探討棉花體細(xì)胞胚胎發(fā)生的分析

張娜++張艷艷++王翠華++張秀秀++唐佳++高慧茹

摘要：改革開放以來，我國已經(jīng)從多個棉花品種中獲得不同的體細(xì)胞胚，并成功再生成苗。然而棉花體細(xì)胞胚胎發(fā)生受很多因素影響，如何高效地把愈傷組織轉(zhuǎn)化成胚性愈傷組織？影響這一關(guān)鍵問題的主要因素是棉花的組織培養(yǎng)和遺傳轉(zhuǎn)化被限制。本文就棉花體細(xì)胞胚胎發(fā)生的起源和影響因素進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：棉花；體細(xì)胞胚胎發(fā)生；分析

一、 前言

目前，全球經(jīng)濟(jì)作物中棉花占了主要的比重，具有促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高人民生活水平、增強(qiáng)國防建設(shè)等方面的作用。我國在棉花生產(chǎn)發(fā)展中致力于培育和推廣新品種，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，棉花的組織培養(yǎng)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)備受社會各界關(guān)注。該技術(shù)具有不被親緣關(guān)系所限制、能夠很好地利用遺傳資源、育種進(jìn)程短等特點(diǎn)，推動了我國棉花產(chǎn)業(yè)更好更快地發(fā)展。

二、 棉花組織培養(yǎng)的歷史進(jìn)程

1971年，Beasley第一次從棉胚珠珠孔端里把愈傷組織誘導(dǎo)出來。在1979年P(guān)rice、Smith在克勞茨基棉細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)里獲取體細(xì)胞胚，但是不能獲取再生植株；1983年，Hamilton和Davidonis在繼代培養(yǎng)的子葉愈傷組織中取到體細(xì)胞胚和再生植株；1986年，才真正有報道稱能夠在陸地棉的珂字棉312與201中獲得再生植株。

我國棉花的組織培養(yǎng)始于20世紀(jì)的80年代。1983年劉桂云從戴維遜氏棉愈傷組織中誘導(dǎo)分化且形成了再生小植株；1987年陳志賢、李淑君，1988年吳敬音、陳松，同年譚曉連、錢迎倩，1991年陸振鑫、夏振澳分別在亞洲棉、擬似棉、陸地棉等不同品種的葉柄、子葉、幼葉、下胚軸等愈傷組織里誘導(dǎo)出體細(xì)胞胚胎發(fā)生并得到再生植株，掌握了植株再生培養(yǎng)及胚狀體發(fā)生的條件，初步建立棉花植株再生和體細(xì)胞胚胎發(fā)生的體系，并運(yùn)用自育品種如冀合321、中棉所13號、魯棉6號等培育再生植株。目前，在現(xiàn)有51個棉種中，有8個棉種的誘導(dǎo)能夠獲得胚狀體。

三、 棉花的體細(xì)胞胚胎發(fā)生

棉花組織的培養(yǎng)體系有體細(xì)胞、胚珠、莖尖、花藥、原生質(zhì)體等，是當(dāng)今世界上最常見的體細(xì)胞的培養(yǎng)之一。這些體系直接影響著棉花育種的研究。棉花體細(xì)胞胚胎發(fā)生過程為通過棉花的無菌苗下幼莖、幼葉、葉柄、子葉、胚根、胚軸等不同愈傷組織、原生質(zhì)體進(jìn)行誘導(dǎo)，萌發(fā)形成、胚狀體發(fā)生的再生植株。外植體進(jìn)行誘導(dǎo)形成的愈傷組織分為非胚性的愈傷組織和胚性的愈傷組織。胚性的愈傷組織能夠通過誘導(dǎo)使體細(xì)胞胚胎發(fā)生，但非胚性的愈傷組織無法進(jìn)行誘導(dǎo)。二者在形態(tài)、來源、時間等方面存在明顯差異，但是在特定環(huán)境下是能夠相互轉(zhuǎn)化的，只是難易程度不同。

四、 棉花的體細(xì)胞胚胎發(fā)生的激素動態(tài)

植物激素不只有其中一個類型單獨(dú)發(fā)揮作用，而是在多種類型的激素共同協(xié)調(diào)、影響，以及在共同的對立環(huán)境里促進(jìn)植物生長、發(fā)育。體細(xì)胞胚胎的發(fā)生和內(nèi)源激素有著非常密切的聯(lián)系。內(nèi)源激素能夠?qū)w細(xì)胞胚胎的形成與維持進(jìn)行調(diào)控，內(nèi)源激素進(jìn)行調(diào)控能夠促進(jìn)體細(xì)胞胚胎啟動和表達(dá)能力。內(nèi)源激素還能夠?qū)w細(xì)胞胚胎的生長發(fā)育進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。

五、 棉花體細(xì)胞胚胎發(fā)生中的代謝

珂字棉是現(xiàn)代棉花中體細(xì)胞胚胎發(fā)生能力較強(qiáng)的品種，因此成為培養(yǎng)棉花組織的典型，在棉花的下胚軸把愈傷組織誘導(dǎo)出來到體細(xì)胞胚胎的發(fā)生中，可溶性糖以及淀粉的含量明顯下降，但是蛋白質(zhì)以及核酸的含量明顯上升。因?yàn)榧?xì)胞主要是由蛋白質(zhì)與核酸組成，兩者的含量會直接影響細(xì)胞的組織成分。當(dāng)愈傷組織轉(zhuǎn)向胚性愈傷組織時，細(xì)胞組織成分會發(fā)生很大變化，細(xì)胞中核酸和蛋白質(zhì)代謝旺盛時，一般說明其含量比較高。此時細(xì)胞里的糖分和淀粉轉(zhuǎn)移為能量便被利用，故只有較低的可溶性糖和淀粉含量。以上均說明愈傷組織轉(zhuǎn)化成胚性愈傷組織時細(xì)胞代謝物質(zhì)應(yīng)要符合必要的條件。內(nèi)源生長素的含量、細(xì)胞分裂素的含量、染色質(zhì)再組織都和棉花體細(xì)胞胚胎發(fā)生有著密切關(guān)系。

六、 棉花體細(xì)胞胚胎發(fā)生能力的選育種子

不是所有棉花有體胚發(fā)生的能力其種子都可以進(jìn)行體胚發(fā)生，同品種的種子之間體胚發(fā)生的能力也不同。種子之間存在的胚胎發(fā)生的能力的差異能夠直接影響棉花體胚的發(fā)生率以及轉(zhuǎn)化率，因此，篩選有體胚發(fā)生能力的種子進(jìn)行保育顯得尤其重要。體胚的發(fā)生能力能夠使種內(nèi)、種間進(jìn)行雜交傳給子代。雖然外植體的種類、培養(yǎng)基的類型和環(huán)境等外在因素能夠影響體胚發(fā)生的能力，但是決定棉花的體胚發(fā)生內(nèi)在因素是基因型，胚胎發(fā)生的能力能夠傳遞給子代，所以找出能夠控制這一性狀的基因型很重要。

七、 影響棉花體細(xì)胞胚胎發(fā)生的細(xì)胞外因素

棉花體細(xì)胞胚胎發(fā)生過程很復(fù)雜，整個過程被細(xì)胞內(nèi)外很多因素影響、制約，主要有外植體類型，基因型，培養(yǎng)基的激素水平、條件、生理狀態(tài)、種類等。外植體影響比較大，類型不同的外植體愈傷、分化成不同的體細(xì)胞胚胎能力。特別是下胚軸非常容易，子葉相對差，最差的是真葉、莖。另外，外植體生理狀態(tài)影響也比較大，通常情況下在暗處生長的無菌苗的外植體與光照下無菌苗的外植體相比，形成的愈傷、胚狀體更加容易。培養(yǎng)基的成分以及條件的不同能夠直接影響體細(xì)胞胚產(chǎn)生。大量研究實(shí)踐表明最適宜棉花的體細(xì)胞胚胎發(fā)生、植株再生的培養(yǎng)基pH應(yīng)該控制在5.7～6.3，外部培養(yǎng)的溫度最好是27～31℃。培養(yǎng)基中使用適當(dāng)?shù)闹参锛に啬軌蛴行У卣T導(dǎo)體細(xì)胞胚胎的發(fā)生，也是主要誘導(dǎo)高頻率的胚狀體的因素。吲哚乙酸是常用激素，不僅能夠誘導(dǎo)胚性愈傷組織，還能誘導(dǎo)胚狀體。

八、 影響棉花體細(xì)胞胚胎發(fā)生的細(xì)胞內(nèi)因素

影響其發(fā)生的細(xì)胞內(nèi)因素是基因型限制，品種不同棉花體的細(xì)胞胚胎發(fā)生能力也不同。大量研究發(fā)現(xiàn)棉花體的細(xì)胞胚胎能力可以劃分為4類：高能力、中等能力、低能力、完全沒能力的品種?；蛐陀绊戵w細(xì)胞胚的產(chǎn)生過程非常復(fù)雜，因?yàn)檫@是由多基因參與產(chǎn)生的過程。

九、 棉花體細(xì)胞胚胎發(fā)生的未來發(fā)展方向

棉花體細(xì)胞胚胎發(fā)生的組織培養(yǎng)十分依賴基因型，種間、品種間有著不同的再生能力。因此要努力地?cái)U(kuò)大基因型范圍，尋找最適合棉花組織的培養(yǎng)條件，建立起高效、穩(wěn)定并且不嚴(yán)格限制基因型的再生體系。培養(yǎng)的過程很復(fù)雜，周期長且重復(fù)性又比較差，要更加深入地研究誘導(dǎo)棉花體細(xì)胞胚胎的因素，簡化過程，縮短周期，提高培養(yǎng)效率。建立科學(xué)的研究系統(tǒng)，減少畸形苗的發(fā)生，提高棉花體的細(xì)胞胚胎發(fā)生率。未來的研究方向是染色體的變異、產(chǎn)生畸形胚的影響因素以及控制變異率的手段。此外，還需要不斷地優(yōu)化棉花體的細(xì)胞胚胎發(fā)生體系，建立組織培養(yǎng)的體系，縮短棉花組織的培養(yǎng)周期，提高棉花體的細(xì)胞胚胎發(fā)生效率。

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