全 文 ：文章编号 :100028551 (2000) 0120017204
小麦单倍体辐射诱变育种技术研究
宣　朴　徐利远　瞿世洪　余桂容　尹春蓉　岳春芳
(四川省农科院生物技术核技术研究所　四川成都　610066)
摘要 :采用不同剂量的60Coγ射线诱变处理杂交当代干种子 ,以 MW14和改良 MS 为
基本培养基 ;从 MF1 或 MF2 代中选择优良单株为供体进行花药培养。针对辐射诱
变剂量、低温预处理供体幼穗、变温诱导培养和低温预处理愈伤组织与花培出愈率、
绿苗分化率的关系以及越夏控苗和花粉植株移栽等问题进行了研究 ,以提高获得遗
传稳定的可育性加倍单体 —纯合二倍体花粉植株的频率 ,通过大田系谱法可快速选
育出新的小麦突变体品种 (系)及育种材料。这种小麦单倍体辐射诱变育种途径不仅
保留了辐射诱变育种固有的特点 ,同时可将育种周期缩短 3～4 个世代 ,提高了小麦
辐射诱变育种的效率。
关键词 :小麦 　育种 　辐射诱变 　单倍体培养
收稿日期 :1998210221
基金项目 :四川省科委重点生物技术育种攻关资助
作者简介 :宣朴 (1964 - ) ,男 ,上海人 ,四川农科院生核所辐射育种室主任 ,副研究员 ,植物学硕士 ,1991～1993 年参加
中国2加拿大人才发展培训项目。现从事小麦育种和生物技术研究。
自 70 年代末 ,我们将辐射诱变技术与常规杂交育种相结合 ,在我国首次采用β射线内照
射诱变培育出第一个大面积应用的作物突变新品种川辐 1 号小麦 ,获得国家发明三等奖后 ,又
相继利用γ射线诱变处理培养出川辐 2、3 和 4 号等小麦新品种[1 ] 。进入 80 年代 ,我们将小麦
辐射诱变育种再次与细胞生物技术中的单倍体培养 (花药培养) 技术有效地结合起来 ,建立了
小麦单倍体辐射诱变育种途径。它不仅保留了辐射诱变育种固有的特点 ,同时可将育种周期
缩短 3～4 个世代 ,并提高了小麦辐射诱变育种的效率。本文将近年来小麦单倍体辐射诱变育
种研究中遇到的一些有关技术问题进行了研究和探讨。
1 　材料和方法
利用60Coγ射线处理杂交当代干种子获得 MF1 代 ,种植于大田。从 MF1 或 MF2 代中选
择优良单株为供试材料 ,通过醋酸洋红镜检 ,对花粉粒居单核中、晚期的花药按常规的无菌操
作方法进行培养。基本培养基为 MW14和改良 MS ,并附加不同种类、不同浓度的生长素和分
裂素等。诱导培养为暗培养 ,最初 3d 的温度为 30 ℃,以后降至 28 ℃;再分化培养温度 25～
26 ℃,2000Lux ,光周期 11h ;壮苗培养温度保持 23～25 ℃;越夏保苗温度为 4～6 ℃,弱光。
2 　结果与分析
211 　辐射剂量对小麦花粉植株形成的影响
71　核 农 学 报　2000 ,14 (1) :17～20Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
徐冠仁等人认为 ,在常规小麦辐射诱变育种中 ,一般对干种子进行急性辐照所需的γ射线
剂量为 200～250 Gy[2 ] 。而我们长期的研究表明 ,对四川冬小麦干种子进行急性辐射诱变最适
合的γ射线剂量为 100～200 Gy。因此我们采用 3 种不同的辐射剂量处理杂交当代干种子 ,以
MF1 或 MF2 代为供试材料进行小麦花培 ,并观察其表现。
表 1 　60Coγ射线辐射诱变剂量对小麦花药培养的影响
Table 1 　Effect of different 60Co2γ ray doses on wheat anther culture
60Coγ射线
辐射剂量
Dose of 60Co2
γirrradiation
供试材料组合数
No. of combination
接种花药数
No. of anther
plated
出愈率
Yield of pollen
callus
( %)
绿苗分化率
Calli giving
green plantlets
( %)
白苗分化率
Calli giving albino
plantlets
( %)
200 Gy 38 30250 3140 8119 18124
150 Gy 41 32640 3165 12151 22141
100 Gy 48 165000 9149 8116 4148
　注 :诱导培养基为 MW14 + 2 ,42D 2mg/ L + KT 015mg/ L + 蔗糖 9 % ,再分化培养基为改良 MS + NAA 015mg/ L + KT
015mg/ L + 蔗糖 3 %。
　Note : The induction medium was NW14 + 2 ,42D 2mg/ L + KT 015mg/ L + 9 %sucrose ,the regeneration medium was modified MS
+ NAA 015mg/ L + KT 015mg/ L + 3 % sucrose.
从表 1 可见 ,在 3 组处理中 ,经 100 Gy 60Coγ射线辐射诱变获得的供体材料 ,其花培出愈
率比其它两个处理有显著提高 ,绿苗分化率则低于 150 Gy 的射线处理而与 200 Gy 的射线处理
相似 ,但总体绿苗诱导率高于其它两个处理。故可认为 ,利用剂量偏低的γ射线急性辐照干种
子所得到的 MF1 或 MF1 代供体材料 ,在满足辐射诱变育种选择所需变异频率的前提下 ,比使
用高剂量γ射线处理后获得的材料更利于进行小麦花药培养。
212 　培养基蔗糖含量对小麦花粉植株分化的影响
碳源作为能源物质和培养基渗透压维持剂 ,其成分及含量对离体花药中的花粉粒和愈伤
组织的正常生长和发育起着关键的作用。有报道认为 ,以麦芽糖代替蔗糖、蔗糖附加麦芽糖或
蔗糖附加葡萄糖作碳源 ,能显著提高出愈率和绿苗分化率[4 ] ,但成本太高。因此我们针对培
养基蔗糖含量与花培出愈率、绿苗分化率之间的关系进行了研究。实验证明 ,在诱导培养基其
它成分不变的情况下 ,适当地增大蔗糖含量即可提高小麦花培的出愈率及绿苗分化率。
表 2 　诱导培养基中蔗糖含量对小麦花药培养的影响
Table 2 　Effect of different content of surcose in induction medium on wheat anther culture
MW14 + 9 %蔗糖
MW14 + 9 % sucrose
接种花药数
No. of
anther
plated
出愈率
Yield of
pollen callus
( %)
绿苗分化率
Calli giving
green plantlets
( %)
MW14 + 10 %蔗糖
MW14 + 10 % sucrose
接种花药数
No. of
anther
plated
出愈率
Yield of
pollen callus
( %)
绿苗分化率
Calli giving
green plantlets
( %)
MW14 + 11 %蔗糖
MW14 + 11 % sucrose
接种花药数
No. of
anther
plated
出愈率
Yield of
pollen callus
( %)
绿苗分化率
Calli giving
green plantlets
( %)
22440 2175 12151 82500 9149 8116 27000 9112 8156
　注 :诱导培养基为 MW14 + 2 ,42D 2mg/ L + KT 015mg/ L ,再分化培养基为改良 MS + NAA 015mg/ L + KT 015mg/ L + 蔗糖
3 %。
　Note : The induction medium was MW14 + 2 ,42D 2mg/ L + KT 015mg/ L , the regeneration medium was modified MS + NAA
015mg/ L + KT 015mg/ L + 3 % sucrose
　　表 2 表明 ,当诱导培养基中蔗糖含量由 9 %提高到 10 %时 ,小麦花培的出愈率及绿苗分化
率会出现显著增高 ,而将蔗糖含量提高到 11 %时 ,其效果同 10 %的效果相比并无明显不同 ,因
81 核　农　学　报 14 卷
此可认为诱导培养基中蔗糖含量为 10 %是最佳选择。
213 　低温预处理愈伤组织对小麦花粉植株形成的作用
有关资料证明 ,小麦花粉植株单倍体自然加倍的频率与愈伤组织分化形成绿苗的时间呈
正相关。为此 ,我们对 30 个供体材料的愈伤组织进行了实验。将再分化培养基中 KT 浓度由
015mg/ L 提高到 1mg/ L ,同时去掉 NAA ,愈伤组织转入培养基后 ,先经弱光在 5～6 ℃的 24h
低温处理 ,然后进行 26 ℃的光培养。实验结果不仅证实了上述论断 ,并发现除 9 个材料无绿
苗分化外 ,其余 21 个材料均有绿苗分化 ,整体绿苗分化率可达 21139 % ,白苗分化率为
13161 %。因此可认为对大多数供体材料而言 ,低温预处理愈伤组织具有促进小麦花粉植株形
成的作用。
214 　培养温度对小麦花粉植株形成的影响
研究表明 ,诱导培养期进行变温培养 ,如将接种的花药先在 30 ℃下培养 3d ,再转入 28 ℃
下进行暗培养 ,有利于小麦花粉愈伤组织的形成和绿苗的再分化[3 ] 。同时实验中还发现 ,在
愈伤组织再分化形成花粉植株的阶段 ,光照培养的温度调控仍然重要。当培养温度低于 20 ℃
时 ,愈伤组织仅出现不可逆的根分化 ,高于 28 ℃时 ,白苗分化率将显著高于绿苗分化率 ,并与
温度的上升呈正相关 ,这一点与有关研究相悖[3 ] 。因此 ,据实验结果可认为小麦花培分化阶
段的最佳培养温度应为 25～26 ℃。
215 　越夏控苗的关键
由于四川特定的地理气候因素 ,小麦花粉植株形成时正值夏季 ,临正常移栽有 4 个多月之
久。因此 ,确保花粉植株在试管中安全越夏就成为进行四川小麦单倍体辐射诱变育种的关键
步骤之一。实验证明 ,在壮苗培养基中加入 115mg/ L 的多效唑 (Met) ,可降低植株高度 ,增强
根系活力 ,有效解决花培苗徒长的现象。待植株长出完整的根系后 ,将培养温度控制在 4 ℃左
右 ,改强光照为弱光照 ,便可达到四川长期越夏控苗的要求 ,并可保证今后小麦花粉植株的移
栽成活率达 95 %以上。
3 　讨 　论
辐射诱变育种从它诞生之日起就同常规杂交育种技术密切相关。随着科技的进步和发
展 ,与现代生物技术结合将是辐射诱变育种一个新的发展方向。实践证明 ,通过花药培养获得
的小麦花粉植株 90 %左右为单倍体和纯合二倍体。经单倍体加倍得到的纯合二倍体可将供
试杂种花药的两个亲本的基因型的各种重组类型一次纯合 ,消除了显性基因对稳性基因的掩
盖作用 ,使得隐性优良性状便于选择。不同组合来源的愈伤组织其遗传型、表型各异 ,而每一
块愈伤组织分化出的可育性加倍单倍体2纯合二倍体花粉植株 ,即为2遗传稳定的株系。因此 ,
通过大田系谱法选育 ,可比常规辐射诱变育种缩短 3～4 个世代获得遗传稳定的杂种后代材料
(纯系) ,快速培育出新的小麦突变品种 (系)及育种材料。研究证明 ,进行小麦单倍体辐射诱变
育种要着重以下几个方面的研究。
11 加强亲本材料的选配。研究表明 ,由于基因型的不同 ,各供试材料对花培的反应有所
不同。凡以花培品种 (系)材料为亲本进行配组获得的后代材料 ,其出愈率及绿苗分化率要高
于普通材料。因此 ,按照育种目的 ,原则上可将地理远缘、温光反应差异较小的材料作亲本 ,适
当进行高诱导频率基因型材料的筛选 ,并以花培品种 (系)材料为桥梁进行配组 ,以有效的扩大
91　1 期 小麦单倍体辐射诱变育种技术研究
遗传背景 ,同时提高小麦花培的效率。
21 在保证一定诱变频率的前提下 ,用适当的低剂量辐射诱变有利于单倍体辐射诱变育
种。研究证明 ,在不影响遗传变异频率的前提下 ,采用 100 Gy 低剂量60Coγ射线急性照射杂交
当代干种子 ,其 MF1 或 MF2 代的供体材料花培效果明显好于高剂量的60 Coγ射线处理。此
外 ,有的资料显示 ,直接用 5～10 Gy 低剂量γ射线处理供体幼穗后 ,其花药出愈率及绿苗分化
率比未处理的材料有大幅度的提高[5 ] 。因此 ,合理的掌握和应用辐射诱变处理 ,对进行小麦
辐射诱变单倍体育种起着重要的作用。
31 小麦单倍体育种应有一定的规模。进行花药培养是小麦单倍体诱变育种最关键的步
骤 ,首先群体规模是关键。每年在 MF1 或 MF2 代中选择的供体组合要多 ,年获稳定的诱变花
培株系应在 600 个以上 ,这样才能保证田间选育的需求。其次 ,针对不同基因型的材料还可从
氨态氮与硝态氮的比例和激素水平方面等对培养基进行必要的改良 ,同时也可以改变培养方
式及培养条件以提高花培出愈率和绿苗分化率 ,从而提高小麦单倍体培养效率并使其达到规
模化。
41 加强田间选育 ,及时进行抗病性鉴定。小麦单倍体辐射育种的最终目的就是要快速选
育出生产上需求的小麦突变新品种 (系)以及育种材料。因此 ,在世代选拔的同时 ,及时鉴定并
筛选出抗病性良好的育种材料是小麦育种的先决条件。
参考文献 :
[ 1 ] 　宣朴 ,等. 川辐系列小麦新品种的选育及探讨. 核农学通报 ,1996 ,17 (2) :57～61
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[ 4 ] 　Orshinsky B R ,et al. Improved embryiod induction and green shoot regeneration from wheat anthers cultured in medium with
maltose. Plant Cell Reports ,1990 ,9 :365～369
[ 5 ] 　Ling D X ,et al. Low2dose gamma irradiation promotes wheat anther culture responses ,Aust J Bot . 1991 ,39 :467～474
TECHNIQUES OF RADIATION IND UCED HAPLOID BREEDING OF WHEAT
XUAN Pu 　XU Li2yuan 　QU Shi2hong 　YU Gui2rong 　YIN Chun2rong 　YU E Chun2fang
( Instit ute of Biological & N uclear Technology , SA A S , S ichuanprov , Chengdu ,610066)
ABSTRACT :With the treatment of different doses of 60 Coγ2ray irradiation to F1 hybrid seeds
and donor plants from M1 F1 or M2 F2 , wheat anther culture was made based on the media of
MW14 and modif ied MS. A series of studies on the applied doses of radiation induction ,low tem2
perature treatment on donor spikes and call i ,variable temperature induced incubation and yield
of pollen calllus and call i giving green plantlets , pollen plantlets control over summertime and
pollen plantlet transplantation were carried out in order to increase the eff iciency of obtaining
double haploid2pure diploid plantlets of wheat with stable heredity and propagation. Theses
plantlets could be used directly in rapid breeding.
Key words :Wheat breeding , irradiation induction , haploid
02 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
2000 ,14 (1) :17～20