水稻花藥培養(yǎng)的影響因素及其發(fā)展探析

于鳳池　姚　堅　姚海根

摘要結合花培育種實踐,總結了水稻花藥培養(yǎng)技術中影響培養(yǎng)力的主要因素,分析提出花培技術和遺傳育種應用需要深入研究的問題,并對水稻花培的發(fā)展作了初步探討。

關鍵詞水稻;花藥培養(yǎng);影響因素;存在問題;對策;展望

中圖分類號S511.035.3文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)15-0059-01

水稻花藥培養(yǎng)是當今生物技術育種中較為成熟、實用、快速、有效的育種新技術,水稻花藥培養(yǎng)育種主要特點表現(xiàn)為縮短育種周期、提高選擇效率、加速有效性狀轉移等。自1968年日本科學家新關和大野首次獲得水稻花培植株后,水稻花培育種受到各國育種家的普遍重視,利用該技術選育出的水稻新品種逐年增多,推廣面積大幅度增加,創(chuàng)造了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。我國于20世紀70年代開始花藥培養(yǎng)育種,現(xiàn)已取得了巨大的成就,處于世界領先地位。筆者總結了花培技術中影響培養(yǎng)力的主要環(huán)節(jié),提出需進一步研究的問題,并對該技術今后的發(fā)展作一些初步探討。

1影響水稻花藥培養(yǎng)力的因素

1.1材料的選擇

基因型是影響水稻花培培養(yǎng)力的最重要的因素。一般認為粳稻培養(yǎng)效率較高,秈粳雜交后代居中,秈稻培養(yǎng)力極低。但研究表明,即使同為粳稻或秈稻雜交稻,由于基因型的差異,不同品種的花培效率也有很大區(qū)別[1]。因此,供體品種的選擇對提高花培的培養(yǎng)力特別重要。

1.2取穗時期

單核靠邊期是水稻花培最好的時期,此時穎花呈黃綠色,花藥伸長至穎殼1/3～1/2。但實際操作中不可能對每1穗都進行剝苞觀察或鏡檢,經(jīng)實踐探索,以稻苞抽出的葉枕距長短為標準,可減少污染幾率,減輕工作量。不同組合(類型)的最適葉枕距有明顯差異,一般密穗型品種為5cm左右,半矮生型品種10cm左右,早熟或特早熟類型品種約3cm左右[2]。取穗時間一般選擇在晴天早晨露水未干時或傍晚,以盡量減少幼穗水分的散失,這對保持花藥的生理活性和提高培養(yǎng)力有一定的作用。

1.3低溫預處理

在單核靠邊期進行低溫預處理是有效提高花培效率的常規(guī)手段,其作用主要是改善花粉的生理狀態(tài)、延緩花粉的退化、提高內(nèi)源激素的水平、啟動雄核發(fā)育,不同材料冷處理的最適時間和最適溫度稍有不同。肖國櫻[3]認為,低溫預處理20d內(nèi),時間越長,效果越好;張連平等[4]卻認為10℃下低溫預處理8d效果好于4d,超過10d,效果下降。一般晚粳稻以8～10℃處理7～15d,不超過20d為宜。

1.4基本培養(yǎng)基

繼最初使用Miller培養(yǎng)基進行花培成功后,通過大量試驗及比較,迄今已獲得適合各種不同水稻花培材料的培養(yǎng)基,如適合粳稻的N6、秈稻的合5、秈粳雜種的SK3以及對秈、粳稻都有較好效果的通用和M8培養(yǎng)基等[5]。為簡化培養(yǎng)手續(xù)、縮短培養(yǎng)時間、降低成本和提高效率,一般采用一次成苗法。N6大量與MS微量相結合,添加適當濃度的KT、NAA、2,4-D、甘氨酸等,也取得較好效果。另外,現(xiàn)行的“倒藥接種法”極易形成花藥重疊,引起花藥誘導分化快慢不一,互相搶奪營養(yǎng)成分,因此一次成苗法的花藥接種數(shù)量要比多次成苗法減少30%左右,可提高誘導率、綠苗率。

1.5培養(yǎng)條件

水稻花培一般分為2個階段,即暗培養(yǎng)與光培養(yǎng)。顏昌敬[6]認為暗、光培養(yǎng)的溫度以26~28℃為好。秈稻的暗培養(yǎng)以25℃左右為最佳,過高會產(chǎn)生大量白化苗,且誘導的愈傷組織結構疏松、分化較差;光培養(yǎng)最適溫度為25~27℃,過高白化苗率增大,對綠苗生活力也有明顯的影響。一般采用光照度2 000Lx,時間12h,以日光燈照射為主。愈傷組織從暗培養(yǎng)轉入光培養(yǎng)時間對綠苗率也有一定影響,過早轉移,組織塊營養(yǎng)貧乏,再分化率較低,出苗率低;過遲轉移,則組織老化,顏色變暗或褐化,表面長出細小的白色的芽,難以繼續(xù)分化或分化出白化苗,一般應在3～5mm時轉移為宜。

2花藥培養(yǎng)存在的問題及對策

2.1花藥培養(yǎng)力低

雖然水稻花培已成為水稻育種的成熟手段,但仍存在不少技術難題與理論問題,其中最主要的問題是花藥培養(yǎng)得苗率低、白化苗較多,尤其是秈稻的得苗率更低,只有1.0%~1.5%。由于水稻花培存在明顯的基因型差異,每一個環(huán)節(jié)都會對花藥培養(yǎng)效率造成影響。這就要求一方面選擇好的接種材料,優(yōu)化培養(yǎng)條件,提高接種材料的花粉植株誘導率;另一方面加強基礎研究,采用分子標記手段,將控制花培能力的有關數(shù)量性狀基因組合在一起,從根本上解決花培效率低的問題。

2.2花藥培養(yǎng)的局限性

按概率理論,基于相同的優(yōu)良性狀重組頻率,可供選擇的群體越大,獲得優(yōu)良性狀重組單株的可能性就越大。對花培育種來說,優(yōu)良單株的選擇僅是H1群體,且往往是1個有限的群體,H2代已成為純合株系,再次選擇已無效,這是花藥培養(yǎng)的局限。一般選用F3 或F4 代材料進行花培,將增加優(yōu)良基因型的頻率和花培后代的入選率,提高花培育種效率;或者,在F1花培采取“多組合、少數(shù)量”的策略,先測定組合的培養(yǎng)力,同時種植F2,在單株選擇后,取培養(yǎng)力高的組合的后代進行花培來提高花培的效率[7]。

3展望

一直以來,花藥培養(yǎng)育種的重點,僅在于縮短育種周期,提高選擇效率,而對于其他方面的應用則重視不夠。因此,進一步拓寬花培育種的應用領域,將是今后工作的努力方向。一是在花藥培養(yǎng)中獲得變異體的頻率較高,因此加強花培技術中的各種誘變處理,建立誘導突變體的篩選體系是創(chuàng)造新變異、開展誘變育種的一個主要方法。二是從加強花培體系中關鍵技術和培養(yǎng)對象遺傳機理等方面進行深入研究,建立完善的花培育種體系,克服花培育種的局限性,將使花培具有更廣闊的應用前景。三是將花培與基因工程相結合,促進基因工程中有利性狀的穩(wěn)定,建立基因工程花培育種體系,將為花培育種開創(chuàng)一個嶄新的局面。

4參考文獻

[1] 陳紅,秦瑞珍.水稻花藥培養(yǎng)過程中各種影響因子的研究進展[J].中國農(nóng)業(yè)科技導報,2007,9(3):52-56.

[2] 王淑珍,姚堅.水稻花培育種的實踐與探索[J].上海農(nóng)業(yè)科技,2005(4):16-17.

[3] 肖國櫻.水稻花藥培養(yǎng)研究進展[J].雜交水稻,1992(2):44-46.

[4] 張連平,張麗娟.提高水稻花培綜合效益研究[J].北京農(nóng)業(yè)科學,1999,17(4):14-16.

[5] 柳美南,鐘海明,陳綿橋,等.水稻花藥培養(yǎng)及其應用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2008(17):234-236.

[6] 顏昌敬.植物組織培養(yǎng)手冊[M].上海:上?？茖W技術出版社,1990.

[7] 季彪俊,陳啟峰,黃群策,等.水稻花藥培養(yǎng)技術的總結與探討[J]. 福建農(nóng)業(yè)大學學報,2001,30(1):22-28.