影響水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的因素

李惠林

摘 要 為了克服育種中組織培養特性的不良障礙，用雜交育種的方法將優良基因轉移到性狀優良的遺傳背景中去，是十分有效的途徑。水稻成熟胚離體培養的胚性愈傷組織誘導率不僅受到外在條件的影響，還受親本基因型的影響；不僅存在基因的加性效應，也表現非等位基因的互作效應，受加性基因和顯性基因的共同控制。基于此，從傳統和分子遺傳學上，分別闡述了影響水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的各個因素，并提出了適當的解決辦法。

關鍵詞 水稻；愈傷組織；增殖力和再生力；基因加性和非加性效應

中圖分類號：S511 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）15-0-02

水稻是世界約2/5的人口的主要食物來源。育種學家一直為提高水稻產量和改善水稻品質而不斷努力。而如何修正對某些水稻品種改良的困難，已成為生物技術在育種中大規模運用的一個障礙。因為即使在理論最優的條件下，許多性狀優良的水稻品種會因為帶有不良組培特性的基因，導致其愈傷組織的增殖率、再生率和誘導率等依然很低。

細胞與基因工程在育種上的運用，基礎在于一個組織培養體系是否能高效地形成愈傷組織及再生植株。但不同植物或相同植物的不同品種，在這些培養特性上都會有很大不同。現階段，克服這種遺傳性障礙的有效途徑，是將組織培養特性控制良好的基因轉移到優良的背景中去。張林[1-2]等對具有不同愈傷組織增殖力的品種進行組織學的研究表明，愈傷組織增殖力的不同是由于在愈傷組織誘導培養中，盾片上皮細胞和愈傷組織內的細胞分裂活性的不同引起的。

1 傳統研究中控制水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的因素

傳統方法上，對水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的改良，往往是通過對培養基改良以及組培的其他方面采取措施來對愈傷組織進行誘導。

王力[3]等研究發現，單子葉植物細胞與雙子葉植物細胞相比，在誘導過程中對生長素有更復雜的要求。如在誘導培養基中添加少量激動素，可以提高愈傷組織的分化質量。在改善某些品種的愈傷組織質量上，有機附加物（如LH）的加入也有類似的作用。

愈傷組織的自身的生理狀況對分化有很大影響. 在愈傷組織的誘導及增殖力方面，順序為糯稻>粳稻>秈稻。

然而，前人的研究結果也表明，水稻的組織培養力特性是可以遺傳的。水稻的遺傳背景被認為決定了組培中誘導、分化到長成完整植株的全部過程。

2 分子遺傳學分析影響水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的因素

大量的實踐表明，不同的水稻品種在組培特性上也不盡相同，粳稻>秈稻。

陳璋[4]等早年研究發現水稻不同基因型之間成熟胚的愈傷組織誘導率變幅為10.71%～75.75%。證明基因型之間存在遺傳差異。

2.1 基因自身顯隱性對水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的影響

張林和服部一三[5]在一個高愈傷組織增殖力和一個低愈傷組織增殖力品種雜交的F2群體中觀察到，再生率高和低的類型在愈傷組織增殖不良和良好的個體中同時存在。在研究中，大而黃的愈傷組織以及小而黑的愈傷組織也都有再生率高和低的類型，說明愈傷組織增殖和再生是由不同基因控制的。

研究發現，一對顯性和一對隱性基因同時控制著高愈傷組織的增殖力表現。他們研究分析了成熟胚誘導的愈傷組織增殖力的遺傳模式，發現用育種手段克服遺傳性組培特性中的不良障礙的唯一途徑，是轉移和控制高愈傷組織中的增殖力和再生力的基因。

早在1996 年和1998年，張林、服部一三共同相繼報道了1個控制高再生力的顯性基因和1個隱性基因。Takeuchi[6]也于1997 年報道了一個控制高再生力的顯性基因。

張林和服部一三還分析了一個高再生力和一個低再生力的粳稻品種雜交后代成熟胚培養愈傷組織的再生力，發現高再生力由一個單顯性基因控制。

2.2 基因加性和非加性效應的影響

陳璋等研究表明水稻胚愈傷組織培養的增殖力和再生力高低同時受到基因加性和非加性效應的影響， 且以非加性效應為主各組合的離體培養力一般介于雙親之間，其雜種的水稻胚愈傷組織培養的增殖力和再生力之間，不僅受到親本培養力的基因加性效應的影響。同時，又受非加性效應的影響， 并且在影響力上，非加性效應大于加性效應。

2.3 基因間的內源激素影響亞硝酸還原酶基因，從而對水稻愈傷組織培養進行作用

基因型是影響愈傷組織誘導的重要因素. 不同基因型間內源激素的差異可能會影響不同的基因型愈傷組織的誘導率。

王玉亮[7]研究表明亞硝酸還原酶基因對愈傷組織的誘導和再生都有促進作用，具有一因多效的功能，這也是第一個明確了結構和功能的與組織培養特性有關的基因。

但是關于內源激素的研究結果并不明確，只能初步預測有一些基因分別控制水稻愈傷組織形成和再生的過程，可能與亞硝酸還原酶基因的作用性質不同，所以仍有待進一步的研究查明。

3 基因定位，分析影響水稻成熟胚愈傷組織的因素及改良方法

王玉亮對控制水稻成熟胚培養的愈傷組織的增殖力和再生力進行QTL 分析。發現上位性效應對水稻成熟胚愈傷組織增殖力的遺傳起主要作用。他還發現，定位到的基因位點的增效等位基因都分散于兩個親本中。這說明可以通過QTL的聚合來產生比雙親愈傷組織增殖力更高的株系。

Kim[8]等通過對控制水稻成熟胚培養再生力的QTL等位基因進行標記輔助選擇來提高秈稻IR36的再生能力，并且提出位于第3染色體上的RFLP標記RZ575與水稻成熟胚高愈傷組織增殖力緊密連鎖，通過基因的導入可以加速高愈傷組織增殖力基因型的育種進程。

4 結語

張林等高再生力基因的轉育成功，證實了控制組培再生力的主效基因的存在。植物脫分化、再分化機理的探討，將從對基因結構、功能的深入研究入手，而脫分化和再分化機理的進一步探究，將為解決這些障礙提供新的途徑。

隨著分子生物學的發展，將優質的目的基因導入水稻細胞，以提高水稻愈傷組織的再生頻率具有可操作性，在影響水稻成熟胚愈傷組織增殖力和再生力的因素的研究中也具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]張林，服部一三，和田富吉.水稻種胚愈傷組織增殖力的形態學和組織學研究（英文）[J].華中農業大學學報，2005，6（12）：429-434.

[2]張林，普曉英.水稻種胚誘導愈傷組織高再生力基因的轉育效應[J].作物學報，2005（5）：1528-1530.

[3]王力，張云孫，陳屹，等.影響水稻愈傷組織植株再生頻率的因素研究[J].云南大學學報，1999（9）：113-115.

[4]陳璋，朱秀英，盧勤.水稻種胚離體培養的基因型效應[J].華中農業大學學報，1995（11）：213-218.

[5]張林，服部一三.水稻愈傷組織增殖力的遺傳研究[J].華南農業大學學報：自然科學版，2003，7（22）：44-47.

[6]Taguchi Shiobara F，Yamamoto T，Yano M， et al. Mapping QTLs that Control the PerforMance of Rice Tissue Culture and Evaluation of Derived Near-isogenic Lines[J].Theoretical and Application Genetics，1997（33）：968-976.

[7]王玉亮，張林，劉艷濤，等.水稻花藥培養特性的研究[C].第二屆熱帶亞熱帶植物資源的遺傳多樣性與基因發掘利用研討會論文集[A].2006（11）.

[8]K.H.Kim，B.J.Chung，Y.W.Kwon，et al.Dispersibility，Weed Control and Crop-Safety of A Spread Oil Formulation of Cyclosulfamuron Applied to IRRIGated Rice[C].Proceedings II of the 18th Asian-Pacific Weed Science Society Conference[A].2001（5）.

（責任編輯：劉昀）