全 文 :园 艺 学 报 2005, 32 (4) : 594~598
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2004 - 10 - 21; 修回日期 : 2005 - 01 - 19
基金项目 : 国家 ‘863’计划项目 (2004AA241141) ; 国家 ‘948’项目 (201032)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: xxdeng@mail1hzau1edu1cn)
以异源四倍体体细胞杂种为父本与二倍体杂交创造
柑橘三倍体的研究
宋健坤 郭文武 伊华林 刘继红 陈春丽 邓秀新 3
(华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室 , 园艺林学学院 , 武汉 430070)
摘 要 : 2001~2002连续两年 , 以沙田柚、本地早橘、中秋橘、HB柚、国庆 4号温州蜜柑等二倍体
品种为母本 , 以 NS (橘柚 +无酸甜橙 )、NH (橘柚 + HB柚 )、SH (无酸甜橙 + HB柚 )、VM (伏令夏橙
+橘橙 )、HD (甜橙 +丹西橘 ) 等优良四倍体体细胞杂种的花粉授粉 , 通过胚挽救技术获得再生植株。经
细胞流式仪和染色体计数观察表明 , 两年从 10个授粉组合中共获得 244株三倍体和 10株四倍体。在这些
三倍体中有 147株来自沙田柚为母本的组合。目前已有 172株三倍体和 4株四倍体植株移栽成活。这些材
料为进一步选育无核三倍体品种奠定了基础。
关键词 : 柑橘 ; 三倍体 ; 无籽 ; 胚挽救 ; 细胞流式仪
中图分类号 : S 666 文献标识码 : A 文章编号 : 05132353X (2005) 0420594205
Crea tion of Tr iplo id C itrus Plan ts by Crossing Elite A llotetraplo id Soma tic
Hybr id Pollen Paren ts w ith D iplo id Cultivars
Song J iankun, Guo W enwu, Yi Hualin, L iu J ihong, Chen Chunli, and Deng Xiuxin3
(N ational Key Laboratory of C rop Genetic Im provem ent, the College of Horticulture and Forestry, Huazhong A gricultural U niversi2
ty, W uhan 430070, Ch ina)
Abstract: To generate seedless trip loids with horticulturally accep table fruit, interp loidy crosses between
elite allotetrap loid somatic hybrids and several dip loid cultivars were conducted in 2001 and 2002. Tetrap loid
somatic hybrids such asNS ( Tangelo + Sweet orange) , NH ( Tangelo + HB pummelo) , SH ( Sweet orange +
HB pummelo) , VM (Valencia orange + Tangor) , HD ( Sweet orange + Tangerine) were selected as male
parents, and dip loid cultivars i1e. Shatian pummelo, Huanong Bendizao tangerine, Zhongqiu Satsuma, HB
pummelo, Guoqing 4 satsuma were used as female parents. By embryo rescue technique, a total of 244 trip2
loid and 10 tetrap loid p lants were verified by flow cytometry analysis and chromosome counting from 10 crosses
in 2001 and 2002. Out of these trip loids, 147 were from the cross of Shatian pummelo as the female parent.
So far, 172 trip loid and 4 tetrap liod p lants have been transp lanted and survived in greenhouse and field.
Key words: C itrus; Trip loid; Seedlessness; Embryo rescue; Flow cytometry
无籽是柑橘的一项优良品质。三倍体柑橘由于染色体减数分裂不正常 , 配子败育 , 果实一般没有
种子。目前世界上自然产生的三倍体品种只有塔希提来檬。通过组织培养的方法也可以获得柑橘三倍
体 , 主要方法有二倍体与同源或异源四倍体杂交 , 二倍体与二倍体杂交 , 胚乳培养 , 体配融合等。自
1985年以来 , 通过细胞融合技术已经在柑橘上创造了一大批异源四倍体体细胞杂种 , 这些体细胞杂
种在生产上表现往往不理想 , 但却为开展柑橘三倍体育种提供了亲本〔1〕。美国、日本、意大利等国
家都利用体细胞杂种为父本与二倍体杂交 , 已获得了一大批三倍体植株 , 用于接穗品种的改良〔2〕。
本实验室曾以部分体细胞杂种与二倍体柑橘杂交获得了一批三倍体植株〔3〕, 但其体细胞杂种含有粗
柠檬、枳等具有不良果实性状的砧木亲本 , 对三倍体后代果实性状的表现可能会有不利影响。近年 ,
4期 宋健坤等 : 以异源四倍体体细胞杂种为父本与二倍体杂交创造柑橘三倍体的研究
随着有更多优良体细胞杂种陆续开花 , 为进一步开展三倍体育种提供了亲本。我国一些地方品种 , 像
沙田柚等果实品质非常优良 , 只是果实种子太多 , 影响了其商品价值。本试验以果实性状优良的接穗
亲本融合而来的已开花的几个体细胞杂种为父本与我国有籽的地方品种杂交 , 希望从中选育出既保持
其果实的优良性状又无籽的三倍体品种。另外 , 中秋橘、国庆 4号温州蜜柑等品种其本身无籽 , 但缺
乏香味 , 我们希望通过与四倍体的杂交获得既可以保持其无籽特性又有香味的新品种。
1 材料与方法
2001年 , 以沙田柚 〔C itrus grand is (L. ) O sbeck ‘Shatian’〕、华农本地早 ( C. succosa Hort
‘Huanong’)、中秋橘 (C. unsh iu Marc.‘Zhongqiu’)、HB柚 〔C. g rand is (L. ) O sbeck‘H irado Bun2
tan’〕、国庆 4号温州蜜柑 (C. unsh iu Marc.‘Guoqing 4’) 为母本 , 用 NS 〔橘柚 +无酸甜橙 , (C.
reticu la ta B lanco ×C. parad isi Macf. )‘Nova’+ C. sinensis (L. ) O sbeck‘Succari’〕、NH 〔橘柚 + HB
柚 , (C. reticu la ta B lanco ×C. parad isi Macf. )‘Nova’+ C. grand is (L. ) O sbeck‘H irado Buntan’〕、
SH 〔无酸甜橙 + HB柚 , C. sinensis (L. ) O sbeck‘Succari’+ C. g rand is (L. ) O sbeck‘H irado Bun2
tan’〕、VM {伏令夏橙 +橘橙 , C. sinensis (L. ) O sbeck‘Valencia’+〔C. sinensis (L. ) O sbeck ×C.
unsh iu Marc. 〕Murcott tangor} 四种体细胞杂种的花粉进行授粉 , 具体授粉组合见表 1。2002年 , 继续
以沙田柚为母本 , HD 〔甜橙 +丹西橘 , C. sinensis (L. ) O sbeck ‘Ham lin’+ C. reticu la ta B lanco
‘Dancy’〕和 NS两种体细胞杂种花粉进行授粉 , 具体授粉组合见表 2。两年合计 10个授粉组合。所用
体细胞杂种的花粉采自美国佛罗里达大学柑橘研究与教育中心 , 花粉干燥后装入指形管 , 通过普通邮
件寄到中国。授粉时将花序中未授粉的花摘除 , 由于柑橘是虫媒花 , 按照国际同行的做法 , 授粉时将
花瓣去净 , 授粉后不套袋。
柑橘三倍体胚在发育初期容易败育。在授粉后约 3个月 , 胚大量败育之前将幼果采回 , 于 4℃下
暂时保存。在超净工作台上将果实表面用 5% NaClO消毒 20 m in后剥开果实 , 取出种子 , 将种皮剥
掉 , 取幼胚 , 或直接将种子尾部切除后置于 MT + ME (麦芽提取物 , 500 mg·L - 1 ) 和 MT + GA3 (1
mg·L - 1 ) 两种固体培养基上培养。3个月后 , 将两种培养基上得到的植株或胚状体转移至生芽培养
基 (MT + KT 015 mg·L - 1 +BA 015 mg·L - 1 +NAA 011 mg·L - 1 ) 上进行增殖生芽。
倍性检测 : 取小植株叶片 , 以二倍体亲本作对照 , 用细胞流式仪检测倍性。具体方法为 : 取大约
015 cm2 的叶片或根、茎等其他组织材料于 55 mm的小塑料皿里 ; 加入 400μL提取缓冲液 HR2A; 用
剃须刀片切碎叶片放置 30 s, 通过 20~50μm的微孔滤膜将样品过滤到 215 mL小试管里 ; 加入 116
mL DNA染色液 HR2B , 染色 30~60 s; 上样检测。对部分生根的植株取根尖 , 用铁钒苏木精染色 ,
观察染色体数目〔4〕。
移栽 : 再生苗在生根培养基 (1 /2MT + IBA 011 mg·L - 1 +NAA 015 mg·L - 1 +活性炭 015 mg·
L - 1 ) 上诱导生根后移栽。移栽前将试管苗在室温下敞开放置 2~3 d炼苗 , 再将幼苗移栽到小塑料杯
中 , 上面用钻孔的小塑料杯罩住保湿 , 待幼苗成活后再栽至大盆中 ; 不能生根的经试管嫁接后移栽。
2 结果与分析
2001年进行了 9个组合的杂交授粉 , 从成苗的 302株单系植株中共检测出 102株三倍体 (图 1
左 , 中 ) 和 10株四倍体 , 其中移栽成活 48株单系植株 ; 二倍体单系植株 190 株 , 占成苗数的
6219%。产生如此高比例的二倍体植株有 3种可能 : 一是与试验中未能很好的区分授粉成功与不成功
的果实 , 使部分自然授粉的果实也被统计在内 ; 二是这些二倍体植株中有部分植株可能也是杂种 , 由
于采用的体细胞杂种产生了单倍体的花粉 , 因此杂交产生部分二倍体植株 , 这部分植株是否为杂种有
待于从分子水平进行检测 ; 三是杂交的母本是多胚性品种 , 如本地早橘是单多胚混合型的品种 , 进行
胚挽救时 , 珠心胚已经发育 , 再生的植株可能是由珠心胚再生而来的珠心苗。由表 1可知在这些组合
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图 1 倍性杂交获得柑橘三倍体植株群体及倍性鉴定
左 : 沙田柚 × (橘柚 +无酸甜橙 ) 组合后代三倍体染色体计数 (2n = 3x = 27; 2000 ×) ; 中 : 细胞流式仪检测倍性 , 以 2x为对照 ,
将 2x、3x、4x样品混合进行检测 , 对照 2x峰值在 50左右 , 3x峰值在 75左右 , 4x峰值在 100左右 ; 右 : 温室中的三倍体植株群体。
F ig. 1 Triplo id plan ts obta ined by in terplo idy crosses and plo idy detection
Left: The chromosomes of trip loid p lant obtained from Shatian pummelo × ( Tangelo + Sweet orange) (2n = 3x = 27; 2000 ×) ; M iddle:
The results detected by flow cytometry, dip loid as control, m ix 2x, 3x and 4x, the peak value of 2x is about 50, 3x about 75, 4x
about 100; R ight: The trip loid p lant population in green house.
中 , 本地早橘 × (无酸甜橙 + HB柚 ) 组合的三倍体比例最高 , 成苗的 9棵植株有 6棵是三倍体 , 占
6617% ; 本地早橘 × (橘柚 + HB柚 ) 组合的三倍体比例最低 , 成苗的 27棵植株只有 2棵是三倍体 ,
占 714% , 这可能与作为父本的体细胞杂种的花粉活力较低有关。在本试验中还检测到 10株四倍体
植株 , 这在前人的研究中也有报道〔5〕, 至于其来源是杂种起源还是同源四倍体还有待进一步研究。
表 1 2001年的杂交组合和再生情况
Table 1 Cross com b ina tion s and results in 2001
母本 ×父本
Female parent ×male parents
数目 Number
剥果
Fruit
种子
Seed
成苗
Plant 4x 3x 2x
成活数
Transp lant
4x 3x
沙田柚 ×(橘柚 +无酸甜橙 ) Shatian pummelo ×( Tangelo + Sweet orange) 1 58 29 0 5 24 0 3
HB柚 ×(橘柚 +无酸甜橙 ) HB pummelo ×( Tangelo + Sweet orange) 3 190 31 3 11 17 0 7
本地早 ×(橘柚 +无酸甜橙 ) Bendizao tangerine ×( Tangelo + Sweet orange) 61 449 108 5 43 60 3 13
本地早 ×(无酸甜橙 + HB柚 ) Bendizao tangerine ×( Sweet orange + HB pummelo) 5 26 9 0 6 3 0 2
本地早 ×(伏令夏橙 +橘橙 ) Bendizao tangerine ×(Valencia + Tangor) 14 116 32 0 6 26 0 2
本地早 ×(橘柚 + HB柚 ) Bendizao angerine ×( Tangelo + HB pummelo) 19 85 27 0 2 25 0 1
中秋橘 ×(橘柚 + HB柚 ) Zhongqiu satsuma ×( Tangelo + HB pummelo) 21 79 30 2 9 19 1 7
中秋橘 ×(橘柚 +无酸甜橙 ) Zhongqiu satsuma ×( Tangelo + Sweet orange) 12 29 27 0 15 12 0 7
国庆 4号 ×(橘柚 +无酸甜橙 ) Guoqing 4 satsuma ×( Tangelo + Sweet orange) 5 18 9 0 5 4 0 2
小计 Subtotal 141 1050 302 10 102 190 4 44
百分率 Percentage ( % ) 313 3318 6219 113 1416
2002年以沙田柚为母本杂交的两个组合 , 共得到 184棵幼苗 , 其中三倍体 142棵 , 未发现四倍
体 , 现已移栽成活 128棵三倍体 (表 2)。在胚挽救的过程中发现 , 授粉成功的果实 , 大部分种子都
已经开始败育 , 种子为瘪籽 , 也有一小部分为饱满种子 , 部分瘪籽果实的种胚已完全败育而不可见 ,
这说明同一果实不同胚的败育早晚有差异。
2002年所做的沙田柚 × (橘柚 +无酸甜橙 ) 的组合胚挽救比较成功 , 获得的 182株植株中 , 三
倍体有 141株 , 占 7715% , 这比 2001年所做的同一杂交授粉组合的三倍体比率 (1712% ) 有了显著
的提高。这可能与胚挽救的方法不同有关。2001年进行胚挽救时 , 只是将种子尾部切除后置于培养
基上 ; 而 2002年是将种皮完全剥掉 , 把未败育的胚全部取出置于培养基上 , 这样使胚可以直接与培
养基接触 , 营养充分 , 因此败育胚的成活率也相应提高 , 从而提高了三倍体植株的比例 , 因为由败育
胚得到的植株绝大部分都是三倍体植株 , 得到的二倍体植株一般都是由饱满的胚发育而来。此外 , 也
可能与两年间的花粉育性的差异有关。由于通过快件邮寄的花粉量很少 , 未对花粉进行育性检测 , 尚
不能定论。
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4期 宋健坤等 : 以异源四倍体体细胞杂种为父本与二倍体杂交创造柑橘三倍体的研究
表 2 2002年的杂交组合和再生情况
Table 2 Cross com b ina tion s and results in 2002
母本 ×父本
Female parents ×male parents
授粉花数
Flower
number
剥果数 /坐果率
Fruit number/ rate
of fruit set( % )
剥种数
Seed
number
饱满胚
W ell
developed
瘪籽胚
Aborted
成苗
Plant 4x 3x 2x
3x成活数
3x number
沙田柚 ×(橘柚 +无酸甜橙 )
Shatian pummelo ×( Tangelo + Sweet orange)
67
11 /115
861
65
399
182
0
141
41
127
沙田柚 ×(甜橙 +丹西橘 )
Shatian pummelo ×( Sweet orange + Tangerine)
30
2 /617
99
1
4
2
0
1
1
1
小计 Subtotal 97 13 /1314 960 66 403 184 0 142 42 128
百分率 Percentage ( % ) 0 7712 2218 6916
3 讨论
在本试验中 , 共有 10个组合 172株三倍体和 4株四倍体植株移栽至温室并且成活 (图 1, 右 )。
在所有的组合中 , 以沙田柚和 HB柚为母本的组合再生的植株最为健壮 , 用生根培养基诱导生根后很
容易移栽成活 , 从胚挽救开始只要半年时间便可移栽至温室 , 移栽成活率分别达 8911%和 6316% ,
这可能与柚类品种生长势旺有关。而其他组合的植株生长都比较细弱 , 不容易诱导生根 , 大部分都需
要试管嫁接才能移栽出去 , 很多植株都是在培养室培养 1~2年后才能移栽出去。根据前人的报道 ,
在胚挽救过程中由饱满种子而来的植株往往都是四倍体〔6, 7〕。本试验中 , 2002年的两个杂交组合得到
了 66粒饱满种子 , 成苗的 40棵植株经检测都是二倍体 , 没有检测到四倍体。而在沙田柚 × (橘柚 +
无酸甜橙 ) 的 399粒瘪籽胚中 , 3粒瘪籽胚发育而来的植株为二倍体。这些二倍体植株是否为有性杂
交后代有待于从分子水平进行检测。
胚挽救的效果与所用的培养基和胚挽救的时间都有很大的关系。根据前人的经验 , 本试验用 MT
+ME 500 mg·L - 1和 MT + GA3 1 mg·L - 1的培养基来进行胚挽救。J ia等曾用 EMA 〔MT +ME 500 mg
·L - 1 + SAD (硫酸腺嘌呤 ) 25 mg·L - 1 〕, EG1 (MT + GA3 1 mg·L - 1 ) 和 MTG (MT +ME 1 500 mg
·L - 1 ) 3种培养基进行柑橘胚挽救试验 , 结果发现以 EG1培养基再生三倍体的百分率最高〔8〕。研究
中发现幼胚在 MT +ME 500 mg·L - 1上更容易发育成胚状体 , 然后从胚状体再生植株。Carim i等认为
在柑橘幼胚培养中 , 添加适量的麦芽提取物 (ME) 会使成苗率大为提高〔9〕。由于三倍体的胚容易败
育 , 因此柑橘胚挽救时间的选择非常重要 , 太早或太晚效果都不是很好。根据伊华林等〔10〕的研究 ,
以华农本地早橘为母本与柑橘体细胞杂种 (哈姆林甜橙 +粗柠檬 ) 杂交 , 胚挽救的适宜时间为授粉
后 80~90 d。据此 , 本试验胚挽救的时期都在授粉后 90 d左右。2002年的两个授粉组合中 , 沙田柚
×(橘柚 +无酸甜橙 ) 组合在授粉后 3个月还有 5319%的胚没有完全败育 , 而沙田柚 ×(甜橙 +丹西
橘 ) 的组合只有 511%的胚没有完全败育 , 表明母本相同、父本不同 , 胚败育的进程也不一样 ; 对于
不同组合 , 具体胚挽救的适宜时间应根据试验来确定。
在杂交授粉亲本的选择上 , 单胚柑橘品种由于没有珠心胚的干扰 , 因此比多胚柑橘品种更适合做
杂交授粉的母本。Chandler等认为四倍体做母本、二倍体做父本 , 比二倍体做母本、四倍体做父本的
杂交后代中三倍体的发生率要高〔5〕。由于细胞融合而来的体细胞杂种现在已有很多组合开花 , 但还
没有大量结果 , 所以目前只能以二倍体柑橘品种做母本。
用传统的染色体压片观察法可以直观地检测植株的倍性 , 但这种方法费时费力 , 而且取材只能局
限于根尖或茎尖。用细胞流式仪可以快速准确地确定植株的倍性 , 而且取材没有限制 , 为大量杂交后
代植株倍性的检测提供了一种简便的方法。
目前 , 柑橘无籽性状越来越受到消费者的关注 , 通过二倍体与四倍体杂交是选育柑橘三倍体无籽
品种的一条有效途径。‘O roblanco’和 ‘Melogold’是通过这种途径选育出来的两个比较成功的品
种〔11, 12〕。本试验中得到的三倍体后代现在已经全部移栽至温室 , 生长良好 , 为从中选育有价值的三
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园 艺 学 报 32卷
倍体品种奠定了坚实的材料基础。
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12 Soost R K, Cameron J W. Melogold: a 3x pummelo2grapefruit hybrid. HortScience, 1985, 20 (6) : 1134~1135
“中国园艺学会第七届青年学术讨论会 ”
中国园艺学会第九届第 8次常务理事扩大会决定 , “中国园艺学会第七届青年学术讨论会 ”由山东农业大学园艺
科学与工程学院和山东省园艺学会承办 , 将于 2006年 7月或 8月在山东泰安举行。
会议交流主题 : (1) 园艺作物种质资源、遗传育种与生物技术 ; (2) 园艺作物有机、无公害及标准化安全生产 ;
(3) 园艺作物栽培及生理、生态 ; (4) 园艺作物采后处理、贮藏与加工技术 ; (5) 园艺作物病虫害综合治理 ; (6)
园艺环境与工程 ; (7) 设施园艺 ; (8) 园艺作物种业 ; (9) 园艺教育 ; (10) 园艺产品的国内与国际贸易 ; (11) 其
他。会议征文需提交未公开发表过的论文。其撰写格式请参照 《园艺学报 》论文的格式要求 , 字数 (含图表 ) 勿超
过 5000字。论文可通过电子邮件 ( xkzhao@ sdau1edu1cn; yykx2238@1631com ) 提交 , 也可邮寄拷贝有该论文的 315
寸软盘 (M icrosoftWord格式 )。经专家评审被接受的论文将在会议召开之前编辑成论文集 , 正式出版发行。征文截止
日期 : 2005年 12月 31日。
联系人 : 赵祥奎、王秀峰 ; 联系地址 : (271018) 山东泰安岱宗大街 61号 , 山东农业大学园艺科学与工程学院
“学术会议秘书组 ”; 电话 : 0538 - 8242654, 8242456; 传真 : 0538 - 8242654, 8242456; 电子信箱同上。
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