全 文 ：中国农学通报 1 9 93 年 第 9卷 第 1期
葫芦科作物的组织与细胞
培养进展 ’
许 勇 王炳 天
( 北京农业大学园艺系 1 0 0 0 9 4)
提 要 本 文较 系统地综述 了葫芦科作物组织 与细胞培 养所取得的进展 , 并展
灵其发展趋势 , 以 及在遗传操作与育种中的前景 。
关键词 葫芦科 离体培养 研 究进展
本文将从离体快繁 ; 幼胚与胚珠培养 ;
器官建成 、 胚状体发生与细胞悬浮 系的建
立 ; 原生质体培养 ; 花药与花粉培养 ; 体细
胞无性系变异与选择以及基因转化等方面系
统地介绍 了葫芦科作物的组织与细胞培养研
究的进展 , 并展望其发展趋势以及在遗传操
作与育种 中的应用前景 。
1 离体快繁
利用茎尖和腋芽进行离体快繁在葫芦科
多个 种 上 均取 得 了成 功 。 R u t e 等 ( 19 7 8 ) 、
T o e y 和 W e h n e r ( 19 8 2 ) 、 F o r t u n a t o 和
M a n 一 e i n i
( 198 5 ) 对黄瓜茎尖进行离体
培养均获得丛生芽 , 并进行无性繁殖 , 其繁
殖系数比传统扦插繁殖系数大 5一 or 倍 。 利
用 黄瓜腋芽 也 同样可 进行 离 体 无性 繁 殖
(H
a n d l e y 和 C h a m b e i s s 19 7 9 , F o r t u n a t o
和 M a n c i n i
19 8 5
,
A z i z 和 M e c o w n l 9 8 5 ) 。 对西瓜茎尖
快繁 , 国内外研究者把兴趣主要放在三倍体
和四倍体西瓜上 , 许智宏等 ( 19 7 9) 可将三
倍体无籽西瓜的一个顶芽在半年内繁殖到 5
一 10 0 万株苗 。 B a r n e s ( 19 79 ) 进行 了四倍
体西瓜的快繁 , 一个顶芽每次培养平均可形
成 10 . 3 个 丛生 芽 , 同样方案 在 C u e u r b i z a
声 e l id is j .伽 a H B K 上 得 到 实 施 ( L e e 和
T h o m as 19 85 )
。 在 甜瓜 上也有报道 ( 董新
春等 19 8 7 , 孙志伟和王玉 珍 19 8 8 , 侯喜林
19 8 9 )
。
P i n k 和 W a l k e y ( 19 8 4 )报道 了西葫芦
( C cu ur b l’t a 详即 L . ) 的茎尖快繁 。 葫芦科
的稀有菜佛手 瓜 ( eS c hr ar m e du le ) (毕可华
和 赵 建 萍 19 9 0 )与 括 楼 ( rT i e h o s a n zh e s
r ir ilo w刃 (陈惠和梁倩华 1 9 8 8) 的茎腋芽快繁
也有报道 。
葫芦科 作物茎尖 与腋 芽快繁大 多采 用
M S 培 养 基 , 激 素 配 比 为 高 浓 度 ( 1一
s m g / )L 细胞分裂素 (K T , B A , iZ p )和低浓
度 (0 . 0 1一 1 . o m g / )L 的生长素 (I AA, N A A )来
诱导 芽 , 在低浓 度 I A A ( 0 . 01 一 0 . l m g / L )
诱导下生根 , 这与大 多数植物快繁特性相一
致 。
2 幼胚与胚珠培养
G e o r g e 和 C r o w d e r ( 19 7 0 )利 用未成熟
胚培养技术在温室中一年可多繁殖一代黄瓜
种 。 C u s t e r 和 K h a t u n ( 19 5 2 )具体研究 了黄
瓜幼胚离体培养的 条件 包括胚龄 、 蔗糖浓
度 、 K T 浓 度等 。 利 用 胚 培 养 技 术进行
C u c u m is 脚 e lo X C . s a t i v u s 种间杂交均未成
* 国家自然科学基金 与农业部“ 应 用基础研究 ” 部分资助项目。 本系朱其杰教授审阅全文 , 特此感谢 。
汤 , 4 ` 尺艺 叭
h i Cne s
e
Ag r ie ult r ua l Se ie e e nB ulle t in1 9 9 3 Vo l
.
9 No
.
l
功 , 杂种幼胚在离体条件下易愈伤化 , 未能
再生植株 。 W al ( 195 4) 利用胚 培养技术获得
e u e u r b i t a 详脚 x e . m o s e h a r。 杂交 后代 。
通 过胚 培养也获得 了 C uc u m is a夕ica n o x
C
.
,二 e t u z诱 r u s 杂交后 代 ( C u s t e r 和 G . V a n
E e 19 80)
, 其实验表 明 : 适干培养的幼胚
要大 于 3 . o m m , 处 于心形胚期 , 而反交种
的幼胚在未达到 3 . o m m 时就已夭折 , 故得
不 到 其 反交 种 。 F a s s u l i a t i s ( 19 7 7 ) 试 图 将
C
. 用 et ul 诱 I’u , 对 线 虫 的 抗 性 转 移 到 .C
脚 e lo 上 , 进行种 间杂交 , 胚培养仅获 l 株
再生苗 , 但不是 杂交 种 , K h o 等 ( 1 9 81 )
仅得到子叶发育完好而无生长点的畸形苗 ,
N o r t o n ( 19 80 ) 成功 地得 到完整植株 , 但
未 确 证 是 否 一 定 是 种 间 杂 交 后 代 。
C h a m b o n n e t 和 V a t l l x ( 19 8 5 )报 道 了通 过对
。 扩 u br ila 卿 oP 未授粉胚珠培养得到单倍体
植株 ,但大部分是二倍体 ,也有少数是单倍体
与 二 倍 体 的 嵌 合 体 或 多 倍 体 。
R a k o c z y 一 t r o ja n o w s k a 和 M a l e p s z y ( 19 8 9 )进
行 e u e u r b i t a m a x im : x e .尸那 的 F ) 和 B C I
的胚培养 ,仅得到无生长点有海绵状子叶的
畸形胚 , 通过对其子叶的培养诱导芽再生了
植株 , 从而获得杂交后代 。 这一试验成功 ,
为葫芦科远缘杂交的胚培养技术提供了新的
试验方案 。
3 器官建成 、 胚状体发生与细胞悬浮系建
立
从 愈伤组织上再生植株有两个途径 : 一
是芽与根器 官的建成 , 另一个是胚状体发
生 。 19 79 年佐腾正孝首次从黄瓜上胚轴再
生植 株 , 认 为在 N A A O一 1 . o m g / L 范 围
内 , B A 1 0m g / L 是实现 芽分化的特 定浓
度 。 W e h n e r 和 C o e y ( 19 5 1)应用 8 1 个 黄瓜
品种 (系 )的子 叶和胚轴研究了器 官发生 规
律 。 试验表明: 胚轴外植体只诱导 出根 , 有
2 8 个 品种 ( 系 ) 的子 叶外植 体可 诱 导 出
芽 , 并再生 了完整植株 , 不同基因型芽诱导
率差异较大 。 有关这方面的报道还有不少
( C u s t e r 和 B u i js 19 7 9 , S e k io k a 和 T a n a k a
19 8 1
、
N o v a k 和 D o l z e l o v a l 9 8 2 刘 福 寿 等
19 8 9)
。 黄瓜离体植株再生走芽分化途径的
主要问题是 : 基因型差异大 , 再生率低 , 重
复性差 。 近年来研究热点转向胚状体发生 。
R a j a s e k a r a n 等 ( 1 9 8 3)首次在 下胚轴上得到
胚状体发生 ,但畸形率 高 ,最后走芽分化途径
得 到 完 整 植 株 , 采 用 的 诱 导 培 养 基 为
M S+ B A O
,
5 一 1 . Om g / L + 2 , 4一 D 0 5 一
l
·
s m g / L
。
T r u e s o n 和 S h a h i n ( 19 8 6 )在子叶
与根上 , K im 和 J a n i c k ( 19 8 9 )在未成 熟胚上
,
C h e e ( 19 9 0 )在子 叶和 胚轴 上以 及 R a b e e c a
等 ( 19 0) 在 子叶 上均采用 2, 4一 D 诱导胚状
体 。 波兰学者 M a l e p s z y 和 N a d o l s k a -
o r e z y k ( 1 9 8 3 )在黄瓜真叶上应用 2 , 4 , 5一 T
来诱导胚状体 , 获得 了较好效果 。 这一实验
结果又被 多位学 者所应 用 , 其重 复性良好
( C h e e 和 T r ie o l o i 19 8 5 , 朱 其 杰 等
19 0)
。 利用诱导的胚性愈伤组织 , 可建立
起 良 好 的 细 胞 悬 浮 系 ( iZ v 和
G a d a s i 19 8 8
,
M a l e p s z 、 和 S o l a r e k 19 8 6 ,
贾士荣等
19 8 8
,
C h e e 和 T r i e o l o l 19 8 8 , B e r g e r v o e t
等 19 89 )。 余阳俊和朱其杰 ( 19 9 2 ) 首次采
用黄瓜成 熟胚诱导胚性愈伤 , 并再生了植
株 , 使取材更为方便 , 并由此建立起胚性细
胞悬浮系 (许勇等 , 待发表 ) 。 黄瓜胚状体
发生途径的主要问题是畸形胚率高 , 采用双
层 培 养 , 提 高 蔗糖 浓 度 , 加 入活 性炭 和
A B A
, 取得 了一定效果 , 但仍不十分理想
( Z i v 和 G a d a s i 19 8 6 ,贾 士 荣 等 19 8 8 ,
C h e e 和 T r i c o l o i 19 8 5 , 余 阳俊和朱 其杰
19 92)
。 因此 , 在黄瓜离体胚胎发生机理与
减少畸形胚发生等方面仍需进一步工作 。 黄
瓜不同品种植株再生能力与基因型的关系密
切 , N o d o l s k a 一 o r e z y k 和 M a l e p s z y ( 19 5 9 )认
为黄瓜离体植株再生能力由 3 个位点的基因
控制 , 再生能力表现出较高的遗传能力 。
中国农学通报 199 3年 第 9卷 第 l期
在 西 瓜 仁 , B a c k m a n 和
R e y n o t d s ( 19 8 2 )报道从子叶上诱导出芽 , 但
频率较低 , 随后
S ir v a s t a v a ( 19 8 9 )
,
D o n g 和 J i n 一 Z h u o J i a s h i
一R o n g ( 19 9 0) 高频率从子叶上诱导出芽 。 许
勇等 ( 19 9 2) 对我国几个主栽西瓜品种进行
了组织培养 , 得到了相同结果 。 上述试验表
明 : 高浓度 (4 . 5一 5 . o m g / L ) 的 B A 有利
芽诱 导 , 其愈伤组织生长量较少 , 植株再生
周期短 , 为西瓜基因转化奠定 了良好基础 ,
迄今未见有关西瓜胚状体发生与细胞悬浮系
建立的报道 。
唐定台等 ( 19 80) 对我国的哈蜜瓜 , 郑
涛等 ( 19 8 2) 对白兰瓜进行了组织培养 , 通
过芽分化途径再生了植株 。 国外有关甜瓜这
方面的报道很多 ( B la e k m a n 和 R e y h o ld s
19 8 2
,
M o r e n o 等 29 8 5 , K a t h a t 等 19 8 8 ,
D i r k S 和 B u g g e n u m 一9 8 9 , N i e d z 等
19 8 9
,
C h e e 19 9 1
,
Y u t a k e T a b e i 等
19 9 1)
。
o r i d a t a 和 O o s a w a ( 19 8 6 ) , T r u l s o n
和 S h a h im ( 19 8 6) , 与 Y u t a k e T a b e i 等
( 19 1) 报道 了甜瓜胚状体发生 , 并再生 了完
整植 株 。 O ir d a t e 和 O o s a w a ( 19 8 6 )由甜瓜
的胚性愈伤组织建立了胚性细胞悬浮系 。
从 西 葫 芦 ( c uc o ib la 尽 尹产户)的 果 皮
( S
e h r o d e r 19 6 8 )
、 下胚轴与子叶 (J e l a s k a
19 7 2 )
, 以及茎尖 (C h e e 19 9 1 , 19 9 2 )均 诱导
出胚状体 , 并再生了完整植株 。
4 原生质体培养
最早进行黄瓜原生质体分离与培养的是
C o u t t S 和 W o o d ( 19 7 5 , 1 9 7 7 ) , 他们从真叶上
获得有活力的原生质体 , 只获得了有分裂能
力的细胞 团 。 吕德扬 和 e o o k r夕( 19 8 4 )从 子
叶原生质体分化出芽 , 但未再生完整植株 。
19 8 5 年 N a d o l s k a 一 O r e z y k 和 M a l e s z y 以无
菌苗真叶为材料 , 分离得到原生质体 , 并再
生 了植 株 。 贾 士 荣 等 ( 19 8 6 , 19 8 8 ) 从
3 7一 IG x 7 8一 50 杂种子叶分离出原生 质体 ,
走胚胎发生途径再生了植株 , 又从原生质体
来源的胚性愈伤组织建立 了细胞悬浮系 , 酶
解其细胞系获得原生质体 , 培养又再生 了植
株 , C o l i jr一 H o o y m a n s 等 ( 19 5 8 ) 以 子 叶
与真叶为试材 , 以及几个培养方式进行了黄
瓜原生质体培养的比较试验 , 认为 : 子叶为
试材分离原生质体产量高 , 采用琼脂糖包埋
能有效阻 _IL细胞团的褐变 。
M o r e n o 等 ( 19 8 4 , 19 8 6 )从甜瓜真叶原
生质体得到愈伤组织 , 通过胚状体途径再生
了完整植株 , 孙勇如等 ( 19 89) 报道 了新疆
甜瓜子叶原生质体再生植株 。
5 花药与花粉培养
利用花粉与花药培养获得单培体植株 ,
这对植物育种有重大意义 。 但在葫芦科这方
面的报道 甚少 。 在黄 瓜上仅 有一 篇报 道 ,
L a z a r t e 和 S a s s e r ( 19 8 2 )利用 “ S M R 5 8 , 黄瓜
品种的花药进行液体培养 , 获得了胚状体并
再生了完整植株 , 但未确定是否来源于配子
体 。 在我国薛光荣等 ( 19 8 1 , 1 9 8 3 ) 成功得
到了西瓜花粉植株 , 通过嫁接成活而结瓜 ,
获得了二倍体钓纯系材料 。 陶正南 ( 19 87)
报道了甜瓜花药培养再生植株 , 但无有关再
生植株 倍性 的报道 。 在西葫芦上 , C h a n g
和 L az ar et ( 19 8 1) 报道 了花 药通过培 养形成
愈伤组织 , 但只分化根 , 未再生芽 。
6 体细胞无性系变异与选择
在葫芦科组培研究 中 , 已有不少研究者
观 察 到 了再 生 植 株 后 代 的 性 状 变 异 。
e o l i ji一 H o o y m a n s 等 ( 19 5 8 ) 观察到黄瓜原
生 质 体 分 裂 时 染 色 体 倍性 变 化 , K im
S a n g 一 G u 等 ( 19 8 8 ) 发现再生植株均是四
倍 体 。 19 5 9 年 N a d o l s k a 一 o cr z y k 和
M al 印 sz y 观察了黄瓜再生 植株后代 R Z ,
R 3 , 发 现性 状变异 不仅 发生在 组培 当代 ,
也 可 能 发 生 在 R Z、 R : 代 。 J u a n l t a 和
G ir ar d( I 9 90) 发现 组 培 再生苗存在植 株 高
度 、 果型 、 果重 、 果数 、 第一雌花出现早晚
以 及 同 工 酶 等 的 差 异 。 M al aP syz 和
K az az (z l 9 0) 利用枯萎病菌培养滤液为选择
h i Ce ns e Agr ic ul tr u al Se ie ne eB ul l e t i n 1 9 93 Vol
.
9No
压力 , 进行了黄瓜抗枯萎病突变体筛选 , 但
没有报道再生植株后代的抗病性 。
7 基因转化
T r a s l o n 等 ( 19 8 6 ) 报道了发根农杆菌
( A g
r o b a c r e r i u m ; h讼。即 n e s z对黄瓜下胚轴的
转化 , 报道基因 N P T 一 且在再生植株 中表
达 。 Sm a r r e ll i 等 ( 1 9 8 6 ) 进行根瘤农杆 菌
扭 . 了,u m aef c ie sn )和 发 根 农杆 菌对 C、 vu b l’t
m a x如 a 几 个 品 种 的 侵 染 实 验 。 在
C cu ur b it a 谬脚 上也进行 了发根农杆菌的侵
染实验 (V e s n a k a t a v i e 等 1 9 9 1 ) 。 M e l n n e r
等 ( 19 9 1) 也报道了发根农杆菌侵染黄瓜子
叶 产生 毛 根 。 F a n g G u o 一 w e i 和 G r u m e t
( 19 9 0 ) 与 D o n g Ji n 一 Z h u o 等 ( 19 9 1 ) 进
行了甜瓜子叶根瘤农杆菌叶盘法基因转化 ,
后 者还报道 了 G u s 基因在再 生植株的多个
部 位 上 表 达 。 最令 人 鼓 舞 的 是 C h e 和
S l ig h t o m ( 19 9 1)报道 了黄瓜花 叶病毒外壳蛋
白基因在黄瓜 上转化成功 , 再生植株当代在
C M v 接 种 条 件 下 表 现 出 一 定 的 抗 病 性
( S i i g h t
o m 等 19 9 0 ) 。
8 前景展望
纵观葫芦科作物的组织与细胞培养的研
究 , 尽管近年来取得了一定进展 , 但仍有许
多空白点与不完善的地方 。 例如 , 葫芦科许
多栽培种的组培研究还未开展 ; 花药与花粉
培养成功的报道不多 ; 还未见原生质体融合
的报道 ; 控制黄瓜畸形胚状体发生的方法不
够理想等等。 当然 , 上述问题不完全是葫芦
科作物本身所造成的 , 它将随整个植物组织
与细胞培养技术的发展而逐步加以解决 。
利用胚 培养技术获得远缘杂交的后代 ,
可以创造出新物种 、 新的种质资源或新育种
材料 。 在南瓜属 ( C cu ur b il a) 上取得 了一定成
功 , 而在其它属上的进展不大 , 今后应集中
在黄瓜属 ( C cu “ m l’s) 上 , 力争有所 突破 , 把
葫芦科其它栽培种和野生种的优良性状 (如
抗病虫 、 抗寒 、 耐热 、 耐湿等 ) 转移到黄瓜
和甜瓜上 。 原生质体融合也将是研究热点 ,
它可不受种间障碍束缚 , 比远缘杂交更具有
优越性 , 但在技术上会有一定难度 , 远缘杂
交和体细胞杂交后代的疯狂分离与育性败育
为 丘述工作的前景蒙 仁一层阴影 。 利用花粉
管通道进行外源 D N A 导入 , 可将栽培种的
少数性状转育到栽培种 , 这在黄瓜上已取得
初步成功 (董伟和陈玲 1 9 92) , 这一技术将
具有广阔的应用前景 。
细胞突变体筛选技术尽管有其 自身的局
限性 , 但在葫芦科作物育种 中的应用将会是
巨大 的 。 M a le p s z y 和 k a z z a z ( 19 9 0 )在 黄瓜
抗枯萎病细胞突变体筛选研究上的探索 ,为
解决西瓜 、 甜瓜等葫芦科作物的枯萎病开辟
了一 条新途径 , 这在技术上是 可行的 。 同
时 , 在抗寒 、 抗盐碱等方面将得以应用 。 预
计葫芦科作物的细胞突变体筛选将在今后几
年内取得丰硕成果 。
葫芦科作物的基因工程尽管只开展了几
年 , 但已获得黄瓜抗 C M V 的工程植株 , 预
示基因工程将在葫芦科作物上发挥巨大作
用 。 西瓜与甜瓜病毒病危害严重 , 主要是西
瓜花叶病毒 ( W M V 一 2) 和黄瓜 花叶病毒
( C M v ) 的危害 , W M V 外壳蛋 白基因最近
已被克隆 。 目前 , 国内外几`家实验室正在进
行抗 C M V 或 W M V 的西瓜与甜瓜的基因
工程 , 抗 C M v 或抗 W M v 以 及双价抗性
的西瓜和甜 瓜转基因植株的获 得已为时不
远 。 同时 , 葫芦科作物抗除草剂 、 抗寒 、 增
甜以及保鲜等方面基因转化研究 , 也将是今
后的研究方向 。 基因工程还会在葫芦科种质
资源的开发与利用上发挥巨大作用 。
主要参考文献
l 许智宏等 , 植物生理学报 , 19 7 9 , 5 ( 3 ): 2 4 5一 2 5 0。
2 薛光荣等 , 植物生理学通讯 , 19 83 , 4 : 4 0
3 吕德扬和 E心 . C o o r ik n g , 科学通讯 , 19 8 4 , 7 : 4 34 一
4 贾士荣等 , 植物学报 , 19 8 8 , 3 0 ( 5 ) : 4 6 3一 4 6 7。
中国农学通报 19 9 3年 第 9 卷 第 1 期
A d v an e e si n T i u s se n a d Ce l Q l l t u r e o f Cu e u r b i t s
Xu Y o n gW
n a gB i n g di an
(B e i夕刀 g月 g二i c u i r u r al n Ui , e sr i r少 1 0 00夕4 )
A b s t r a e t
T h is P a P e r s y s t e m a t i e a l ly r e v i e w e d t h e c u r r e n t d e v e l o Pm e n t o n t i s s u e a n d e e ll e u l t u r e o f
e u c u r b i t s
.
T h e fu t u r e t e n d e n e y o f t h e r e s e a r e h a n d t h e p r o s p e e t s o f P o t e n t i a l u s e s i n g e n e t i e
m a n ip u l a t i o n a n d b r e e d i n g w e r e P r e d i e t e d
.
K e y w o r d s C u e u r b i t I n v i t r o e u l t u r e R e s e a r e h d e v e lo P m
e n t
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
32 P 浸渍处理小麦幼穗的诱变技术
闰 文 义 孙光祖 陈义纯 唐 风 兰
(黑龙江省农科院育种所
张 月学
哈尔滨 : 0 0 0 1 )
提高变异率扩大变异谱始终是作物诱变育种的
重要课题。 许多研究表明 , 诱变因子处理活体植株
的雌雄配子和合子 , 能够获得更为明显的诱变效
果 。 对活体植株的处理 , 除用 60 c 御 射线照射外 ,
常用的诱变剂有 3 2P 、 ’ 31 等溶液进行注射和浸
穗 。 注射法因穗苞容积较小 , 注人体内的诱变剂数
量有限 , 影响诱变效果 ; 浸穗法又因浸饱时间短 ,
操作不便 , 吸入体内的诱变剂较少 , 诱变效果也不
甚理想 。 故此 , 我们从 19 80 年起 , 依据 3 2P 内照射
诱变效果好和注射法及浸穗法的优缺点 , 设计了一
种新的吸收诱变剂量高 、 作用强度大的方法一一浸
渍法 , 获得了较好的效果 。 应用这一方法 , 现已选
育推广小麦新品种 1个 , 优良品系 5 个 。
该方法为 : 将要诱变处理的原始材料点播干田
间 , 行 、 株距因具体情况而定 .常规管理 。 小麦孕穗
期 , 选取发育正常的单核期植株进行件 的浸渍处理 (即
小麦开花前 7一 10 天 o)
】 诱变剂的配制
将 K H Z ’ ZP o ; 用蒸馏水配制成一定比活度的
溶液 。 一般为 50一 100拜C i / m l o
2 材料准备
把脱脂棉揭成薄片 , 剪成 10 x sc m 的方块 。
透明的塑料薄膜剪成 14 x 1c2 m 的方块。
3 处理
将选好的单核期植株的主穗穗苞用堆备好的脱
脂棉薄片包裹好 , 外面包上塑料薄膜 , 呈圆筒形 ,
下部用棉绑扎紧 。 用注射器将 10m 1K H : ’ 2 P 0 4 溶
液从圆筒上部注在穗苞上 , 每个剂量处理 15 一 20
穗 。 72 一 1 20 小时后 , 摘掉塑料薄膜和脱脂棉 , 让
植株 自然生长 。 成熟后按穗收获 、 考种 。 M l 代调
查存活率 , 抽穗期和育性等 。 M Z 代种成穗行 , 进
行调查 , 统计变异类型并按育种目标选拔单株 。