全 文 ：莱 阳 农 学 院 学 报 1 2( 2 ): 79一 3 8, 19 95
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rn a l o f L a ly a n g A g r i e u i r u r a l C o le ge
栽培大麦 x 球茎大麦杂种后代的
遗传学研究 `
李文泽 胡 含
(莱阳农学院农学系 , 山东莱阳 2 6 52 0 0) (中国科学院遗传研究所 )
摘要 采用栽培大麦早熟 3 号与球茎大麦 P BI (2 n = 2x = 14 ) 、 P B ; (2 n = 4x = 2 8) 杂交 , 对影响
杂种幼胚培养的环境因素和再生植株的形态学及细胞学变异进行了研究 。 结果表明 : 第 1 , 杂
种幼胚的愈伤组织诱导率 、 绿苗分化率均以大田材料为高 , 分别是温室材料的 1 . 9 倍和 2 . 7 倍 。
第 2 , 来源于杂种幼胚的再生植株在叶片形态上表现一定程度的变异 , 不同来源的材料之间存
在差异 。 早熟 3 号 x P B I 的再生植株的结实率较高 , 达到 37 . 2% 一 5 .6 3% 。 相反 , 早熟 3 号 x
P B
4 再生植株没有结实 。 第 3 , 早熟 3 号 x P B , 工再生植株 78 名% 的观察细胞染色体数目为 14
条 , 早熟 3 号 x P B i n 再生植株 89 . 1% 的观察细胞染色体数目为 7 条。 但是来源于早熟 3号 x
P B 4 的再生植株染色体数 目变异范围较广 (在 7一 24 条之间 ) , 且分布均匀 。
关键词 栽培大麦 ; 球茎大麦 , 幼胚培养 ; 染色体消失法 ; 单倍体
中圈分类号 5 5 12 . 3 Q 94 3
自从本世纪早期在曼陀罗上首次发现单倍体以来 , 受到国内外学者的普遍重视 , 因为
单倍体是遗传学基础研究和育种工作的重要材料 。 在 自然界中单倍体的自然发生频率相当
低 , 并且只限于一些特定的物种 〔 ’ 〕 , 这就限制了单倍体的研究和利用 。 所以必须采用人
工诱导的方法使之产生大量的单倍体或双二倍体 , 才能满足研究工作的需要。
到 目前为止 , 产生单倍体的途径很多 , 可以分为孤雌生殖和孤雄生殖两大类 。 孤雄生
殖主要指花药花粉培养 , 它是产生单倍体最有效的途径之一 。 孤雌生殖包括未授粉子房
( 胚 囊 ) 培 养 和 染色 体 消 失 法 。 早 在 19 58 年 , D a vi es 等 将 四 倍 体 球 茎 大 麦
( Z
n 二 x4 二 28 ) 与二倍体栽培大麦 ( Z n = x2 = 14) 杂交 , 发现有 3 株形态似栽培大麦的双
单倍体 〔2〕 。 后来 , K a hs a 和 K a o 发现栽培大麦和球茎大麦杂交 , 受精率和成胚率达到
50 %
。 但在胚胎发育的早期 , 球茎大麦的染色体逐渐消失 , 最后得到的是栽培大麦的单
倍体 t3 〕 。 自此以后 , 利用染色体消失法获得大麦单倍体的技术得到深入地研究 , 并在大
麦育种上得到广泛应用 .4t 5,6 〕 。 本文在前人工作的基础上 , 采用栽培大麦与二倍体和四倍
体球茎大麦杂交 , 获得了一批再生植株 ; 并对再生植株进行了遗传学研究 。
1 材料和方法
供试材料 : 早熟 3 号 ( Z n = Z x = 14 ) 、 p B , ( Z n = Zx = 14 ) 和 p B ; ( Z n = 4 x = 2 8 ) 。 以早
本文收到 日期 : 19 9 4一 0 4一 30
莱 阳 农 学 院 学 报 12 卷
熟 3号为母本 , P B , 或 P B ; 为父本进行杂交 。
杂交 : 选适时的早熟 3 号为母本 , 进行人工去雄 , 套袋 。 d2 后收集 P B , 或 P B ; 花粉
进行 授粉 。 授粉 后 第 dl , 在 其穗部 喷洒 巧。山 / L 赤 霉 素溶 液 , 授 粉 后第 Zd 喷 洒
10 川 / L 2 . 4一D 溶液 , 以促进幼胚发育。
幼 胚培 养 : 取 授粉后 16 一 20 d 的幼胚 , 先用 自来水 冲洗 , 然 后 用 70 % 乙醇浸泡
l m in
, 再转入 0 . 1% 升汞 中消毒 8一 10 m in , 无 菌水 冲洗 3一 4 次 。 在无菌条件下剥出幼
胚 , 盾片 向下接种到诱导培养基上 , 26 ℃ 条件 下黑暗培 养 。 当愈伤组织直径达到 0 . 5一
l m m 时 , 及时转到分化培养基上进行分化培养。 当再生植株达到 cZ m 高时 , 进行壮苗培
养 。 诱导培养基 、 分化培养基和壮苗培养基的具体成份见 iL 和 H u 〔 7〕 。
移栽 : 当再生植株的根达到 2一 c3 m 长 、 根数达到 3一 5 条时 , 即可进行移栽 。 移栽
时应把根上的培养基清洗干净 。 定栽于温室花盆中 。
取根尖固定 : 当植株生长旺盛时 , 于上午 10 时取根尖立即放人盛有水 (0 ℃ )的小瓶
中 , 置于冰壶 , 放置 1h8 。 然后转入新配制的卡诺固定液 ( 95 % 乙醇 : 冰醋酸 = 3 : l) 中
固定 2 4 h 以上 , 转入 70 % 乙醇中放人 0一 4℃冰箱内保存或直接压片观察 。
细胞学观察 : 取 固定后的根尖转入 1%醋酸洋红中染色 1一 Zh , 并在酒精灯上煮沸
105
, 冷却后切取根 尖分生组织置于载玻片上 , 加 1滴 45 % 醋酸 , 然后进行盖片 、 烤 片 、
压片和观察 。 每个材料随机观察 10 个视野 , 统计根尖细胞内染色体数 目。
加倍处 理 : 经过 细胞学观察确定为单倍体 的植株 , 从花盆 中取出 , 将根 剪到 I c m
长 ; 并在每个分羹的基部用针穿透 , 浸入 0 . 1%秋水仙素溶液 (补加 2% 二 甲基亚矾 ) 中
s h
, 然后用 自来水冲洗 2一 3m in , 再定置于温室花盆中 , 直到收获 。
2 试验结果
2
.
1 不同生长条件对杂种幼胚培养的影响
温室和大 田条件 下生长的早 熟 3 号与 P B I、 P B ; 杂交 , 其杂种幼胚培养的结果见表
1
。 愈伤组织诱导率 、 绿苗分化率均以大田材料为好 。 大田条件下生长的材料愈伤组织诱
导率达到 60 . 6% , 是温室材料的 1 9 倍 ; 绿苗分化率大 田材料达到 36 . 2% , 是温室材料的
2
.
7 倍。
表 1
生长条件 接种幼胚数
不同生长条件对杂种幼胚培养绿苗率的影响
愈伤组织数 愈伤组织诱导率 (% ) 绿苗产量 绿苗分化率 (% )
温室
大 田
6 7 2 2 3 2
,
5
9 5 5 8 60 万
3
.
0
18刀
13
.
6
3 6 2
.2 2 再生植株的形态变异及结实率
杂种幼胚经离体培养后所获得的再生植株 , 在叶片形态上表现一定程度的变异 (见表
2)
, 变异程度不 同来源的材料之间存在差异 。 来源于早熟 3 号与 P B I 杂种幼胚培养的再
生植株 , 可以分为二类 。 第一类 , 叶片上无绒毛 、 叶片颜色为淡绿色 , 叶片宽而长 。 第 2
类 , 叶片上无绒毛 , 叶片颜色为淡绿色 , 叶片中宽而长 。 这二类最明显差异表现在结实率
上 , 第一类植株结实率为 56 . 3% , 第二类植株结实率为 37 . 2% , 前者为后者的 1 . 5 倍 。 这
2期 李文泽等 :栽培大麦 x球茎大麦杂种后代的遗传学研究
二类再生植株形态特征同栽培大麦相似 。 来源于早熟 3号与 B P;杂种幼胚培养的再生植
株分莫旺盛 , 叶片上有绒毛 , 叶片窄而长 , 颜色深绿色 , 形态特征同球茎大麦相似 。 没有
获得种子 。
表 2 杂种幼胚再生植株的形态特征及结实率
材料来源 短绒毛 形状 总小花数
结实率 (% )
结实小花数 结实率 (% )
早熟 3号 x P B , I
早熟 3号 x P B l l
早熟 3号 x P B 4
淡绿色
淡绿色
深绿色
宽 、 长 4 8
中宽 、 长 6 1 0
5 6
.
3
3 7 2
窄 长 没有结实
无有
.2 3 杂种幼胚再生植株的染色体数目变异
不同来源的杂种幼胚再生植株染色数 目差异很大 (表 3 ) 。 早熟 3 号 x P B , 工的再生植
株染色体数 目变异范围在 7一 14 条之间 , 呈现偏态分布 。 78 . 8% 的观察细胞染色体数 目为
14 条 。 早 熟 3 号 x P B l n 的再生 植株染色体数 目变异范围在 5一 10 条之间 , 呈现正态分
布 。 89 . 1%的观察细胞染色体数 目为 7 条 。 早熟 3 号 x P B ; 杂种幼胚的再生植株染色体数
目的分布范围较广 , 在 7一 24 条之间 , 且分布均匀 。
表 3 杂种幼胚再生植株的染色体数目变异
材料来源 观察总细胞数
染色体数 目
5 6 7 8 9 10 1 1 12 1 3 14 1 5 16 17 1 8 19 20 2 1 2 2 2 3 2 4
早熟 3 号 x P B , I
早熟 3号 x P B : 1
早熟 3号 x P B 4
17 5 2
2 9 3 1 1 14 2 6 1
1 16 4
6 4 19 1 38
1 3 3 14 15 10 2 0
3 讨 论
供体植株的发育除了受遗传因子控制外 , 还受生长环境的影响 。 因为供体植株的生
长环境能影响供体植株的生理状态 , 而供体植株的生理状态又影响杂种幼胚的生理状态 ,
最终影响杂种幼胚发育成植株的能力 。 我们的试验结果表明 , 杂种幼胚培养效果大 田材料
明显优于温室材料 。 分析原因可能是 由于二者在进行杂种幼胚培养时取材时期不同造成
的 , 温室材料大约在 3 月下旬接种 , 大 田材料大约在 5 月下旬接种 。 由于这二个时期的光
照强 度 、 光周期以及温度等因素差异都明显 , 从而导致供体植株 (母本 ) 的生理状态不
同 , 结果影响杂种幼胚的培养效果 。 这一点在大麦花药培养方面也有 许多报道 〔 8〕 。
不 同来源的杂种幼胚再生植株在形态上及结实率上存在较明显的差异 。 早熟 3 号 x
P B I ( 2n = x2 = 14 ) 的 二 类再 生植 株 形 态特 征 同 栽培 大 麦 十 分 相 似 。 而 早 熟 3 号 x
P B 4 (2n = x4 = 28 ) 的再生植株形态特征同父本球茎大麦相似 。 特别是三者的结实率差异
很大 , 早熟 3 号 X P B I 二种类型的再生植株 , 结实率均较高 ; 而早熟 3 号 X P B ; 的再生植
株没有结实。 通过细胞学观察清楚发现 , 3 种再生植株结实率不同的原因是 由染色体数 目
变异引起的 。 早熟 3 号 X P B I 工的再生植株根尖细胞 78 . 8% 是二倍体 (2 n = x2 = 14) , 故结
莱 阳 农 学 院 学 报 2 1卷
实率较高 。 早熟 3 号 ` P B , n 的再生植株根尖细胞 89 . 1% 是单倍体 , 由于进行加倍处理 ,
故结实率也较高。 关于早 熟 3 号 x P B ; 的再生植株根尖细胞染色体数目变异范围较广 , 在
7一 2 4 条之间 ; 并且分布较均匀 , 故认为此类再生植株为混倍体 。 即使进行加倍处理 , 仍
然没有结实 。
本试验表明 , 利用栽培大麦与球茎大麦杂交可以获得单倍体 、 二倍体及混倍体材料 。
关于引起染色体数 目变异的原因包括两个方面 。 第一 , 球茎大麦的染色体在栽培大麦的遗
传背景中 , 逐渐被排除 , 此过程是伴随细胞分裂逐渐发生的 。 所以会引起染色体数 目变
化 。 第二 , 杂种幼胚在离体条件下要经过脱分化过程形成愈伤组织 , 由愈伤组织再分化形
成再生植株 , 此过程中培养基的许多成份均可引起染色体数目发生变异 。 以上两个过程是
同时存在的 , 从而导致染色体数目发生变异 。
参 考 文 献
胡含 . 小麦单倍体的诱导及利用 . 中国小麦学 , 19 9 4,
D a v ie s
,
D
.
R
.
M a le P a r th e n o g e n e s is in b a r le y
.
H e r e d i t y
,
19 5 8
,
12 : 4 9 3 一 4 9 8
K a s h a
,
K
.
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K
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H ig h fer q
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u 阴 v u lg a er L . ) . N a t u er ,
1 9 7 0
,
2 2 5 : 8 7 4 ~ 8 7 5
T h o m a s
,
H
.
M
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,
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.
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.
T h e o r A P P I G e n e t二 1 9 8 3 , 6 6 : 13 5~ 14 0
P ie k e ir n g
,
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P l a n t r e g e n e r a t io n a n d v a r i a n t s fr o m e a l l i d e r iv e d fr o m im m
a t u r e e m b
ry o s o f d i P lo id s
b a r le y (H o r de
u m v u烤口r e L . ) a n d H . v u lg a r e x H . b u lb o s u 阴 e r o s se s . T h e o r A p P I G e n e t , 19 8 9 , 7 8 : 10 5 ~ 1 12
S n a p e
,
J
.
W
.
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T e s t s fo r th e p r e se n e e o f g a m e t o c lo n a l v a r ia t io n in b a r le y a n d w h e a t d o u b l e d h a p l o id s
P r o d u e e d u s i n g t h e H
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L i W
e n z e a n d H u H a n
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S t u d ie s o n h ig h fr e q u e n e y a n d r o g e n e s i s in b a r le y
,
1
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T h e e fe
e t o f g e n o t y伴 a n d e u lt u re
m
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G e
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主编 , 北京大学出版社 , 北京 : 19 5一 21 7
2期 李文泽等 : 栽培大麦 x 球茎大麦杂种后代的遗传学研究 8 3
S TU I ED OS N T HE GE NE I TC C HAR AC E TR SO F
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A b s tr a C t
T h e e n v i r o n m e n t a l fa e t o r s e fe e t i n g o n e u l t u r e o f im m a t u r e e m b r y o s d e r i v e d fr o m
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.
b u lb o s u m (Z
x , 4 x )
,
t h e v a r i a t i o n s o f r e g e n e r a t i o n
P l a n t i n t h e l e a f c h a r a c t e r s a n d t h e e h r o m o s o m
e n u m b e r s w e r e s t u d i e d
.
F i r s t
,
t h e i n d u e t i o n
fr e q u e n e y o f e a l li a n d t h e d ife
r e n t i a t i o n fr e q u e n e y o f g r e e n P l a n t l e t s fo r d o n o r P la n t s
g r o w n i n if e ld w e r e 1
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, s o m e v a r i a t i o n s s h o w e d o n t h e l e a f e h a ar e t e r s o f r e g e n e r a t i o n P l a n t
,
b u t t h e r e w e r e
m a n y d i fe
r e n c e s b e tw e e n t h e d i fe
r e n t h y b r id s
.
S e e d s e t (% ) fo
r r e g e n e r a t i o n p la n t s d e r i v e d
fr o m N o
.
3 o f Z a o s h u X P B I (Z x ) h y b r id i z a t i o n w e r e r a n g e d fr o m 3 7
.
2 % ~ 5 6
.
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g e n e r a t i o n p l a n t s d e r iv e d fr o m N o
.
3 o f Z a o sh u X P B 4 (4
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3 o f Z a o sh u w i t h P B 一, o n ly 7 8
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.
3 o f Z a o s h u w i t h P B I
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N o t o n ly w a s t h e v a ir a t i o n r a n g e o f
e h r o m o s o m
e n u m b e r s e x t e n s i v e fr o m 7 t o 2 4
,
b u t a l s o t h e d i s t r ib u t i o n o f e h r o m o s o m e n u m
·
b e r s w a s u n i fo r m fo r r e g e n e r a t i o n p la n t d e r i v e d fr o m N o
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3 o f Z a o s h u x P B 4 (4
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b u lb o s u m ; im m a t u
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c h r o m o s o m e e l im i
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