小麥花藥愈傷組織誘導(dǎo)率的基因型差異和配合力分析

宋運(yùn)賢 ，杜雪玲，張慧君，楊智全，張啊康 ，巴青松，陳耀鋒

(1.淮北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/資源植物生物學(xué)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽淮北 235000； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100)

小麥花藥愈傷組織誘導(dǎo)率的基因型差異和配合力分析

宋運(yùn)賢1，杜雪玲1，張慧君1，楊智全2，張啊康1，巴青松1，陳耀鋒2

(1.淮北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/資源植物生物學(xué)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽淮北 235000； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100)

為探究小麥花藥愈傷組織誘導(dǎo)率(callus induction rate，CIR)的遺傳規(guī)律，篩選小麥花藥CIR配合力和遺傳力表現(xiàn)優(yōu)良的親本，采用完全雙列雜交方法對(duì)部分皖北栽培小麥花藥CIR進(jìn)行一般配合力效應(yīng)、特殊配合力效應(yīng)分析，并估算其遺傳參數(shù)。結(jié)果表明，小麥花藥CIR基因型間差異顯著，新麥208、煙農(nóng)19、煤生0308具有較高的CIR；小麥花藥CIR的遺傳差異既包括加性效應(yīng),也包括顯性效應(yīng)，但以加性效應(yīng)為主；一般配合力和特殊配合力方差均達(dá)極顯著水平，新麥208一般配合力高，其相對(duì)效應(yīng)值為7.24，其配制的雜交組合特殊配合力也普遍具有正效應(yīng)，是開(kāi)展小麥花藥培養(yǎng)的理想橋梁親本；小麥花藥CIR具有較高的遺傳力，其廣義遺傳力和狹義遺傳力分別為94.90%和76.02%。因此，可以通過(guò)大規(guī)模篩選一般配合力效應(yīng)高的親本材料來(lái)提高小麥花培育種的效率。

小麥；花藥培養(yǎng)力；愈傷組織誘導(dǎo)率；基因型差異；配合力

目前，小麥花培育種已選育出新品種40多個(gè)，累計(jì)推廣面積超過(guò)幾百萬(wàn)公頃，如京花9號(hào)、北京8686、花培5號(hào)等[1-2]，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但目前小麥花培育種的效率還比較低，其重要原因之一是選取的材料花藥培養(yǎng)力低，很難保證獲得足夠的雙單倍體群體供田間選擇?；ㄋ幣囵B(yǎng)力是包括愈傷組織誘導(dǎo)率、綠苗分化率、單倍體植株加倍率等在內(nèi)的反映不同基因型花藥培養(yǎng)特性的綜合性狀，其高低與愈傷組織誘導(dǎo)率(Callus induction rate,CIR)，綠苗分化率密切相關(guān)[3]。Schlegel等[4]研究發(fā)現(xiàn)花藥CIR與綠苗分化率顯著正相關(guān)，因此小麥花藥CIR可做為評(píng)價(jià)花藥培養(yǎng)力的重要指標(biāo)之一。研究發(fā)現(xiàn)，CIR受基因型、培養(yǎng)基、環(huán)境等多種因素的影響[5-8]，特別是基因型差異往往導(dǎo)致根據(jù)農(nóng)藝性狀選配的優(yōu)良雜交組合難以獲得較高的CIR，進(jìn)而影響到花培育種的效率。已有研究[9-11]表明，花藥培養(yǎng)力是可遺傳的性狀。劉建平等[3]認(rèn)為，尋找花藥培養(yǎng)力高、傳遞能力強(qiáng)的親本作為橋梁品種進(jìn)行配組是克服基因型限制的有效途徑。因此，研究不同基因型小麥花藥CIR的配合力、遺傳力，對(duì)合理配制雜交組合及提高花培育種效果具有重要意義。目前對(duì)于小麥花藥CIR配合力、遺傳力的研究報(bào)道較少[11-12]，另外因試驗(yàn)材料及具體條件不同，結(jié)果也不盡相同?；诖?，本研究擬通過(guò)完全雙列雜交對(duì)部分皖北栽培小麥品種(系)花藥CIR的基因型差異及配合力進(jìn)行分析，旨在進(jìn)一步探明小麥花藥CIR的遺傳特點(diǎn)，為花培育種親本選配提供依據(jù)，同時(shí)篩選具有皖北地方栽培背景的高配合力親本材料，為皖北地區(qū)小麥花培育種工作打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為13個(gè)皖北地區(qū)廣泛種植的小麥品種(系)，具體名稱見(jiàn)圖1。隨機(jī)區(qū)組排列，種植于大田，重復(fù)3次，進(jìn)行花藥培養(yǎng)并統(tǒng)計(jì)花藥CIR。根據(jù)對(duì)這13個(gè)品種(系)花藥CIR的篩選結(jié)果，選取CIR高低差異顯著的皖麥41、煙農(nóng)19、新麥208、宿9908、213共5個(gè)品種(系)，采用完全雙列雜交方法配成20個(gè)雜交組合，F(xiàn)1連同親本一共25份材料播于大田，隨機(jī)排列，3次重復(fù)。

1.2 花藥培養(yǎng)方法

接種用小麥花藥發(fā)育時(shí)期為單核靠邊期。幼穗置于4 ℃冰箱低溫處理2 d，除去葉片，用體積分?jǐn)?shù)75%的酒精擦拭進(jìn)行表面消毒，在無(wú)菌條件下剝?nèi)∮姿胫胁康幕ㄋ?，接種于癸+2,4-D 2.0 mg·L-1+KT 0.5 mg·L-1+蔗糖 90 g·L-1+瓊脂 6 g·L-1的培養(yǎng)基中誘導(dǎo)愈傷組織。每份材料接種4～6瓶，每瓶約120枚花藥，重復(fù)3次，25±2 ℃暗培養(yǎng)10 d之后，置于光照強(qiáng)度1 500 lx、光照時(shí)間每天14 h條件下培養(yǎng)35 d，統(tǒng)計(jì)小麥花藥CIR。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

花藥CIR=產(chǎn)生的愈傷組織塊數(shù)/接種花藥數(shù)×100%。

對(duì)獲得的數(shù)據(jù)用DPS 7.05軟件進(jìn)行多重比較，配合力分析采用Griffing分析方法[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基因型小麥花藥CIR的差異

供試的13個(gè)小麥材料之間CIR存在很大差異(圖1)，新麥208的CIR最高，為16.50%，皖麥19、西農(nóng)979幾乎沒(méi)有誘導(dǎo)出愈傷，212沒(méi)有誘導(dǎo)出愈傷。CIR大于10%的親本材料有1個(gè)，占7.7%；5%～10%的有1個(gè)，占7.7%；CIR 1%以下的有5個(gè)，占38.46%。Duncan新復(fù)極差測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明，皖麥41和豫麥69之間，徐州24、宛麥369、皖麥19、212、西農(nóng)979之間CIR差異不顯著，其他基因型差異顯著(α<0.05)。新麥208、煙農(nóng)19、煤生0308具有較高的CIR，是開(kāi)展小麥花藥培養(yǎng)研究適宜的基因型。

2.2 雜種F1花藥CIR的差異與分析

選擇CIR差異顯著的新麥208、煙農(nóng)19、皖麥41、宿9908、213五個(gè)基因型，按完全雙列雜交配制雜交組合，F(xiàn)1花藥培養(yǎng)結(jié)果見(jiàn)圖2。10對(duì)正反交組合中，除2×5(煙農(nóng)19×213)外，正反交F1的CIR具有顯著差異，表現(xiàn)為明顯的細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)或核質(zhì)互作效應(yīng)。4×1(宿9908×皖麥41)CIR明顯低于雙親，表現(xiàn)為基因的互作效應(yīng)。其余雜交組合CIR明顯超親或高于親本之一，表現(xiàn)為基因的顯性效應(yīng)或加性效應(yīng)。以CIR較高的基因型新麥208分別做父本、母本，各組合CIR差異顯著，并且都具有較高的CIR，表明以CIR高的材料作為親本之一，其F1組合CIR一般都較高。

圖柱上的不同字母表示品種間存在顯著差異(采用Duncan 法，α=0.05)。

Different letters refer to significant difference among genotypes(according to Duncan's test,α=0.05).

圖1 參試材料基因型間花藥CIR的差異比較

Fig.1 Comparison of the callus induction rate among tested wheat genotypes

1:皖麥41；2:煙農(nóng)19；3:新麥208；4:宿9908；5:213。圖柱上的不同字母表示基因型間存在顯著差異(采用Duncan法,α=0.05)。

1:Wanmai 41; 2:Yannong 19; 3:Xinmai 208; 4:Su 9908; 5:213.Different letters refer to significant difference among genotypes(according to Duncan's test,α=0.05).

圖2 F1雜種與雙親的花藥CIR比較

Fig.2 Comparison of the CIR between F1hybrids and their parents

2.3 配合力分析結(jié)果

采用親本及正反交F1組合進(jìn)行Griffing配合力分析。從表1可知，CIR的一般配合力(GCA)、特殊配合力(SCA)、正反交差異極顯著(P<0.01)，表明參試基因型在這些效應(yīng)上存在真實(shí)差異，有必要檢測(cè)其效應(yīng)值。另外，一般配合力方差遠(yuǎn)大于特殊配合力方差，GCA/SCA=12.33，表明小麥CIR以加性效應(yīng)為主。

表2結(jié)果表明，親本花藥CIR的GCA在部分基因型間差異顯著，相對(duì)效應(yīng)值的變化范圍為-2.46～7.24，新麥208的GCA最高(7.24)，與其他基因型差異顯著，表明新麥208做親本配制雜交組合后代具有較高的CIR。其次為煙農(nóng)19(-0.51)，皖麥41、宿9908、213三個(gè)基因型均為負(fù)值且差異不顯著，表明用這三個(gè)基因型做親本配制雜交組合，其后代CIR不會(huì)太高。不同組合的SCA效應(yīng)大小各不相同，變化范圍為-2.52～4.01，新麥208×宿9908 SCA最高，愈傷組織誘導(dǎo)率表現(xiàn)出超親性，有5個(gè)組合SCA為負(fù)值。雜交組合中同一親本不同組合的特殊配合力方差大小順序?yàn)椋盒蔓?08>宿9908>皖麥41>213>煙農(nóng)19，表明煙農(nóng)19花藥的CIR的整齊度最好，新麥208最差。

遺傳參數(shù)估值(表3)表明，小麥花藥CIR的廣義遺傳力為94.90%，狹義遺傳力為76.02%，顯示其具有很高的遺傳能力。加性方差遠(yuǎn)大于顯性方差，表明加性效應(yīng)在控制花藥CIR方面比顯性效應(yīng)更為重要。

表1 CIR的配合力方差分析

Table 1 Variance analysis of combining ability of callus induction rate

變異來(lái)源Sourceofvariation自由度 df總平方和 SS均方 MSF值 Fvalue一般配合力Generalcombiningability4678．26169．56242．44??特殊配合力Specificcombiningability10137．5113．7519．66??反交效應(yīng)Reciprocaleffect10140．6314．0620．11??誤差Error4833．570．70

**表示差異極顯著(α<0.01)，表3同。

**means difference significant at 0.01 levels.The same as in table 3.

表2 親本花藥CIR的一般配合力、雜交組合的特殊配合力及反交效應(yīng)

Table 2 General combining abilities(GCA) of parents,special combining abilities(SCA) of hybrids and reciprocal effect

親本Parent皖麥41Wanmai41煙農(nóng)19Yannong19新麥208Xinmai208宿9908Su9908213皖麥41Wanmai41-2．46c3．08-2．52-1．01-0．72煙農(nóng)19Yannong19-1．15-0．51b0．24-1．45-0．60新麥208Xinmai208-1．021．697．24a4．013．69宿9908Su99080．92-1．706．68-2．05c0．33213-0．540．123．81-1．38-2．21c

1.對(duì)角線上的數(shù)值(加下劃線)為親本的一般配合力，數(shù)據(jù)后不同字母表示品種間存在顯著差異(采用Duncan法，α=0.05)；2.上三角內(nèi)的數(shù)值為雜交組合的特殊配合力，下三角內(nèi)的數(shù)值為反交效應(yīng)。

1.Diagonal (underlined) for GCA of parents,Means followed by different letters are significantly different among genotypes(according to Duncan’s test,α=0.05);2.Upper triangular for SCA of hybrids and lower triangular for reciprocal effect.

表3 方差分量及遺傳參數(shù)的估值

Table 3 Estimates of variance and genetic parameters

分量和參數(shù)Varianceandparameter估值Estimatevalue一般配合力方差Varianceofgeneralcombiningability，VGCA15．64??特殊配合力方差Varianceofspecificcombiningability，VSCA7．77??加性方差A(yù)dditivevariance，VA31．29顯性方差Dominantvariance，VD7．77遺傳方差Geneticvariance，VG39．06環(huán)境方差Environmentalvariance，VE2．10表型方差Phenotypicvariance，VP41．15廣義遺傳力Broadheritability，h2B/%94．90狹義遺傳力Narrowheritability，h2N/%76．02

3 討 論

基因型對(duì)小麥花藥CIR有重要的影響[14-15]。本研究通過(guò)對(duì)13個(gè)小麥材料花藥CIR的比較，篩選出新麥208、煙農(nóng)19、煤生0308三個(gè)具有較高CIR的品種，可以做為開(kāi)展小麥花藥培養(yǎng)的橋梁親本材料。通過(guò)對(duì)其中5個(gè)親本及其雜交F1花藥的CIR分析，發(fā)現(xiàn)小麥花藥培養(yǎng)過(guò)程中CIR存在多種遺傳效應(yīng)，如細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)或核質(zhì)互作效應(yīng)、基因互作效應(yīng)、顯性效應(yīng)、加性效應(yīng)等，顯現(xiàn)為多基因控制的數(shù)量性狀遺傳，進(jìn)一步驗(yàn)證了前人的研究結(jié)果[16-17]。

花培育種中單純根據(jù)農(nóng)藝性狀配制的雜交組合往往不能獲得理想的愈傷組織誘導(dǎo)。因此，通過(guò)對(duì)親本的農(nóng)藝性狀、花藥培養(yǎng)力、配合力的綜合考察，有利于提高小麥花培育種的效率。Yildirim[18]等認(rèn)為一般配合力對(duì)于小麥花藥培養(yǎng)力的影響是主要的。本研究中一般配合力方差遠(yuǎn)大于特殊配合力方差，與其研究結(jié)果一致。在配合力研究的5種基因型中，新麥208的一般配合力效應(yīng)值達(dá)到7.24，其配制的4對(duì)雜交組合(正反交)除皖麥41×新麥208外，其CIR的特殊配合力均表現(xiàn)正效應(yīng)。同時(shí)本研究也發(fā)現(xiàn)，一般配合力效應(yīng)值低的親本配制的雜交組合特殊配合力也可能表現(xiàn)出正向的效應(yīng)，如皖麥41×煙農(nóng)19，兩親本的一般配合力都為負(fù)值，但其雜交組合的特殊配合力效應(yīng)值為3.08，表明在重視親本一般配合力效應(yīng)的基礎(chǔ)上也不應(yīng)忽視組合的特殊配合力效應(yīng)。

本研究遺傳參數(shù)分析表明，小麥花藥CIR的廣義遺傳力和狹義遺傳力都比較高，這表明花藥愈傷組織的誘導(dǎo)受環(huán)境影響比較小，是一個(gè)遺傳能力很強(qiáng)的性狀，這與孫 娜等[19]在小黑麥花藥培養(yǎng)中的研究結(jié)果一致。因此，花培育種實(shí)踐中可通過(guò)雜交將小麥高CIR的遺傳因子導(dǎo)入農(nóng)藝性狀優(yōu)良的親本中，進(jìn)一步拓展花培育種親本的來(lái)源。但遺傳力是在特定的環(huán)境條件下針對(duì)特定的群體估算的，選用的基因型不同，環(huán)境不同，結(jié)果可能有一定的差異，本研究中選用的基因型能否真實(shí)代表小麥花藥CIR的遺傳特性，還需在后繼試驗(yàn)中進(jìn)一步驗(yàn)證。

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Genotypic Difference and Combining Ability Analysis on the Callus Induction Rate of the Wheat Anther Culture

SONG Yunxian1,DU Xueling1,ZHANG Huijun1,YANG Zhiquan2,ZHANG Akang1,BA Qingsong1,CHEN Yaofeng2

(1.College of Life Science,Huaibei Normal University/Anhui Key Laboratory of Plant Resources and Biology,Huaibei, Anhui 235000,China； 2.College of Agronomy,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China)

In order to explore the inheritance of callus induction rate(CIR) of the wheat anther culture and select elite parental materials,with complete diallel cross as method,analysis on the general combining ability(GCA) and special combining ability(SCA) was conducted with some wheat varieties(lines) in northern Anhui. The genetic parameter was also estimated. It was suggested that the difference of CIR between genotypes was significant. Three varieties(Xinmai 208,Yannong 19,and Meisheng 0308) had higher CIR. The genetic difference of CIR was controlled by dominance effect and additive effect and the latter was more important than the former. The GCA and SCA variance was both highly significant. The GCA of Xinmai 208 was higher and the relative effect value of this trait was 7.24. The prepared mating combination with Xinmai 208 showed common positive SCA effect value for CIR. Xinmai 208 was a preferable bridge parental material for wheat anther culture. The heritability of CIR was relatively high. The value of the broad heritability was 94.90% and the value of narrow heritability was 76.02%. Therefore,the breeding efficiency of wheat anther culture could be raised through large scale screening on the wheat parental materials with high GCA.

Wheat; Anther culture response; Callus induction rate; Genotype difference; Combining ability

麥類作物學(xué)報(bào) 2016，36(12)：1599?1604JournalofTriticeaeCropsdoi：10．7606/j．issn．1009?1041．2016．12．07

2016-07-05

2016-07-21

國(guó)家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育項(xiàng)目(2009ZX08002008B)；安徽省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(KJ2013A232、KJ2016A624、KJ2014B19)；資源植物生物學(xué)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目(ZYZWSW2014009)

E-mail：songyunxian@aliyun.com

陳耀鋒(E-mail:chenyf3828@126.com)

時(shí)間：2016-12-07

S512.1；S330

A

1009-1041(2016)12-1594-05

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20161207.1748.010.html