全 文 ：日本 小 麦 品 种 与 四 倍 体 球 茎 大
麦杂交产生单倍体的频率
摘 「 一 要
研究了日本小麦品种与四倍体球茎大麦
的可杂交性以及由胚培养产生单倍体 . 采用
高湿以及授粉后施用赤霉素的杂交程序 , 提
高了种子结实率 , 且小花成熟良好 。 在 8 个
供试的日本小麦品种中 , 有 7 个品种可与球
茎大麦杂交 , 平 均 种 子 结 实率 为 4 . 4 ~
2 4
. 。肠 。 通过胚培养 , 半数左右的日本小麦
品种 x 球茎大麦的杂种胚发育成单倍体小麦
植株 。 本结果表明 , 与球茎大麦杂交的双单
倍体方法有希望应用于 日本的小 麦 育 种 计
划 .
前 言
普通小麦 ( Z n = 6 x 二 42 ) 与 球 茎大
麦 ( 2 。 = 2 二 = 14 或 4 x = 28 ) 的属间杂交
可以产生单倍体小麦植株 , 因为在杂种合子
到胚胎发育期间 , 球茎大麦的染色体被排除
T ( B
a r e l a y
,
1 9 7 5 )
。 单倍 体植 株 产 生
后 , 经过染色体加倍 , 可以快速成为合乎需
要的试管育种品系 , 因而能够加快育成新品
种 。 但普通小麦与球茎大麦的可杂交性局限
在极少数的几个品种上 . 这种可杂交性看来
是由座落在 S B及 S A 染 色 体 上 的 K r : 及
K
r : 基因控制的 。 这些基因与黑麦 ( 2 。 =
Z x = 1 4 ) 的可杂交性也有关 ( S o a p e 等 ,
1 9了9 ) 。 可与球茎大麦杂交的小麦品种可 以
直接或间接地追溯到 ` 中国春` 小麦品种或
起源于亚洲的品种 ( F a lk和 K a s h a 一 g s x ) 。
可与黑麦杂交的资料进一步表明 , 可杂交性
最好的小麦品种都是起源于中国 、 朝鲜 和
日 本 ( 删 , 1 9 6 6 ; R i l e y 和 C h a p m a o .
1 9 6 7 )
。
为了获得属间杂种 , 采用提早授粉的杂
交技术看来是有效的 , 例如小麦 x 黑麦就是
如此 ( 西户 , 1 95 8 ; 删 , 19 6 6 ; T h o 二 a s 和
A n d e r s o n
,
19 7 8 )
. 此外 , 胚培养 也 是必
需的 , 因为杂种幼胚由于缺乏胚 乳 可 能 败
育 。 与球茎大麦杂交技术的提出 , 可能为产
生小麦单倍体提供一种有效的方法 .
对小麦育种家来说 , 感兴趣的重要问题
是研究 日本小麦品种与球茎大麦杂交能否产
生单倍体 以及采用胚培养可 以得到单倍体的
频率 . 为此 , 在英国剑桥植物育种研究所进
行本试验 . 作者之一 , 稻垣正典于 1 9 81 年 6
月一 1 9台2年 6 月在英国进行访间研究 .
材料和方法
实验 1 . 不同小麦品种与球茎大麦 的 可
杂交性
本研究所用的六倍体小麦即 8 个日本品
种 , 2 个英国品种和 1 个中国品种如表 1所
示 。 日本品种的选择代表了不同的系谱 , 其
中还包括了新近育成的品种 。 图 1 ( 略—泽注 ) 表示其系谱 。 用来授粉的四倍体球茎
大麦 品系 7 3/ 3 , 是 由澳 大 利 亚 D . H . .B
S p a r r o w 博士 的种子繁殖的 。 小麦 植 株 和
球茎大麦种在 18小时光照 、 温度 18 . C 左 右
的玻璃房中 .
小麦抽穗时 , 除去顶部和基部 t的小穗以
及中部小穗中间的颖花 , 然后去雄 . 去雄的小穗套上乙烯塑料套袋 , `并在去雄后 2 一 3
天 , 采集新鲜 的球茎大麦花粉进行授粉 。 授
粉后 , 再逐粒滴上赤霉素 ( 7 5 P p m ) . 第
二天 , 将所有的塑料套袋换成玻璃纸套袋 。
授粉后 14 天左右 , 记载种子结实率 。
试验 2 . 不同杂交条件下普通小麦 与 球
茎大麦的可杂交性
以日本中央农试场 1 9了9年培育的小麦品
种 “ F u k u h o k o m u g i ” 为试材 , 与实试 l 所
述的球茎大麦进行杂交 , 但采用不同的杂交
条件 。 首先 , 将去雄的小穗套入用玻璃纸 、
乙烯塑料以及普通纸做成的 3 种不同的套袭
中 , 为受精及胚胎发育提供 3 种不同的环境
条件 。 去雄后第 3 天 , 采用球茎大麦花粉进
行授粉 。 作为进一步处理 , 采用玻璃纸套袋
的部份小穗在去雄后第 7 天进行授粉 。 以去
雄后第 3 天采用小麦花粉进行授粉的作为对
照 。 最后 , 在授粉后第二天 , 对半数授粉过
的小穗喷以 7 5 p p m 的 赤霉素溶液 , 并重新套
上套袋 。 赤霉素处理后第二天 , 将所有的套
袋换成玻璃纸袋 。 在玻璃房生长条件下 , 从
抽鹅到开花大约需要 5 夫时间 . 因此 , 在去
雄后第 3 天进行授粉的胚珠距离开花还有 2
天时间 ( 提早授粉 ) ; 而在去雄后第 7 天授
粉的比开花迟两天 ( 延迟授粉 ) 。
采用 5 种不同的杂交程序 , 5 次重复 、
随机排列 .
试验 3 . 单倍体小麦胚培养研究
授粉后 18 ~ 2 天 , 在无菌室里将实验 1
的 3 个小麦品种 “ F u k u h o k o m u g i ” . “ 农
林29 ” 以及 “ 中国春 ” 的幼胚切割下来 , 转
入玻璃试管的琼脂培养基上 ( 每升含 B a c ot
O r cb id 琼脂29 克 ) 。 然 后 , 把 试 管 放 在
20
’
C左右的培养箱中 , 用 40 W 日光 灯 照 光
18小时 。 当植株分化出根 、 叶时 , 从琼脂培
养基中移至土壤进一步生长 . 采用孚尔根的
程序对根尖进行染色 、 压片 , 检查胚培养植
株的染色体数 目。
给 泉
1
. 日本小麦品种与球茎大麦的可杂交性
供试品种的可杂交性如表 1 所示 .
表 l . 小麦品种与四倍体球茎大麦的可杂交性
产 地 授 粉小穗数
授 粉
小花数
种子结实率
肠
按单个小穗
计算结实 肠
F u k u h o k c
,
xn o g i
A s a k a z e k o m u g i
农林 29
农林 61
A o b a k o m u g i
M i k u n i k o rn u g i
A k
a k o m u g i
H a r u h i k a r i
M a r i s H u n t s m a n
N o r m a u
中国春
日 本 4 3 2
5 6 8
4 0 1
1 7 1
2 9 9
1 6 0
1 8 0
1 9 5
3 0 9
3 6 5
9 7 7
1 3
.
1
15
_
O
英 国
中 国
4 ~ 5 7
4 ~ 6 1
0 ~ 5 5
1 0 ~ 6 3
0 ~ 17
O ~ 4 1
0 ~ 3 1
/
/
/
0 ~ 6 5
口d104
,自心`,几21729036
在 8 个 日本小麦品种中 , 6 个品种是高
度可杂交的 ; 其频率与以往几个研究工作者
( B a
r c l a y
.
2 9 7 5 ; S n a P e 等 , 1 9 7 9 ! ;
F a l k和 K a s h a , 1 0 5 1 ) 所报道过的 ` 中国
春 ” 相类概 。实际上 , “ F u k 。 h 。 k o m u g i ” 、
“
A s a k a z e k o m o g i
” 、 “ 农林 2 9 ” 和
“ 农 林 61 ” 这 4 个 品 种 的 可 杂交性 高
于 “ 中国春 ” , 其种 子 结 实率 平 均 约为
2 。肠 , 个别小穗高达 60 肠左右 。 只有 1 个 日
本品种 “ H a r it h i k a r i ” 和 2 个英国品 种没
有结实 。
2
.杂交条件对小麦与球茎大麦可杂交性
的影响
在不同杂交条件下 , 口 F o k o h o k 。二 u g i’
的种子结实率列入表 2 ( a ) ; 不同条件 之 间
差异的分析如表 2 ( b) 所示 。 结果表明 , 本
研究所用的处理之间差异显著 。 分析这种差
异 , 可以得出如下几个结论 . 第一 , 采用乙
烯薄膜套袋的小穗结实率显著高于来用玻璃
纸或普通纸套袋 。 推测起来 , 套袋里面的湿
度水平是不同的 。 乙烯套袋最能保持高水平
的湿度 , 而普通纸套袋则倾向于使小穗变千
失水 。 第二 , 采用玻璃纸套袋时 , 提早授粉
的结实率低于推迟授粉的 。 这就表明 , 开花
后的授粉日期是种子结实频率的 关 键 。 第
三 , 赤霉素处理可以促使种子结实较多 , 但
在推迟授粉条件下没有促进效应 . 在采用乙
烯薄膜套袋 、 提早授粉以及赤霉素处理的条
件下 , 种子的平均结实率最高 ( 29 , 9 肠 ) ,
约为自花授粉 ( 对照 ) 结实率的一半 。
表 2 ( a ) .在不同条件下小麦品种 “ F u k u h o k o m o ig ” 与球茎大麦的杂交
结实率及其自花授粉结实率
环 境 条 件 种子结实呱 ( 5 个小穗平均 )
套袋类型
玻 璃 纸
乙烯薄膜
普 通 纸
玻 璃 纸
授粉时间
提 早
父 本
球茎大麦
不用赤霉素处理 赤霉素处理
4
_
6
2 0
.
4
3
_
3
1 8
.
0
2 9
.
9
8
_
5
2 2
_
0 2 2
_
0
提 早 自 交 70 . 5 6 6 . 5
表 2 ( b ) . 小麦品种与球茎大麦可杂交性的方差分析
项 目 自 由 度
条 件 3
( l ) 乙烯与玻璃纸 1
( 2 ) 普通纸与玻璃纸 1
( 3 ) 提早授粉与延迟授粉 1
赤霉素处理 1
条件 x 赤霉素处理 3
剩 余 32
。 P 二 〔 0 5~ 0 . 0 1 ,二 P < 0 . 0 盆
6 5 6
6 6 0
1 6 8
4 3 9
4 4 4
6 7
6 3
8了二
10二
7 8
9 2 .
8 9 .
8 8
3
. 单倍体小麦植株的发育
可杂交的小麦品种的幼胚因胚乳发育不
良 , 所形成的籽粒只是灌满液体而没有正常
的胚乳 。 “ 中国春” 的多数幼小种子 , 在授
粉后 3 周左右仅具有未成熟的小幼胚而极度
皱缩 . 与此相反 , 同期的日本品种籽粒中的
幼胚发育得较大且更为茁壮 , 将近自交籽粒
大小的一半 。
表 3 为授粉后 3 周左右由胚培养获得的
3 个品种的植株数 。 对发育而来的86 棵植株
中的 71 株进行细胞学检查 . 表 3 表明 , 2 个
日本品种所产生的单倍体植株多用于 “ 中国
春 ` . “ F o k u h o k o m u g i ” 和 “ 农林 2 。” 由
胚培养所得的单倍体植株频率分别为5 9 . 6肠
及 42 . 1肠 , 而 “ 中国春 ” 仅为 16 . 。肠 . 其中
有 2 棵植株为非整倍的单倍体 , 它们增加了
一条完整的染色体或具端着丝粒的染色体 。
表 3 . 胚培养获得小麦品种 x 四倍体球茎大麦杂种的植株数
培 养 根尖染色体计数 ( 2n )品 种 幼胚数
发育成植株数
( 呱 ) 2 1+ I t
F “ k “ 五o k o m u g i
农 林 29
` 3 ( 5 9 , 6 )
1启 ( 4 2 . 1 )
4 5
l l
O甘UOǎ七心曰
中 国 春 1 0 6 x 7 ( 16 . 0 ) 1 3 0 0
讨 论
小麦与球茎大麦杂交的种子 结 实率 看
来受授粉时环境条件的影响很大 。试验 2的结
果表明 , 高湿和赤霉素处理对种子结实率有
良好效应 。 栽培大麦与二倍体球茎大麦杂交
中单倍体产生 , 结果证实了高湿及赤霉素处
理对可杂交性的良好效应 ( J e n , e。 , 197 6 ) .
但与小麦 X 黑 麦 的情 况 ( T o z 。 , 2 9 6 6 ;
T h o ln a s和 A o d e r s o n , 1 0 7 5 ) 相反 , 发 现
在开花前进行提早授粉是不利的 。 看来为了
最大限度地接受球茎大麦的花粉 , 小麦的胚
珠需要发育成熟 . 尽管环境条件对于种子结
实率是重要的 .但在本试验中 , 还是经常观察
到单个小穗的种子结实率达到 60 帕左右 . 这
一事实进一步表明 , 随着杂交程序的改进 ,
提高可杂交性是可以达到的 。
为了获得单倍体植株 , 第一步种子必须
结实 ; 第二步是胚培养 . 两个 日本品种由幼
胚培养获得的单倍体植株频率约为结实种子
的5 。肠 , 这比 ` 中国春 ” 高得多 。 这种不同
的频率表明 , 在授粉后的幼胚发育中存在着
基因型差异 . 然而 , B a r c la y ( 1 9 7 5 )从 “ 中
国春 ” 获得的单倍体植株频率为 5 3 . 6 肠 . 对
这种差异的解释尚不明了 , 还需要进一步加
以研究 . 正 如 大 麦产 生 单 倍 体 的 进 展
( J
e n s e n
,
1 9 7 6 ) 所显示的 , 为了始终女q一
地获得大量的小麦单倍体 , 必须对杂交技术
及胚培养技术进行改良 。
在 8 个日本小麦品种中 , 有 7 个品种被
证实是可以与球茎 大麦 杂 交 的 。 F al k 和
K a s h a ( 19 8 1 ) 曾指出 , “ 农林 2 9 ” 可 与
球茎大麦杂交 , 其种子结实率为 18 . 2 肠 。 这
一频率与本试验结果 ( 1 9 . 2帕 ) 大致相同 .
可杂交的 日本小麦品种的系 谱 表 明 ,
“
F u k u h o k o o u g i
” 是 由 “ 农 林 2 9 ” 与
“ 农林 61 ” 的杂种后 代 衍生 出 来 的 。 而
`
A sa k “ ez k o m u g i
” 也 可 以 追溯到 “ 农林
6 1
” . “
M i k u n ik o m u g i
” 也具有同样 的亲
本即 “ 农林 61 ” . 与上述品种不同 , “ 人。
b a k o m o g j
” 在其系谱中具有一 A ka k o m u名 1 .
亲本 。 因此 , 这些可杂交的品种可以追溯到
起源于 日本的品种 . 但还不清楚本试验所用
的 日本品种与 “ 中国春 ” 是否有亲缘关系 。
为此 , 需要更广泛地调查上述日本品种的系
谱 . 最近育成的品种 “ F u k u h o k o m u g i ” 和
“
A s a k
“ z e k o m u g i ’ 显示出高度的可杂 交
性 , 从而表明在日本利用双单倍体方法的育
种计划是可能的二农林 6 1 ” 因其受到农民的广泛种植而经常应用于育种组合中 , 这一
事实也支持了上述观点 .
正如本试验以及其他研究工作者 ( S n -
一
a p e等 , 19 7 9 ; 1 9 5 0 ) 所指出的 . 小麦与球
茎大奉的可杂交性是受遗传控制的一 因而迄
今为止 , 双单倍体方法仅局限在可杂交的品
种上 . 为了扩大双单倍体方法的应用前景 ,
研究球茎大麦的基因型可能是一种途径 . 它
可以打破不可杂 交 性 的 障 碍 ( iS m sP o n
等 , x g s o : S n a p e等 , 1 9 5 0 ) . 目前 , 正在
进行这方面的研究 。
( 参考文狱略 )
作者 : 稻垣正典等
李朝灿译自日本 《育种学杂志 》
1 0 5 2
,
3 2 ( 4 )
: 3 ` l一 3 4 7
小 麦 品 种 间 杂 交 的 轮 回 选 择
从文献报道中 , 关于 自花授粉作物轮回
选择的实用程度尚有争论 。 J o hs i和 D h a w a n
( 1 9 6 6 )
、
C o m p t o n ( 1 9 6 8 )
、
G i l l 等 ( 1 9 7 3 ) 、
K o e ;
;
h : r ( u 3了4 )
、
V e r o a 和 I又u m a r ( 1 9 74 )
以及 K a P o or (功 7了)曾介绍过小麦中的轮 回
选择 。 另 一 方 面 , p e d e r s o 。 ( 19 7 4 ) 、 B o s
( 1盯 7 )和 S t a 二 (蚝 ’ :诊通过模拟的方法 说 明
轮烈选异在 自花授粉作物 中应用相当有限 。
为了获得从自交系得到的世代中轮回选择实
用 程度 的资料进行本研究 。
材 料 和 方 法
用于本研究的基本亲本材 料 是 W G 3阶
(这是 一种籽粒较大 、 粒子均匀 、 硬粒 有 光
泽且制作即度烙饼品质较好 的双基因矮秆印
度品种 )和 T o b a r i 6 6 (籽粒红皮和抗 锈 性 好
的双基因 矮 秆 品 种 ) . 在 19 7 5年 9月一 76 年
春 , 按宽带屏障裁植这个杂交组 合的 F : 代 。
随机选择成对的 F : 植株之 间试 图 进 行 40 个
双亲本的杂 交 . 同 时 , 把 获 得 F : 、 F : 、
B
,
、
B
: 和 F : 的种子 。 在海拨 大 约 10 0 0 0 英
尺的 H i m a e h a l P r a d e s h的 L a h a u l 进行 F 3
加代 , 以提供 F ` 的种子 。 在 19 7 6年 9月 至 7
年春季进行 T 包括 P : 、 P : 、 F : 、 F : 、 F 3 、
F `
、
B :
、
B
: 和双亲本的最终试验 . 每个 世
代记录种植的行数 、 每行选择的株数和取样
总株数 .
58
1052140825
代
W G 3 5 7 )
T o h a r i )
每重复行数 每行选择的株数
双亲本
F
。
( 双亲本自交 )
F 3集团
F
: 集团回交 E :
B
:
取样总株数
2 0
2 0
2 0
1 9 2
4 0 0
8 0 0
2 4 0
2 4 0
8 0
8 0
世l(以!.
PF
一一 . . . . . . ` . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 州. . . . `曰 . . . . . . .3 0