新疆主栽春小麦品种花药培养力基因型差异分析

摘要：【目的】研究新疆春小麦品种花药培养力基因型差异，建立新疆小麦花药离体培养技术，鉴定新疆主栽及近期审定春小麦品种花药培养力，筛选新疆小麦高花培力中心亲本种质。【方法】以新疆主栽及近期审定春小麦品种为参验材料，利用以C₁₇诱导培养基与NT₅分化培养基为主要培养基的花药离体培养技术，对参试材料的愈伤组织诱导率、绿苗分化率、绿苗产率、白苗分化率、白苗产率进行统计及5个花药培养力性状进行相关分析。【实验结果】14个基因型的春小麦品种愈伤组织诱导率、绿苗分化率、绿苗产率、白苗分化率及白苗产率变化范围分别为0-3.33%、0-220%、0-7.30%、0-50%、0-0.66%，各花药培养力性状在不同基因型中差异明显，其中绿苗分化率基因型间差异最大。基因型愈伤组织诱导特性与绿苗、白苗的分化正相关，愈伤再生分化成绿苗或是白苗没有相关性。【结论】筛选出能产生愈伤组织的基因型5个：新春6号、新春39号、新春43号、新春44号和新春48号，新春39号和新春44号；经分化能产生绿苗的新春39号花药分化绿苗产率7.30%，新春44号花药分化绿苗产率1.50%，因此，养筛选出新春39号和新春44号两个花培育种核心亲本材料。

关键词：春小麦；花药培养；基因型；

0 引言

【研究意义】研究近些年新疆主栽春小麦品种在花药培养中基因型间的差异，筛选具有高花培养力的骨干亲本，可用于提高基因型选择率、加快育种进程、缩短育种年限，对于新疆春小麦育种遗传改良具有重要意义。【前人研究进展】自20世纪70年代以来，小麦花药培养育种技术已取得重大成就^[1]。目前，利用此技术已育成的小麦品种有京花1号^[2]、陕农28^[3]、花培1号^[4]、花培6号^[5]、宁春50号^[6]、生选6号^[7]，陇春31号^[8]等。花药培养是通过植物组织培养技术进行离体培养.即在特定的无菌操作环境下，把发育至一定时期的花药接种到人工培养基上，以此来改变花药内部花粉粒的发育程序，并诱导花药分化，使其连续进行有丝分裂，形成一团无序生长状态的薄壁组织，随后使其分化成单倍体植株的一种方法^[9]，且花药培养是获得单倍体的主要途径之一^[10]。据研究表明，在小麦花培育种技术中，绿苗产率为评估小麦高花培养力的重要指标。基因型依赖性、培养条件等方面都会对其产生一定的影响，小麦花药培养技术在基因型依赖性方面存在一定的局限性。由于小麦在花培育种中属基因型依赖性较强，若亲本选配时父母本性状差，高花培力低，则会出现绿苗产生数量少或根本不出绿苗^[11]；若亲本选配时父母本性状互补，可提高小麦花培育种效率；若双亲都具备优良性状，花培效率反而可能会低^[12]。宋运贤等^[13]以C₁₇和癸为诱导培养基，将26份供试材料（含杂交组合）以低温（4℃）分别预处理0d、0.5d、2d、4d、6d、8d、10d、12d、14d作为对照，发现预处理0.5d时，绿苗产率高，差异较显著；预处理4d时，愈伤组织分化率高；预处理8-14d时，基本失去脱分化能力，此研究进一步表明不同供试材料的基因型在相同低温温度预处理条件下的最佳时间不同。杨雪等^[14]研究MS、N₆、C₁₇和K四种培养基对小麦花药愈伤组织诱导率的影响时，发现小麦花药在四种培养基中愈伤组织诱导率差异较显著，从大到小依次为K、C₁₇、N₆、MS，其中C₁₇培养基的诱导稳定性比较好。Ekiz H等^[15]研究光照对春小麦花药培养愈伤组织诱导和分化的影响时，发现在诱导愈伤组织过程中，暗培养愈伤组织诱导率最高，而光培养会抑制愈伤组织的形成；在分化阶段采用光培养+暗培养方式时，绿苗分化率达到峰值。【本研究切入点】以新疆主栽及近期审定春小麦品种为研究对象，利用花药离体培养技术，鉴定愈伤组织诱导率、绿苗产率、绿苗分化率、白苗产率、白苗分化率五个花药培养力相关性状。【拟解决的关键问题】明确新疆小麦品种花药培养力基因型间的差异，鉴选小麦高花培力中心亲本种质。

1 材料与方法

1.1"材料

参试材料为新疆主栽春小麦品种及骨干亲本（表1）：新春6号、新春11号、新春17号、新春21号、新春26号、新春29号、新春37号、新春38号、新春39号、新春40号、新春43号、新春44号、新春48号、核春137，共计14份材料。

1.2"方法

1.2田间设计

参试材料在新疆农业科学院核技术生物技术研究所昌吉军户春小麦育种基地种植，每份材料种植面积4平方米（行长4米，5行，行距0.2米，每行播1000粒），采用人工开沟条播。整地前施尿素20公斤/亩、磷酸二铵15公斤/亩，浇拔节水时追施尿素20公斤/亩、磷酸二铵5公斤/亩。

1.2花药培养

待花粉粒发育至单核中晚期，取小麦穗用保鲜膜完全包裹，装入取样自封袋中，标记后置于4℃冰箱中预处理2-3d。接种前将已预处理后的小麦穗外部用75%酒精棉擦拭两遍置于超净台上，超净台中剥出小麦幼穗用75%酒精棉擦拭穗外部备用，每份材料接种3瓶，每瓶150个花药，重复三次。用镊子将花药取出置于C17诱导培养基^[16]（2.0mg/L 2-4，D＋0.5mg/L "KT＋7g/L琼脂粉＋90g/L蔗糖，PH为5.8-6.0），诱导培养阶段采用32±1℃恒温暗培养方式处理3d后转27-29℃培养。当愈伤组织直径为0.5-1.0mm时，转移到分化培养基上，分化培养采NT5培养基（2.0mg/L KT＋5.5g/L 琼脂粉＋30g/L 蔗糖＋100mg/L LH＋1mg/L LAA，PH范围为5.8-6.0）。分化培养采用25±1℃光培养，每日光照12h，光照强度为2000-3000lx。

预处理：取花粉粒发育至单核中晚期（一般情况下处于打苞期，被包裹的穗子未与空气接触且穗子长度距离旗叶叶鞘1/3处较为适宜）的小麦幼穗用保鲜膜完全包裹，分别装进取样自封袋中做好标记随后放入4℃冰箱中进行预处理2-3d。

诱导阶段：接种前将已预处理过后的材料取出进行消毒，随后用镊子将花药取出置于已配好的C17诱导培养基上。每份品种材料接种3瓶，一瓶150个花药，重复三次。诱导培养阶段采用32±1℃恒温暗培养方式处理3d后转27-29℃诱导。

分化阶段：当愈伤组织直径为0.5-1.0mm时，转移到NT5分化培养基上，直至出现绿苗。分化培养采用25±1℃光培养，每日光照12h，光照强度为2000-3000lx。

1.3 数据统计及分析

利用GraphPad Prism软件绘制花药培养力相关性状频次分布图，利用DPS软件进行统计分析，Graphpad Prism 7.0软件作图。

愈伤组织诱导率＝（产生的愈伤组织块数／接种花药数）×100%；

绿苗分化率 ＝（产生的绿苗数／转分化愈伤数）×100%；

绿苗产率＝（产生的绿苗数／接种花药数）×100%；

白苗分化率 ＝（产生的白苗数／转分化愈伤）×100%；

白苗产率＝（产生的白苗数／接种花药数）×100%。

2 结果与分析

2.1参试材料愈伤组织诱导差异

参试不同基因型材料愈伤组织诱导率存在明显差异，其中5份材料产生愈伤组织（图1）：新春6号、新春39号、新春43号、新春44号和新春48号，占参试材料的35.71%，且愈伤组织诱导率偏低，其中新春39号愈伤组织诱导率最高3.33%，其余品系愈伤组织诱导率分别为：0.22%、1.33%、1.56%、0.44%。

2.2愈伤组织再生分化花粉植株差异

不同参试材料愈伤再生分化绿苗差异明显，愈伤组织分化出绿苗的材料（图3）：新春39号和新春44号，占参试材料的40.00%，其中新春39号愈伤组织分化绿苗率220%，新春44号愈伤组织分化绿苗率100%。不同参试材料愈伤再生分化白苗也存在明显差异，愈伤组织分化出白苗的材料：新春39号、新春44号和新春44号，占参试材料的60.00%，参试品系愈伤组织白苗分化率分别为：20.00%、28.57%、50.00%。

2.3 参试材料花药经脱分化、分化再生植株差异

14个参试品种花药经分化绿苗能力存在明显差异，分化产生绿苗的参试品种：新春39号和新春44号，占参试材料的14.20%，其中新春39号花药分化绿苗产率7.30%，新春44号花药分化绿苗产率1.50%。14个参试品种花药分化白苗能力也存在明显差异，分化产生白苗的材料：新春39号、新春44号和新春48号，占参试材料的21.42%，参试品系花药分化白苗产率分别为：0.66%、0.44%、0.44%。

2.4花药培养力性状间的相关性

相关性分析结果表明，愈伤组织诱导率与绿苗分化率呈显著正相关，与白苗分化率、绿苗产率及白苗产率呈极显著正相关；绿苗分化率与绿苗产率呈极显著正相关，与白苗分化率及白苗产率相关不显著；绿苗产率与白苗产率呈显著正相关，与白苗分化率相关不显著；白苗分化率与白苗产率呈极显著正相关。

2.5高花培力骨干亲本

参试14个不同基因型春小麦品种经花药培养，产生愈伤组织5份材料：新春6号、新春39号、新春43号、新春44号和新春48号；其中愈伤组织能分化出绿苗的材料：新春39号和新春44号，新春39号愈伤组织分化绿苗率220%，新春44号愈伤组织分化绿苗率100%；新春39号和新春44号经分化产生绿苗，新春39号花药分化绿苗产率7.30%，新春44号花药分化绿苗产率1.50%；因此，参试14个春小麦品种经花药培养筛选出新春39号和新春44号两个花培育种核心亲本材料。

3 讨论

3.1花药培养力性状的基因型依赖性

研究表明，小麦花药离体培养存在基因型依赖性，花药离体培养的基因型依赖性是限制小麦花培技术广泛应用的主要因素之一。王炜等^[17]对86份甘肃主栽小麦和骨干亲本的愈伤诱导及花粉苗分化情况的研究表明，愈伤组织诱导率、绿苗分化率、绿苗产率及白苗分化率基因型间差异显著。本研究对14个基因型的花药培养力性状鉴定结果表明，愈伤组织诱导率、绿苗分化率、绿苗产率、白苗分化率及白苗产率5个花培性状基因型间均差异明显，与前人研究结果相同。其中，基因型问差异最大的性状是绿苗分化率，其次是白苗分化率、绿苗产率、愈伤组织诱导率、白苗产率。本研究结果与王炜等研究结果基本一致，基因型间差异最大的花培力性状均为绿苗分化率。

3.2花药培养力性状间相关性

王炜等^[17]对86份甘肃主栽小麦和骨干亲本花药离体培养的愈伤诱导及绿苗分化情况的相关分析研究表明，愈伤组织诱导率和绿苗分化率没有相关性。本研究对14个基因型的花药培养力性状相关性分析表明，愈伤组织诱导率和绿苗分化率呈正相关，此结果与王炜等研究结果不同，可能是因为所研究基因型不同导致，后续还有待利用更多的基因型进行验证。

4 结论

参试不同基因型材料愈伤组织诱导率、绿苗分化率、绿苗产率、白苗分化率和白苗产率存在明显差异，参试14个春小麦品种经花药培养其中5份材料产生愈伤组织：新春6号、新春39号、新春43号、新春44号和新春48号；愈伤组织分化出绿苗的材料：新春39号和新春44号，占参试材料的40 %，其中新春39号愈伤组织分化绿苗率220%，新春44号愈伤组织分化绿苗率100%；愈伤组织分化出白苗的材料：新春39号、新春44号和新春44号，占参试材料的60%；14个参试品种花药经分化产生绿苗的材料：新春39号和新春44号，占参试材料的14.20%，其中新春39号花药分化绿苗产率7.30%，新春44号花药分化绿苗产率1.50%；参试14个春小麦品种经花药培养筛选出新春6号、新春39号、新春43号、新春44号和新春48号，共5份花培骨干亲本材料，其中新春39号和新春44号属花培核心亲本材料。

参考文献

[1] 欧阳俊闻，胡含，庄佳俊，等.小麦花粉植株的诱导及后代观察[J].中国科学，1973， （1）：72-82.

OUYANGJunwen， HU Han， ZHUANG Jiajun， et al. Induction of Wheat Pollen Plants and Observation of Progeny[J]. Chinese Science"Press，"1973，（1）： 72-82.

[2] 胡道芬，汤云莲，袁振东，等.冬小麦花粉孢子体的诱导及京花1号的育成[J].中国农业科学，1983，（1）：29.

HUDaofen， TANGYunlian， YUANZhendong， et al. Induction of Pollen Sporophyte in Winter Wheat and Breeding of Jinhua No.1[J]. Scientia Agricultura Sinica，Chinese Agricultural Science，"1983，（1）： 29.

[3] 王成社， 李景琦， 邹淑芳， 等. 小麦新品种陕农28的选育与花培育种技术的改良[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版）， 2002， 30（4）： 21-23， 36.

WANG Chengshe， LI Jingqi， ZOU Shufang， et al. Discussion on the improvement of haploid breeding from selecting new varieties of Shaannong 28[J]. Journal of Northwest A amp; F University"（Natural Science Edition）， 2002， 30（4）： 21-23， 36.

[4] 康明辉， 海燕. 高产多抗小麦新品种花培1号的选育[J]. 河南农业科学， 2007， 36（8）： 34-35.

KANG Minghui， HAI Yan. The breeding of Huapei 1-a high-yielding and disease-resistant wheat variety[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences， 2007， 36（8）： 34-35.

[5] 康明辉， 海燕， 赵永英， 等. 超高产小麦新品种花培6号的选育[J]. 河南农业科学， 2009， 38（6）： 60-61.

KANG Minghui， HAI Yan， ZHAO Yongying， et al. Breeding of a new wheat variety Huapei 6 with super high yield[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences， 2009， 38（6）： 60-61.

[6] 魏亦勤， 叶兴国， 李红霞， 等. 高产优质春小麦新品种宁春50号[J]. 麦类作物学报， 2012， 32（2）： I0003.

WEI Yiqin， YE Xingguo， LI Hongxia， et al. Ningchun 50， a new spring wheat variety with high yield and good quality[J]. Journal of Triticeae Crops， 2012， 32（2）： I0003.

[7] 姚金保， 陆维忠. 小麦新品种生选6号的丰产稳产性和赤霉病抗性分析[J]. 麦类作物学报， 2012， 32（4）： 793-798.

YAO Jinbao， LU Weizhong. Analysis of yield potential， yield stability and resistance to Fusarium"head blight of new wheat cultivar Shengxuan 6[J]. Journal of Triticeae Crops， 2012， 32（4）： 793-798.

[8] 王炜， 杨随庄， 叶春雷， 等. 丰产优质花培春小麦新品种——陇春31号[J]. 麦类作物学报， 2014， 34（3）： 432.

WANG Wei， YANG Suizhuang， YE Chunlei， et al. Longchun 31， a new spring wheat variety with high yield and good quality in flower culture[J]. Journal of Triticeae Crops， 2014， 34（3）： 432.

[9] 王炜， 叶春雷， 杨随庄， 等. 花药培养技术在小麦种质资源创制及育种中的应用[J]. 中国种业， 2018，（11）： 25-29.

WANG Wei， YE Chunlei， YANG Suizhuang， et al. Application of anther culture technology in the creation and breeding of wheat germplasm resources[J]. China Seed Industry， 2018，（11）： 25-29.

[10] 董艳辉， 赵兴华， 李亚莉， 等. 小麦花药培养各种影响因子的研究进展[J]. 山西农业科学， 2018， 46（1）： 135-137， 140.

DONG Yanhui， ZHAO Xinghua， LI Yali， et al. Research progress on various influence factors of wheat anther culture[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences， 2018， 46（1）： 135-137， 140.

[11] 赵林姝， 刘录祥， 古佳玉， 等. 冬小麦高花药培养力基因型的筛选[J]. 麦类作物学报， 2017， 37（10）： 1294-1300.

ZHAO Linshu， LIU Luxiang， GU Jiayu， et al. Screening of winter wheat germplasms with high anther culture ability[J]. Journal of Triticeae Crops， 2017， 37（10）： 1294-1300.

[12] 韩晓峰， 陶丽莉， 殷桂香， 等. 基因型和环境条件对小麦花药培养效果的影响[J]. 作物学报， 2010， 36（7）： 1209-1215.

HAN Xiaofeng， TAO Lili， YIN Guixiang， et al. Effect of genotype and growing environment on anther culture in wheat[J]. Acta AgronomicaSinica， 2010， 36（7）： 1209-1215.

[13] 宋运贤，周素英，杜雪玲，等.小麦花药培养效率的影响因素的研究[J].西北农林科技大学学报（自然科学报），2012 ， 40（5）：62-68.

SONG Yunxian， ZHOUSuying， DU Xueling， et al. Study on the Factors Influencing Anther Culture Efficiency in Wheat [J]. Journal of Northwest Aamp;F University （Natural Science EditionEd.）， 2012， 40（5）： 62-68.

[14] 杨雪， 王丁， 刘春雷， 等. 四种培养基对小麦花药愈伤组织诱导率的影响[J]. 湖北农业科学， 2015， 54（4）： 979-980.

YANG Xue， WANG Ding， LIU Chunlei， et al. Effects of four culture medium on the callus induction rate of wheat anther[J]. Hubei Agricultural Sciences， 2015， 54（4）： 979-980.

[15] Ekiz H， Konzak C F. Effects of light regimes on anther culture response in bread wheat[J]. Plant Cell， Tissue and Organ Culture， 1997， 50（1）： 7-12.

[16] 杨雪，邢文会，刘春雷，等.C₁₇、K培养基在小麦花药脱分化中的应用效果研究[J].河南农业科学，2014，43（9）：28-30.

YANG Xue， XINGWHWenhui， LIUCLChunlei， et al. Study on the Application Effect of C₁₇"and K Culture Medium in Anther Differentiation of Wheat[J]. Henan Agricultural Sciences， 2014， 43（9）： 28-30.

[17] 王炜， 陈琛， 叶春雷， 等. 甘肃主栽小麦品种及骨干亲本花药培养特性评价及分析[J]. 核农学报， 2016， 30（6）： 1059-1066.

WANG Wei， CHEN Chen， YE Chunlei， et al. Evaluation and analysis of anther culture characteristics in Gansu wheat cultivars and backbone parents[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences， 2016， 30（6）： 1059-1066.

Study on genotypic differences of anther culture ability in mainly cultivated spring wheat varieties in Xinjiang

WANG"Chunsheng， LI Jianfeng^*， ZHANG"Yueqiang^*， FAN"Zheru， WANG"Zhong， GAO"Xin， SHI"Jia， ZHANG"Hongzhi， WANG Lihong，XIA"Jianqiang， WANG"Fangping， ZHAO"Qi

（Research Institute of Nuclear Technology and Biotechnology，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091，China）

Abstract：【Objective】To investigate the genotypic differences in anther culture ability of spring wheat varieties， establish the anther culture technology for wheat in Xinjiang， determine the anther culture ability of main cultivated and recently approved spring wheat varieties， and select high anther culture ability parental materials for wheat breeding in the region.【Method】Using mainly C17-induced culture medium and NT5 differentiation culture medium as the main culture media， the anther culture technology was used to evaluate the callus induction rate， green plant differentiation rate， green plant production rate， albino plant differentiation rate， and albino plant production rate of the test materials， and then the correlation analysis of 5 anther culture traits was carried out.【Result】The range of callus induction rate， green plant differentiation rate， green plant production rate， albino plant differentiation rate， and albino plant production rate of 14 genotypes of spring wheat varieties was 0-3.33%， 0-220%，"0-7.30%， 0-50%， 0-50%， respectively. The anther culture traits differed significantly among different genotypes， with the green plant differentiation rate showing the greatest variation. The callus induction characteristics were positively correlated with the differentiation of green plants and albino plants， but there was no correlation between callus regeneration and the differentiation into green plants or albino plants.【Conclusion】Five genotypes are screened out that could produce callus： Xinchun 6， Xinchun 39， Xinchun 43， Xinchun 44， and Xinchun 48. Among them， Xinchun 39 and Xinchun 44 have the highest green plant differentiation rates. The green plant differentiation rate of Xinchun 39 is 7.30%， and that of Xinchun 44 is 1.50%. Therefore， Xinchun 39 and Xinchun 44 are selected as the core parental materials for anther culture breeding.

Key"words："spring wheat; anther culture; genotype

资助项目：新疆维吾尔自治区科技支疆项目“小麦高花药培养力种质引进及其育种应用”（2020E0219）

Fund"Project："the Science and Technology Support Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region"\"Introduction of Wheat Germplasm with High Anther Culture Ability and its Breeding Application\" （2020E0219）

作者简介：王春生（1995-），男，山东，助理研究员，研究方向为小麦诱变育种，1132060544@qq.com

通讯作者：李剑峰^*（1979-），男，陕西，研究员，研究方向为小麦诱变育种，Ljfm1979@163.com

Author's profile： WANG"Chunsheng （1995-）， male， from Shandong"Province， assistant research fellow， research direction： wheat mutation breeding， email： 1132060544@qq.com.

Correspondence"author： LI"Jianfeng （1979- ）， male， Shaanxi"province， associate researcher， research direction： wheat mutation breeding， Ljfm1979@163.com.