全 文 ： 4收稿日期 : 2004-11-20 改回日期 : 2004-12-31
利用植物体细胞无性系变异技术选育高粱恢复系“011”的研究
林 凤 王学英
(沈阳农业大学生命科学技术学院 沈阳 110161)
石太渊 周邵东
(辽宁省农业科学院 沈阳 110161) (沈阳农业大学成人教育学院 沈阳 110161)
摘 要 试验研究以高粱恢复系“0-30”幼穗作外植体 ,用 10Gy60 Co辐照处理 , 离体培养得到 89株再生苗 ( R0 )。R1
代株系 27 .9%出现 7种可见性状的变异 ,从第 2代 (R1 )中筛选出稳定或分离的优良变异株 ,经多代选择最终选育出
高粱恢复系“011”,用其配制的杂交种“7050A/ 011”产量高且抗病性强。
关键词 体细胞无性系变异 高粱 恢复系
A restorer line‘011’for hybrid sorghum production developed by using somaclonal variation technique . LI N Feng,
WANG Xue-Ying( Collegeof Bioscience and Biotechnology, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110161, China) ,
SHI Tai-Y uan(Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161, China) , ZHOU Shao-Dong(Adult Education
College, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110161,China) , CJ EA ,2006,14(2) :37～39
Abstract The young inflorescences collected from‘0-30’, the male parent of‘Shenza5’, were exposed to 60Co-γ rays at
a dose of 10Gy, then in-vitro cultured on MS media . A total of 89 R0 regenerants wereobtained . Solid and segregating so-
maclonal variations in seven kinds of visual traits were seen in R1 generation with a variation frequency of 27 .9% . Elite
variants were isolated from the R1 solid and segregating population and crossed to sorghum male sterile lines . A somaclonal
restorer called‘011’wereselected out . The hybrid combination‘7050A/ 011’wasfeatured by its high production and high
antifungal .
Key words Somaclonal variation, Sorghum, Restorer line
( Received Nov .20,2004;revised Dec .31,2004)
植物体细胞无性系变异是指植物细胞经组织培养产生的遗传变异[ 7] , 目前国内外利用体细胞无性系变
异技术改良农作物品种已见诸报道 [ 1～ 5 , 8 , 9] 。笔者在高粱育种研究中发现近年辽宁省和河北省东部地区主
栽品种“沈杂 5号”( TX622A/ 0-30)叶病和丝黑穗病发生愈发严重 , 迫切需要提高其抗病性。本试验研究利
用植物体细胞无性系变异技术 ,选育出抗病、优质高粱恢复系“011”及配制出优良杂交种“7050A/ 011”, 为提
高作物产量寻求有效途径。
1 试验材料与方法
供试高粱恢复系“0-30”由辽宁省农业科学院高粱研究所提供。取长约 1～3cm高粱幼穗用 10Gy 60 Co
照射处理 ,再经表面灭菌后切成约 3mm片段接种于 MS 培养基上诱导愈伤组织。愈伤组织诱导、分化、生根
等具体操作程序见文献 [3]。再生植株当代 ( R0 )自交授粉 , 按株系收集种子。第 2代 ( R1 ) 、第 3代 ( R2 ) 分株
系小区栽种 ,每隔 8行种 2行对照 (“0-30”) 。从第 2代 ( R1 )中筛选稳定或分离的优良变异株若干与不育系
“7050A”测交 , 用以鉴定 F1 代杂种育性恢复程度及杂种优势大小 ,以选出恢复力强、杂种优势大且具抗病能
力的优良恢复系 ,供第 3代 ( R2 )及以后各代继续观察、选择 , 选择鉴定及收获方法同常规育种法。丝黑穗病
鉴定使用头年采收好的成熟菌种 ,播前 6d左右筛土 ,按 0 .6%比例拌匀菌土 , 并覆盖塑料膜保持一定湿度令
菌种萌发。比正常播种期提前 7d左右 ( 10cm耕层地温保持在 10℃以上 )穴播 , 每穴 6～7粒种子 ,其上覆盖
100g菌土后再覆土 5cm左右。田间管理同常规 ,出穗后调查总株数、发病株数 , 并计算发病率 , 确定植株抗
病性。
第 14 ?卷第 2期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .14 No .2
2 0 0 6 ?年 4 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture April, 2006
2 结果与分析
2 . 1 ?R0 代无性株系表现与 R1 代无性株系的变异
R0 代共得再生苗 89株 ,与其亲本“0-30”相比 R0 代无性株系若干重要农艺性状和形态均有明显差异 (见
表 1 R0 株与恢复系“0-30”主要农艺性状比较
Tab.1 Comparison of themajor traits between R0
regenerants and its parent‘0-30’
性 状
Traits
R0 ?株平均值与变幅
Mean value and value
rangeof R0 plants
对照平均值与变幅
Mean value and value
range of CK plants
株 高 / cm 96 r.2( 73 .2～125 .4) 136 .3( 130 .4～141 .1)
单株分蘖数/ 个 3 ?.4( 2～6) 0 F
穗 长 / cm 19 ?.8( 12 .3～25 .6) 24 <.6(21 .6～27 .4)
千 粒 重 / g 25 ?.5( 21 .8～28 .4) 31 <.3(28 .3～33 .2)
结 实 率 / % 92 ?.9( 76 .5～94 .2) 93 <.6(90 .7～95 .2)
表 1) , 株高平均降低 30%左右 , 穗长、穗粒重和千
粒重等约下降 20% , 植株分蘖明显增加 , 而对照恢
复系“0-30”一般情况下无分蘖 , 但它的无性株有
2～6个分蘖 ; 其芽、茎、叶形态及其色泽也发生变
化 , 其中有些属于畸形变异如茎形、穗形、叶形畸变
现象 , 但植株结实率未受影响 ,说明辐照剂量适宜。
本试验仅调查 R1 代群体 7 种性状的变异 , 并
分析这些性状变异是否在同一株系中稳定遗传或
分离 , 同一株内不重复计算变异数 , 若早熟变异株
中出现矮秆和大粒则只将其中 1 种早熟变异性状
列入表 2。
本试验的 89 个 R1 株系中有 25
个株系某一性状出现稳定变异或分离
变异 (见表 2) ,按株系不重复计算变异
率 ,有 27 .9% 株系出现 7 种可见性状
的变异 ,其中早熟变异最多 , 其株系变
异率达 12 .4% , 其他矮秆、千粒仲增
加、穗型变大、粒色和结实率等变异的
株系变异率亦均 > 1% , 表明诱变处理
与体细胞组织培养技术相结合能大大
提高某些性状的变异频率 , 这与其他
作物相关研究报道的结果相同[ 1 ,2 ,5] ,
而 25 个变异株系中分离变异的株系
约占总株系的 22 .5% , 稳定变异的株
表 2 “0-30”R1 代体细胞无性系的变异
Tab.2 Somaclonal variationsin someagronomic traitsof R1 sorghumplants(‘0-30’)
变异性状
Varied traits
稳定变异的株系数/ 个
No . of lines with
solid variation
分离变异的株系数/ 个
No . of lines with segrega-
ting variation
变异株系率/ %
Freq . of variant
lines
成熟早 7 ?d 以上 2 9 A12 {.4
成熟晚 7 ?d 以上 1 5 A6 {.7
矮 秆 - 1 A1 {.1
穗 型 变 大 - 2 A2 {.2
千 粒 重 增 加 1 ?1 A2 {.2
结 实 率 降 低 - 2 A2 {.2
粒 色 1 ?- 1 {.1
合 计 5 ?20 V27 {.9
系则仅占 5 .6%。R1 植株的 7种可见变异性状中有抽穗提早、千粒重增加、粒色 3 种性状出现稳定变异 , 有
4种出现分离变异。抽穗最早的可比对照提前 13d, 延迟抽穗的可推迟 15d; 矮秆变异中一般矮秆株比对照
低 15cm以上 ;穗型增大变异株穗长可达 30cm, 而对照仅为 23 .5cm; 千粒重增加的变异株系其千粒重高达
32 .2g, 比对照增重 11 .5% ; 结实率偏低的变异株多属半育株 , 其结实率为 42%～65% , 仅为对照结实率的
50%～66 .7%。上述各株变异中早熟、株高适度降低、千粒重增大和穗型变大等变异较具实用价值。
2 . 2 恢复系“011”农艺性状与 7050A/ 011 主要特征及产量表现
R0 代植株农艺性状和形态变异率很高 , 但多数变异为非遗传的 , 可能是因愈伤组织诱导、分化、生根等
一系列过程而造成细胞结构、细胞内含物及细胞生理代谢过程异常[ 4] , 并会在 R1～2代中消失。因此一般不
对 R0 代植株作任何选择。从 R1 代的 89个株系中选出单株产量、株型、穗型、成熟期等方面优于对照的变异
单株共 31 株 ,并从中筛选 8个穗大、抗病优良变异株与不育系“7050A”测交。测交所得杂交种具较强的杂
种优势 ,以后经 R2、R3 及以后各代连续不断筛选 ,最终选育出 1 个恢复力强、杂种优势大且具抗病能力的优
良恢复系“011”, 该恢复系生育期比“0-30”提前 6d, 株高下降 8cm, 穗长和穗粒重均较“0-30”有所增加 , 且对
叶斑病及丝黑穗病 3号小种表现为免疫。
恢复系“011”与不育系“7050A”测配的杂交种“7050A/ 011”苗期芽鞘绿色 , 幼苗浓绿 , 长势较强且分蘖
多 ,根系发达 , 花药黄色、花粉量大 , 颖壳紫红色 ,籽粒白色近圆形 , 紧穗 ,长纺锤型 ; 叶片数为 20～22片 ,株高
184cm, 穗长 32 .2cm, 籽粒整齐 ,穗粒重 83g, 千粒重 26 .1g,生育期为 132d, 属晚熟杂交种 ,高抗叶部病害 , 持
绿性强 ,秸秆成熟 , 耐盐碱、抗旱抗涝、抗倒伏 ,对丝黑穗病 3号小种表现为免疫。该组合 2002年顺利通过全
国高粱区域试验 ,在全国区域试验中平均产量为 8145 .5kg/ hm2 , 比对照 (“锦杂 93 号”) 平均增产 11 .9%。
38 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14 ?卷
近年来该杂交种在辽宁、河北省等地累计推广示范面积已近 1 .3 万 hm2 , 一般平均产量为 11250kg/ hm2 , 最
高产量可达 14850kg/ hm2 , 2004年报送辽宁省品种审定委员会审定。
3 小结与讨论
无性系变异常出现 1个或少数基因的突变 , 可保证在不改变品种基本特征情况下改进个别性状 ,如降低
株高、提高抗病性等 [ 4] ,这是杂交育种或诱变育种所无法比拟的。但无性系变异的缺点是变异频率低 , 一般
为 10%～20%甚至更低 [ 6 , 7] 。本试验将体细胞无性系变异技术与诱变技术、常规育种技术相结合 , 使无性系
后代材料变异率 > 45% ,并从这些变异材料中选育出优质恢复系“011”,由恢复系“011”与不育系“7050A”测
配的杂交种“7050A/ 011”产量高且抗病性强 , 故体细胞无性系变异技术与诱导技术相结合可在高粱育种工
作中发挥巨大作用。
参 考 文 献 h
1 高明尉 , 童海军 ,舒庆尧等 .利用植物体细胞无性系变异技术育成三系杂交籼稻恢复系 371 .农业生物技术学报 , 1999 ,7( 2) : 123～127
2 黄剑华 .大麦细胞工程育种研究的一些进展 .上海农业学报 , 1998 , 14( 4) : 92～96
3 韩福光 , 张 颖 .高粱不同外植体愈伤组织诱导的研究 .辽宁农业科学 , 1993 ( 1) : 45～48
4 刘选明 , 杨远柱 ,陈彩艳等 .利用体细胞无性系变异筛选水稻光温敏核不育系株 1S 矮秆突变体 .中国水稻科学 , 2002,16( 4) : 321～325
5 母秋华 , 原亚萍 ,王金余等 .大豆体细胞无性系 ( Clone) 的变异与优良品系筛选 .大豆科学 , 1998, 17( 3) : 242～247
6 朱至清 .植物体细胞无性系变异与育种 .植物学报 , 1991, 8(增刊 ) : 1～8
7 Davoyan E .I . Occurrenceof mutant in rice tissue culture and acquirement of new original materials . Agronomy Abroad: Rice, 1985 , 2: 32
8 Evens D .A ., Sharp W .R . Single gene mutation in tomato plants regenerated from tissue culture . Sci ., 1983 , 223:949～951
9 ?Vasil V ., Vasil I .K . Somatic embryogenesis and plant regeneration from tissue cultures of pennisetum americanum and P . purpuream
hybrid . Amer . Jour . Bot ., 1981, 68: 864～872
第 2 ?期 林 凤等 : 利用植物体细胞无性系变异技术选育高粱恢复系“011 v”的研究 39