全 文 ：芸薹属蔬菜花药 ———花粉培养研究进展
袁惠 燕 ,侯喜 林
(南京农业大学园艺学院 , 210095)
　　摘　要:近年来 ,单倍体育种逐步得到发展。花药和花粉培养是获得单倍体和纯合二倍体的主要方法之一。现主要
综述了芸薹属蔬菜在诱导花粉植株的花药及花粉培养方面的工作 ,并分析了花培存在的问题和发展前景。
关键词:芸薹属蔬菜;花药培养;花粉培养;单倍体
中图分类号:S634.03.6　文献标识码:A　文章编号:1001-0009(2002)02-0048-02
　　芸薹属蔬菜种质资源十分丰富 , 主要有三大类:白菜类
(结球白菜 、不结球白菜等), 甘蓝类(结球甘蓝 、花椰菜 、嫩茎
花椰菜 、抱子甘蓝等),芥菜类(大头菜 、榨菜 、雪里蕻等), 是重
要的叶菜类蔬菜。我国在芸薹属蔬菜常规育种方面成绩显
著 ,但随着育种目标的不断推进 , 仅仅依靠常规育种手段已不
能满足育种工作的需要 , 研究并寻求运用包括生物技术在内
的新技术 、新手段来解决这些问题对于进一步提高芸薹属蔬
菜的育种水平至关重要。花药和花粉培养是单倍体育种的重
要方法之一。由于培养方法日趋完善 ,培养效率逐年提高 ,使
这一技术开始被广泛应用于常规杂交育种 , 逐渐成为作物改
良和新品种培育工作的一个重要手段。
1　研究概况
自 1964 年由 Guha和 Mahesheshwari首次在毛叶曼佗罗上
通过花药培养获得单倍体植株以来 ,先后在许多重要作物上获
得成功。在芸薹属蔬菜中 ,花药培养和花粉培养已在结球白菜
(Brassica campestris ssp.pekinensis)[ 1] ,甘蓝(B .oleracea ssp.cap-
itata), 油菜(B.napus L.)[ 3] , 埃塞俄比亚芥菜(B.carinata)等
蔬菜中有许多成功的报道 ,并在供试材料 、培养基 、培养方法和
培养条件 、植株的诱导和移栽以及花粉植株的倍性和加倍等方
面有较深入的研究[ 2 , 3 , 4 , 5] 。目前 ,油菜上已获得大量小孢子植
株用于大田生产, 结球白菜中利用小孢子培养产生纯合的自交
不亲和系配制的 F1杂种在河南省广泛种植[ 6] 。
2　采样处理
2.1　采样
花粉的发育时期是影响培养效果的重要因素。就多数植
物而言 ,单核中期至晚期的花粉最容易形成花粉胚或花粉愈
伤组织。曹鸣庆等认为结球白菜小孢子胚胎发生的启动期 ,
大约在减数分裂后 ,小孢子第一次有丝分裂前的间期 G2 , 具
体说是在单核中期到单核靠边期。细胞学观察与植物学结合
确定合适的取材标准是切实可行的。 Kott 等研究表明 ,
　　第一作者简介:袁惠燕 , 女 , 1976 年出
生 ,江苏无锡人 , 1999 年毕业于扬州大学
农学院园艺系 , 同年考入南京农业大学园
艺学院 ,攻读蔬菜学硕士学位 , 师从侯喜林
教授 ,主要从事十字花科芸薹属蔬菜生物
技术与遗传育种方向的研究。
收稿日期:2001-12-06
甘蓝型油菜品种 T riton 适宜的花蕾为 2.7～ 3.9 mm , 花药长
为 2.0 ～ 2.5 mm , 花瓣长/花药长为 1/ 3 ～ 2/3 , 而 G231 这三
项指标分别为 3.8 ～ 4.6 mm , 2.5 ～ 3.0 mm 和 2/3 ～ 1。花培
的效果还与植株的生长环境 、生理状态等因素有关。在许多
物种中 , 从其幼株花药中获得了高频率的雄核发育 , 并发现雄
核发育频率随株龄的增长而降低。官春云[ 7]在油菜小孢子培
养中 , 通过对植株两种生长状况的研究表明 , 来自生长室的供
体植株 , 花蕾中处于单核期至双核期的小孢子同步化程度高 ,
增长速度快 , 小孢子成胚的百分率高 , 达 5.11%。
2.2　处理
为了提高花培的成功率 , 需要在接种前对试验材料进行
预处理。在芸薹属蔬菜上主要运用的是低温预处理。低温预
处理可以明显提高花粉胚的诱导率。关于低温处理提高花粉
胚胎发生能力的作用机理存在两种不同的看法。 C.Nitsch 等
认为。低温可以改变花粉粒第一次有丝分裂的纺锤体取向 ,
由于细胞分裂面的改变 , 花粉粒的极性分化不起作用 , 因而形
成两个均等的细胞 , 他们认为正是这种均等的细胞分裂使得
花粉朝着形成胚胎的方向发育。然而 Sunderland 的实验表
明 , 低温处理有丝分裂时的或刚完成有丝分裂的花粉的效果
比单核小孢子更加明显 , 而这时有丝分裂轴向已经决定可 , 因
此 Sunderland 认为 ,低温作用的机理不在于改变纺锤体取向 ,
而是保持花粉活力 , 使它们不致在数天中死亡 , 在此期间营养
细胞得以完成细胞质的改组转向胚胎发生。
3　培养基成分
3.1　基本培养基
基本培养基的组成对花培成功率有明显的影响。在芸薹
属蔬菜花药培养中常用的基本培养基是 MS 和 B5 , 而在花粉
培养是主要使用 NLN 培养基 , 在 MS 和 B5 上未见有成功的
报道。
3.2　碳源
早期实验证明 , 双糖中的蔗糖是最好的碳源 , 培养基中蔗
糖的浓度还起着调节渗透压的作用。由于不同植物细胞渗透
压差异甚大 , 因此各种植物花培要求不同的蔗糖浓度。对甘
蓝型油菜 6%～ 10%的蔗糖对花粉愈伤组织或胚状体的形成
是适宜的 , 而在花粉培养时则要求 13%的蔗糖。
3.3　激素
培养基中的激素成分常常对诱发细胞生长和分裂起重要
作用。激素中主要包括生长素和细胞分裂素。在花药培养
时 , 调节激素成分不但可以影响花粉发育的类型 , 是形成胚状
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·试验研究·　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　北方园艺 2002(2):48 ～ 49
体还是形成愈伤组织 ,而且还可以影响到是二倍体的体细胞
组织生长增殖还是单倍体花粉细胞生长增殖的问题。不同品
种 、不同基因型的植株对培养基中激素的有无 、种类和水平的
反应是不同的。对结球白菜纯粹的 NLN 培养基中胚状体的
诱导率可达很高的水平 , 而对不结球白菜适量的生长素和细
胞分裂素对小孢子胚胎的发生具有促进作用。
这里特别值得一提的是多效唑在花培中的作用。寸守铣
等[ 8]研究表明 , 芥菜型油菜进行低温预处理的同时 ,在浸泡花
序轴的溶液中加入适当浓度的多效唑有利于提高胚状体的诱
导率。在上述实验的基础上 , 在培养基中加入 0.5 mg/ L 的
多效唑可使胚状体诱导率达 214%。关于多效唑的作用机理
主要是认为它能促进细胞内蛋白质 、核酸的积累 , 使原生质变
浓 ,从而促进细胞的分裂。
3.4　活性炭
在花培中经常使用活性炭 , 在油菜的花药培养中加入
0.5%～ 1.0%的活性炭可以有效的提高花粉植株的产量。实
验证明 ,活性炭主要通过吸附而发生作用 , 这种吸附是无选择
性的 ,活性炭不但可以吸附琼脂中不利于花粉细胞生长的某
些杂质 ,同时也可以吸附各种植物激素[ 9] 。
4　培养方式和培养条件
4.1　培养方式
初期的花药培养工作都用加有琼脂固化的培养基。后来
逐步发展了双层培养 、液体培养 、分步培养等各种方式。杨
清[ 10]通过花药漂浮培养明显提高花椰菜小孢子胚产量。寸
守铣等[ 8]以云南芥菜性油菜为试材进行花药液体漂浮分步
培养 , 胚状体诱导频率达 42.1%。 而固体培养方法仅为
3.2%。
4.2　培养条件
培养条件中最重要的是温度。试验结果表明 , 离体培养
的花药对温度比较敏感。早期多用 25 ℃～ 28 ℃的温度进行
花药培养 ,现在知道花药在较高的温度下培养效果更好 ,特别
是最初几天经历一段高温培养出愈率会明显提高。花粉培养
温度一般以 25 ℃为宜 , 但许多研究表明变温处理即在高温下
处理一定的时间之后再转至低温培养有利于提高胚状体的诱
导率。刘公社等[ 11]认为在结球白菜游离小孢子培养开始时 ,
12 h高温处理能大大促进小孢子均等分裂 , 24 h 的高温处理
则能大大提高小孢子胚的诱导率。
5　花粉植株倍性及染色体加倍
5.1　花粉植株倍性
花药培养时 ,由胚状体产生的小植株几乎都是单倍体植
株。 T.J.Or ton 等用同工酶法测定了 762 株嫩茎花椰菜花药
胚状体植株 ,确定只有一株是孢子体起源的。而由愈伤组织
分化出的小植株倍性就比较复杂。邓立平等[ 12]对 104 株白
菜花粉植株的根尖或幼叶进行了染色体镜检 , 其中单倍体占
46.15%,二倍体占 33.65%, 四倍体占 6.73%, 其它是混倍
体。
5.2　染色体加倍
单倍体植株如何加倍成为纯合的二倍体植株 , 对于将花
培技术真正用于实际的育种工作至关重要。目前加倍的途径
有二条(1)自然加倍 ,(2)人工加倍。
5.2.1　自然加倍　花粉植株群体中自发加倍的频率在不同
植物上是不同的。自然加倍可能来源于未减数的配子 ,或最
初几次原胚的核内有丝分裂。自然加倍的优点是不会出现核
畸变。
5.2.2　人工加倍　人工加倍的方法通常有两种。一是先移
栽后加倍。 Polsoni等在开花时根据花的形态判断植株倍性 ,
鉴后将单倍体植株根洗净 , 用 0.1%～ 0.34%的秋水仙素浸
泡 , 砍去植株上部 ,任其重新生长。二是先加倍后移栽。将具
有 3 ～ 4 叶 , 1 ～ 3根的植株通过无菌操作转入 B5 培养基中 ,
附加 10 ～ 100 mg/ L 秋水仙碱 , 加倍后移栽入土 , 开花时 , 根
据花的形态和花粉发育情况判断倍性。
6　问题及展望
尽管芸薹属蔬菜花药和花粉培养进展显著 ,但是仍有一
些问题亟待解决。花药培养中进一步提高诱导花粉单倍体植
株的频率 , 减少体细胞干扰等是应该重视的问题。目前主要
通过提高蔗糖浓度 , 减少或不用 2 , 4-D来诱导花粉愈伤组
织。花粉培养的难度较大 , 涉及的因素主要有花粉来源植株
的基因型及其所处的生理状态 、培养基的物理状态及其成分 、
培养方式等 , 这些必要的因素尚有待进一步深入研究 , 以建立
各作物的离体花粉培养的最适体系 , 将对于基础研究和育种
实践及基因工程操作具有重要意义。
花药和花粉培养是获得单倍体的重要途径之一。单倍体
加倍后能得到纯合亲本 , 不仅能缩短育种年限 , 而且可以提高
所需基因组合的选择效率。因此花培无论是在育种工作还是
基础研究中 , 都将有广阔的应用前景。
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