第24卷第4期 2006年8月 河南科学 V01.24 No.4 Aug.2006 HENAN SCIENCE 文章编号:1004—3918(2006)04—0512-05 无核白葡萄胚挽救机理的研究 刘海琳Lz, 廖康,, 尚忠海z一, 吴国新 , 陈力耕 310029; 2.河南科技大学林业职业学院,河南洛阳4710021 (1.浙江大学农生学院果树研究所,杭州3.新疆农业大学园艺学院,乌鲁木齐摘830052;4.河南农业大学林学园艺学院,郑州450002) 要:选用无核白葡萄在开花后35~60d,取其胚接种在含有GA,+ A+6_BA的不同激素水平MS培养基上,进行 胚挽救,以探讨研究无核葡萄的胚挽救机理.结果表明无核白在开花后50d胚挽救效果最好.在附加GA, 0.5mg・L-’+IAA1.5mg・L- +6_BA 0.5rag・L- 的MS培养基上得到了84%的发育率和31.9%的成苗率(50d);开 花后60d的发育率最高,得到了l0o%的发育率,却未得到成苗,说明在胚挽救中幼胚的不同部位其发育与 败育过程不同步.对无核葡萄胚挽救适期的确定依据提出了新的见解. 关键词:无核葡萄;无核白;胚挽救;机理 中图分类号: S 663.1 文献标识码:A 二十世纪九十年代之前,以有核品种为母本的有性杂交方式虽然得到了许多无核品种,但选育效益很 低【u.如果能采用无核葡萄品种作母本,进行有性杂交,后代无核类型的比例将会大大提高 .随着组培技 术的发展,胚挽救技术可以成功地克服无核葡萄为母本进行有性杂交得不到种子的困难.通过假单性结实 类型的无核品种,在其合子胚败育之前进行人工离体培养,阻止幼胚的败育,最终可以形成完整的植株【3】. 自Rammig首次利用无核葡萄胚珠培养的方法获得了两株葡萄实生苗以来,给无核葡萄胚挽救培育新 品种开辟了新的途径嘲.这充分证明借助胚培养技术获得无核新品种是完全可能的【6'71.但这项研究在我国 报道较少.无核白是我国葡萄产区——新疆无核葡萄的主栽品种,果实无核、皮薄、肉脆、多汁,不仅鲜食深 受消费者喜爱,也是制干、制罐的主要原料.本研究在前人的研究基础上,进一步探索了适宜该品种胚挽救 的培养基以及最佳取样接种时间,以期更好地利用无核白的优良无核性状,改善其粒小、无香味、抗病性差 的缺点,并为能以无核白作母本,培育大粒、无核葡萄新材料,扩大无核新品种的选育范围,缩短育种周期, 提高无核育种效率,为新的无核葡萄新品种的选育提供理论基础和技术操作依据. 1材料与方法 1.1材料 田间试验于2002年5月~8月在乌鲁木齐头屯河农场4队葡萄园进行,选材系4年生无核白fSultanina) 葡萄,篱架栽培,株行距lmx2m.常规管理.幼胚挽救、试管苗炼苗于2002年6月~2005年5月在新疆农 业大学园艺系组培实验室与浙江大学农生学院果树生物技术育种实验室进行. 1-2方法 1.2.1幼胚培养时间 在开花后35d以后,每隔5d采样一次,经表面消毒后,进行解剖接种.调查记载幼胚的发芽率和成苗 率,比较不同接种时期的差异,确定它们的最佳培养时期. 1.2.2培养方法与培养条件 将接种好的三角瓶,置于5-8 ̄C培养箱中低温处理60d,再转入培养室中培养30d后,横切处理并转接入 胚萌发培养基中,待其萌发后立即转入成苗培养基中进行培养,拍照,调查记载萌发和出苗情况.每月更换 一次新鲜培养基,培养条件为:温度25_+1 ̄C,湿度50%~60%,光强2000~3000Lx,光照/黑暗为16h/8h. 收稿日期:2006—03—10 基金项目:国家自然科学基金资助项目(30070634) 作者简介:刘海琳(1967一),女,河南郸城人,河南科技大学林业职业学院讲师,浙江大学农生学院博士生. 通讯作者:陈力耕(1943一),男,浙江杭州人,浙江大学农生学院教授,博士生导师. 维普资讯 http://www.cqvip.com
2006年8月 无核白葡萄胚挽救机理的研究 一513— 1.2_3培养基的选择 以MS为基本培养基,附加0.5mg/L GA 及不同浓度的IAA、6一BA等激素,筛选出适于无核白胚挽救的 最佳幼胚发育培养基、萌发培养基、以及成苗培养基. 1.3 分析方法及数据统计 幼胚的发育率和成苗率用SPSS V1 1.0统计软件进行统计分析. 2结果分析 2.1不同浓度激素及不同接种时期对无核白胚珠发育的影响 表1 不同时期的无核白胚珠接种在不同胚培养培养基上的发育率(%) Table 1 The development percent of Suhanina’embryos inoculated in diferent embryo culture media in six periods(%) 从表1统计结果可看出,无核白在开花后35d、40d、45d、50d、55d、60d六个时期都能发育,其中60d的 发育率最高(p<0.01).开花后60d的幼胚在Ⅶ、Ⅵ、Ⅳ、Ⅸ号培养基中获得了90%以上的发育率(p<0.01). 在10种胚培养培养基上无核白的胚都有比较明显的发育.其中,V、Ⅷ号培养基发育率较高(p<0.05).在 培养过程中,大部分胚珠变绿,而且胚珠明显地长大,有的甚至达到接种时的5倍以上(见图版1),说明胚在 培养过程中发育效果十分明显.将低温处理60d后,常温下继续培养30d的幼胚转入到萌发培养基中,2周 后就有胚萌发. 2.2不同浓度激素及不同接种时期对无核白胚成苗率的影响 表2各时期的无核白胚接种在不同胚培养培养基上的成苗率(%) Table 2 The seedling rate of Suhanina’embryos inoculated in diferent embryo culture media in six periods(%) 从表2可看出,开花后50d的无核白的幼胚在每一种胚培养培养基上都有较高的成苗率.综合分析, Ⅶ号培养基MS+0.5mg・L- IAA+I.5mg・L- 6-BA+0.5mg・L- GA3+0.7%琼脂+3%蔗糖更适于无核白的胚挽 救(p<0.05).但在此培养基上发育率最高的60d的幼胚却未得到成苗,说明此期无核白的幼胚败育程度已 很高,不宜进行胚挽救.无核白的萌发周期较长,从2002年的12月份到2003年的四月底均有萌发,可能 与其假单性结实的特点有关.在胚挽救过程中,发育速度慢,而且参差不齐.对其进行胚挽救的难度较大. 维普资讯 http://www.cqvip.com
一514一 河南科学 第24卷第4期 2.3无核白的幼胚以及植株的发育 在1、2号培养基中,花后50d的无核白的幼胚成苗率最高,在1号培养基上的成苗率比花后55、60d分 别高出20和21个百分点(p<0.05).在2号培养基上的成苗率比花后35d、45d、55d、60d分别高出40、46、 26.7和28.6个百分点(p<0.01).3号培养基中,花后45d与55d的幼胚的成苗率较高,比花后60d的高4.1 个百分点(p<0.05).充分说明无核白的幼胚的发育随着时间的推移,有下降趋势,成苗率也会随之下降. 最好的萌发培养基应该是2号培养基,接种时期50d为宜. 表3不同时期的无核白胚珠在不同胚萌发培养基上的胚成苗率(%) Table 3 The seedling percentage of Sultanina’ovule inoculated in diferent germinating media in six periods(%) 萌发的幼胚有的先长胚根,有的先长子叶,子叶成绿色团状、芽状或叶状,有的胚根和子叶一起萌发,初 具植株形态(图版2).立即转入到附加0.2mg/L的IBA的成苗培养基上可诱导其正常发育成长(图版3). 其中从Ⅱ号培养基上继代而来的幼胚能形成发育正常的子叶和胚根,生长旺盛.从V号和Ⅶ号培养基继代 而来的幼胚,萌发的幼苗有畸形,但转入成苗培养基后可诱导正常化. 2.4炼苗与移栽 待幼苗在成苗培养基中长到具有4—5个茎节时即开瓶炼苗进行移栽. 在炼苗移栽过程中,开瓶炼苗,结合光培炼苗,先解开封口膜,逐步由用膜覆盖、半覆盖到完全揭开过渡 (图版4).让上部叶片逐步由饱和湿度过渡到低湿环境中使气孔开度由不能闭合到功能恢复,在自然光周 期和散射日光下生长5—7d,每天换水一次,两天后洗去培养基,当新长出白色幼嫩的根尖后(约7d左右),即 可从瓶中取出,栽入装有珍珠岩的营养钵中,薄膜覆盖以保湿保温.调节光强,逐步掀膜,使其逐渐增强光 照和降低湿度,直到完全适应温室内的自然湿度和全光照(图版5). 图1胚挽救 Fig.1 Embryos rescue 图2萌发 Fig.2 Germination 图3成苗 Fig.3 Seedling 图4炼苗 Fig.4 Seedling exercising 图5移栽 Fig.5 Transplant 3讨论 通过对无核白葡萄的胚挽救,我们不仅获得了较高的发育率和成苗率,探索出了无核白胚挽救的恰当 时间,尤其对胚挽救的机理提出了新的见解. 无核葡萄胚的发育受基因型严格控制.不同品种形成合子胚的能力差异很大,如黑珍珠、白科林斯 (Whitecorinth)、红科林斯(Redcorinth)和黑科林J ̄(tBlackcorinth),不形成合子胚,属单性结实品种,不宜作母本 进行杂交.而占85%左右的假单性结实品种如无核白、无核紫、Orlando、京早晶、Lake—mont、Ramaily等品种 维普资讯 http://www.cqvip.com
2006年8月 无核白葡萄胚挽救机理的研究 一5l5一 受精后易形成合子胚,可以作母本[51. 胚挽救最关键的技术环节是激素的筛选和胚培养适期的选择. 对于无核葡萄品种胚培养时期的选择比较复杂,因为无核葡萄胚发育和败育是一个极其复杂的过程, 掌握无核葡萄胚珠败育时期确定胚珠接种的适应时间,是胚珠培养能否成功的前提【819].不同品种胚发育期 的长短不同,且在不同年份、不同天气条件、不同部位胚发育期也不同[9Ⅱ5J.早在1934年Tukey就指出最好 的胚培养结果是从培养接近发育完全的胚珠获得的,这时胚胎发育最充分㈣.掌握合适接种时期能有效提 高胚珠培养成功率.研究证明,无核葡萄胚的发育和败育都不是同步的[61.在同一品种内,一些胚随着浆果 的发育而发育;而另一些胚则随着浆果的发育而败育17--9].随着浆果发育时期的推移,幼胚数量逐渐减少,部 分胚的发育程度也随之提高,发育到一定程度,胚则会全部败育.所以接种时期太早,胚尚处于发育早期, 很难培养成功;接种时间太晚,胚的发育率降低,甚至会因败育而导致试验失败.离体胚的培养效果,则表 现在植株上形成合子胚的能力越强,数量越多,胚发育程度越高,其发育率、萌发率、成苗率越高.即在胚尚 未开始败育的时期接种,才可能取得最大的成功.到目前为止,还没有一个选择最佳培养时期的普遍适用 的方法或指标.孟新法等通过对6个无核品种做了胚胎发育进程的切片观察和胚培养,提出各品种的胚败 育期有的在球形胚期,而有的则在心形胚期和鱼雷胚期 .余旦华等通过对小珍珠和红宝石无核这两个无 核葡萄品种做了胚胎发育的解剖观察,发现早熟的小珍珠与花后40d胚胎发育到最大程度,到花后50d胚 及胚乳就已经败育.晚熟的红宝石无核花后70d的胚仍未败育,并且可以看到明显的子叶突起㈣.说明不 同的无核品种的胚败育情况有很大的差异.因此不可能确定无核葡萄胚培养接种的统一划定时间.确定无 核葡萄胚培养的最佳培养时期,有人认为从胚珠的外观就可以鉴别内在的胚是否已经败育.正在发育的胚 珠颜色鲜绿而饱满,停止发育者皱瘪或出现褐色斑点㈣.还有研究认为在果实软化期接种的效率最高… . 我们对无核白的胚挽救过程中发现,无核白作为假单性结实的无核品种,其发育率与成苗率各有其特点. 胚发育率最高的为花后60d,而成苗率最高为花后50d.说明50d以后,胚中的胚乳细胞发育还在继续,但 是胚芽胚轴胚根等部分细胞的发育可能首先停止,内源激素水平发生变化,从胚根到胚芽,逐步败育,ABA 含量增加,进而导致整个胚的败育.贺普超等人也曾认为脱落酸fABA)在胚发育阶段会迅速增加抑制胚萌 发【】4].由此证明同一胚中不同的组织其发育与败育也不是同步的.此时无核白胚珠的颜色几乎呈透明的小 水滴状,和前期的胚珠颜色差别不大.所以依据胚珠的颜色及果实软化期接种风险较大,实际操作不可靠. 从我们的研究中可以看出,当GA 的浓度一定时(0.5mg・L ),IAA浓度为1.0mg・L~,BA的浓度为0.5、 1.0、1.5mg・L 时,无核白的萌发率随着BA浓度的升高而下降.BA为0.5 mg・L 时,IAA浓度为0.5、1.0、 1.5mg・L 时,随着IAA浓度的升高,无核白的愈化率下降,发育率升高,萌发率与成苗率也随之升高.胚的 发育率最高为66.93 ̄5.16%,成苗率也最高31.9 ̄6.4%.培养基的最佳激素浓度配比是:GA O.5mg・L~、BA 0.5mg・L~、IAA 1.5mg・L~.在促进萌发过程中,萌发的幼苗应及时转入成苗培养基中,才能保证正常苗的诱 导. 参考文献: [1】Brar S J S,Singh Z,Gosal S S.In—ovule emb ̄o culture in seedless grapes(Vitis vinifera L.)Curr-Plant—Sci—Biotechnol—Agric[J]. Kluwer Academic Publishers,1991,(12):249—254. [2】Cain D W.In—ovule emb ̄o culture of seeding development of seeded and seedless grapes[J].Vitis,1983,22(1):9-14. [31王近卫,崛内昭作,林伯年,沈德绪.无核白葡萄的无核果形成的组织形态学研究[J】.园艺学报,1992,19(1):1-6. [4】陈香波,曹孜义.离体葡萄未成熟胚成苗途径的研究[J].果树科学,2000,17(4):261—264. [5】Ramming D W,Emershad R L.Emb ̄o culture of early ripening seeded grape(Vitis vinifera)genotypes[J].Hort Science,1990, 25(3):339—342. [6】Lu J,Lamikanra O,Ramming D W,Schell L.Developing seedless rapesg by emb ̄o rescue[J1.Proc—Vitic—Sci—Symp,1995,18: 26—30. [7】李世诚.无核葡萄胚珠液体培养技术的研究[J】.北京农业大学学报,1991,16(2):277—282. [8】孟新法,张利.无核葡萄胚珠发育及早期离体培养的研究Ⅱ:培养方式对离体胚发育的影响fJ].北京农业大学学报,1992,18 (4):393-396. [9】孟新法.无核葡萄胚珠发育及早期离体培养的研究Ⅲ[J].北京农业大学学报,1992,18(4):.393—395. 维普资讯 http://www.cqvip.com
一516一 河南科学 第24卷第4期 【l o】余旦华,张磊,薛菊萍,等.早熟和四倍体胚培养的研究【J】.果树科学,1992,(1):1-7. 【11】王跃进,张剑侠,李桂荣,等.采用胚挽救技术获得抗病无核葡萄新材料的研究【J].甘肃农业大学学报,2001,36(9):105一 llO. 【l2】王跃进.加速无核葡萄品种选育的新技术【J].西北农业学报,1998,97(5):81—83. 【l3】李桂荣,王跃进,唐冬梅,等.无核白葡萄胚挽救育种技术研究【J].西北植物学报,2001,21(3):432-436. 【l4】贺普超,董晓玲.极早熟葡萄胚珠培养技术的研究【J].果树科学,1989,6(4):199—204. The Study on the Mechanism of Embryo Rescue of‘Sultanina’Grape LIU Hal-lin ,LIAO Xans3, SHANG Zhong-hai , WU Guo-xin , CHENG Li-geng (1.Fruit Tree Research Institute of Horticulture Department of Agriculture and Tech-biology College,Zhejing Uniaversity,Sans ̄hon 3 10029,China; 2.College of Forestry Vocation,Henan Sci-Technology University,Luoyang 471002,China; 3.CoUege of Horticulture,Xinjing Agraicultural University,Urumqi 830052,China; 4.CoHege of Forestry and Horticulture,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China) Abstract:35-60 days after florescence,embryos of Sultanina v.vinifera cv.Sultanina)grape were cultured on MS medium supplemented with diferent concentrations of GA3,IAA and 6-BA in order to study the mechanism of embryo rescue.The results indicated that the best effect of Sultanina’embryos rescue was obtained from 50d ftaer florescence.We got 84%development rate and 31.9%germinate rate(p<0.01)of Sultniana’S embryos in the medium wih MS+GA3t 0.5mg/L+IAA 1.5mg/L+6-BA 0.5mg/L.The highest development rate Was 100% development rate which we gained from 60 days after florescence in this medium,but we didn’t obtain any seedling in this period.It showed that the processes of embryo development and embryo degeneration at the diferent parts of the embryo were unsynchronization in grape embryo rescue.We put forward the new view about the ascertaining gist of he prtoper period of the Suhanuna grape embryo rescue. Key words:seedless grape;suhanina;embryo rescue;mechanism
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