番茄幼胚培養(yǎng)體系優(yōu)化和比較研究

徐明磊 孫亞楠

番茄營養(yǎng)豐富，栽培面積大，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和作物育種中占有非常重要的地位。而番茄的常規(guī)采種操作較為復(fù)雜，需要在番茄果實(shí)完熟后取出種子并經(jīng)過充分后熟等程序才能再次播種，致使傳統(tǒng)育種技術(shù)存在育種周期偏長、增產(chǎn)潛力有限等局限性。因而探索將育種周期短、提高育種效率的技術(shù)手段用于番茄等重要作物的遺傳上便顯得十分必要和迫切。

本研究中對培養(yǎng)體系中的培養(yǎng)基類型、幼胚胚齡等因素進(jìn)行了優(yōu)化分析，以期建立良好高效的番茄幼胚培養(yǎng)體系。另外進(jìn)行了幼胚培養(yǎng)與普通育種相結(jié)合提高育種效率效果的研究。研究結(jié)論不但利于提高番茄育種的時間效率，而且在番茄的遠(yuǎn)緣雜交、基因工程等方面也具有很大的參考價值。

1 研究材料和方法

1.1 研究材料和藥品 以番茄栽培品種豫藝粉冠為研究對象，在平頂山市農(nóng)科院組培室和溫室進(jìn)行相關(guān)研究。6-BA、GA3和IAA等藥品購自生工生物工程(上海)有限公司，其他化學(xué)試劑為國產(chǎn)分析純。

1.2 研究方法和內(nèi)容 按照研究方案采摘目的番茄幼果，先經(jīng)自來水充分沖洗，再用10%次氯酸鈉表面滅菌15分鐘，然后用無菌水沖洗3～5次完成消毒操作。接下來在無菌條件下進(jìn)行取出幼胚、無菌接種等操作，每種培養(yǎng)基接種25瓶，每瓶接種10個幼胚，隨時觀察生根生芽情況。最后對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計和比較。

接種后在培養(yǎng)溫度25±1℃，每天光照12小時，光照強(qiáng)度2 500 lx下進(jìn)行人工培養(yǎng)。番茄幼苗的生長，進(jìn)行轉(zhuǎn)瓶，使每瓶幼苗數(shù)在5株。苗高到5～7 cm時進(jìn)行移栽。移栽前要打開瓶口，陰處放置1～3天進(jìn)行煉苗，然后取出移栽到裝有營養(yǎng)土的營養(yǎng)缽中，澆足水。5～7天后，再生植株即可正常生長發(fā)育。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS等軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

1）培養(yǎng)基比較。培養(yǎng)基是番茄幼胚培養(yǎng)成功與否的重要因素之一。本研究以MS為基本培養(yǎng)基，附加不同濃度的6-BA、GA3和IAA組成的8種培養(yǎng)基 (見表1)，培養(yǎng)基pH值均為5.8。進(jìn)行成苗數(shù)和成苗率的統(tǒng)計比較分析，借此確定番茄幼胚培養(yǎng)成苗率率最佳的培養(yǎng)基組合類型。

表1 番茄幼胚培養(yǎng)的培養(yǎng)基組合 mg/L

2）胚齡比較。為了節(jié)約時間提高育種效率，我們要求胚齡越小越好。但是一般來說，胚齡越小，培養(yǎng)難度越大，成苗率低，所形成的幼苗往往畸形、瘦弱，甚至死亡。因而我們需要探尋一個效率和成苗率的黃金結(jié)合點(diǎn)。我們對番茄不同胚齡的幼胚培養(yǎng)進(jìn)行了研究，分別對授粉后15天、20天、25天、30天、35天的番茄幼果進(jìn)行幼胚培養(yǎng)。并比較他們的成苗率，藉此獲得番茄幼胚培養(yǎng)的最佳胚齡。

為了確保胚齡計算的一致性，對研究對象進(jìn)行人工授粉和套袋隔離，并以授粉日期作為胚齡計算起點(diǎn)。

3）幼胚培養(yǎng)效果比較。為了使研究結(jié)果更有說服力，分別用幼胚培養(yǎng)的方法與常規(guī)育種方法進(jìn)行系統(tǒng)的效果比較，完成一個從授粉到下一代花期的番茄生長周期，對二者分別所用的時間進(jìn)行綜合分析比較。對番茄幼胚培養(yǎng)的應(yīng)用實(shí)際效果進(jìn)行了驗(yàn)證。

2 研究結(jié)果

2.1 培養(yǎng)基比較選擇

表2 番茄幼胚培養(yǎng)成苗情況 %

據(jù)分析結(jié)果表2可知，8種類型培養(yǎng)基的培養(yǎng)效果各有不同，且都隨著胚齡增大而成苗率也增大，在胚齡為30天和35天時出苗率較為接近和穩(wěn)定，并且顯著高于胚齡為15天、20天和25天的出苗率。分別對胚齡為30天和35天時出苗率數(shù)據(jù)資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，獲得兩種胚齡情況下，8種培養(yǎng)基的差異性結(jié)果。胚齡為30天時，第4種培養(yǎng)基的出苗率最高，為88%，與其次的第2種培養(yǎng)基的出苗率86%相比沒有顯著性差異，而與再其次的第1種培養(yǎng)基的出苗率相比，達(dá)到極顯著差異。對于胚齡為35天的培養(yǎng)基，出苗率最高的為第4種培養(yǎng)基的88%，接下來分別為第2培養(yǎng)基的86%和第1培養(yǎng)基的82%，并且三種培養(yǎng)基的出苗率之間沒有顯著差異。

2.2 胚齡的比較確定 由表2可以看出：不同幼胚大小對成苗率影響很大。太小的幼胚兒乎不能培養(yǎng)成苗，比如胚齡15天的基本沒有成苗數(shù)。20天、25天、30天、35天胚齡的成苗數(shù)得到很大提高，其中胚齡為30天和35天的出苗率較為接近和穩(wěn)定。借用R軟件，對胚齡為30天的出苗率和胚齡為35天的出苗率進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果P值 0.428＞0.05，因而可以認(rèn)為胚齡為30天的成苗率和胚齡為35天的成苗率沒有顯著差異。從較理想的成苗率及較高的時間效率上考慮，把最佳的胚齡確定在30天的胚齡。

2.3 幼胚培養(yǎng)效果比較 為了更加明晰番茄幼胚培養(yǎng)在育種中的提升作用，將番茄的幼胚培養(yǎng)與常規(guī)育種方法進(jìn)行一個世代的分析比較。番茄幼胚培養(yǎng)方式，整個生長周期共計62天。田間傳統(tǒng)方法以人工授粉的花序作為研究對象，整個生長周期共計114天。

以上的數(shù)據(jù)分析結(jié)果說明，通過幼胚培養(yǎng)和一般育種相結(jié)合的方法，在進(jìn)行番茄育種工作時一個世代生育過程所需的時間是傳統(tǒng)方式的一半，即幼胚培養(yǎng)可以提高一倍的育種效率。

3 結(jié)論

通過以上對研究數(shù)據(jù)的分析結(jié)果可知，番茄幼胚培養(yǎng)的出苗率受多種因素的影響。通過對8種培養(yǎng)基效果的比較得出，以MS為基本培養(yǎng)基附加 1.0 mg/L 6-BA、1.0 mg/L GA3、0.2 mg/L IAA的培養(yǎng)基組合和以MS為基本培養(yǎng)基附加 1.0 mg/L 6-BA、2.0 mg/L GA3、0.2 mg/L IAA的培養(yǎng)基組合效果最佳。

30天胚齡番茄幼胚培養(yǎng)的出苗率達(dá)到88%，與35天胚齡的培養(yǎng)效果無顯著差異，明顯高于15天、20天和25天胚齡的出苗率。因而在考慮理想培養(yǎng)效果和兼顧時間效率的情況下，分析認(rèn)為番茄幼胚培養(yǎng)在授粉30天的胚齡效果最佳。

一個番茄世代，利用常規(guī)育種方法需要114天，而采用番茄幼胚培養(yǎng)方法僅需62天。本研究的結(jié)論表明，通過幼胚培養(yǎng)和傳統(tǒng)育種相結(jié)合可以大大節(jié)約繁育時間，這在提高番茄育種效率方面具有重大的作用和意義。另外番茄幼胚培養(yǎng)體系的優(yōu)化和創(chuàng)建，對于番茄生物技術(shù)相關(guān)研究中也有著重要的潛在意義和價值。