小麥花藥培養各種影響因子的研究進展

董艷輝，趙興華，李亞莉，王亦學，任永康，王長彪，唐朝暉

（1.山西省農業科學院生物技術研究中心，山西 太原 030031；2.山西省農業科學院作物科學研究所，山西 太原 030031）

花藥培養是獲得小麥加倍單倍體植株的重要途徑之一，也是生物技術育種中較為成熟的技術之一，其產生的后代是進行遺傳育種研究和培育新品種的優良材料。小麥花藥培養自20世紀70年代開始獲得花藥培養植株以來，在理論和應用研究方面取得了長足的發展，其技術體系已經相對比較完善和成熟，已經成為小麥常規育種技術的重要補充。科研人員利用該技術已經獲得豫麥37號、豫麥60號、京花1號、花培764、花培1號、京花10號、花培3號、花培5號、花培6號、奎花1號、陜農28等小麥新品種，其中，花培5號為河南省農業科學院2006年審定的國審品種。多年來，國內外的科研工作者圍繞小麥花藥培養關鍵技術開展了多方面研究，諸如，基因型、培養基成分、預處理、染色體加倍等。研究表明，小麥花藥培養還受上述諸多因素的限制。

筆者綜述了小麥花藥培養的關鍵技術，討論了不同影響因子的最新研究進展，以期為提高小麥花藥培養效率提供參考。

1 基因型

小麥花藥培養受各種因子的影響，如基因型、培養基成分以及培養條件等，其中，基因型是影響花藥培養效率諸多因素中主要的影響因素。TORP等[1-2]研究表明，多種遺傳效應影響小麥花藥的培養力，表現為多基因控制的數量性狀遺傳，包括顯性效應、互作效應、胞質效應、加性效應和核質互作效應等。任慧莉等[3]研究表明，相同培養條件下，不同基因型小麥花藥培養一步成苗的愈傷組織誘導率、綠苗分化率、白苗分化率及綠苗產量等也不同。蔡正云等[4]研究認為，小麥基因型對花培效率的影響是多方面的，基因型對綠苗分化、愈傷組織的產生、白化苗的產生都有一定程度的影響，并且基因型不同，影響的方面也不盡相同。該研究結果與任慧莉等[3]的研究結果基本一致。徐龍珠等[5]研究認為，花培中母本基因型對誘導率的影響大于父本，即存在細胞質效應，把性狀優良、誘導率高的材料作為母本進行組配，可以提高雜交后代花培誘導率。呂學蓮等[6]對寧春4號進行正反交的培養力試驗，結果也表明，母本效應大于父本效應；同時提出利用高培養力的高產和優質橋梁基因型，在很大程度上可以提高花藥培養效率。韓曉峰等[7]利用小麥花藥培養力強的基因型Alondra做父本的試驗結果表明，親本中只要有一個花藥培養力高，其雜交組合后代花藥培養力一般都較高，表現為顯性效應；但是如果親本雙方花藥培養力都很高，其雜交組合后代的花藥培養力反而不一定很高，表現為互作效應。

基因型對小麥花藥培養的影響是可遺傳的性狀，因此，加強對具有優良生物學性狀和培養力強的小麥基因型進行篩選作為橋梁親本，是提高雜交后代的花藥培養效率比較有效的途徑之一，對進一步提升花藥培養技術在小麥生物技術育種中的地位有很大的現實意義。目前，通過國內外的花培育種家們的潛心研究，已經篩選出一批農藝性狀優良、花培效率高的優良小麥基因型材料，國外品種有 Verry，Lagwa，Zadra，Sumai 3，Saptdhara，Noria 73，Florida，Orofen，Chris等，國內有京東 8 號、寧春 4 號、新春9號、溫6、隴春27號、周麥16號等。

2 培養基

2.1 基本培養基

小麥花藥培養效率的提高，在很大程度上是依賴于培養基成分、配比以及附加成分的改變來實現的，可以說培養基的改良一直處于主導地位。經過前人的多年研究，小麥花藥培養的基本培養基歷經了馬鈴薯，N6，MS，W14，C17，K3，K（癸培養基）等[8-13]，培養效率也逐步提高，其中，目前常用的培養基主要有 W14，C17，K 培養基等。陳保峰[14]用 N6，C17，MS這3種培養基對豫麥57號、小偃22、鄭麥9023等3個品種進行花藥培養對比試驗，結果表明，C17培養基的愈傷組織誘導率明顯優于N6和MS培養基。楊雪等[15]用C17和K培養基對128個黃淮麥區雜交組合進行花藥培養，結果表明，K培養基對小麥花藥愈傷組織的平均誘導率較C17培養基提高了90.2%，穩定性更強，這與張再君等[16]的研究結果不太一致，可能存在供試材料基因型不一樣導致對培養基的反應不同，存在著基因型與培養基的互作機制，因此，K培養基可能更適用于黃淮麥區的花藥培養，進一步研究表明，K培養基中的NH4+濃度低可能是其花藥培養率高的一個影響因素。呂學蓮等[17]用C17和W14固體培養基對103份供試小麥材料進行花藥培養，結果表明，C17培養基愈傷組織誘導率達到W14培養基的2倍，差異較大，進一步研究表明，C17培養基的綠苗分化率也高于W14培養基，而白化苗分化率方面二者差異不大。

2.2 附加成分

隨著小麥花藥培養技術的日益成熟，前人對小麥花藥培養的影響因素的研究也進一步細化和深入，尤其是對培養基附加物的類型、含量和配比的研究及改良，大大提高了小麥花藥培養率，因此，附加物成分的改變可能是花藥培養效率提高的一個至關重要的突破口。目前，最常見且被廣泛應用的附加物成分有2，4-D、苯乙酸（PAA）、多效唑（MET）、ABA（脫落酸）、脯氨酸、谷氨酰胺、秋水仙素以及植物器官、組織和細胞提取液等，它們對愈傷組織誘導率、綠苗分化率產生的效果已經被廣泛證實，但是具體的機理還有待進一步的研究。張廷紅等[18]在小麥分化培養基中加入4 mg/L AgNO3的研究表明，花藥愈傷組織的分化率和綠苗率最高，組織分化率可以達到56.65%，該結果與在黃瓜中研究的結果一致。李文卓等[19]研究認為，在小麥花藥培養的基本培養基C17中加入6-BA和2，4-D形成的愈傷組織，其誘導、分化以及染色體加倍率都比較高，且以2，4-D和6-BA的體積比為2∶1效果最佳。王煒等[20]研究認為，在小麥基本培養基W14中加入阿拉伯半乳糖（AGP）可以提高愈傷組織的誘導率，這與前人在植物小孢子培養過程中加入子房共培養或者加入子房提取液共培養能夠提高小孢子培養率的研究結果一致。陳保峰[14]在基本培養基N6和C17中加入10%的椰子汁后，2種培養基的愈傷組織誘導率都顯著提高，同時也表明，C17培養基中加入脯氨酸也能提高愈傷組織誘導率，其最佳濃度為5.0mmol/L。史勇等[21]在癸培養基中加入0.9mg/L的稀土（rare eaxth addition）后，小麥花藥培養的愈傷組織誘導率大大提高，最高可達64.07%。海燕等[9，20]進一步研究表明，分化培養基中加入稀土后也可顯著提高綠苗分化率，由于稀土成分比較復雜，其作用機理還有待進一步研究[10，22]。除了上述培養基附加物外，還有一部分附加物，它們對小麥花藥培養的愈傷組織誘導率的影響不大，但是對綠苗的分化率有顯著的提高作用，如N-苯基-N′-（2-氯 -4吡啶基）脲（4PU-30）、脫落酸（ABA）等，還有研究表明，在培養基中加入器官提取液或者用子房與花藥共培養都可以顯著提高花藥培養愈傷組織誘導率和綠苗分化率。

3 培養條件

小麥花藥培養過程中，溫度和光照也是不可忽視的影響因素。呂雪蓮等[17]對不同基因型小麥花藥高溫暗培養時間進行研究，結果表明，高溫培養比不進行高溫培養的愈傷誘導率高，不同基因型的高溫暗培養的最適宜時間不同，還需要大量的基因型材料通過試驗加以驗證。歐陽俊文等[23]對小麥不同的親本和F1進行花藥培養，結果表明，培養溫度受基因型的影響，并且這一特性是可以遺傳的，進一步研究表明，該遺傳是受多基因控制的數量性狀遺傳，同時認為高溫培養雖然提高了小麥愈傷組織的誘導率，但是降低了綠苗分化率。倪勝利等[24]對旱作小麥花藥培養試驗結果表明，在培養初期32℃高溫下培養10 d，可以顯著提高愈傷組織誘導率。

溫度和光照是影響小麥花藥培養不可忽視的因素之一，因此，優化不同基因型的最佳培養溫度和最適宜的光照時間可以進一步提高小麥花藥培養效率，同時小麥花藥接種前期的低溫預處理也是影響因素之一，但是低溫處理的時間因基因型的不同而稍有不同。宋運賢等[25]以10個普通小麥品種（系）和16個雜交F1作為研究對象，結果表明，小麥花藥接種前低溫預處理0.5 d，花藥的愈傷組織誘導率和綠苗誘導率為最佳，超過8 d后低于對照。前人研究進一步表明，低溫預處理時間與基因型有關，不同的基因型低溫預處理的最佳時間不同。

4 討論及展望

目前，我國利用小麥花藥培養技術已經育成50多個省審乃至國審小麥品種和一大批優良的種質遺傳材料，在生物技術育種技術中，小麥花藥培養已成為系統的、成熟的小麥育種技術方法，利用該技術創建的小麥加倍單倍體（DH）群體在小麥分子遺傳研究中發揮了重要作用，同時，通過該技術與其他育種技術相結合，如輻射誘變、轉基因技術和遠緣雜交等，進一步豐富了小麥遺傳材料，總之，小麥花藥培養充分地顯示了其在小麥分子研究和育種實踐中的重要利用價值。但是花培品種與常規育種品種相比，雖然也有一定數量的國審品種，但在實際生產中能夠較大面積推廣種植的品種還較少，沒有能夠充分發揮其優勢。其原因是多方面的，存在顯著的基因型依賴性、綠苗分化率較低、花藥接種過程較為繁瑣，同時，單倍體加倍率不高和與常規育種技術結合程度不高，也是限制其發展的主要因素。因此，大范圍收集、篩選具有優良花培特性的小麥基因型材料是發展花藥培養技術的關鍵所在；進一步提高花培效率，優化培養流程，重視與常規育種技術的結合，加強技術和育種材料的交流能夠進一步推動花藥培養技術的進一步發展；最后加強與現代分子生物學技術（分子標記輔助選擇、轉基因）相結合，從分子水平上提升花藥培養的培養效率，提升研究水平。

隨著下一代測序技術、高通量篩選突變體等現代分子生物學技術的迅猛發展，小麥加倍單倍體材料（DH）的創制就顯得尤為重要。花藥培養技術與誘變技術、遠緣雜交等技術的相互補充，將會在加快小麥突變體、雜合體的純合，在優良材料中篩選抗性分子標記方面發揮應有的作用。通過幾十年的不懈努力，我國在小麥花藥培養研究某些方面處于國際領先地位，但是存在各個領域的研究人才團隊建設不合理，研究材料共享渠道不暢通等問題。因此，加強不同領域科研人員的團隊建設、建立小麥優良材料種質資源庫，培養具備多項知識和技術的人才隊伍，這將會有力助推我國在相關領域的研究水平，使我國原本具有優勢的小麥花藥培養技術趕超國外。

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