小麥籽粒性狀與小麥成熟胚再生能力關(guān)系的初步研究

張金民 崔桂賓

摘 要：從小麥的籽粒性狀入手，探究小麥種子成分、種子形態(tài)特征以及種子活力與小麥成熟胚再生能力的關(guān)系。結(jié)果表明：小麥種子成分（粗蛋白含量、淀粉含量和水分含量等）、種子形態(tài)大?。ㄩL、寬和厚）和種子的萌發(fā)特性（發(fā)芽率和發(fā)芽勢）與小麥成熟胚再生能力無顯著相關(guān)性，說明影響小麥成熟胚再生能力的因素并不來源于小麥種子成分、種子形態(tài)和種子萌發(fā)活力這些性狀。

關(guān)鍵詞：小麥；成熟胚；籽粒性狀；再生能力

中圖分類號 S512.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）20-0050-3

小麥是我國三大糧食作物之一，但其遺傳轉(zhuǎn)化的研究明顯滯后于水稻和玉米，建立穩(wěn)定、高效的遺傳轉(zhuǎn)化體系是提高小麥遺傳轉(zhuǎn)化效率的基礎(chǔ)[1]。研究發(fā)現(xiàn)，小麥幼胚在遺傳轉(zhuǎn)化中具有較強的再生能力，被認為是相對較為理想的遺傳轉(zhuǎn)化材料，但種子中復(fù)雜的生理生化變化，可能會對幼胚的形成、發(fā)育和成熟產(chǎn)生影響，最終影響成熟胚的成分、形態(tài)結(jié)構(gòu)、內(nèi)源激素含量等，進而影響其脫分化和再生成苗能力。而種子的胚乳以及種子的其他性狀包括種子成分、種子形狀和種子活力等是否會影響小麥成熟胚的再生能力尚未見報道。因此，本研究對21份具有不同再生能力小麥品種（系）的種子成分、種子形態(tài)特征以及種子活力與小麥成熟胚再生能力的關(guān)系進行了分析，初步探討了小麥成熟胚的再生能力與小麥籽粒性狀的關(guān)系，以期為探索影響小麥高效再生基因型的篩選提供思路和借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 試驗所用21份材料均由農(nóng)業(yè)部西北地區(qū)小麥生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室提供。

1.2 測定指標 采用近紅外谷物品質(zhì)分析儀測定小麥種子的水分含量、粗蛋白含量、濕基面筋含量、吸水率、淀粉含量等，每個品種（系）設(shè)置3個重復(fù)。采用濾紙培養(yǎng)的方式于12cm×12cm的培養(yǎng)皿中直接測定種子活力和發(fā)芽勢等。利用游標卡尺對小麥的長度、寬度和厚度等形態(tài)指標進行測定，每個品種隨機選取25粒小麥種子，3次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理 利用Microsoft Office 2013和DPS6.55軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥籽粒的品質(zhì) 小麥籽粒的品質(zhì)指標的變異由大至小分別是面團穩(wěn)定時間、沉降值、淀粉含量、濕面筋含量、粗蛋白含量、含水量、吸水率、出粉率和容重。由表1可知，品質(zhì)表現(xiàn)最好的材料是TC-5，其粗蛋白含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時間均達到國家優(yōu)質(zhì)小麥標準，為典型的強筋小麥。品質(zhì)表現(xiàn)最差的是徐麥1-11，其蛋白含量、濕面筋含量均較低。

2.2 小麥籽粒的形態(tài)性狀 由表2可知，不同小麥品種（系）的種子形態(tài)特征存在較大差異。21個小麥品種（系）的長、寬、高的平均值分別為0.671、0.343和0.302，變異系數(shù)分別為0.0506、0.0455和0.0472。小麥的長、寬、高的變異差異較小，小麥粒長的變異系數(shù)最大，籽粒寬度的變異系數(shù)最小，說明小麥形態(tài)特征中籽粒長度的變化輻度最大，其次是籽粒厚度，最后是籽粒寬度。

2.3 小麥種子的活力 由表2可知，所有參試材料的小麥發(fā)芽率的平均值為86.18%，發(fā)芽率為89.35%，變異系數(shù)分別為0.1791和0.1432，小麥發(fā)芽勢的變異系數(shù)明顯大于發(fā)芽率。在所有小麥材料中，表現(xiàn)較好的是渭科2號、山農(nóng)60535和XN2112，其發(fā)芽勢和發(fā)芽率均為100%，種子活力最佳。

2.4 小麥籽粒特征與小麥再生能力分析 對21個小麥品種的胚性愈傷率、分化率和成苗率進行聚類分析，將洛新988，HM等8個小麥品種（系）被聚為I類，該類小麥品種的愈性胚傷率、分化率和成苗率都在15%以下。山農(nóng)60535，YS2等7個小麥品種（系）被聚為II類，其愈性胚傷率、分化率和成苗率中至少有2個反映成熟胚再生能力的指標都達到15%以上。魯麥14，渭科2號等6個小麥品種（系）被聚為第III類，這類小麥成熟胚的再生能力最強，胚性愈傷率和分化率都在30%以上，成苗率在20%以上。由表3可知，3類成熟胚再生能力不同的小麥的胚性愈傷率、分化率和成苗率均具有極顯著差異（P<0.01），表明聚類分析的結(jié)果是可靠的。但3類成熟胚再生能力不同的小麥的籽粒特征均無顯著差異，表明籽粒特征對小麥成熟胚的再生能力沒有影響。由表4可知，胚性愈傷率、分化率、成苗率與小麥的籽粒特征之間沒有顯著相關(guān)性。

3 結(jié)論與討論

以成熟胚作為遺傳轉(zhuǎn)化的外植體在水稻、柳枝稷、玉米、小麥等作物中都有報道，且常將整粒種子放入誘導(dǎo)培養(yǎng)基中進行脫分化培養(yǎng)[2-4]，小麥種子中除了成熟胚以外的其他成分很可能會影響小麥愈傷組織的形成。小麥成熟胚的遺傳轉(zhuǎn)化受基因型的影響較大[5-7]，表明遺傳因素在小麥遺傳轉(zhuǎn)化中扮演著重要角色，雖然小麥種子中遺傳物質(zhì)主要來源于小麥胚，但也不排除小麥胚乳或者種子中的其他因素對小麥胚發(fā)育的影響進而影響到成熟胚的再生能力。本次試驗結(jié)果表明，小麥的種子成分包括蛋白質(zhì)含量、淀粉含量和籽粒的水分含量等種子中的主要組成成分與成熟胚的再生無顯著相關(guān)性，種子形態(tài)特征與小麥成熟胚再生能力亦無顯著相關(guān)性。這表明試驗中所關(guān)注的小麥的種子成分并不影響小麥成熟胚的再生能力，影響成熟胚再生能力的因素并不來源于小麥種子中的蛋白質(zhì)、淀粉和含水量等因素，但也不排除其它的種子成分包括微量元素、可溶性糖、脂肪等的影響。此外，小麥的種子活力與小麥成熟胚再生能力也沒有顯著相關(guān)性，表明成熟胚的再生能力與種子的萌發(fā)能力無關(guān)，種子活力高的小麥品種成熟胚的再生能力并不一定強，種子活力低的小麥品種成熟胚的再生能力也不一定弱，可見種子活力與小麥成熟胚的再生能力是2個完全不同的性狀，種子活力不能作為小麥成熟胚再生能力的鑒定指標。

參考文獻

[1]Li J，Ye X，An B，et al.Genetic transformation of wheat： current status and future prospects[J].Plant Biotechnology Reports，2012，6（3）：183-193.

[2]岳潤清.小麥成熟胚脫分化及其植株再生研究[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[3]劉燕蓉，岑慧芳，嚴建萍，等.農(nóng)桿菌介導(dǎo)的柳枝稷遺傳轉(zhuǎn)化體系的優(yōu)化[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，49（1）：80-89.

[4]王世玉，鄭用璉，劉亞，等.玉米成熟胚胚性愈傷組織的誘導(dǎo)、高頻再生及轉(zhuǎn)化的研究[J].作物學(xué)報，2008，34（3）：423-428.

[5]Yu Y，Wang J，Zhu M L，et al.Optimization of mature embryo-based high frequency callus induction and plant regeneration from elite wheat cultivars grown in China[J].Plant Breeding，2008，127（3）：249-255.

[6]張東武，劉輝，趙惠賢.小麥成熟胚組織培養(yǎng)再生體系的優(yōu)化及高再生率基因型的篩選[J].麥類作物學(xué)報，2011，31（5）：847-852.

[7]彭琳，張小紅，閔東紅，等.小麥成熟胚高頻再生基因型篩選及再生體系研究[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2012，21（9）：37-44.

（責(zé)編：張宏民）