全 文 ：中国农业科学 l叨 2, 25 (3)
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2 8 一 3 2
棉属 ( G os 况, iu m ) 野生种与栽培种
杂交胚珠培养研究 *
胡绍安 尚富德
(中国农业科学院棉花研究所 , 河南 安阳 4 5 5 1 12) (河南大学生物系 )
提要 以 陆地 棉 ( G . h lrs ut um ) 做母本 , 分别 与瑟伯 氏棉 ( G
.
t hu ,b er i) 和克劳茨基棉
(G虎 oI t Zs` h ia o um ) 杂交 , 以陆地棉自交为对照 , 取杂交和 自交授粉 后二天的胚珠培养 . 研究结
果表明 , 胚珠和 纤维的生长在遗传型之 问没有明显差异 , 而在培养基之 间差异明显 。 遗传型和
培养基类型对成胚率都有明显影响 . 适当提高培养基中按态氮与硝态氮之 比 , 能 提高成胚 率 .
通过杂种胚珠培养 , 获得一定频率的正常杂种胚 , 并培养成杂种植株 为克服种问杂交不 亲和
性提供了成功的试验技术 , 同时探讨了种间杂交不亲和性的生理生化机理
关键词 野 生棉 ; 种间杂交 ; 胚珠培养
棉花的胚珠培养研究始于 19 6 年 , 但在 19 73 年才取得成功 闭 。 初期的胚珠培养工
作只限于 自交的胚珠 , 目的在于研究离体状态下胚珠和纤维的生长情况及培养基成分对胚
珠和纤维的影响 , 并探讨适宜的培养基 (8 ’ -0 12) . 近年来 , 为了克服棉属种间杂交的不
亲和性 , 胚珠培养技术得到了应用 ` l习 、 ’ 3〕 。 但较多的工作是在栽培种之间进行的 。 有关
栽培种与野生种之间的远缘杂交的胚珠培养工作开展的较少 。 本文报道选用在自然状态下
与陆地棉较易和较难杂交的各一种野生棉与其杂交 , 取杂种胚珠进行离体培养 , 以探讨利
用胚珠培养技术克服棉属种间杂交不亲和性的有效方法及探讨克服种间杂交不亲和性的生
理生化机理 。
材 料 和 方 法
杂种母本为陆地棉品种中棉 16 , 父本为野生种克劳茨基棉和瑟伯氏棉 。 以中棉 16 自
交为对照 。 材料均由中国农业科学院棉花研究所种质资源研究室提供 。 按常规方法进行杂
交和自交 。 取授粉后两天的胚珠 , 接种在液体培养基中进行静置暗培养 。 相对湿度 50 %
左右 , 温度 28 士 2℃ 。 培养基以 B T 培养基为基础 , 进行修改 , 设计 3 个组合培养基 (表
l)
。 培养基按常规灭菌 , 无菌条件下接种杂种胚珠 。
胚珠培养 65 一 70 天 , 在无菌条件下剥出杂种胚 , 统计成胚率。 将生长发育正常的杂
种胚接种在固体培养基上进行幼胚成苗培养。 培养基配方以 S H 培养基为基础 , 并加以修
改 。
本文于 19 9 1年 1月 2 1 日收到 .
* 中国农业科学院棉花研究所王春英同志 在实验中给予 帮助 , 特此致谢 .
3 期 胡绍安等 :棉属 ( GOs s ), i幽 )野生种与栽培种杂交胚珠培养研究
表 1 3种胚珠培养基的组分用 .
T a b le 1 T h r e e c o m b l n a it o n s o f o v u l e m e d i a
药品用量 培养基 M e di a
M e d ld n e M B T① M B T② M B T③
一 9 7 5m l / l 10 m l / l 10m l / 11
N H ,c l 10名 3m l / l 10m l / l 10幻】1 / !
I A A 0月 m g / l 0 5m g / l
N A A 0 5m g / l 0乃 m g / l
G Ln 73 0 75 m g / I (0 5 m M )
G A 3 1石 m g / 1
K T 0石 m g / l
腺暇吟 dA司 n e 一 l om g / l
注 : K N O , 和 N H ,c l以标准母液浓度为标准计算 . 储备浓度分别为 K N O , 505 万5 克 / 升 . N H 4 cl 8 0 25 克 / 升 .
N o et : S tan d a r d m o ht e r il q u id e o n e r n t ra ti o n w a s u se d a s t he s ta o d a r d , fo r K N O 」 幼 d N H母 C I, C o n ce rn t ra t io n o f r e
se vr e d liq u id fo r K N O , a n d N H 4 C I 叭 50 5 . 559 / 1 a dn 8 02 5 g / l , re s P e e t iv e ly
观 察 和 结 果
一 、 胚珠和纤维的生长
从培养过程的胚珠和纤维生长情况表明 , 同一遗传型 的胚珠在 3种培养基上的生长情
况不同 。 培养 40 天后 , 基本停止生长 , 体积相当于正常铃内种子大小 , 不再有变化 。 按
照胚珠体积增大的速度 , 3种培养基的效应依次为 M B T ③ > M B T① > M B T② 。
纤维的生长情况 , 在遗传型之间差异较小 , 但在不同的培养基上 , 差异很明显 。 从培
养的第五天开始出现差异 。 按照纤维生 长良好与否 , 3 种培养基的效应是 M B T ③最好 ,
M B T ①次之 , M B T②较差 。 主要反映了植物生长激素的作用 , M B T③ 含有 3 种培养基
所具有的植物激素 。
二 、 3种遗传型材料在不同培养基上的成胚情况
从表 2 产生的正常胚率看 , 不 同遗传型材料的胚珠培养 , 最适宜的培养基是不相同
的 。 陆地棉 x 瑟伯氏棉组合的正常胚率在 M B T ①培养基上最高 , 达 68 . 18 % , 陆地棉 x
克劳茨基棉组合的正常胚率在 M B T③培养基 上最高 , 为 4 0乃% , 陆地棉自交胚珠在不 同
的培养基上适应性较大 , 在 M B T①和 M B T ②上成胚率在 87 % 一 89 % , 在 M B T牌 l飞也达
60 % 表 2 的数据表明 , 3 种遗传型材料成胚率的大小依次为 : 陆地棉 x 克劳茨基棉
(4 5
.
58 %
,
3 种培养基的总和 , 下同) > 陆地棉 自交 ( 43 3 2 % ) > 陆地棉 x 瑟伯氏棉 形
成畸形胚率的大小依次为 : 陆地棉 x 克劳茨基棉 > 陆地棉 x 瑟伯氏棉 > 陆地棉自交 。 以
陆地棉自交的胚珠培养最为理想 , 成胚率高 , 畸形胚率低 。 但陆地棉 x 瑟伯氏棉及陆地棉
x 克劳茨基棉也能得到相当数量正常的胚 。 这便是胚珠培养所达到的目的 。 在 3 种培养基
上 , M B T ②的畸形胚率除陆地棉自交的外都是最高的 。 尽管 M B T②能得到较多的胚 , 但
只有少数是正常的 。 M B T ①培养基上的成胚率虽然不是最高的 , 但正常胚率却是最高
的 。 杂种胚和幼苗发育情况见本文图版 。
0 3中 国 农 业 科 学 ` 5 2卷
三 、 植物滋素对胚珠培养的效应
在含有使用的全部植物激素 I A A、 NA A、 G A 3和 KT 的培养基③ , 胚珠和纤维的生
长最好 , 说明这些激素与有机物腺嚓吟配合使用 , 对胚珠和纤维的生长发育有 良好的作
用 。 但对杂种胚的生长发育则相反 , 即成胚率最低 , 不能促进杂种胚的生长发育。 而对胚
珠和纤维生长发育最差的 , 是只 含有 IA A 和有机物谷氨酞胺的培养基② , 但成胚率最
高 。 说明 I AA 对杂种胚的生长发育有较好的促进作用 。 但畸形胚率较高 。 当 I A A 与
N A A 配合使用 , 即培养基①则获得较高频率的正常胚 。 说明这两种激素配合使用比单独
使用对杂种胚的生长发育促进作用更好。
四 、 杂种胚的培养
将胚珠培养到 65 一70 天后 , 在无菌条件下解剖出杂种胚 , 选择子叶 、 胚芽 、 胚根和
胚轴都生长良好的接种在固体培养基上 。 先在黑暗条件下培养 3一 5 天 , 以后移到光照下
培养 。 在开始培养的 3一 5 天 , 胚生长迅速 , 形成主根 , 胚轴生长到一定长度 , 子叶展开
并增大面积 , 为乳白色 , 移到光照下 3 天后子叶开始变绿 。 培养 2 周后 , 一部分幼苗发育
良好 , 但有一部分幼苗根出现黑色 , 或者子叶不能展开 。 也有的又从胚轴上长出愈伤组
织 , 形成各种畸形苗 . 将生长正常的幼苗进一步移栽 , 即长成杂种植株 。
3种遗传型在不同培养若上的成胚率
糕
654一óō31
M B T ①
M B T ②
M B T③
T a b l e Z
考 寮项 目
I n v e s ti g a te d it e m s
考察 胚珠个数
T o t e d e m b ry o s
成胚 率 (% )
M u t u r e d e m b ry o s
崎形胚率 (% )
A b n o rm
a l e m b ry o s
考察 胚珠个数
T 留它. d e m b ry o s
成胚 率 (% )
M u t u r e d . m br y o s
琦形胚率 (% )
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考察 胚珠个数
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陆 x 克劳茨基棉
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陆 x 瑟伯氏棉
G hi r su tu m x G t h u比 e r i
陆 自交
G
.
hi r s u比 m
2 74
10 58
8 9 66
37 8
1 1
.
64
3 1
.
82
34 8
注 : 畸形胚率 崎形胚数急胚数 (正常胚 十 畸形胚 )
218 45 9
6 88 4 1 4
6 0
.
00 100 0
2 0 4 2
11 36
2 13
11 74
4 0 00
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3 期 胡绍安等 :棉属 [G o s s ), i阴 )野生种与栽培种杂交胚珠培养研究
分 析 与 讨 论
克服棉属种间杂交不亲和性 , 目前有胚培养和外施激素保杂交铃的方法 。 但也存在一
些问题 . 例如 , 若幼胚龄过小 , 则难培养成功 . 但又不易得到大胚 (一般种间杂交铃在自
然状态下 3一 5 天即脱落) ; 另外 , 幼胚培养中还需要不断地调节渗透压 , 因此需要多次转
移培养基 。 这样就增加了污染的可能性 , 降低效率 。 胚珠培养则用一次性培养基即可获得
频率较高的成熟胚 。 而成熟胚培养成幼苗或杂种植株 , 要求条件较低 , 可 以大大捍高成苗
率。 更有意义的是可挽救早期败育的杂种胚 (5) 。 外施激素保杂交铃的方法 , 对不同的杂
交组合效果有差异 。 张献龙 ( 19 8 8) 认为 , 通过胚珠培养 , 所得结果超过外施激素保
铃法 〔3 、 礴〕 。 钱思颖等应用外施激素法获得了陆地棉 、 瑟伯氏棉的杂种、 笔者也做了一些
外施激素保铃的工作 , 发现对陆地棉 x 克劳茨基棉的效果不好 , 大多数杂交铃在授粉后
10- 巧 天 内脱落 。 有少数杂交铃虽然能生长到成熟 , 但铃内的胚早 已败育死亡 。 我们用胚
珠培养得到了陆地棉 x 克劳茨基棉的一些正常胚 , 并继续培养成苗。 获得的陆地棉 x 瑟伯
氏棉的成熟胚率也较用其他方法的为高 因此胚珠培养是克服棉属种间杂交不亲和性的有
效方法 , 特别对于较难杂交的组合或野生种 , 获得杂种的效果较好。
我们的试验结果还揭示 , 不同的杂交组合 , 不论其亲和性程度如何 , 似乎都存在一个
最适宜的培养基 。 通过对培养基成分和用量的调整 , 有希望获得更高的成胚率。 当然 , 在
提高成胚率的同时 , 还应注意减少畸形胚率 .
胚珠培养过程中 , 有的胚珠从珠孔端产生部分愈伤组织 , 并观察到胚珠密度大 , 产生
的愈伤组织多 。 可能是胚珠在培养生长的过程中产生某种能刺激愈伤组织生长的物质 。 进
一步探索这一问题的答案 、 对棉花的组织培养也是很有意义的 。 种间杂交胚珠培养的理论
意义 , 还在于通过生理的手段 , 对存在一定不亲和性的两个种的结合子或原胚 , 给予外源
的植物激素和较优异的营养物质 , 可调整内在的由于不亲和而不协调的代谢物质 , 从而克
服杂种胚发育的障碍 , 得以生长发育成熟 , 最后获得杂种植珠 。
胚珠培养能产生较多的愈伤组织 , 可作为继代培养的材料 , 用作体细胞培养再生植侏
或原生质体培养研究的有用材料 。
参 考 文 献
〔 1 〕
〔2 〕
( 3 〕
〔4 〕
〔5 )
〔6 〕
〔7 〕
:: :
陈志贤等 : 棉属种间杂交胚珠培养 , 成苗技术改进 , 棉花学报 〔试刊第一期 ) , j ” 5 , 2 7一 3
沈曾佑等 : 离体棉花胚珠的纤维生长和 幼苗形 成 , 植物生理学报 , 1 97 8 , 4 ( 2 :) 183 一 187
张献龙等 : 陆地棉 又亚 洲棉胚胎在培养条件下 的发育研究 , 华中农业大学 学报 , 1 98 , 7 ( 3) : 2 1 1一 2巧
张献龙等 : 棉属远缘杂交胚珠 离体培养研究 , 中国农业科学 、 19 8 , 21 ( 6) : 53 一 58
胡绍安等 : 棉花胚珠培养胚胎发育的研究 , I 陆地棉的胚胎发育 , 棉花 , 1, 81 , ( 5) : 5一 7
胡绍安等 : 棉属二倍体野生棉与四倍体栽培棉种间杂交的胚珠培养 , 遗传学报 , 1 , 82 , , ( 1 ): 5 7一 62
A l tm a n
,
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.
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M 名te 妙 a n d R J . K o h e l: I n tr o g r e s si o n o f 比 e g la n d e d 一 P la n t a n d g la n d le s s一 s e e d tr a一t fr o m
G o s s y P iu m s t u r it a n u m W il1is i n t o e u l ti v a t e d u p la n d e o t t o n u s in g o v u le e u l加 re 毛 r o P S c l , 19 8 7 , 27 : 88 0一 88 4
B e a s l e y
,
C
.
A
.
: In v一tr o e u l tu re o f fe r t il iz e d e o t t o n o v u le s B io s e i e n ce , 19 7 1 , 2 1 : 9 06 一 90 7
B e a s l e y
,
C A 汤 n d l卫 . T 一n g : T h e e fe e ts o f p la n t g r o w th s u b s t a n e e s o n in v一t r o if b e r de v e lo P m e n t fr om fe r t 1il z e d
32中 国 农 业 科 学 5 2卷
e o t l佣 o v司e s , A m 侣 r J B o t ] 9 7 3 , 60 : 13 0一 13 9
〔10 〕 E id , A . A , H卫 . D e la n g e a n d L . W a te r k e y n : I n v 一tr o e u ltu 化 o f fe rt i liz e d c o t to n o v u l e s I T h e g r ow ht o f c o t t o n
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.
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,
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〔12 〕 J o s h i , P C a n d B . M J o s h i : I n v一t r o g r o w t h o r o v u le s o f G o s s yp lu m h ir s u tu m , P h y t o m 。印 ho 一 , 一9 7 2 , 2 2 :
19 5一2 0 9
( 13 〕 S t e w a r t , J . M : U s e o f o v u l e e u lt u r e to o b t a in i n te r s p e c 一if e h y b r id s o f G o s s y p iu m p 4 4 一 56 . I n P la n t t is s u e
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A m s o c p la n t p h y s i o l
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19 7 9
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W 1DL C O T T O N S P E C IE S (G 口
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H U S h a o a n
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(。叩 a r洲e 。飞of 刀ot l`啥J , 刀 e月a n 枷i v e ” i妙 , 肋旅心 , eH 。 。双g )
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32 中 国 农 业 科 学 2 5卷
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e n ’e c t s o n em b斗 0 fr e q u e n c y
.
T h e e m b r y o fr e q u e n c y in c r e a se d a s the r a t i o o r N H奋 t o
N O了 i n m e d i a i n c er a s e d . S o m e n o rm a l e m b yr o s w e r e o b t a i n e d by o v u l e e u l t u er i n v i t r o
a n d p l a n t s o b t a i n e d by e o n t i n u i n g e u l t u r e
.
T h i s r e s u l t h a s P r o vi d e d s uce
s s fu l e却e nm e n t a l
t e e hn iq u e t o o v e r e o m e t h e i n e o m P a t ib i il t y i n in t e r sP e e i if e h yb ir d i z a t i o n a n d e x Pl o r e d the
p h y s i o l o ig e a l a n d b i o e h e m i e a l m e c h a n imr
s o f t h e i n e o m p a t i b i l i t y
`
K e y w o r d s : W i ld e o t t o n : I n t e r s P e e i if e h y bir d i z a t i o n ; o v u le e u l t u r e