水稻花藥培養的影響因素及其發展探析

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技術中影響培養力的主要因素,分析提出花培技術和遺傳育種應用需要深入研究的問題,并對水稻花培的發展作了初步探討。

關鍵詞水稻;花藥培養;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,水稻花藥培養育種主要特點表現為縮短育種周期、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,創造了巨大的社會效益和經濟效益。我國于20世紀70年代開始花藥培養育種,現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力的主要環節,提出需進一步研究的問題,并對該技術今后的發展作一些初步探討。

1影響水稻花藥培養力的因素

1.1材料的選擇

基因型是影響水稻花培培養力的最重要的因素。一般認為粳稻培養效率較高,秈粳雜交后代居中,秈稻培養力極低。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別[1]。因此,供體品種的選擇對提高花培的培養力特別重要。

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手段,其作用主要是改善花粉的生理狀態、延緩花粉的退化、提高內源激素的水平、啟動雄核發育,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,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基本培養基

繼最初使用Miller培養基進行花培成功后,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培養基等[5]。為簡化培養手續、縮短培養時間、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,互相搶奪營養成分,因此一次成苗法的花藥接種數量要比多次成苗法減少30%左右,可提高誘導率、綠苗率。

1.5培養條件

水稻花培一般分為2個階段,即暗培養與光培養。顏昌敬[6]認為暗、光培養的溫度以26~28℃為好。秈稻的暗培養以25℃左右為最佳,過高會產生大量白化苗,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。愈傷組織從暗培養轉入光培養時間對綠苗率也有一定影響,過早轉移,組織塊營養貧乏,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花藥培養存在的問題及對策

2.1花藥培養力低

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,每一個環節都會對花藥培養效率造成影響。這就要求一方面選擇好的接種材料,優化培養條件,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花藥培養的局限性

按概率理論,基于相同的優良性狀重組頻率,可供選擇的群體越大,獲得優良性狀重組單株的可能性就越大。對花培育種來說,優良單株的選擇僅是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,這是花藥培養的局限。一般選用F3 或F4 代材料進行花培,將增加優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、少數量”的策略,先測定組合的培養力,同時種植F2,在單株選擇后,取培養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定,建立基因工程花培育種體系,將為花培育種開創一個嶄新的局面。

4參考文獻

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

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

[3] 肖國櫻.水稻花藥培養研究進展[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].北京農業科學,1999,17(4):14-16.

[5] 柳美南,鐘海明,陳綿橋,等.水稻花藥培養及其應用[J].現代農業科技,2008(17):234-236.

[6] 顏昌敬.植物組織培養手冊[M].上海:上海科學技術出版社,1990.

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