ]。 1988年 ,仲裕泉等 [5 ]
利用二倍体球茎大麦与栽培大麦杂交 ,获得了
平均 42. 5%的杂交结实率 ,其中与矮早三大麦
品种杂交 ,结实率高达 80%以上。 胚培养成苗
率平均为 59. 24% ,单倍体诱导率平均为
收稿日期: 1998- 03- 05
作者简介:李浩兵 ,男 , 1967年 10月生 ,江苏阜宁人。 1991
年毕业于兰州大学生物系细胞生物学专业。 硕士 ,助理研究
员。一直从事大、小麦抗病遗传育种研究 ,主持或参加国家、部
省课题近十项。 因在国家攻关项目中的出色工作 , 1996年 11
月受到国家科委、国家计委、财政部的联合表彰。 目前已在国
内外核心学报上发表论文 20余篇。
11　 Livers R W , Heyne E G. Hybrid red winter w heat. In
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12　 Pass H, Smi th. E, L. Smal l g rains performance tes t.
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25. 18% ,单倍体加倍率为 73. 4% ,获得了 20
株加倍单倍体 ( DH)的后代。并利用 C-带方
法 ,鉴定了单倍体 [6, 7 ]。
1. 2　球茎大麦法的技术要点
1. 2. 1　花期调节
由于球茎大麦为强冬性和长日照植物 ,通
常要经过低温和长日照处理才能开花。根据观
察 ,在南京地区室外自然生长 ,要到 5月中、下
旬才能开花。为了与栽培大麦 4月中、下旬开花
的花期相遇 ,就需要提早移栽 (球茎 )或播种 (种
子 ) ,这一工作一般在 9月初进行。经过严冬生
长 ,于次年 1月下旬进行长日照处理:在塑料薄
膜或温室中 ,加光 12 h( 18时至翌日晨 6时 )处
理 20～ 30 d。母本栽培大麦每隔 15 d左右分三
期播种 ,这样可使父母本花期相遇 ,确保杂交工
作正常进行。球茎大麦一般于早上 7～ 8时开
花、撒粉 ,因此 ,杂交授粉工作也必须在 7∶ 30
～ 9∶ 30进行。
1. 2. 2　幼胚培养
大麦与球茎大麦的种间杂交 ,像其它远缘
杂交一样 ,它们的杂种胚乳于授粉后 8～ 10 d
也开始退化。为拯救幼胚 ,需在授粉后 12～ 14 d
进行幼胚离体培养: 接种于不加任何激素的
MS固体培养基上 ,暗培 3～ 5 d就可出苗。出苗
后光培。当幼苗长有 2个叶片时 ,移入 4～ 10℃
低温下越夏。 10月上、中旬 ,染色体加倍后移
栽。
1. 2. 3　染色体加倍
大麦单倍体加倍一般先移栽再取苗浸根加
倍。这样结果药害大 ,使原有的根系受到破坏 ,
生长受到抑制 ,移栽成活难。仲裕泉等 [5 ]采用了
低浓度长时间结合液培进行加倍 ,取得了较为
理想的结果。即将试管苗在室内炼苗几天 ,洗去
培养基 ,在含有 0. 01%～ 0. 02%秋水仙碱的
Knop培养液中培养 2～ 3 d,洗净后在无秋水
仙碱的 Knop培养液中继续培养 ,待长出新根 ,
取根镜检后移栽。 这样药害小 ,移栽成活率高 ,
加倍率也高 ( 73. 4% )。加倍后的植株 ( DH)与其
母本相似 ,生长发育正常 ;未加倍的植株形态也
似母本 ,但植株矮小 ,生长弱 ,叶片、花药小 ,开
花提早 ,花期延长 ,因而根据形态不用镜检也可
区别这两种植株。
2　抗病育种
将球茎大麦的抗病基因导入栽培大麦是近
10年来大麦育种上的最新成就。主要有以下两
方面的工作。
2. 1　抗白粉病育种
1988年 [8 ]徐杰以苏啤 1号及 Sabarli s等 4
个大麦品种与二倍体球茎大麦 PB8杂交 ,杂种
F1中有 1 /2的个体 2n= 14。通过 C-带鉴定 ,
证明有 7条染色体来自母本栽培大麦 ,另外 7
条染色体来自父本球茎大麦 ,即为二元单倍体
杂种 ( V B) ,并发现杂种的双亲染色体基本可联
会成 7个二价体。通过抗病鉴定在杂种回交后
代中筛选到了高抗白粉病单株 [9 ]。
后来徐杰又以苏啤 1号为母本 ,父本改用
四倍体球茎大麦 GBC141进行种间杂交 ,产生了
2n= 21的二元三倍体杂种 (V BB) ( 1991) [10 ]。用
原位分子杂交 ,在杂种的一个回交株系中
( BC1- 5 )发现了有 5个球茎大麦染色体的 DNA
小片段 [11 ]。 1992年 [ 12]用加拿大安大略地区流
行的两个白粉病菌系 ,对杂种 F1、回交一代
( BC1 )、二代 ( BC2 )进行了接种抗病鉴定 ,筛选
出了高抗单株 ,并明确了在 BC1- 1抗病单株中
含有 Ml- k一个抗病基因 ,在 BC1- 2的抗病单
株中含有 Ml - a+ Ml- k二个抗病基因 ,这些
抗病材料在南京地区不抗白粉病。
2. 2　抗黄花叶病育种
我们利用徐杰上述组合的回交一代 ( BC1 )
即苏啤 1号× (苏啤 1号× GBC141 )为材料 ,
1993年 ,于 BC1 F2代在南京、扬州、盐城三地同
时进行抗黄花叶病的病圃鉴定 ,结果在 BC1- 2
F2、 BC1- 5 F2二个株系中出现了 5个主 抗黄花
叶病的株系。 1994年在扬州又进行了重复鉴
定 ,抗性稳定。 其中以 BC1- 2- 4 F3株系为最佳 ,
它们不仅保持了母本苏啤 1号大麦的高产、大
粒等优良农艺性状 ,又增加了对黄花叶病的抗
性。目前已将其暂定为“抗病苏啤”新品系 ,并作
为黄花叶病的主要抗源用于抗病育种。 该品系
与感病的二棱大麦杂交 ,其 F1的抗病性为显
性。 F2呈 3抗∶ 1感的分离 (表 1)。表明“抗病
9第 5期 李浩兵等: 球茎大麦在大麦远缘杂交育种中的应用
苏啤”的抗性由一对显性基因控制。
表 1　抗病苏啤的抗性遗传分析
杂　交　组　合 F1 F2
抗病苏啤×浙啤 1号 R 194( R) 54( S)
抗病苏啤×沪 8- 214 R 142( R) 40( S)
抗病苏啤× 950164 R 181( R) 57( S)
抗病苏啤× 950132 R 169( R) 52( S)
950132×改良苏啤 R 152( R) 55( S)
　　将抗病苏啤与抗黄花叶病的材料鹿岛和
Ea52大麦杂交 ,对杂交后代的统计分析表明抗
病苏啤中导入的球茎大麦抗黄花叶病基因与鹿
岛中的显性抗病基因和 Ea52中的隐性抗病基
因均不等位 ,表明这可能是一个新的抗黄花叶
病基因。
母本苏啤 1号不抗黄花叶病 ,父本球茎大
麦高抗黄花叶病 ,其杂种回交后代的抗病性无
疑来自父本球茎大麦。 仲裕泉等 [6 ]的 C- 带鉴
定结果表明:抗病苏啤的带型与其母本基本无
大差异 ,表明在杂种染色体中没有球茎大麦染
色体的大片段存在。但球茎大麦小片段的插入
还是可能的。 徐杰 [12 ]通过 PCR的检测 ,在
BC1- 2 (抗病苏啤为其后代 )中有 1kb的球茎大
麦的 DNA片段存在。张德玉等 [13 ]用同功酶分
析方法证明在该抗病株系中有 1条来自父本球
茎大麦过氧化物酶的酶带存在。 这都证明父本
球茎大麦的遗传物质已导入母本栽培大麦。这
些都不难理解 ,因为栽培大麦为二倍体作物 ,它
耐外界遗传干扰性的能力很差 ,不容许有球茎
大麦染色体大片段的存在。
这里应该指出 ,不是所有球茎大麦的类型
都可以用于大麦的抗病育种。适用于抗病育种
的球茎大麦必须有两个前提: ①与栽培大麦杂
交 ,杂种中球茎大麦染色体不消失或消失频率
低 ;②杂种中球茎大麦染色体能与栽培大麦染
色体进行完全联会或部分联会。 少数二倍体和
四倍体球茎大麦能符合上述条件。如 PB8 ( 2x )
与栽培大麦杂交 ,杂种 F1中它的染色体不消
失 ,形成 2n= 14的 VB杂种 ,杂种中双亲染色
体可基本完全联会 ,形成 7个二价体。 PB11
( 2x ) ,它的染色体部分消失 ,不消失的染色体
也能进行异源联会。 四倍体球茎大麦如 PB168、
PB179GBC141等 ,它们的染色体不消失 ,可形成 1
～ 2个端联三价体。 这些类型的球茎大麦虽然
都可用于大麦的抗病育种 ,但它们在抗病基因
转移的效率上却存在着很大差异。我们知道 ,有
联会才有遗传物质交换 ,联会频率高 ,交换机会
多 ,因此 ,完全联会比部分联会的交换机会多。
这样球茎大麦在抗病基因转移的效率上 ,依次
为 PB8、 PB11、四倍体 ,显然 PB8用于大麦的抗
病育种最为理想。以四倍体球茎大麦为父本产
生的杂种 F1 ,带有很强的父本野生性状 ,不能
用作母本与原母本栽培大麦回交 ,不然 ,它的野
生性状需要多代才能逐渐消失。同时它的花药
败育 ,只有极少数的单株花药饱满可育。可育单
株只能作父本 ,而且回交结实率很低 ,获得杂种
交后代不太容易 ,这是利用四倍体球茎大麦作
抗源的困难所在。
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