全 文 ：文章编号 :100028551 (2005) 022095204
大麦花药离体诱变及铝胁迫下的培养反应
孙月芳1 ,2 　陆瑞菊1 ,2 　王亦菲1 ,2 　周润梅1 ,2 　黄剑华1 ,2
(11 上海市农业遗传育种重点实验室 ;21 上海市农业科学院生物技术研究中心 , 上海　201106)
摘 　要 :2 份大麦品系的离体麦穗经辐照处理后 ,其花药在铝胁迫培养基上诱导愈伤组织 ,愈伤
组织在铝胁迫培养基上进行分化。试验结果表明 ,离体麦穗辐照处理显著降低花药离体培养
的愈伤组织诱导率和而后的绿苗分化率 ,诱导培养基中的较高铝浓度胁迫降低愈伤组织诱导
率 ,分化培养基中的铝胁迫降低绿苗分化率。辐照处理后花药在铝胁迫培养基上诱导形成愈
伤组织并在铝胁迫培养基上分化形成绿苗。
关键词 :大麦 ; 花药 ; 60 Co 辐照 ; 铝胁迫 ; 绿苗
RESPONSE OF ANTHER CULTRUE IN VITRO TO IRRADIATION OF SPIKE AND
CULTURING WITH AL STRESS IN BARLEY
SUN Yue2fang1 ,2 　LU Rui2ju1 ,2 　WANG Yi2fei1 ,2 　ZHOU Run2mei1 ,2 　HUANGJian2hua1 ,2
( Shanghai Key Lab. of Agricultural Genetics and Breeding ; Biotech Research Center ,
Shanghai Academy of Agricultural Sciences , Shanghai , 201106)
Abstract :Spikes of two barely lines treated with 60 Coγ2radiation as anther culture materials , the callus induction
and green plant regeneration were investigated on the media containing Al. The results showed that the frequency of
callus induction was dramatically decreased by irradiation treatment and green plant regeneration was failed at a dose
of 10 Gy. The calli was obtained from anthers cultured with Al2medium , and also green plants were regenerated
even in higher Al concentration. The frequency of callus induction was reduced in culturing with higher stress of Al ,
and the green plant regeneration was also decreased.
Key words :barely ; anther ; 60 Coγ2irradiation ; Al stress ; green plant
收稿日期 :2004203218
基金项目 :国家重点科技攻关项目 (962C01201202214)
作者简介 :孙月芳 (1969 - ) ,女 ,上海人 ,助研 ,主要从事植物组织培养研究。黄剑华为通讯作者 ,Email :swl @saas. sh. cn
铝害是酸性土壤上作物产量提高的一个主要限制因子。我国南方有 2023 万 hm2 酸土 ,约占全国耕
地面积的 21 %[1～3 ] 。大麦是我国的主要农作物之一 ,用途广泛 ,但其耐铝性较弱 ,导致大麦种植范围受
限。目前对酸性土壤的治理主要是施用石灰、增加土壤有机质等[4 ] ,但这类方法投入大 ,费工费时 ,还会
破坏土壤及生态平衡。选育高耐酸的品种是经济、有效、减少污染的最佳途径。已有的报道表明大麦耐
铝性受单基因控制且同时有多个等位基因修饰着品种的耐铝能力[5 ] 。耐铝大麦品种选育的基础是抗性
种质资源 ,迄今未能找到理想的抗性材料。通过诱变和无性系变异途径可以产生自然界中不存在的新
种质[6～10 ] 。从理论上讲 ,单倍体细胞的诱变率较二倍体细胞的高 ,且变异细胞经染色体加倍后成为加倍
单倍体 ,其变异及其它性状均能一次性纯合。朱睦元[11 ]等尝试了大麦花药诱变后离体培养获取耐铝性
变异体 ,但未能得到绿色再生植株。本文报道大麦花药诱变后置于铝胁迫培养基上诱导、分化再生绿苗
的实验结果。
59　核 农 学 报　2005 ,19 (2) :95～98Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
1 　材料与方法
111 　材料　二棱春大麦品系 　“S22”和“A16”。
112 　方法
11211 　播种与取材　供体材料于秋季播种于上海市农科院农试场的大田内 ,第 2 年的春季取中部小花
小孢子发育处于单核期的麦穗。
11212 　低温处理　从田间取回的离体麦穗 ,放置于 3～4 ℃冰箱内处理 20d。
11213 　辐射处理　对低温处理后的离体麦穗进行60 Co 照射 ,剂量率 1120GyΠmin , 剂量为 10Gy。
11214 　培养基　以 N6 + 2 ,4 ,52T310mgΠL + KT015mgΠL + CH800mgΠL + 麦芽糖为 1 号诱导培养基 (CK) ,在
此基础上添加 10mgΠL Al 为 2 号诱导培养基、20mgΠL Al 为 3 号诱导培养基。分化培养基以MS 为基本培
养基 ,添加 KT115mgΠL、BA015mgΠL、NAA0105mgΠL、30gΠL 的麦芽糖为 1 号分化培养基 ,在 1 号培养基基础
上添加 20mgΠL AL 的为 2 号分化培养基。
11215 　花药离体培养　经处理后的麦穗 ,用 75 %的酒精表面灭菌 ,在超净台上取中部花药 ,每瓶接种
40 枚花药 ,放置于暗培室 ,22 ℃培养 30～40d ,愈伤组织形成后转入分化培养基 ,在 (25 ±1) ℃,光强
1800lx ,在光照 12h 黑暗 12h 的光周期下培养。
表 1 　辐照及铝胁迫对花药反应率的影响
Table 1 　Effect of irradiation and Al stress on
the rate of anther responded
材料及处理
material and
treatment
诱导培养基
inducing
medium
接种花药数
No. of cul2
tured anther
出愈数
No. of
callus
花药反应率 ( %)
rate of res2
ponded anther
S22(CK)
S22(辐照 ,
irradiated)
A16 (CK)
A16 (辐照 ,
irradiated)
1 840 600 71143
2 840 643 76155
3 840 521 62102
1 840 60 7114
2 840 90 10171
3 840 56 6162
1 840 473 56131
2 840 402 47186
3 840 372 44129
1 840 27 3121
2 840 24 2186
3 840 21 2150
11216 　数据统计
花药反应率 ( %) = (形成胚性愈伤组织的花药数Π培养花药数) ×100 %
绿苗分化率 ( %) = (绿苗数Π培养愈伤组织数) ×100 %
2 　结果与分析
211 　辐照对离体麦穗花药反应率的影响
2 份供试材料离体麦穗经照射后的花药离体培养的反应见表 1。由表 1 可以看出 :经辐照处理后的
花药反应率比未经辐照处理 (CK) 的明显低。“S22”在 1 号培养基上的花药反应率由 71143 %降到
7114 % ,“A16”也从 56131 %降到 3121 %。并且 ,在添加铝胁迫的培养基上 ,2 份材料辐照后的花药反应
率也比未经辐照的低。“S22”在 2 号培养基上由 76155 %降到 10171 % ;3 号培养基上的反应率也由
62102 %降到 6167 %。材料“A16”也呈同样的趋势。表明辐射处理对供试材料的花药愈伤组织Π胚状体
的形成存在极大地抑制作用。
212 　铝胁迫对花药反应率的影响
表 1 还比较了 2 份材料在添加 10 和
20mgΠL Al 剂量诱导培养基上的花药反应率。
由表 1 可知 : (1)“S22”未经辐照的离体花药
在 3 种培养基上的花药诱导率分别为
71143 %、76155 %、62102 % ;经辐照处理的花
药在 3 种培养基上的花药诱导率分别为
7114 %、10171 %、6162 % , 表明添加 10mgΠL
Al 对“S22”的花药反应率皆有一定的促进作
用 ,当 Al 用量提高到 20mgΠL 时 ,花药反应率
低于对照。(2)“A16”未经辐照的花药在 3 种
培养基上的花药反应率分别为 56131 %、
47186 %、44129 % ; 经辐照处理的花药在 3 种
培养基上的花药反应率分别为 3121 %、
2186 %、2150 % ,表明不管是经辐照还是未经
69 核　农　学　报 19 卷
表 2 　铝胁迫对绿苗分化率的影响
Table 2 　Effect of Al stress on the rate of
green plant regenerated
材料与处理
material and
treatment
诱导培养基
inducing
medium
培养愈伤数
No. of cul2
tured callus
分化培养基
regenerating
medium
绿苗数
No. of green
plant
绿苗分化率
rate of
green plant
regenerated
( %)
S22 (CK)
S22 (辐照 ,
irradiated)
A16 (CK)
A16 (辐照 ,
irradiated)
1 300 1 68 22167
300 2 57 19100
2 322 1 59 18132
322 2 64 19188
3 261 1 55 21107
261 2 59 22161
1 30 1 0 Π
30 2 0 Π
2 45 1 0 Π
45 2 0 Π
3 28 1 0 Π
28 2 2 7114
1 237 1 76 32107
237 2 66 27185
2 201 1 43 21135
201 2 39 19140
3 186 1 40 22104
186 2 33 24173
1 14 1 0 Π
14 2 0 Π
2 12 1 0 Π
12 2 0 Π
3 11 1 0 Π
11 2 0 Π
辐照处理 ,“A16”的花药反应率皆受到
铝胁迫的抑制 ,且随 Al 浓度的升高而
进一步降低。
213 　辐照和铝胁迫对绿苗分化率的影
响
从表 2 可看出 : (1) 2 份材料经辐照
处理后离体花药培养诱导形成的愈伤
组织 (以下简称愈伤) 分化能力很差 ,除
了“S22”在 3 号诱导培养基上形成的愈
伤在 2 号分化培养基中有绿苗再生外 ,
均未有绿苗产生。(2) 2 份材料未经辐
照处理形成的愈伤在添加或未添加铝
的分化培养基上皆能分化形成再生绿
苗。“S22”未经铝胁迫形成的愈伤 ,其
绿苗分化率分别为 22167 % 和 19100 %
;经低浓度铝胁迫形成的愈伤 ,其绿苗
分化率分别为 18132 % 和 19188 % ;经
高浓度铝胁迫形成的愈伤 ,其绿苗分化
率分别为 21107 % 和 22167 % 。不难看
出与对照的绿苗分化率 ( 22167 %) 相
比 ,铝胁迫下的绿苗分化率皆下降。
“A16”的对照绿苗分化率为 32107 % ,
与其相比 ,铝胁迫下的绿苗分化率也下
降且降幅比“S22”的大。其次 ,2 份材料
经高浓度铝胁迫形成的愈伤 ,其绿苗分
化率皆高于低浓度铝胁迫形成的愈伤。
(3)“S22”在 3 种诱导培养基上的花药反应率均高于“A16”,但其愈伤在有铝或无铝分化培养基上的绿苗
分化率却都比“A16”的低。表明“A16”的愈伤质量好 ,易于分化绿苗 ,这与我们以前试验结果相吻合 ,即
诱导率高的其愈伤分化率不一定好。而且这种遗传差异在铝胁迫下也是如此。
3 　讨论
本研究表明 ,2 份大麦供试材料的离体麦穗经辐射处理后对花药离体培养的愈伤形成及而后的绿
苗分化皆产生较明显的负作用 ,其可能的原因是 : (1)离体小孢子的活力受到破坏 ,难以形成愈伤 ; (2) 存
活小孢子的脱分化及分化程序编制不正常 ,难以分化成苗。王路等[12 ] 研究表明运用辐照手段处理小麦
离体幼穗 ,可以提高花培出愈率和绿苗分化率 ,获得较多数量的花培绿苗且 015Gy 效果较好 ,而 10Gy 以
上处理则完全不分化绿苗。本研究所采用的辐射剂量可能对供试材料小孢子活力和分化潜力的抑制作
用过大 ,使用剂量应降低一些。2 份供试材料对诱导培养基中添加 Al 的反应不尽相同 ,在 10mgΠL 时 ,
“S22”的花药反应率比对照的略有提高 ,“A16”则下降 ;在 20mgΠL 时 ,2 份供试材料的花药反应率皆比对
照的低 ,且尽管辐照后的花药反应率大幅下降 ,但对铝胁迫的反应与未经辐照的相似。据此推测 :大麦
不同基因型的离体花药对铝胁迫的反应存在差异 ,但这种差异随着铝胁迫的浓度上升 ,逐渐缩小。在较
高铝胁迫诱导培养基上形成的愈伤组织比较低铝胁迫诱导培养基上的易分化形成再生绿苗 ,这似乎表
明较高铝胁迫下愈伤的形成较难 ,而一旦形成的愈伤则更易于分化绿苗。然而 ,诱导培养和分化培养过
程中给于铝胁迫皆会导致绿苗分化率降低。“S22”愈伤对铝胁迫的反应比“A16”的迟钝一些 ,这也许与
79　2 期 大麦花药离体诱变及铝胁迫下的培养反应
其种性上耐铝能力呈一定相关性。周建华等[13 ]的研究表明 :大麦品种间耐酸铝性差异很大且品种间酸
铝性的机理不同。根据 Parrot W A 等[14 ,15 ]的研究 ,在整株水平上体现出耐铝性 ,则在愈伤水平上也相应
呈现出对铝的耐性。迄今为止 ,未见应用花药离体培养结合辐射和铝胁迫开展研究 ,获得再生绿苗的研
究报道。本研究为运用单倍体细胞工程改良植物耐铝性作了有益的探索。对于铝胁迫下获得的再生植
株将作进一步的大田鉴定研究。
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89 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2005 ,19 (2) :95～98