全 文 ：第26卷 第9期
2008年9月
河 南 科 学
HENAN SCIENCE
Vol.26No.9
Sep.2008
收稿日期:2008-05-14
作者简介:孙守如（1963-），男，河南封丘人，副教授，硕士，主要从事蔬菜学方面的研究
通信作者:王吉庆（1963-），男，河南汝州人，教授，博士，主要从事蔬菜学方面的研究.
文章编号:1004-3918(2008)09-1046-04
葫芦科作物离体雌核发育的研究进展
孙守如, 翟庆慧, 杨子琴, 陈解放, 王吉庆
（河南农业大学 林学园艺学院，郑州 450002）
摘 要:对葫芦科作物离体雌核发育的研究进行了综述,包括离体雌核发育的研究现状、以及基因型、胚囊发育时
期、培养基、预处理、培养方式等因素对离体雌核发育的影响,并对离体雌核研究的发育趋势进行了预测.
关键词:葫芦科作物;离体培养;雌核发育
中图分类号:Q 943.1 文献标识码:A
葫芦科（Cucurbitaceae）植物在中国分布约有130多个种，其中许多瓜类蔬菜，如西瓜、甜瓜、黄瓜和南瓜
等，具有很高的经济价值，由于葫芦科植物的常规遗传育种周期长、难度大和遗传性状不稳定，因此，在葫芦
科植物中开展以离体培养为基础的生物技术育种研究显得尤为重要[1].另外，在单倍体细胞中只有1个染
色体组，基因型高度一致，一旦发生突变，无论是显性还是隐性，在当代就可以表现出来，获得的单倍体加倍
成二倍体既表现出高度的纯合，又能大大缩短材料纯合的时间，因此单倍体是体细胞遗传研究和突变育种的
理想材料，也是获得纯合自交系的捷径；还是构建连锁图谱的优良群体[2-3].
葫芦科蔬菜作物的自发产生单倍体的频率极低，为了获得单倍体，研究者尝试通过离体雄核发育途径
（花药或花粉培养）诱导单倍体.但是葫芦科蔬菜作物在离体雄核培养途径创制单倍体成功的机率非常低，
到目前为止，国内外的文献中尚未看到成功的报道；大孢子也是单倍性，研究者又尝试着用雌核发育途径来
生产单倍体，在不同的葫芦科作物上取得了不同的突破[4].雌核发育主要包括离体条件下的雌核发育和活
体条件下的雌核发育两个方面[5].现结合笔者的研究课题，通过大量的文献检索，将葫芦科植物离体雌核发
育的研究现状做一梳理，供同行们开展相关研究时借鉴.
1 葫芦科植物离体雌核发育研究概况
通过未受精子房、胚珠的离体培养能够诱导植物的离体雌核发育，而离体雌核发育的前途是产生单倍体
（H）、自然加倍的双单倍体及多倍体与非整倍体植株，这三类植株统称为胚囊植株，在植物遗传学研究及育
种实践中具有很高的利用价值[6].
关于未受精子房及胚珠离体培养的研究，最早的工作开始于20世纪50年代，但直到70年代末，才有了
成功的报道，即SanNoeum通过大麦未受精子房的离体培养获得了单倍体植株.从此，许多学者开始对各
种植物的离体雌核发育展开了大量的研究.先后在烟草[7]、小麦[8]、向日葵[9]、甜菜[10]、韭菜[11]、洋葱 [12]、百合[13]、
西葫芦（Dumas,Chambonnet，1986）、黄瓜[14]、以及非洲菊（Sitbon，1981）、矮牵牛（DevernaandColins，1984）等
20多种植物上通过未授粉子房或胚珠培养获得了单倍体植株，使得未受精子房或胚珠离体培养成为产生单
倍体的另一个重要途径.但是整体来看我国的研究工作主要集中在上世纪八九十年代，后续的报道很少.
近几年来，由于育种技术的不断提高以及现代分子生物学得迅猛发展，国内外的研究再一次兴起，而且取得
了可喜的成绩.到目前为止，葫芦科未授粉子房或胚珠培养已获单倍体植株的物种有以下几种：南瓜属植
物的未授粉子房或胚珠培养[15-17]、南瓜变种的未授粉子房培养、黄瓜的未授粉子房培养[14，18]以及甜瓜未授粉
子房培养[19-20]等.这对于葫芦科植物的快速繁殖、种质资源的保存以及优良性状的培育等都具有十分重要
的理论意义和应用价值.
DOI:10.13537/j.issn.1004-3918.2008.09.026
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2 影响葫芦科植物离体雌核发育的因素
在建立可重复的未受精子房及胚珠离体培养高频再生体系的过程中，众多因素对诱导频率存在不同程
度的影响，其中包括供体的基因型、接种时胚囊的发育时期、培养基组成、供体的栽培季节、外植体培养前的
预处理、培养方式、培养条件等.
2.1 供体基因型
在植物的离体雄核的诱导研究过程中，研究者发现诱导成败、诱导率的高低均存在明显的基因型依赖
性.与此相似，植物的离体雌核发育同样受到基因型的影响.多种植物的未受精子房及胚珠离体培养研究
的结果显示，即使在同样的培养条件下，不同基因型的供体材料也会有不同的反应.葫芦科植物的离体雌
核诱导同样受到基因型的影响：对甜瓜进行研究发现不同的正反交组合对单倍体的诱导有显著影响[20]、西葫
芦[21]以及厚皮甜瓜[20]的研究结果进一步证实了未受精子房或胚珠的离体培养效果存在明显的基因型差异；
但也有相反结论，Faris[22]等用8种不同基因型的黄瓜以及Caglar[23]等对27种不同的黄瓜母本进行试验发
现，相同诱导条件下单倍体发生频率同基因型无关.因此，基因型的影响不能一概而论，不同的材料要进行
针对性的研究.
2.2 预处理
为了提高培养效率，通常对试验材料进行预处理.包括低温、黑暗、高温热激等预处理或预培养等方
式，目的是从生理生化上改变细胞的生理状态、改变其分裂方式和发育途径[8].Metwaly[24]等对南瓜子房培
养过程中4℃低温处理效果进行了研究，发现植株再生率在不进行低温处理时的最好.但认为甜瓜离体雌
核培养在4℃下处理36h效果较好.Gémesné[25]等对黄瓜离体雌核发育热激处理进行了研究，结果表明在
诱导培养时35℃热激处理2～4d获得的胚状体诱导率和植株再生诱导率最高.陈小鹏[26]提出35℃热激处
理是黄瓜未受精子房胚状体诱导的最佳预处理温度，这与Gémesné等的研究结论是一致的.近几年国内有
关葫芦科作物未受精子房的离体诱导的报道，大多采用了热激预处理的方式成功诱导出了单倍体植株（黄
瓜、西葫芦、厚皮甜瓜）.但是关于热激处理的机理研究的报道还很少见到.
2.3 接种时期
在诱导材料进行发育的过程中，外植体在接种时所处的发育时期可能比培养基成分更为重要.在大多数
情况下，接近成熟时期的胚囊比未成熟和完全成熟期的结果都好.截止目前，成功诱导离体雌核发育的植物
多数是接种胚囊单核期至接近成熟期的子房或胚珠[27]，而接种大抱子发生时期的子房[28]或过于幼嫩的子房[29]，
则难以诱导雌核的离体发育.在葫芦科作物上Gémesné等对6种不同基因型的黄瓜进行了取材时期和预
处理方式的研究，发现雌花开放前6h的时候胚囊刚好形成，胚的诱导频率最高[25].谢冰等对西葫芦未受精
胚珠离体培养诱导结果表明，西葫芦成熟以及接近成熟的胚囊对人工诱导条件比较敏感，而成熟后的胚囊成
员细胞在离体条件下较难启动分裂[21].陈学军等也提出开花当日西葫芦未受精胚珠活力较高，其愈伤组织
诱导率也最高[15].
2.4 培养基
在植物再生体系的建立过程中，培养基一般是人工诱导形态建成的首要影响因素.离体雌核发育的人
工诱导也不例外.培养基的影响中涉及的有基本培养基的种类、外源激素的种类及浓度、碳源种类及浓度、
培养基形态等诸多因素.
2.4.1 基本培养基 一直以来，有关基本培养基影响未受精子房及胚珠离体培养效果的研究报道都非常少.
早期的研究中，大多采用MS，N6，Miler等基本培养基，或在此基础上对主要成分略加改变，成功的例子并不
少见，但很少进行对比试验.后续的研究中陆续报道了一些比较试验的结果，然而并没有一致的规律性.
黄瓜 [14，18]未受精子房的离体培养，采用了MS培养基或是在MS培养基的基础上对某些成分做了一些
调整.黄瓜未授粉子房的胚状体诱导试验中也有使用专门针对黄瓜离体雌核诱导的CBM作为基本培养基
的[18].陈学军等[15]、谢冰等[21]对西葫芦未受精胚珠进行离体培养结果表明培养基对胚状体诱导频率影响显
著，其中诱导频率高的培养基，有较大的利用价值.对几个基本培养基在西葫芦离体雌核发育人工诱导率
的比较试验结果表明在MS，N6培养基诱导率较高，是在Miler和B5培养基上诱导率的10倍左右.厚皮甜
瓜的离体雌核诱导也是在MS上诱导胚状体发育成苗的[20].基本培养基的作用很难一概而论，必须经过充
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分的比较试验才能确定，就研究报道来看MS培养基比较适合用于葫芦科作物离体雌核发育的诱导.
2.4.2 外源激素 在未受精子房及胚珠的离体培养研究中，大多数诱导成功的试验在培养基中添加了外源
激素或植物生长调节剂.对烟草[30]、大麦、非洲菊、水稻、草莓等的比较试验表明，植物离体雌核发育需要外
源激素的刺激，但使用的种类及浓度因材料而异，一般中等水平的浓度具有较高的诱导率，低水平的难以诱
导雌核发育，较高浓度的又易诱导体细胞的愈伤组织，抑制雌核发育.陈小鹏等对黄瓜未授粉子房的胚状
体诱导试验得出胚状体诱导率在TDZ浓度为0.06mg/L，0.08mg/L时都极显著高于其它浓度处理，并且两者
没有显著差异[26].陈学军、谢冰等认为在西葫芦未受精胚珠培养过程中使用的理想外源激素为NAA，BA和
2，4-D，并且筛选出了最佳的浓度水平组合 4.00mg/L2，4D+0.25mg/LNAA+1.00mg/L6BA或 4.00mg/L
2，4D+0.5mg/LNAA+1.00mg/L6-BA，诱导率都在90%以上[15，21].韩丽华用细胞分裂素Zip，BA和IBA成
功地诱导出了厚皮甜瓜的胚状体植株[20].
2.4.3 碳源 诱导成功的试验多数采用蔗糖作为离体培养的碳源，使用的浓度因植物种类而异，也有做了对
比试验的，一般来说，蔗糖是最常用的碳源.除此之外，也有些研究人员使用其他糖类，如葡萄糖，也取得了
良好的培养效果.对于西葫芦离体雌核培养诱导胚状体的碳源比较试验表明：30g/L的蔗糖与40g/L的葡
萄糖对胚状体的发生是有利的，得到了较高的诱导率[21]；西葫芦离体雌核培养胚状体成苗阶段培养基的碳源
浓度对健全胚状体成苗有较大影响，以20g/L蔗糖或葡萄糖作为胚状体诱导培养基的碳源时胚状体成苗率
最高，再生植株生长健壮，驯化、移栽成活率也高[21].在西葫芦的雌核诱导方面，也有试验报道表明，20g/L
蔗糖作为碳源的诱导率较其他组合的高.陈小鹏[26]等对黄瓜未授粉子房的胚状体诱导试验表明在蔗糖浓度
为40g/L时胚状体诱导效果最好.在甜瓜的诱导成功的试验中蔗糖的浓度为30g/L[20].从已有的报道来
看葫芦科作物的离体雌核诱导碳源浓度在20~40g/L的水平诱导率较高，并且易于诱导形成单倍体植株.
2.5 接种方式
接种方式直接影响到雌核发育的营养吸收，从而影响雌核发育的途径.在甜瓜的离体雌核诱导单倍体
的试验中，经切片培养得胚珠，胎座组织对其生长有抑制作用，导致胚珠竞争不到营养，珠被发生愈伤化[20].
虽然将胚珠及时从诱导培养基转移到伸长培养基，但其发育途径未能改变，直至死亡.可见，接种方式的离
体雌核发育有着重要的影响.黄瓜是切取2~3mm厚的子房薄片平放接种 [18].西葫芦[16]的离体雌核诱导单
倍体的试验，则采用去子房外表皮，横切成薄片平放的接种方式进行预培养，然后再将胚珠从胎座组织中取
出，转移到胚状体诱导培养基上进行光照培养进行诱导的，并成功诱导出了单倍体植株.而谢冰[17]则剥离完
全的胚珠作为外植体进行诱导培养，这样既有利于吸收营养又便于观察；而且诱导的效果非常好.
2.6 其他因素
魏爱民等[31]报导的黄瓜离体雌核发育的单倍体胚胎发生率和植株再生率在温度相对较高的6月下旬、
7月上旬以及9月份明显高于其他季节；生长发育前期的供体植株单倍体再生率相对较高且稳定；随着供体
植株逐渐衰老；其未受精子房培养的污染率不断上升；种植于塑料大棚内的供体材料比种植在露地中的供体
材料具有更高的单倍体胚胎发生率和成苗率.而谢冰[17]的研究也证实不同播期的材料其胚状体发生频率存
在极显著差异，其中，秋播材料的诱导频率最高，夏播与春播都很低.这可能与植物的生理生长特性有关.
也有研究NO3ˉ对诱导成苗的影响的，陈学军[15]等在诱根培养基中添加高浓度NO3ˉ有利于不定根的形
成；韩丽华[32]在厚皮甜瓜未受精子房的研究同样证明NO3ˉ有利于胚状体的诱导.可能是由于NO3ˉ影响了
离体培养过程种的某种激素的代谢，从而间接影响了胚状体的形成与生长.
3 问题与展望
虽然葫芦科作物已经成功的通过未受精子房或胚珠离体培养途径得到了单倍体，但是培养过程中胚状
体的诱导率、成胚率、成苗率还是很低，怎样建立高效的培养体系应该是今后的研究重点.
未受精胚珠与子房培养作为与花药培养并行不悖的技术，不仅在植物改良中发挥作用；为雄性不育的植
物提供一条产生单倍体的有效途径；在单倍体育种方而有较好的应用前景[33].葫芦科作物的离体雌核诱导
单倍体研究已经在黄瓜、甜瓜、西葫芦上获得了成功，如与常规育种有机结合，就可使葫芦科育种发生革命性
的变化.而单倍体尤其是双单倍体（DH）与分子生物学，基因工程的密切结合，将为葫芦科植物的遗传育种
创造更为广阔的平台.这些有待我们更进一步的研究.
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ProgressinStudiesoninvitroGynogenesisonCucurbitaceaeCrops
SunShouru， ZhaiQinghui， YangZiqin， ChenJiefang， WangJiqing
（ColegeofForestryandHorticulture，HenanAgricultureUniversity，Zhengzhou450002，China）
Abstract:ThispapersummarizethestudiesofinvitrogynogenesisonCucurbitaceaecrops，includingtheresearch
actualitiesofinvitrogynogenesisonCucurbitaceaecropsandthefactorafectinginvitrogynogenesisinducement
suchasmaterialgenetype，megasporesdevelopmentstage，medium，pretreatment，theconditionofcultivation.
Keywords:Cucurbitaceaecrops；invitroculture；gynogenesis
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