全 文 ：　　　收稿日期:2005 03 23
　　　基金项目:河北省自然科学基金资助项目 (930013)
　　　作者简介:杨才 (1951-), 男 , 河北张北人 , 张家口市坝下农业科学研究所研究员.
采用花药单倍体育种方法
育成花中 21号莜麦新品种
杨　才1 , 王秀英2
(1.张家口市坝下农业科学研究所 , 河北 张家口 075000;
2.张家口市植物保护植物检疫站 , 河北 张家口 075000)
　　摘要:经过多年的深入研究 , 攻克了莜麦 (裸燕麦)花培出愈率低 、 成苗难的技术难关.采用降低激素用
量 、 添加活性炭 , 提高出愈率;对愈伤组织实施早期状态调控;对幼苗分化采取不同激素与生长素的适宜配置
比等一系列措施和方法 , 使莜麦的花药出愈率大幅度提高 , 幼苗分化率达到 82.9%.在此基础上育成了世界
上第一个采用花培单倍体技术培育的莜麦新品种 “花中 21 号”.
　　关键词:莜麦;花培;单倍体;花中 21号
　　中图分类号:S512.603　　　　　文献标识码:B 文章编号:1673-1492 (2005)03-0039-04
莜麦 (Avena nuda)是一种喜冷凉 、耐瘠薄 、 抗旱性较强的作物.主要分布在我国华北北部晋冀蒙
的阴山及燕山一带 、 西北的六盘山麓和云贵川的大小凉山等高纬度 、高海拔 、 高寒边远地区.莜麦是种植
区的主要粮食作物和饲料 、饲草作物.
20世纪 80年代以来我国 、 日本 、加拿大 、 美国 、澳大利亚等国相继研究并通过临床验证 , 燕麦属的
莜麦和普通栽培燕麦 (Aven sat iva)两个种的籽粒有很好的降血脂功能[ 1] , 故作为保健食品被开发 , 应
用价值和经济效益倍增.
莜麦由于长期繁衍于我国北方单一的生态环境条件下 , 形成品种资源贫乏 、类型单一 , 通过品种间杂
交 , 难以突破原有性状 , 创造新的类型.因此 , 从 20世纪 70年代初我国莜麦育种工作者先后开展了莜麦
(裸燕麦)与普通栽培燕麦 (皮燕麦)的种间杂交 , 在特征特性上取得了突破性进展.但是莜麦与普通燕
麦杂交其裸性遗传比较复杂 , 后代分离严重 , 难以稳定 , 个别组合高达 10多代 , 仍有很多带皮籽粒 , 影
响了莜麦的选育进程.为了克服这一难题 , 从 20世纪 80年代国内多数莜麦育种单位开展了莜麦的花药单
倍体育种技术的研究 , 但未能成功.国外则对普通燕麦的花药进行培养研究 , 获得了花粉愈伤组织 , 但只
分化出一株单倍体植株[ 2] .预示着燕麦属植物的花药培养比较难[ 2] .
本文将通过 “花中 21号” 莜麦新品种的育成审定 , 报道莜麦花药单倍体育种法.
1　材料与方法
1.1　材料
用作母本的普通栽培燕麦 (皮燕麦)是从丹麦引进的 “健壮” (引进编号 73-1).该品种具有茎秆粗
壮 、 抗倒伏 、籽多粒大 、 产量高的特点;母本是当地主载莜麦品种 “冀张莜 4号” (品 5号).该品种具有
抗旱性强 、稳产性好 、适应性广的特点 , 但籽粒较小 , 千粒重 20 g 左右.
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第 21 卷第 3 期
2005 年 6 月 　　　　　　　 河北北方学院学报
(自然科学版)
Journal of Hebei Nor th Univ ersity (Na tur al Science Edition)　　　　　　
Vol.21 No.3
June 2005
1.2　种植与取材时期
将杂种 F1代的种子分期种植于大田 (分期播种为延长室内操作期).田间管理采取稀植点播 , 分蘖期
勤浇水追肥 , 促分蘖扩大群体.待植株旗叶刚开始伸出时 , 每日取少量幼穗剥取花药 , 进行镜检观察 , 待
进入单核中期取材培养.
1.3　花药愈伤组织诱导
每日上午将进入单核中期的植株剪下取回 (根据镜检结果而定), 先后用湿纱布和塑料薄膜包裹好 ,
置于 6 ～ 8℃的冰箱中进行低温预处理 , 时间为 72 h.接种时将试材从冰箱取出 , 剪去叶片 , 再用 75%的
酒精擦茎叶 2次 , 然后在无菌室内超净工作台上剥离花药 , 将剥离的花药接种在每升含有 0.2 mg 2 , 4-D
+5 gAC+0.2 mg6BA 的 MS培养基上 , 置于 23±2℃的培养室内进行暗培养 , 分化愈伤组织.
1.4　愈伤组织状态调控及继代培养
当愈伤组织达小米粒大小时 , 及时将其转接在每升 2 mg2 ,4-D+3%蔗糖的 MS 培养基上 , 进行状态
调控 , 促进愈伤组织的增长 , 进而进一步开展继代培养.
1.5　幼苗分化培养
将经状态调控后 , 并经 2 ～ 3次继代培养后的愈伤组织转接于每升含有 0.2 mgNAA+0.2 mg6BA 的
MS 培养基上 , 置于 23±2℃, 日加光至 14 h 的培养室内培养分化幼苗.当幼苗成形后 , 再转接到只含
NAA的生根培养基上 , 生根长叶.
1.6　幼苗染色体加倍及移栽
当幼苗生长到 2 ～ 3片可见叶时 , 从培养基中取出 , 用水返复冲洗后置于自然水中浸泡 5 ～ 7 d (每天
换水 1次).待幼苗长出新根后 , 用 0.25%的秋水仙碱溶液浸泡 48 h , 进行染色体加倍处理.48 h后将幼
苗取出 , 用自然水冲洗后移栽到花盆或苗盘中 , 置于温室或室内 , 在 10 ～ 15℃的条件下培养 10 ～ 15 d ,
需要比较弱的光照.幼苗成活后 , 再加温到 18±5℃, 日加光到16 h的条件下培养 , 以后花培苗的生长期
管理同大田.为了促进分蘖 , 多收种子 , 可加大植株行距 , 勤浇水追肥.
1.7　后代选择与鉴定
将 H1代成熟的植株进行单穗收获;H 2代在大田按单穗种穗行圃 , 选择生长整齐的穗行 , 供穗系鉴定
用;H3代种成穗系圃 , 进行性状和产量鉴定 , 从中选择优良穗系 , 供参加品系鉴定和品种比较用.从穗
系圃开始与常规育种试验场圃合并 , 以当地主栽品种 “冀张莜 4号” 为对照.
2　结果与讨论
2.1　室内培养
本项花培育种程序是本课题在前述大量研究的基础上 , 已初步建立的莜麦花培单倍体育种程序的基础
上开展的;以选育新品种为主要目标的中试示范性研究.
将 F1代的花药接种在培养基上 2个月之后愈伤组织从药室中陆续长出 , 呈细小的颗粒状.待多数花
药分化出愈伤组织后 , 将小米粒大小的花药转接到状态调控培养基上 , 在此过程中 , 从试验观察到的结果
看:愈伤组织分化出的时间短 、颗粒小的比分化出时间长 、颗粒大的活性强 , 便于调控和继代培养.其原
因可能是莜麦花药在含有活性炭的培养基中激素 2 ,4-D被活性炭有所吸附 , 便于分化愈伤组织 (这一观点
已在[ 2] 中论述的比较清楚).但是出愈后愈伤组织的进一步分化则需要一定量的激素 , 所以出现上述愈伤
组织小比大的便于状态调控和继代培养的结果.
将经过2 ～ 3次继代培养的愈伤组织转接至含有0.2 mgNAA+0.2 mg6 BA 的 MS 幼苗分化培养基上 ,
在日光灯+室内自然光的培养条件下很快分化出绿点 (一般用 1周时间), 继而分化出幼苗.此间试验结
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2005年 6 月　　　　　　　　　　　　　　 河北北方学院学报 (自然科学版) 　　　　　　　　　　　　　　第 3 期
果证明加 NAA 同时加 6 BA 的分化培养基比只加 NAA 的培养基分化幼苗多 , 一般可多分化幼苗
30%～ 50%, 有的甚至成倍增加.本组合第一批转接的 123块愈伤组织有 102 块分化出幼苗 , 分化率为
82.9%.可见生长素和激动素的配置比是莜麦愈伤组织分化幼苗的一项关键技术.在分化幼苗时出现了不
到 1%的白化苗 , 出现白化苗的现象似乎没有规律性.有的整块愈伤组织全部出现白化苗;有的一块愈伤
组织上既产生白化苗 , 又产生绿苗.当多数幼苗分化成形后 , 应将其转接到每升 0.5 mgNAA 的生根培养
基上培养.此时需要足够的光照时间和强度.强光易形成壮苗 , 便于加倍和移栽.
2.2　后代选择与鉴定
2.2.1　H1代的种植观察
将通过生根培养基培养的单倍体幼苗从培养基中取出 , 清洗掉培养基 , 用 0.25%的秋水仙碱溶液浸
泡 48 h后移植于花盆中 , 经两周弱光低温缓苗后 , 移植于温室自然条件下生长.观察其生长发育状况和
遗传分离现象 , 以及加倍结果.从观察结果看 , 有 86.5%的植株加倍 , 恢复育性 , 生长发育正常 , 为二
倍体植株;有 13.5%的植株加倍不成功 , 植株矮小 , 产生不育 , 生长不正常 , 属单倍体植株.组合内可
育株单株间形态特征差异较大 , 属于正常的遗传分离现象.因此 , H 1 采取了单穗选 、单穗收 , 共收获单
穗 326个 , 作为 H2代穗行种植观察.
2.2.2　H2代穗行观察鉴定
将室内种植的 H 1代入选的单穗于 5月中旬按穗行种植于大田 , 进行性状观察与鉴定 , 从中选择性状
优良 、生长整齐 、符合育种目标的穗行.结果从 326个穗行中入选生长整齐一致 、 符合育种目标的穗行
33个 , 入选率 10.1%.入选穗系并入常规育种圃 , 供参加进一步鉴定和品种比较用.从中还观察到在
326个穗行中有 278个穗行生长表现整齐一致 , 占 85.32%, 有 48个穗行在个别性状上仍有分离 , 占
14.7%.这一结果与胡含在小麦花粉植株上观察到的结果相似 , 分离率略高于小麦 , 其原因可能是经多次
组培后个体发生突变.朱至清在 《体细胞无性系变异与植物改良》 一文中同样提到了多种植物经组培后的
突变现象[ 3] .
2.2.3　花中 21号简介
首先 , 产量表现.1995年参加有 14个中熟品系组成的鉴定圃 , 折单产 4 869 kg/hm 2 , 比对照 “冀张
莜 4号” 增产 42.7%;1996 ～ 1997年连续两年参加品种比较试验 , 分别折单产 3 818.4 kg/hm2 、 3 718.5
kg/hm2 , 比对照 “冀张莜4号” 增产37.9%、 21.51%, 两年平均单产3 768.5 kg/hm2 , 居6个参试品种
之首 , 方差分析增产达极显著水平.1998 ～ 1999 年连续两年参加张家口市中熟组莜麦品种区域试验 , 大
旱年两年 8个点 (次)平均单产 2 596.5 kg/hm2 , 比对照 “冀张莜 4 号” 增产 12.5%, 居 6个参试品种
之首 , 增产达显著水平.1999 ～ 2000年进行生产对比鉴定的同时 , 开展了大面积示范繁种 , 两年 6个生
产鉴定点平均单产 2 847.6 kg/hm2 , 比对照 “冀张莜 4号” 增产 19.7%.2000年 40万 m 2 示范繁种田 ,
平均单产 2 702.9 kg/hm2 , 其中沽源县丰元店乡三间房村 3.5hm2示范田平均单产 3 228.5 kg/hm2 .2000
年 11月通过了省级鉴定 , 现已在张家口 、承德以及周边地区的内蒙 、山西得到推广种植.
其次 , 特征特性.幼苗直立 , 苗色深绿 , 生长势强;叶片上举 , 株型紧凑 , 分蘖力强 , 成穗率高 , 群
体结构好;株高 110 cm , 最高可达 125 cm , 茎秆坚硬 , 抗倒伏力强;穗粒数 40 ～ 54.3粒 , 穗粒重 0.98
～ 1.17 g , 千粒重 23.8 g , 最高可达 26 g;籽粒细长 , 浅黄色 , 落黄成熟好 , 口紧不落粒;带皮率低 , 一
般为 0.57%, 显著低于对照 “冀张莜 4号” (对照 1.14%);经抗病性鉴定 , 高抗坚黑穗病 , 耐黄矮病;
经化验分析 , 蛋白质含量 16.8%, 脂肪含量 5.20%, 适口性鉴定明显好于 “冀张莜 4号” .生育期 90 ～
95 d , 属中熟品种 , 适宜在中等肥力的滩川地种植.
再次 , 配套栽培技术要点.在秋莜麦区的河北省坝上地区种植 , 适宜播种期为 5 月 25 日 ～ 5月 30
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2005 年 6月　　　　　　　　杨才等:采用花药单倍体育种方法育成了花中 21号莜麦新品种　　　　　　　　第 3 期
日;一般播种量为 135 kg/hm 2 , 基本苗要求达到 375万株/hm2 ;结合播种施 112.5 kg/hm2磷酸二铵种
肥 , 及时中耕灭草 , 并在拔节期追尿素 150 kg/hm2 .
3　结　论
1)采取莜麦单倍体育种方法可缩短育种周期 3 ～ 5 d.主要是解决了皮燕麦与莜麦杂交后代分离世代
长的问题 , 如 “冀张莜 4号” 连续进行了 8次单株选 (其它育成的品种一般都需要 3 ～ 5次单株选), 而采
取单倍体育种只需选一次即可稳定.缩短了育种年限 , 加快了育种进程.
2)从 “花中 21号” 的带皮率看只有 0.57%, 远低于 “冀张莜 4号” 的 1.14%.由于带皮率低 , 品
质好 , 提高了商品价值 , 有利于开发.因此说不仅育种周期短 , 而且育出的品种带皮率低 , 品质好.
3)从上述结果不难看出 , 莜麦花培单倍体育种技术程序复杂 , 难度高于一般的禾谷类作物.主要应
该掌握的关键技术是:花药培养愈伤组织分化时的激素与活性炭的配置比例;出愈后愈伤组织的状态调控
时机;幼苗分化时的激素与生长素的配置比 , 以及生根壮苗培养所使用的培养基和充足的光照条件等.可
以说每个环节都很重要 , 不可忽视.
4)在我们所做的不同品种间出愈试验中[ 4] (另文报道)看到 , 品种间出愈率差异在 0.0%～ 48.5%,
且 F1代出愈率与双亲出愈率的高低相关性强 , 因此 , 选配组合时至少要有一个出愈率高的亲本.
参考文献:
[ 1] 　吴明.大麦和燕麦可降低血胆固醇 [ J] .世界农业 , 1985 , 22 (10):59
[ 2] 　孙敬山 , 路铁刚 , Sondahl M R.莜麦花药培养和单倍体悬浮细胞培养物的建立 [ J] .植物学报 , 1991 , 33 (4):
417-420
[ 3] 　朱至清.体细胞无性系变异与植物改良 [ J] .植物学通报.1991 , 8 (增刊):1-8
[ 4] 　杨才 , 赵云云 , 王秀英 , 等.采用 A.magna XA.nuda 种间杂交技术育成高蛋白 A.nuda 新种质 S109 和 S20 [ J] .
河北北方学院学报 (自然科学版), 2005 , 21 (1):36-40
Development of New Variety of Avena Nuda
Huazhong 21 by Adopting Anther Haploid Breeding Method
YANG Cai1 , WANG Xiu-ying2
(1.Zhangjiakou Bax ia Ag ricultur al Institute , Zhang jiakou , Hebei 075000 China;
2.Zhang jiakou P lant P ro tection S ta tion , Zhang jiakou , Hebei 075000 , China)
　　Abstract:Having been resea rched tho roughly for many year s , the technical problems such as low er
rate of callus fo rmation of Avena Nudaf low er breeding and seedling g row ing dif ficulties are overcome.In
order to raise the ra te of callus fo rmation o f Avena Nudaanther , the me thods of reducing the amount of
ho rmone and adding active carbon are adopted.Adjusting and contro lling the callus in it s early state , ap-
plying proper compound proportion o f di ffe rent ho rmone and auxin to young seeding di fferentiat ion can im-
prove the percentage of callus fo rmation o f Avena Nudaanther great ly .The rate of young seeding dif fe ren-
tiation wi ll reach to 89.2%.On the basis o f the experiment , the fi rst new variety of Avena Nuda Hua-
zhong 21 in the w orld is bred by using anther haploid breeding technique.
　　Key Word:Avena N uda;f lowe r breeding;haploid;huazhong 21
[ 责任编辑:刘守义]
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