全 文 ：中 国 瓜 菜2016，29（6）：1-4 专题综述
辐射花粉授粉和离体胚挽救技术是用射线辐
射瓜类即将开花或正开花的雄花花粉，然后给去雄
的雌花授粉影响其受精进而诱导其产生单倍体胚，
再通过离体胚挽救获得单倍体植株 [1-6]。辐射花粉
授粉和离体胚挽救技术是获得葫芦科作物单倍体
（Haploid）和双单倍体（Double haploid，DH）的主要
途径之一。利用该技术可快速获得纯系、缩短育种
周期、加速育种进程。本文侧重综述了该技术
的一些重要影响因素，如基因型、辐射剂量、辐
射剂量率、植株生长环境、花粉发育阶段、离体胚挽
救时间、胚发育时期、染色体加倍、倍性鉴定和植株
再生技术等，为该技术的开展和应用提供可行的理
论依据。
1 基因型
基因型是影响辐射花粉授粉和离体胚挽救的
关键因素之一。Lofti[7]和裴晓利等[8]研究表明，不同
黄瓜基因型辐射花粉诱导单倍体产率有差异。雷
春等[9]进一步研究发现不同基因型花粉授粉要比同
一基因型花粉授粉诱导的单倍体产率高。当黄瓜
母本为‘JL4’、父本为‘CC3（200）’和‘JL4（200）’时，
坐果率分别 50%和 12.5%，并且只有以‘CC3（200）’
为父本时才有单倍体产生，表现出一定的父本基因
型差异；当父本均为‘Y2A（300）’，母本分别为‘SL4’
和‘Y2A’时，坐果率分别为 37.5%和 62.5%，单倍体
产率（单倍体数/胚培养种子数）分别约为 1.1%和
葫芦科蔬菜单倍体育种技术研究进展
——花粉辐射和离体胚挽救技术
黄金华，董彦琪，刘喜存，王文英,王玲艳，朱红彩
（河南省新乡市农业科学院 河南新乡 453000）
摘 要：花粉辐射和离体胚挽救技术是葫芦科作物获得单倍体胚和单倍体植株的一种重要方式。该技术在葫芦科
作物育种上应用广泛，本文综述了影响该技术的一些重要因素，如基因型、辐射剂量、辐射剂量率、植株生长环境、花
粉发育阶段、离体胚挽救时间、胚发育时期、染色体加倍、倍性鉴定和植株再生技术等，为该技术的开展和应用提供
可参考的理论依据。
关键词：葫芦科蔬菜；原位雌核发育；辐射花粉；胚挽救；染色体加倍；倍性鉴定；植株再生
收稿日期：2015-10-15；修回日期：2016-02-22
基金项目：河南省科技开放合作项目（项目编号：142106000022）
作者简介：黄金华，男，助理研究员，主要从事蔬菜遗传育种和示范推广。E-mail：304568254@qq.com
Advances of haploid breeding techniques of cucurbit vegetables: irradiat⁃
ed pollen and in vitro rescue
HUANG Jinhua，DONG Yanqi，LIU Xicun，WANG Wenying，WANG Lingyan，ZHU Hongcai
（Xinxiang Academy of Agricultrual Science, Xinxiang 453000, Henan, China）
Abstract: The technique of parthenogenetic haploid embryos and plants through irradiated pollen and in vitro rescue is an
important tool in cucurbit vegetables breeding. The technology of combining irradiated pollen pollination with embryo rescue
were applied widely, many factors of this technology, such as genotype, the effects of irradiation doses，radiation dose rate，
the environment of plant growth, the development stage of buds, embryo development stage and fruit rescue period，chromo⁃
some doubling and ploidy identification, and plant regeneration were reviewed.
Key words: Cucurbit vegetables；In situ parthenogenesis；Irradiated pollen；Embryo rescue；Chromosome doubling；Ploi⁃
dy identification；Plant regeneration
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DOI:10.16861/j.cnki.zggc.2016.0098
中 国 瓜 菜 第29卷专题综述
0.4%，表现出一定的母本基因型差异。谢淼等[10]研
究认为，黄瓜基因型对植株再生率及单倍体再生率
均有影响。而 Caglar等[11]研究表明，黄瓜 27种基因
型对单倍体的诱导率没有很大差别，每个果实中获
得的单倍体胚均约为 3.8个，每个果实中获得的单
倍体植株数均约为 1.1个；Faris等[12]试验了 8种黄
瓜基因型，进一步证明同一剂量下的单倍体发生率
同黄瓜基因型无关。
此外，Sestili 等 [13]研究表明不同的甜瓜正反交
组合对单倍体诱导率的影响差异显著。张永兵等[14]
研究表明，甜瓜母本基因型对坐果和单倍体胚的形
成都有一定的影响。
2 辐射剂量
常用的辐射源有放射性元素（35P，32S），离子束
（X和γ射线）和非离子束（UV）。Faris等[12]认为 60Co-γ射
线是诱导单倍体的有效辐射源。
确定适宜的辐射剂量是诱导雌核发育单倍体
成败的关键，实践中大多以临界剂量或半致死剂量
作为适宜剂量的标准。花粉管的生长与辐射剂量
有显著的相关性（R=0.97）[15]。辐射剂量同植物的倍
性及花粉粒大小有关，倍性越高，花粉粒越小，越耐
辐射 [16]。西葫芦上推荐剂量为 25~50 Gy[4]；黄瓜和
西瓜常用的推荐剂量为 200~300 Gy[3，17]；甜瓜上推荐
剂量为 500~2 500 Gy[1，15]。
也有一些学者用 X 射线辐射花粉的报道，如
Yashiro等[18]利用 X射线（67.08 C·kg-1）辐射花粉，在
5 个甜瓜基因型‘Earl＇s red’‘Carol’‘Quincy’‘Ru⁃
pia red’和‘View red’上单倍体胚的诱导率分别为
0.16%、0.03%、0.03%、0.13%和 0.17%；查丁石[19]利用
软 X射线以 650 Gy的总辐射剂量照射获得了甜瓜
单倍体植株。
3 辐射剂量率
单倍体诱导频率还受辐射剂量率的影响。
Deunff等[20]研究发现高剂量会使黄瓜花粉管生长减
慢，但是在授粉 6 d之后，2种不同剂量率照射下的
花粉管都已到达胚囊。许利彩等[21]研究表明，辐射
剂量率对西葫芦胚的诱导率、植株再生率及植株成
活率均影响极显著。辐射剂量率为 45.19 Gy·min-1
时获得的不饱满种子或不同形态胚的数量最多，为
61 个，植株再生率和植株成活率也最高，分别是
91.80%和 49.18%，与其他 2 个处理差异极显
著；25 Gy·min-1时获得的不饱满种子或不同胚状体
数量次多，为 56个；而 5 Gy·min-1最低，仅为 26个，
植株再生率和植株成活率也最低，分别是 76.92%和
26.92%。而 Cunny 等 [15]研究表明，18 Gy·min-1和
79 Gy·min-1（总剂量为 500~3 600 Gy）对甜瓜花粉萌
发率和活力没有影响。
4 生长环境
环境因子对单倍体诱导率同样有重要影响，适
宜的温度和湿度下单倍体发生率较高。6—9月甜
瓜单倍体发生率[22]较高，秋季单倍体诱导率相对较
低[15]。黄瓜也是在气温高的 6—9月（地中海海洋性
气候）可得到较高单倍体发生率[17]。
5 花粉发育阶段
花药、花序、花芽及整朵花都可以进行辐射处
理，通常用开花前 1 d的雄花进行辐射处理，次日给
母株授粉。Yanmaz 等 [23]研究表明，辐射剂量为
350 Gy 的黄瓜花粉活力最高，但花粉活力丧失最
快，120 h 之后花粉活力为 0，最终得到 0 株单倍
体。所以，尽量选用开花当天的花粉立即辐射授
粉，否则单倍体诱导率会大大降低；且每朵雌花需
用 3~4朵经射线处理的雄花授粉，增加花粉管到达
胚囊的数量，有效的促进雌核发育[1，24]。开放当天和
开放前 1 d的黄瓜雄花经过不同剂量辐射后授粉，
对坐果率影响不大，但是单倍体胚产率以辐射开放
前 1 d雄花授粉效果更好[25]。
6 离体胚挽救
由于辐射花粉诱导雌核发育过程中败育胚的
比例相当高，所以常利用离体胚挽救技术提高诱导
率。
Sauton 等 [1]发现，甜瓜幼胚在 MS+ 0.2 mg·L-1
6-BA + 0.15 mg·L-1活性炭的培养基上进行胚抢救
更容易发育成胚状体。孙玉宏等[26]在甜瓜离体胚挽
救试验中也得到相同结论，同时研究表明，辐射授
粉后 12 d左右的甜瓜果实中的可抢救的胚的数量
较高。Custer等 [27]研究发现，幼胚发育到心形胚阶
段在适宜的培养基（E20A 培养基含 0.01 mg·L- 1
IAA）上进行胚珠离体挽救，可以提高单倍体胚的诱
导率。Kurtar等[4]在西葫芦离体培养中发现球形胚、
箭状胚和杆状胚可以发育形成单倍体，仅有 53.8%
鱼雷形胚和 23.1%的心形胚发育成单倍体，其余的
鱼雷形胚、心形胚及子叶形胚及畸形胚则发育成双
单倍体。Sari等[3]研究表明，西瓜离体胚挽救的最佳
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第6期 等：——花粉辐射和离体胚挽救技术 专题综述胡 军，黄金华，等：葫芦科蔬菜单倍体育种技术研究进展——花粉辐射和离体胚挽救技术
时间为辐射授粉后 3~4周，即多数胚为心形胚时单
倍体诱导率高。裴晓利等 [8]研究表明，黄瓜适宜的
离体胚挽救时期也为授粉后 3~4周，此时单倍体胚
诱导率较高，且单倍体再生植株生长发育正常。
7 倍性鉴定与植株再生
7.1 染色体加倍
秋水仙素（秋水仙碱）是染色体加倍的常用试
剂，Sari等[28]用质量分数 0.5%和 1.0%秋水仙素处理
西瓜单倍体植株 1、2、4、6 h，结果表明 0.5%秋
水仙素处理 4 h或 1.0%秋水仙素处理 2 h均可获
得二倍体植株。
7.2 倍性鉴定
瓜类二倍体植株与单倍体、三倍体、四倍体在
形态上有比较明显的差别[29]。主要表现在子叶、真
叶的形状和颜色，花的形状和颜色，果实形状以及
种子的形态，这些形态差异是从外观上用目测法鉴
别瓜类多倍体的较为可靠的指标。Sari等[30]研究比
较了 2个西瓜品种二倍体及其单倍体植株的田间
表现，发现单倍体植株的叶面积、茎长度、茎粗度显
著低于二倍体，单倍体植株的雌、雄花也明显小于
二倍体，单倍体雄花中没有花粉粒，而二倍体则有。
Sari 等 [30]研究表明，单倍体西瓜植株的气孔长
度、直径和保卫细胞中叶绿体的数目分别为
17~18、10~12 μm和 6~7个，而二倍体约为 23~24、
18 μm和 11~12个。根据保卫细胞的大小、单位面
积上的气孔数及保卫细胞中叶绿体的数目，可以有
效区分倍性。
流式细胞测定法采用扫描细胞光度仪（也叫倍
性分析仪）迅速测定叶片单个细胞核内 DNA含量，
根据 DNA含量的曲线图推断细胞的倍性。特别是
在离体培养过程中，试管中的芽或小植株很小和很
嫩时，仅用 l cm2的样品就能鉴定出材料倍性[28，31]。
7.3 植株再生
查丁石[19]将萌发的 12个甜瓜幼胚移植到 MS+
20.0 mg·L-1葡萄糖+3.0 mg·L-1琼脂固体培养基上培
养，获得 4株单倍体植株幼苗。单倍体植株通过茎
节切段进行增殖培养，10 周后获得 54 株生根
再生植株。张永兵等[14]研究表明，甜瓜单倍体幼苗的顶
芽或腋芽分化增殖最适培养基为 MS+0.5 mg·L-1
6-BA，生根最佳培养基为 1/2 MS+0.5 mg·L-1 IBA。
8 问题与展望
利用花粉辐射和离体胚挽救技术获得瓜类单
倍体植株是一个较为成功的途径，众多国内外学者
研究了一些影响因素，如基因型、辐射剂量、辐射剂
量率、植株生长环境、花粉发育阶段、离体胚挽救时
间、胚发育时期、染色体加倍、倍性鉴定和植株再生
技术等，并取得了一些重要进展，如亲本基因型和
辐射剂量是决定花粉辐射技术的关键因素；不同作
物的适宜辐射剂量有差异，因此，选择合适的基因
型和适宜的辐射剂量是诱导单倍体胚成败的关
键。植株生长环境和花粉发育阶段对单倍体诱导
率同样有重要影响，6—9 月单倍体诱导率高于秋
季；开放当天和开放前 1 d 的雄花辐射授粉较好。
辐射剂量率也极显著影响单倍体诱导率，如用辐射
剂量率为 45.19 Gy·min-1处理西葫芦时获得的不饱
满种子或不同形态胚的数量最多，为 61个；植株再
生率和植株成活率也最高，分别是 91.80%和
49.18%。
采用离体胚挽救技术是因为辐射花粉诱导雌
核发育过程中败育胚比例高，所以通过离体培养技
术将幼胚转移到培养基上促进进一步发育，从而提
高单倍体胚诱导率。因此，适宜的胚挽救时间和幼
胚发育时期是离体胚挽救技术成败的关键，胚挽救
抢救时间因作物种类而异，但幼胚发育适期是心形
胚和子叶形胚。
常用的加倍试剂是秋水仙素，一般浓度以 0.5%
~1.0%为宜。常用的倍性鉴定方法有：形态鉴别法、
气孔保卫细胞叶绿体数目鉴定法和流式细胞测定
法等，可根据自身实验室建设条件选择应用。常用
瓜类作物单倍体植株顶芽或腋芽分化增殖培养来
建立植株再生体系。
利用花粉辐射和离体胚挽救技术已在黄瓜、西
瓜、甜瓜、西葫芦、南瓜、冬瓜等多种瓜类作物上获
得了单倍体植株。但目前辐射花粉诱导技术机制
还不完全清楚，一种观点是双核花粉被射线照射
时，生殖核尚未有丝分裂，受照射损伤生活力丧失，
而此时如果营养核仍然有机能时，花粉仍能萌发，
花粉管也能在花柱上生长，但因生殖核已无生活
力，故只能刺激卵细胞分裂发育，而不能起到受精
的作用；另一种观点是双核花粉被射线照射时，生
殖核染色体异常分裂，造成 2个精核之间染色体的
不均衡分配，但是生活力并未丧失，仍可与卵细胞
或者其他单倍体细胞结合，但是由于染色体的数目
异常，不能与卵细胞或者其他单倍体细胞配对，导
致无法正常受精，却刺激了卵细胞或者其他单倍体
细胞分裂产生单倍体。目前国内外学者仅对胚挽
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中 国 瓜 菜 第29卷专题综述
救的时间、幼胚发育时期进行了研究，对于影响离
体胚挽救技术的其他因素如培养基、激素、温度、活
性炭、培养方式等有待于进一步深入研究，以提高
单倍体胚诱导率。
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