不同基因型青花菜游離小孢子培養(yǎng)的幾個(gè)方法分析論文
青花菜( Brassica oleracea var. italica) ，俗名綠菜花。由于其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，尤其是在抗癌功能上為同類(lèi)蔬菜之首，深受消費(fèi)者青睞。我國(guó)青花菜品種多為國(guó)外引進(jìn)，種子昂貴。為培育新的種質(zhì)資源，育成優(yōu)質(zhì)青花菜品種，常規(guī)方法需經(jīng)過(guò)雜交、回交和自交分離，選育出理想的材料常常需要好幾個(gè)世代。而在青花菜育種中利用小孢子組織培養(yǎng)，不僅可快速得到雙單倍體純系，還可大大縮短育種年限[1-4]。自1982年至今，甘藍(lán)型油菜小孢子培養(yǎng)獲得胚狀體后，國(guó)內(nèi)外利用游離小孢子培養(yǎng)技術(shù)在蕓薹屬作物上相繼取得成功[5]，1991年Takahata等[6]首次利用青花菜進(jìn)行了小孢子培養(yǎng)，隨后張德雙等[7]、王春麗[1]等也在青花菜游離小孢子培養(yǎng)上取得了成功。雖然小孢子培養(yǎng)技術(shù)日趨成熟，但很多學(xué)者側(cè)重于對(duì)小孢子胚胎發(fā)育的誘導(dǎo)因素進(jìn)行研究，本試驗(yàn)以5個(gè)不同基因型的青花菜為材料，對(duì)游離小孢子培養(yǎng)與植株再生進(jìn)行了研究，旨在完善青花菜小孢子培養(yǎng)技術(shù)，同時(shí)也可為青花菜的遺傳育種提供新的材料。
1 材料和方法
1.1 材 料
供試材料由天津科潤(rùn)蔬菜研究所提供，供試材料于2012年10月定植于天津市科潤(rùn)蔬菜所，采取常規(guī)栽培管理，翌年3—4月植株出現(xiàn)花蕾后，選取主花序上的花蕾進(jìn)行小孢子培養(yǎng)。
1.2 小孢子培養(yǎng)方法
參考張德雙等[7]的研究，取處于單核晚期和雙核早期的花蕾(4.1~5.0 mm)的小孢子進(jìn)行培養(yǎng)。小孢子的分離、純化培養(yǎng)參考趙前程等[8]的方法，用50 g·L-1質(zhì)量濃度的次氯酸鈉溶液進(jìn)行表面消毒，經(jīng)無(wú)菌水沖洗，用含蔗糖為100 g·L-1的B5培養(yǎng)基進(jìn)行游離、洗滌，用含蔗糖為130 g·L-1，pH 值5.8，添加6-BA(1 mg·L-1)和NAA(0.1 mg·L-1)的NLN液體培養(yǎng)基進(jìn)行小孢子培養(yǎng)，并添加一定的活性炭，培養(yǎng)密度為1×105~2×105個(gè)·mL-1，熱激后，置25 ℃培養(yǎng)箱中繼續(xù)暗培養(yǎng)，利用倒置顯微鏡觀察小孢子發(fā)育進(jìn)展。
1.3 胚胎發(fā)生與胚培養(yǎng)
小孢子受到熱激后開(kāi)始細(xì)胞分裂，黑暗培養(yǎng)2周左右，肉眼可見(jiàn)胚狀體。30 d左右，胚狀體處于子葉期，轉(zhuǎn)移至添加6-BA(0.2 mg·L-1)和NAA(0.02 mg·L-1)的MS培養(yǎng)基上，形成再生芽。
1.4 植株再生與移植
將小孢子的再生芽在MS培養(yǎng)基上進(jìn)行生根培養(yǎng)，形成完整植株，對(duì)試管苗進(jìn)行增殖培養(yǎng)，擴(kuò)大植株數(shù)量，加快育種，經(jīng)過(guò)馴化移栽到含基質(zhì)的盆缽中，待小植株成活后，移栽至大田，進(jìn)行管理。
2 結(jié)果與分析
2.1 小孢子離體培養(yǎng)的生長(zhǎng)發(fā)育觀察
經(jīng)過(guò)熱激的青花菜小孢子逐漸膨大(圖1-A)，2周左右，小孢子從多細(xì)胞團(tuán)結(jié)構(gòu)，逐漸發(fā)育成球形胚(圖1-B)、心形胚(圖1-C)、魚(yú)雷胚(圖1-D)和子葉胚(圖1-E)，將子葉胚置于光照下培養(yǎng)5~7 d，可見(jiàn)胚狀體萌發(fā)，10~15 d左右，形成叢壯苗(圖1-F)，利用叢壯苗在MS培養(yǎng)基上進(jìn)行生根培養(yǎng)，7 d左右，可見(jiàn)植株的基部產(chǎn)生大量白色的粗壯的根，形成健壯植株(圖1-G)。
2.2 不同基因型小孢子胚誘導(dǎo)的差異比較
由表1可以看出，供試的`5個(gè)材料中，只有兩個(gè)形成了小孢子胚，胚胎誘導(dǎo)成功率為40%。不同基因型的小孢子胚誘導(dǎo)成功頻率存在差異，11J-52每花蕾平均產(chǎn)胚數(shù)達(dá)到2.1個(gè)，而11J-63僅有0.5個(gè)。在未出胚的3個(gè)基因型中，11J-150和11J-158都觀察到了細(xì)胞膨大，11J-173觀察到了細(xì)胞分裂，說(shuō)明它們對(duì)培養(yǎng)條件產(chǎn)生了反應(yīng)，但卻未能繼續(xù)發(fā)育。由此可見(jiàn)，基因型對(duì)小孢子胚胎發(fā)育有明顯影響。
2.3 小孢子植株再生
再生植株在花球形成期和開(kāi)花期存在分離情況見(jiàn)圖2。11J-52和11J-63兩種材料均未采用任何加倍處理，兩份材料產(chǎn)生的再生植株只有少部分植株不能表現(xiàn)出十字形花冠，而呈現(xiàn)出一字型。80%以上的植株可育，并且能正常自交結(jié)角。
3 結(jié)論與討論
利用小孢子培養(yǎng)不僅能夠快速有效地獲得純系植株，加快青花菜的育種進(jìn)程，而且利用單倍體植株的突變來(lái)篩選抗病、抗旱、抗蟲(chóng)的青花菜植株顯得更加便捷[9]。
基因型是制約小孢子發(fā)育的重要因素[10]。在相同的試驗(yàn)條件下，不同基因型誘導(dǎo)小孢子發(fā)育的頻率差異很大，本研究中，基因型11J-52達(dá)2.1個(gè)，而11J-63則僅有0.5個(gè)，其他3個(gè)基因型(11J-150，11J-158，11J-173)則只有細(xì)胞膨大和部分細(xì)胞分裂，這個(gè)結(jié)果可以為青花菜游離小孢子培養(yǎng)提供理論依據(jù)。但是，關(guān)于小孢子培養(yǎng)的啟動(dòng)機(jī)制、微觀發(fā)育機(jī)制、發(fā)育途徑以及與之相關(guān)的生理生化方面的研究仍在探究過(guò)程中。
本試驗(yàn)中同時(shí)還發(fā)現(xiàn)高溫?zé)峒た梢詥?dòng)小孢子分化，但是，熱激又會(huì)對(duì)小孢子造成一定的傷害，這與一些研究者得出的結(jié)果相類(lèi)似[11]，如何克服這一傷害，找出最適宜的高溫預(yù)處理方式、處理時(shí)間與溫度以增加出胚率還有待進(jìn)一步研究。此外，本試驗(yàn)獲得的再生植株均通過(guò)自然加倍所得，其可能是單倍體、多倍體及非整倍體構(gòu)成的混合群體。試驗(yàn)中觀察到的具有一字型花冠的再生植株可能是非整倍體。通過(guò)小孢子胚產(chǎn)生的再生植株在農(nóng)藝性狀上的差別與植株倍性之間的聯(lián)系還有待研究。
參考文獻(xiàn):
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[6] Takahata Y， Keller W A. High frequency embryogenesis and plant regeneration in isolated microspore culture of Brassica oleracea L[J].Plant Science，1991，74:235-242.
[7] 張德雙，曹鳴慶，秦智偉.青花菜游離小孢子培養(yǎng)、胚胎發(fā)生和植株再生[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，1998，13(3):102-106.
[8] 趙前程，吉立柱，蔡榮旗，等.花椰菜游離小孢子培養(yǎng)及植株再生研究[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2007，22(6):65-68.
[9] 李超，饒勇，陳靜，
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