全 文 ：文章编号 :100028551 (2006) 062460204
利用无性系变异改良定型小麦品种的研究
朱晋云　许玉娟　杨丽萍　亢秀丽　张明义
(山西省农业科学院小麦研究所 ,山西 临汾　041000)
摘 　要 :针对晋阳 345 和晋麦 73 两个定型品种存在抗寒性较差的缺点 ,对其幼胚愈伤组织进行了 4 种处
理。结果表明 ,4 种处理后代 R2 主要农艺性状的变异率差异显著 ,且紫外灯照射幼胚愈伤组织比低温
2 ℃和常温 25 ℃交替处理幼胚愈伤组织的变异率高 ,其后代各种农艺性状的变异范围较大 ,变异率较
高。但后者有利于改良抗寒性较差的定型小麦品种。
关键词 :小麦 ;幼胚培养 ;体细胞无性系变异
IMPROVING WHEAT CULTIVARS BY USING SOMACLONAL VARIATION
ZHU Jin2yun 　XU Yu2juan 　YANGLi2ping 　KANG Xiu2Li 　ZHANG Ming2yi
( Institute of Wheat Research , Shanxi Academy of Agricultural Sciences , Linfen , Shanxi 　041000)
Abstract :To improve cold resistance of two wheat cultivars ,“Jinyang 345”and“Jinmai 73”,four treatments of immature
embryo callus culture were employed. The results indicated that there were significant differences in variation frequency of
main agronomic traits in R2 generations. The treatment of immature embryo callus exposed to ultraviolet had a higher variation
frequency than those alternately cultured in low temperature 2 ℃and ambient temperature 25 ℃, but for improving the cold
resistance , the treatment of temperature alternation was better.
Key words :wheat ; immature embryo culture ; somaclonal variation
收稿日期 :2005210231
基金项目 :山西省回国留学人员基金重点项目 (97212非 11)和山西省农科院高新技术项目 (02YGX06)
作者简介 :朱晋云 (19582) ,男 ,山西临汾人 ,副研究员 ,主要从事生物技术研究工作。Tel : 0357 2881978 ;13008028783 ,Email : zjy5808 @163. com　　植物细胞和组织经历了一段时间的离体培养之后 ,由愈伤组织分化形成的再生植株常常产生变异 ,这些变异可能是染色体变化 ,也可能是基因突变[1 ,2 ] ,这种变异被叫做体细胞无性系变异[3 ] 。相对于体细胞杂交和遗传转化 ,体细胞无性系变异是一种较为经济的生物技术 ,已成为改良小麦品种的有效途径[4 ] 。本研究旨在探讨外界环境对小麦幼胚愈伤组织的影响 ,以获得体细胞无性系变异 ,为改良定型小麦品种 (系) 个别性状提供依据。1 　材料和方法111 　供试材料小麦晋阳 345 和晋麦 73 由山西省农业科学院小 麦研究所培育。晋阳 345 为大穗大粒高产小麦新品系 ,综合农艺性状优良 ,但抗寒性差 ,不抗白粉病。晋麦 73 综合农艺性状优良 ,对黄矮病高抗 ,但存在植株较高、穗型短而密集、抗寒性较差等缺点。愈伤组织诱导培养基为 MD 培养基 :MS 大量和微量元素 ,kao’s 维生素 ,T维生素 ,水解蛋白物 100mg/ L ,椰乳 20mg/ L ,2 ,42D 2mg/ L ,蔗糖 30mg/ L。分化培养基为 ME 培养基 :MS 大量和微量元素 ,kao’s 维生素 , T 维生素 ,水解蛋白物 100mg/ L ,椰乳20mg/ L ,NAA 015mg/ L ,KT 015mg/ L ,蔗糖 20gΠL。112 　试验方法取授粉 12～18d 后的幼胚 ,接种在 MD 培养基上诱导愈伤组织 ,20d 后在相同培养基上进行继代培养 ,分 4 个处理 (每处理重复 3 次 ,每重复 100 块愈伤组
064　 核 农 学 报　2006 ,20 (6) :460～463Journal of Nuclear Agricultural Sciences
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织) 。处理 1 :愈伤组织在 MD 培养基上继代 2～3 次 ;
处理 2 :愈伤组织在紫外灯 (15W 低压石英水银灯) 下
约 10cm 处照射 2h ;处理 3 :愈伤组织在低温 2 ℃和常温
25 ℃下交替培养 30d ;处理 4 :愈伤组织在紫外灯下照
射 2h 后 ,再在低温 2 ℃和常温 25 ℃下交替培养 30d。
随后将各处理的愈伤组织转移到分化培养基上分化成
苗 ,最后在 1/ 2ME壮苗生根培养基上培养 20～30d ,10
月中下旬移栽田间。
113 　农艺性状调查
无性系当代进行简单记载 ,成熟后全部按单株收
获 ,第 2 年种成株行。R2 生长期间调查返青期、抽穗
期、抗病性、抗寒性等 ,收获后每个处理随机抽取 30
株 ,调查株高、穗长、穗粒数、千粒重等性状。判别变异
的标准为 :抽穗期±3d ,株高±10cm ,穗长 ±1cm ,穗粒数
±10 ,千粒重±5g[5 ] 。抗寒性标准 :1 级为无冻害 ;2 级为
1Π3 表现有冻害 ,但无冻死苗 ;3 级为 1Π2 表现有冻害 ,有
死苗现象 ;4 级为 1Π2 以上有冻害 ,死苗现象严重。
2 　结果与分析
211 　不同处理对小麦幼胚愈伤组织质量和绿苗分化
率的影响
试验结果表明 (表 1) ,4 种处理对小麦幼胚愈伤组
织质量影响差异较大 ,当进行正常继代培养时 ,晋阳
345 和晋麦 73 的愈伤组织都生长很好。对生长的愈
伤组织施加外界诱变因素后 ,2 个品种的愈伤组织生
长都受到影响 ,其中低温 2 ℃和常温 25 ℃交替培养处
理对愈伤组织生长的影响大于紫外灯下照射 2h 的处
理 ,因此 ,处理 3 和处理 4 的愈伤组织都出现了部分死
亡现象 ,这与 2 个品种的抗寒性较差有关。4 种处理
对 2 个小麦品种愈伤组织绿苗分化率的影响与对小麦
愈伤组织生长的影响相似 ,但是 ,在施加外界诱变因素
的同一处理中 ,晋麦 73 的愈伤组织绿苗分化率明显高
于晋阳 345。
212 　不同处理无性系后代农艺性状的变异
试验表明 ,不同处理无性系后代 R2 的抽穗期、株
高、穗长、穗粒数、千粒重、抗寒性等农艺性状变异率存
在明显差异 (见表 2) ,总的趋势是 :处理 4 > 处理 2 > 处
理 3 > 处理 1。晋麦 73 各处理后代发生变异的株系明
显多于晋阳 345 ,尤其表现在生育期、株高等性状上 ,
其抽穗期变异率为 1718 %～3210 % ,比晋阳 345 抽穗
期的变异率 (1316 %～2211 %) 提高 412 %～10 % ;生育
期较晚 ,其无性系后代容易分离出熟期趋于提早的变
异 ,抽穗期一般提早 013～5d[6 ] ;株高变异率为 1013 %
　　　表 1 　不同处理对小麦幼胚愈伤组织质量和绿苗分化率的影响
Table 1 　Effect of different treatments on the callus quality
and the seedling regeneration of immature embryo of wheat
品种
variety
处理
treatment
愈伤组织数
NO1of callus 愈伤组织质量
callus quality
绿苗分化率
percentage of green
differentiated ( %)
晋阳 345
Jinyang345
晋麦 73
Jinmai73
1 100 +++ 98
2 100 ++ 78
3 100 + 38
4 100 + 31
1 100 +++ 95
2 100 ++ 81
3 100 ++ 67
4 100 + 45
注 : +++愈伤组织质量最好 ; ++愈伤组织质量较好 ; +愈伤组织质量一般。
Note : +++ the best callus quality ; ++ good callus quality ; + ordinary callus
quality1
～3415 % ,比晋阳 345 株高的变异率 (918 %～2114 %)
提高 015 %～1311 %。
利用低温 2 ℃和常温 25 ℃交替处理晋阳 345 和晋
麦 73 的愈伤组织 ,其无性系后代较容易出现抗寒性强
的株系 ,变异率高达 3215 %～4417 %。处理 3 和处理 4
中 ,不耐寒的愈伤组织在培养过程中大部分死去 ,生存
下的愈伤组织后代都表现出抗寒性增加的趋势 ,晋阳
345 抗寒性增强 2～3 级 ,晋麦 73 抗寒性增强 1～2 级。
有外界诱变因素的处理 2、3 和 4 后代的穗长、穗
粒数和千粒重等性状的变异高于没有外界诱变因素的
处理 1 ,紫外灯照射愈伤组织 (处理 2)的诱变效果高于
低温 2 ℃和常温 25 ℃交替处理愈伤组织 (处理 3) 的诱
变效果。如晋阳 345 处理 2 的穗长变异率为 1319 % ,
穗粒数变异率为 2312 % , 千粒重变异率为 2013 % ,而
处理 3 的穗长变异率为 1215 % , 穗粒数变异率为
2011 % , 千粒重变异率为 1915 %。
不同处理无性系后代 R3 的农艺性状已基本趋于
稳定 ,对其株高、千粒重、抗寒性等部分农艺性状调查
结果表明 ,晋阳 345 无性系后代 R2 (处理 3) 的株高变
异率为 2114 % ,千粒重变异率为 1915 % ,抗寒性变异率
为 4016 %;而从晋阳 345 无性系后代 R2 (处理 3)选育的
株系 3154 ,其 R3 代的株高变异率为 015 % ,千粒重变异
率为 112 % ,抗寒性变异率为 016 % (见表 3) 。
3 　小结与讨论
311 　小麦组织培养中的体细胞无性系变异是小麦组
培后代中常见的现象 ,这种变异现象受基因型、组织
(器官)特性、组织培养条件等因素影响。一般 1 个组
164　6 期 利用无性系变异改良定型小麦品种的研究
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　　　　 表 2 　不同处理无性系后代 R2 农艺性状的变异率
Table 2 　Variation frequency of some agronomic traits in somaclonal R2 generation by different treatment
处理
treatment
变幅
change range
抽穗期
heading date
(日Π月 dΠm) 株高plant height(cm) 穗长length of spike(cm) 穗粒数grains per spike 千粒重weight of 1000grains(g) 抗寒性cold resistance
晋阳 345 Jinyang 345
1 幅 度 range 1Π5～4Π5 8012～7515 1118～1112 4311～3910 5113～4810 4～3
平均值 average 116Π5 7911 1113 4213 5016 318
变异率 variation frequency 1316 918 1312 716 1214 1116
2 幅度 range 3Π5～1Π5 8116～7511 1117～1012 4215～3910 5312～4319 4～2
平均值 average 2Π5 7716 1115 4118 5116 219
变异率 variation frequency 1913 1617 1319 2312 2013 1617
3 幅度 range 4Π5～29Π4 84. 2～73 1213～1016 4613～3712 5418～4312 2～1
平均值 average 116Π5 7918 1116 4312 5112 113
变异率 variation frequency 1913 2114 1215 2011 1915 4016
4 幅度 range 6Π5～28Π4 8516～7013 1218～915 4512～3210 5610～3910 2～1
平均值 average 218Π8 7619 1114 4016 5312 117
变异率 variation frequency 2211 2018 1615 3211 3211 4417
CK 幅度 range 0 8011～7918 1116～1114 41～4019 5016～5014 0
平均值 average 2Π5 8010 1115 4110 5015 4
变异率 variation frequency 0 0 0 0 0 0
晋麦 73 Jinmai 73
1 幅度 range 6Π5～30Π4 9118～78 911～811 3215～2912 3713～3310 3～2
平均值 average 418Π5 9011 814 3018 3417 213
变异率 variation frequency 1718 1013 1016 812 1718 913
2 幅度 range 7Π5～2Π5 9316～8213 818～719 3517～2913 3813～3016 3～2
平均值 average 413Π5 8719 816 3211 3515 215
变异率 variation frequency 2311 2314 1413 2518 2115 1215
3 幅度 range 8Π5～3Π5 9313～7911 819～718 3613～2712 3814～3211 2～1
平均值 average 513Π5 8719 8611 3113 3418 112
变异率 variation frequency 2015 1816 1412 2315 1913 3312
4 幅度 range 9Π5～1Π5 9216～7815 910～712 3513～2711 4011～3019 2～1
平均值 average 517Π5 8913 817 3211 3418 112
变异率 variation frequency 3210 3415 1119 2613 3213 3215
CK 幅度 range 0 9011～9010 816～814 3011～2918 3511～3419 0
平均值 average 5Π5 90 815 3010 3510 3
变异率 variation frequency 0 0 0 0 0 0
注 :变异幅度 = 最大值 - 最小值 ;变异率 % = 标准差Π平均值×100。下表同。
Note :variation range = maximum - minimum ; variation frequency = standard deviationΠaverage ×100. The same as following table.
表 3 　晋阳 345 不同处理无性系后代 R3 农艺性状的变异率
Table 3 　Variation frequency of some agronomic traits in somaclonal Jinyang 345 R3 generation by different treatment
处理
treatment
选育株系
mutants
变幅
change range
株高
plant height (cm)
千粒重
weight of 1000 grains(g)
抗寒性
cold resistance
幅度 range 8012～7918 5115～5110 4～3
1 3023 平均值 average 8011 5112 315
变异率 variation frequency 111 017 116
幅度 range 8116～8019 5212～5219 4～2
2 3085 平均值 average 8016 5216 214
变异率 variation frequency 117 013 117
幅度 range 74. 5～7318 5318～5312 2～1
3 3145 平均值 average 7411 5315 114
变异率 variation frequency 015 112 016
幅度 range 7716～7818 5217～5311 2～1
4 3367 平均值 average 7812 5215 115
变异率 variation frequency 018 111 017
幅度 range 8012～8018 5016～5114 0
CK 晋阳 345Jinyang 345 平均值 average 8015 5111 4
变异率 variation frequency 0 0 0
264 核　农　学　报 20 卷
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织培养周期内可产生 1 %～3 %的无性系变异机率 ,远
远高于自然突变频率[7 ] 。利用模拟的各种自然灾害条
件 ,如紫外线照射、低温等 ,创造体细胞无性系变异 ,从
而筛选出具有对特殊自然灾害抗性的细胞系或再生
株 ,是一条比较经济和有效的作物改良新途径。
312 　研究表明 ,紫外灯照射小麦幼胚愈伤组织 ,其后
代各种农艺性状的变异范围较大 ,变异率较高 ,特别是
在小麦穗长、穗粒数和千粒重等性状方面易诱导变异 ,
变异率趋势为穗粒数 > 千粒重 > 穗长。
313 　应用低温和常温交替处理小麦愈伤组织 ,其无性
系后代较容易出现抗寒性强的株系 ,变异率可达
3215 %～4417 % ,这对冬小麦区改良抗寒性较差的定
型小麦品种具有重要的意义。我们通过低温 2 ℃和常
温 25 ℃交替处理晋阳 345 幼胚愈伤组织 ,获得了 2 个
抗寒性好的株系 3154 和 3159 ,其产量分别比对照晋阳
345 提高 618 %和 715 %。与对照晋阳 345 相比 ,3154
株高降低了 118cm ,3159 穗长增长了 013cm 外 ,这 2 个 株系的其他性状都保持了晋阳 345 原有水平或略有提高。参考文献 :[1 ] 　李浚明 ,植物组织培养教程 (第 2 版) . 北京 :中国农业大学出版社 ,2002 ,305～318[2 ] 　肖尊安 ,植物生物技术. 北京 ,化学工业出版社 ,2005 ,68～83[3 ] 　Scowcroft ,Larkin. Somaclonal variation2a novel source of variability forcell cultures for plant improvement . T A G,1981 ,60 :197～214.[4 ] 　陈军营 ,何盛莲 ,等. 体细胞无性系变异在小麦育种中的应用. 麦类作物学报 , 2005 ,25 (2) :135～137[5 ] 　叶兴国 ,徐惠君 ,等. 组织培养途径改良定型小麦品种的研究. 作物学报 ,1998 ,24 (3) :310～314[6 ] 　胡尚连 ,曾寒冰 ,李文雄. 小麦单细胞培养的研究———再生植株后代主要农艺性状变异及遗传稳定性. 东北农业大学学报 ,1996 ,27(1) :1～8[7 ] 　周　岩 ,李保印 ,赵一鹏. 植物组织培养中的体细胞无性系变异.河南职业技术师范学院学报 ,2002 ,30 (4) :25～27
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