新疆主栽春小麥品種花藥培養(yǎng)力基因型差異分析

摘要：【目的】研究新疆春小麥品種花藥培養(yǎng)力基因型差異，建立新疆小麥花藥離體培養(yǎng)技術(shù)，鑒定新疆主栽及近期審定春小麥品種花藥培養(yǎng)力，篩選新疆小麥高花培力中心親本種質(zhì)。【方法】以新疆主栽及近期審定春小麥品種為參驗材料，利用以C₁₇誘導(dǎo)培養(yǎng)基與NT₅分化培養(yǎng)基為主要培養(yǎng)基的花藥離體培養(yǎng)技術(shù)，對參試材料的愈傷組織誘導(dǎo)率、綠苗分化率、綠苗產(chǎn)率、白苗分化率、白苗產(chǎn)率進行統(tǒng)計及5個花藥培養(yǎng)力性狀進行相關(guān)分析?！緦嶒灲Y(jié)果】14個基因型的春小麥品種愈傷組織誘導(dǎo)率、綠苗分化率、綠苗產(chǎn)率、白苗分化率及白苗產(chǎn)率變化范圍分別為0-3.33%、0-220%、0-7.30%、0-50%、0-0.66%，各花藥培養(yǎng)力性狀在不同基因型中差異明顯，其中綠苗分化率基因型間差異最大?；蛐陀鷤M織誘導(dǎo)特性與綠苗、白苗的分化正相關(guān)，愈傷再生分化成綠苗或是白苗沒有相關(guān)性?！窘Y(jié)論】篩選出能產(chǎn)生愈傷組織的基因型5個：新春6號、新春39號、新春43號、新春44號和新春48號，新春39號和新春44號；經(jīng)分化能產(chǎn)生綠苗的新春39號花藥分化綠苗產(chǎn)率7.30%，新春44號花藥分化綠苗產(chǎn)率1.50%，因此，養(yǎng)篩選出新春39號和新春44號兩個花培育種核心親本材料。

關(guān)鍵詞：春小麥；花藥培養(yǎng)；基因型；

0 引言

【研究意義】研究近些年新疆主栽春小麥品種在花藥培養(yǎng)中基因型間的差異，篩選具有高花培養(yǎng)力的骨干親本，可用于提高基因型選擇率、加快育種進程、縮短育種年限，對于新疆春小麥育種遺傳改良具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】自20世紀(jì)70年代以來，小麥花藥培養(yǎng)育種技術(shù)已取得重大成就^[1]。目前，利用此技術(shù)已育成的小麥品種有京花1號^[2]、陜農(nóng)28^[3]、花培1號^[4]、花培6號^[5]、寧春50號^[6]、生選6號^[7]，隴春31號^[8]等?；ㄋ幣囵B(yǎng)是通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)進行離體培養(yǎng).即在特定的無菌操作環(huán)境下，把發(fā)育至一定時期的花藥接種到人工培養(yǎng)基上，以此來改變花藥內(nèi)部花粉粒的發(fā)育程序，并誘導(dǎo)花藥分化，使其連續(xù)進行有絲分裂，形成一團無序生長狀態(tài)的薄壁組織，隨后使其分化成單倍體植株的一種方法^[9]，且花藥培養(yǎng)是獲得單倍體的主要途徑之一^[10]。據(jù)研究表明，在小麥花培育種技術(shù)中，綠苗產(chǎn)率為評估小麥高花培養(yǎng)力的重要指標(biāo)。基因型依賴性、培養(yǎng)條件等方面都會對其產(chǎn)生一定的影響，小麥花藥培養(yǎng)技術(shù)在基因型依賴性方面存在一定的局限性。由于小麥在花培育種中屬基因型依賴性較強，若親本選配時父母本性狀差，高花培力低，則會出現(xiàn)綠苗產(chǎn)生數(shù)量少或根本不出綠苗^[11]；若親本選配時父母本性狀互補，可提高小麥花培育種效率；若雙親都具備優(yōu)良性狀，花培效率反而可能會低^[12]。宋運賢等^[13]以C₁₇和癸為誘導(dǎo)培養(yǎng)基，將26份供試材料（含雜交組合）以低溫（4℃）分別預(yù)處理0d、0.5d、2d、4d、6d、8d、10d、12d、14d作為對照，發(fā)現(xiàn)預(yù)處理0.5d時，綠苗產(chǎn)率高，差異較顯著；預(yù)處理4d時，愈傷組織分化率高；預(yù)處理8-14d時，基本失去脫分化能力，此研究進一步表明不同供試材料的基因型在相同低溫溫度預(yù)處理條件下的最佳時間不同。楊雪等^[14]研究MS、N₆、C₁₇和K四種培養(yǎng)基對小麥花藥愈傷組織誘導(dǎo)率的影響時，發(fā)現(xiàn)小麥花藥在四種培養(yǎng)基中愈傷組織誘導(dǎo)率差異較顯著，從大到小依次為K、C₁₇、N₆、MS，其中C₁₇培養(yǎng)基的誘導(dǎo)穩(wěn)定性比較好。Ekiz H等^[15]研究光照對春小麥花藥培養(yǎng)愈傷組織誘導(dǎo)和分化的影響時，發(fā)現(xiàn)在誘導(dǎo)愈傷組織過程中，暗培養(yǎng)愈傷組織誘導(dǎo)率最高，而光培養(yǎng)會抑制愈傷組織的形成；在分化階段采用光培養(yǎng)+暗培養(yǎng)方式時，綠苗分化率達到峰值。【本研究切入點】以新疆主栽及近期審定春小麥品種為研究對象，利用花藥離體培養(yǎng)技術(shù)，鑒定愈傷組織誘導(dǎo)率、綠苗產(chǎn)率、綠苗分化率、白苗產(chǎn)率、白苗分化率五個花藥培養(yǎng)力相關(guān)性狀。【擬解決的關(guān)鍵問題】明確新疆小麥品種花藥培養(yǎng)力基因型間的差異，鑒選小麥高花培力中心親本種質(zhì)。

1 材料與方法

1.1"材料

參試材料為新疆主栽春小麥品種及骨干親本（表1）：新春6號、新春11號、新春17號、新春21號、新春26號、新春29號、新春37號、新春38號、新春39號、新春40號、新春43號、新春44號、新春48號、核春137，共計14份材料。

1.2"方法

1.2田間設(shè)計

參試材料在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所昌吉軍戶春小麥育種基地種植，每份材料種植面積4平方米（行長4米，5行，行距0.2米，每行播1000粒），采用人工開溝條播。整地前施尿素20公斤/畝、磷酸二銨15公斤/畝，澆拔節(jié)水時追施尿素20公斤/畝、磷酸二銨5公斤/畝。

1.2花藥培養(yǎng)

待花粉粒發(fā)育至單核中晚期，取小麥穗用保鮮膜完全包裹，裝入取樣自封袋中，標(biāo)記后置于4℃冰箱中預(yù)處理2-3d。接種前將已預(yù)處理后的小麥穗外部用75%酒精棉擦拭兩遍置于超凈臺上，超凈臺中剝出小麥幼穗用75%酒精棉擦拭穗外部備用，每份材料接種3瓶，每瓶150個花藥，重復(fù)三次。用鑷子將花藥取出置于C17誘導(dǎo)培養(yǎng)基^[16]（2.0mg/L 2-4，D＋0.5mg/L "KT＋7g/L瓊脂粉＋90g/L蔗糖，PH為5.8-6.0），誘導(dǎo)培養(yǎng)階段采用32±1℃恒溫暗培養(yǎng)方式處理3d后轉(zhuǎn)27-29℃培養(yǎng)。當(dāng)愈傷組織直徑為0.5-1.0mm時，轉(zhuǎn)移到分化培養(yǎng)基上，分化培養(yǎng)采NT5培養(yǎng)基（2.0mg/L KT＋5.5g/L 瓊脂粉＋30g/L 蔗糖＋100mg/L LH＋1mg/L LAA，PH范圍為5.8-6.0）。分化培養(yǎng)采用25±1℃光培養(yǎng)，每日光照12h，光照強度為2000-3000lx。

預(yù)處理：取花粉粒發(fā)育至單核中晚期（一般情況下處于打苞期，被包裹的穗子未與空氣接觸且穗子長度距離旗葉葉鞘1/3處較為適宜）的小麥幼穗用保鮮膜完全包裹，分別裝進取樣自封袋中做好標(biāo)記隨后放入4℃冰箱中進行預(yù)處理2-3d。

誘導(dǎo)階段：接種前將已預(yù)處理過后的材料取出進行消毒，隨后用鑷子將花藥取出置于已配好的C17誘導(dǎo)培養(yǎng)基上。每份品種材料接種3瓶，一瓶150個花藥，重復(fù)三次。誘導(dǎo)培養(yǎng)階段采用32±1℃恒溫暗培養(yǎng)方式處理3d后轉(zhuǎn)27-29℃誘導(dǎo)。

分化階段：當(dāng)愈傷組織直徑為0.5-1.0mm時，轉(zhuǎn)移到NT5分化培養(yǎng)基上，直至出現(xiàn)綠苗。分化培養(yǎng)采用25±1℃光培養(yǎng)，每日光照12h，光照強度為2000-3000lx。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

利用GraphPad Prism軟件繪制花藥培養(yǎng)力相關(guān)性狀頻次分布圖，利用DPS軟件進行統(tǒng)計分析，Graphpad Prism 7.0軟件作圖。

愈傷組織誘導(dǎo)率＝（產(chǎn)生的愈傷組織塊數(shù)／接種花藥數(shù)）×100%；

綠苗分化率 ＝（產(chǎn)生的綠苗數(shù)／轉(zhuǎn)分化愈傷數(shù)）×100%；

綠苗產(chǎn)率＝（產(chǎn)生的綠苗數(shù)／接種花藥數(shù)）×100%；

白苗分化率 ＝（產(chǎn)生的白苗數(shù)／轉(zhuǎn)分化愈傷）×100%；

白苗產(chǎn)率＝（產(chǎn)生的白苗數(shù)／接種花藥數(shù)）×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1參試材料愈傷組織誘導(dǎo)差異

參試不同基因型材料愈傷組織誘導(dǎo)率存在明顯差異，其中5份材料產(chǎn)生愈傷組織（圖1）：新春6號、新春39號、新春43號、新春44號和新春48號，占參試材料的35.71%，且愈傷組織誘導(dǎo)率偏低，其中新春39號愈傷組織誘導(dǎo)率最高3.33%，其余品系愈傷組織誘導(dǎo)率分別為：0.22%、1.33%、1.56%、0.44%。

2.2愈傷組織再生分化花粉植株差異

不同參試材料愈傷再生分化綠苗差異明顯，愈傷組織分化出綠苗的材料（圖3）：新春39號和新春44號，占參試材料的40.00%，其中新春39號愈傷組織分化綠苗率220%，新春44號愈傷組織分化綠苗率100%。不同參試材料愈傷再生分化白苗也存在明顯差異，愈傷組織分化出白苗的材料：新春39號、新春44號和新春44號，占參試材料的60.00%，參試品系愈傷組織白苗分化率分別為：20.00%、28.57%、50.00%。

2.3 參試材料花藥經(jīng)脫分化、分化再生植株差異

14個參試品種花藥經(jīng)分化綠苗能力存在明顯差異，分化產(chǎn)生綠苗的參試品種：新春39號和新春44號，占參試材料的14.20%，其中新春39號花藥分化綠苗產(chǎn)率7.30%，新春44號花藥分化綠苗產(chǎn)率1.50%。14個參試品種花藥分化白苗能力也存在明顯差異，分化產(chǎn)生白苗的材料：新春39號、新春44號和新春48號，占參試材料的21.42%，參試品系花藥分化白苗產(chǎn)率分別為：0.66%、0.44%、0.44%。

2.4花藥培養(yǎng)力性狀間的相關(guān)性

相關(guān)性分析結(jié)果表明，愈傷組織誘導(dǎo)率與綠苗分化率呈顯著正相關(guān)，與白苗分化率、綠苗產(chǎn)率及白苗產(chǎn)率呈極顯著正相關(guān)；綠苗分化率與綠苗產(chǎn)率呈極顯著正相關(guān)，與白苗分化率及白苗產(chǎn)率相關(guān)不顯著；綠苗產(chǎn)率與白苗產(chǎn)率呈顯著正相關(guān)，與白苗分化率相關(guān)不顯著；白苗分化率與白苗產(chǎn)率呈極顯著正相關(guān)。

2.5高花培力骨干親本

參試14個不同基因型春小麥品種經(jīng)花藥培養(yǎng)，產(chǎn)生愈傷組織5份材料：新春6號、新春39號、新春43號、新春44號和新春48號；其中愈傷組織能分化出綠苗的材料：新春39號和新春44號，新春39號愈傷組織分化綠苗率220%，新春44號愈傷組織分化綠苗率100%；新春39號和新春44號經(jīng)分化產(chǎn)生綠苗，新春39號花藥分化綠苗產(chǎn)率7.30%，新春44號花藥分化綠苗產(chǎn)率1.50%；因此，參試14個春小麥品種經(jīng)花藥培養(yǎng)篩選出新春39號和新春44號兩個花培育種核心親本材料。

3 討論

3.1花藥培養(yǎng)力性狀的基因型依賴性

研究表明，小麥花藥離體培養(yǎng)存在基因型依賴性，花藥離體培養(yǎng)的基因型依賴性是限制小麥花培技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要因素之一。王煒等^[17]對86份甘肅主栽小麥和骨干親本的愈傷誘導(dǎo)及花粉苗分化情況的研究表明，愈傷組織誘導(dǎo)率、綠苗分化率、綠苗產(chǎn)率及白苗分化率基因型間差異顯著。本研究對14個基因型的花藥培養(yǎng)力性狀鑒定結(jié)果表明，愈傷組織誘導(dǎo)率、綠苗分化率、綠苗產(chǎn)率、白苗分化率及白苗產(chǎn)率5個花培性狀基因型間均差異明顯，與前人研究結(jié)果相同。其中，基因型問差異最大的性狀是綠苗分化率，其次是白苗分化率、綠苗產(chǎn)率、愈傷組織誘導(dǎo)率、白苗產(chǎn)率。本研究結(jié)果與王煒等研究結(jié)果基本一致，基因型間差異最大的花培力性狀均為綠苗分化率。

3.2花藥培養(yǎng)力性狀間相關(guān)性

王煒等^[17]對86份甘肅主栽小麥和骨干親本花藥離體培養(yǎng)的愈傷誘導(dǎo)及綠苗分化情況的相關(guān)分析研究表明，愈傷組織誘導(dǎo)率和綠苗分化率沒有相關(guān)性。本研究對14個基因型的花藥培養(yǎng)力性狀相關(guān)性分析表明，愈傷組織誘導(dǎo)率和綠苗分化率呈正相關(guān)，此結(jié)果與王煒等研究結(jié)果不同，可能是因為所研究基因型不同導(dǎo)致，后續(xù)還有待利用更多的基因型進行驗證。

4 結(jié)論

參試不同基因型材料愈傷組織誘導(dǎo)率、綠苗分化率、綠苗產(chǎn)率、白苗分化率和白苗產(chǎn)率存在明顯差異，參試14個春小麥品種經(jīng)花藥培養(yǎng)其中5份材料產(chǎn)生愈傷組織：新春6號、新春39號、新春43號、新春44號和新春48號；愈傷組織分化出綠苗的材料：新春39號和新春44號，占參試材料的40 %，其中新春39號愈傷組織分化綠苗率220%，新春44號愈傷組織分化綠苗率100%；愈傷組織分化出白苗的材料：新春39號、新春44號和新春44號，占參試材料的60%；14個參試品種花藥經(jīng)分化產(chǎn)生綠苗的材料：新春39號和新春44號，占參試材料的14.20%，其中新春39號花藥分化綠苗產(chǎn)率7.30%，新春44號花藥分化綠苗產(chǎn)率1.50%；參試14個春小麥品種經(jīng)花藥培養(yǎng)篩選出新春6號、新春39號、新春43號、新春44號和新春48號，共5份花培骨干親本材料，其中新春39號和新春44號屬花培核心親本材料。

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WANG"Chunsheng， LI Jianfeng^*， ZHANG"Yueqiang^*， FAN"Zheru， WANG"Zhong， GAO"Xin， SHI"Jia， ZHANG"Hongzhi， WANG Lihong，XIA"Jianqiang， WANG"Fangping， ZHAO"Qi

（Research Institute of Nuclear Technology and Biotechnology，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091，China）

Abstract：【Objective】To investigate the genotypic differences in anther culture ability of spring wheat varieties， establish the anther culture technology for wheat in Xinjiang， determine the anther culture ability of main cultivated and recently approved spring wheat varieties， and select high anther culture ability parental materials for wheat breeding in the region.【Method】Using mainly C17-induced culture medium and NT5 differentiation culture medium as the main culture media， the anther culture technology was used to evaluate the callus induction rate， green plant differentiation rate， green plant production rate， albino plant differentiation rate， and albino plant production rate of the test materials， and then the correlation analysis of 5 anther culture traits was carried out.【Result】The range of callus induction rate， green plant differentiation rate， green plant production rate， albino plant differentiation rate， and albino plant production rate of 14 genotypes of spring wheat varieties was 0-3.33%， 0-220%，"0-7.30%， 0-50%， 0-50%， respectively. The anther culture traits differed significantly among different genotypes， with the green plant differentiation rate showing the greatest variation. The callus induction characteristics were positively correlated with the differentiation of green plants and albino plants， but there was no correlation between callus regeneration and the differentiation into green plants or albino plants.【Conclusion】Five genotypes are screened out that could produce callus： Xinchun 6， Xinchun 39， Xinchun 43， Xinchun 44， and Xinchun 48. Among them， Xinchun 39 and Xinchun 44 have the highest green plant differentiation rates. The green plant differentiation rate of Xinchun 39 is 7.30%， and that of Xinchun 44 is 1.50%. Therefore， Xinchun 39 and Xinchun 44 are selected as the core parental materials for anther culture breeding.

Key"words："spring wheat; anther culture; genotype

資助項目：新疆維吾爾自治區(qū)科技支疆項目“小麥高花藥培養(yǎng)力種質(zhì)引進及其育種應(yīng)用”（2020E0219）

Fund"Project："the Science and Technology Support Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region"\"Introduction of Wheat Germplasm with High Anther Culture Ability and its Breeding Application\" （2020E0219）

作者簡介：王春生（1995-），男，山東，助理研究員，研究方向為小麥誘變育種，1132060544@qq.com

通訊作者：李劍峰^*（1979-），男，陜西，研究員，研究方向為小麥誘變育種，Ljfm1979@163.com

Author's profile： WANG"Chunsheng （1995-）， male， from Shandong"Province， assistant research fellow， research direction： wheat mutation breeding， email： 1132060544@qq.com.

Correspondence"author： LI"Jianfeng （1979- ）， male， Shaanxi"province， associate researcher， research direction： wheat mutation breeding， Ljfm1979@163.com.