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胚培养在果树育种方面的应用研究

发表时间：2021/6/10 来源：《中国科技信息》2021年7月作者：耿传安

[导读] 近年来，我国的综合国力的发展迅速，胚培养是人们利用植物体胚具有细胞全能性，来人工离体培养的一种繁殖技术。早在20世纪初就将其作为一种育种手段。在1933年，Tukey首次用甜樱桃的幼胚为试材，进行人工离体培养，成为胚培养在果树育种方面的里程碑。

山东省菏泽市定陶区黄店镇农业技术耿传安 274000

摘要：近年来，我国的综合国力的发展迅速，胚培养是人们利用植物体胚具有细胞全能性，来人工离体培养的一种繁殖技术。早在20世纪初就将其作为一种育种手段。在1933年，Tukey首次用甜樱桃的幼胚为试材，进行人工离体培养，成为胚培养在果树育种方面的里程碑。之后胚培养技术逐渐应用于育种行业，迄今已经在桃、梨、葡萄、樱桃、杏等多种果树上有成功报道。并且育出了深受人们喜爱的早熟、极早熟和无核品种，如早熟桃‘金冠’、‘五月红’、大樱桃早熟品种‘红灯’、晚熟品种‘拉宾斯’、无核葡萄‘红宝石无核’、‘金星无核’等。李玉晖，陈学森等利用胚培养技术成功地将远缘杂交败育的幼胚培养成苗，开创了胚培养技术在远缘杂交育种中的先例，培育出李杏属间杂交后代‘味王’、‘风味玫瑰’等。美国培育出的李杏杂交品种味帝、恐龙蛋等在我国种植也取得一定区域的成功。这些早熟、晚熟和无核果树品种能够调剂市场余缺，满足消费者的需求，因此它们的苗木倍受欢迎。但是由于果树是多年生植物，育种周期较长，有些树种的杂交后代出现胚败育，采用常规的播种方式成苗困难或萌芽率低，这些问题都对胚培养技术起到推波助澜的作用。迄今胚培养技术在果树优新品种的选育、种质资源的保存和无病毒苗的繁育等方面的应用相对较成熟。本文作者对胚培养在果树上的应用现状做一阶段性整理分析。以期为胚培养技术在果树育种领域的深入研究提供参考。
关键词：胚培养；果树育种方面；应用研究
        引言
        成熟的有生命力的胚胎是植物产生种子的基础。然而在一些果树的生长发育过程中，存在胚早期退化和败育，这对果树育种来说是一个不良的特性，降低了育种效率。关于胚胎败育的原因，大部分研究从解剖学角度着手，在胚胎发育的各个时期观察到异于正常胚胎发育的结构特征，例如雄性器官花粉花药的败育、四核胚囊、八核胚囊发育异常、合子胚停长及胚乳败育等。此外，果树胚胎的败育与促进激素和抑制激素之间的平衡有着密切关系，是多种激素间协同作用的结果。从分子生物学角度来看，果树胚胎的发育及败育是基因在机体内外因素共同作用下实现的。因此，与胚胎分化发育密切相关的特异蛋白、基因的分离及鉴定，对认识胚胎分化发育的分子机理具有重要意义。
        1胚培养技术的意义
        胚培养作为一种育种手段，它包括胚抢救、检测种子活力、打破休眠和组培快繁等。胚抢救是胚培养的主要内容并且应用广泛，在核果类的早熟育种、柑橘的三倍体以及无核葡萄方面已经取得成功。胚培养能够提高育种进程，缩短育种周期，提高成苗率，与分子技术相结合将进一步加快育种进程。分子标记技术已经应用于植物品种鉴定、亲缘关系研究、基因定位和遗传图谱建立等方面。胚培养过程中，成熟胚的培养相对容易，而幼胚的培养则比较困难，因为幼胚的细胞分化是一个复杂且重要的过程，并且对培养基的成分和附加物的要求因植物的不同和培养时期的不同而异。胚在早期退化或败育能够获得无籽果实（和三倍体植株），这在果树栽培方面是一个优良特性，但在果树育种领域却阻碍了育种工作的持续发展。胚培养技术的产生和发展对即将退化或败育的胚进行及时培养，有效地克服了这个障碍，为果树优良品种的选育提供了一条有效途径。
        2胚挽救技术分析
        2.1接种时间
        幼胚的发育状况是影响胚挽救技术成功与否的最基本因子，确定胚珠接种的最佳时间是胚挽救成功的前提。

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如果在胚发育程度较低时接种，其幼胚所需要的营养水平自身不能满足，且对营养的需求较复杂，成活率低。但是随着胚的发育，其败育程度逐渐增加，到达一定时期后接种，其成活率依然较低。因此，适宜的接种时期应该在胚发育程度较高，即将败育的时期。在对蜜桃胚进行挽救时，随着花后时期的延长，其接种胚的成活率逐渐提高，在花后68d胚挽救的胚萌发率达到70%。在早熟甜樱桃胚挽救研究中指出，‘红灯’胚的挽救受胚发育程度的影响,发育程度越高,获得挽救的几率越大。当胚发育指数大于0.70时，成株率均在71.0%以上。孙亮等人在苹果和梨属间杂交及其幼胚挽救研究中发现，授粉后60d左右的幼种胚较大且硬实，而且培养时生长状态较好；同时发现较多中途败育幼种。由于不同品种胚发育期的长短是不同的，甚至同一品种的不同植株，同一植株的不同部位，其胚发育期也存在差异。因此探索合适的接种时间是胚挽救成功的前提。
        2.2基本培养基
        组织培养中培养的外植体不同，所用的培养基类型也不同，因此选择合适的培养基是胚挽救成功的关键环节。在果树组织培养中应用的基本培养基种类很多，大致可分为高盐型（MS培养基）、中盐型（Nitsch培养基）和低盐型（White培养基）。胚挽救过程一般分两个阶段进行，即胚萌发阶段和成苗培养阶段，不同的阶段要求使用的培养基也不同。在无核葡萄胚挽救技术中，胚萌发培养一般以Nitsch为基本培养基，成苗培养以1/2MS为基本培养基。在对早熟甜樱桃胚挽救试验中使用的基本培养基为MS培养基；甜樱桃与中国樱桃的杂种胚需要在1/2MS培养基上培养。因此对于樱桃的胚挽救需要使用高盐型培养基。同样，在枣幼胚以及苹果和梨属间杂交幼胚的培养都采用高盐型培养基。培养基中多使用固体培养基及固液双相培养基，固液双相培养基不仅固定支持了胚珠，并且防止胚珠干瘪。
        2.3克服远缘杂交育种的不亲和性
        植物的远缘杂交是指属及其以上分类学单位之间的杂交。将近缘种或野生种的优良性状遗传到栽培种上，丰富了种质资源、扩大了遗传多样性。但远缘杂交育种常会出现不亲和性。针对这一问题，遗传育种方面的专家进行了大量研究，得出选择杂交母本与父本雌蕊和雄蕊长度之差越小的品种进行杂交，获得成功的几率较大。张保等采用常规二次授粉的方法提高杂交坐果率；对李、杏属间杂交成熟的胚进行了培养，得出采用胚培养技术与远缘杂交相结合，将杂交后代的种胚在适当的时期进行培养，人为实现种质创新和品种的改良，从而育出完整的植株；以李为母本、杏为父本杂交亲和性高并且选育出了“龙园杏黄”等品种。杨红花、陈学森等成功地将不同种的中国樱桃和欧洲甜樱桃杂交所得杂种胚进行了培养，并得出亲缘关系越远、亲和性越明显。在胚培养的过程中，培养时期和培养条件可以人为控制，能够克服远缘杂交育种的不亲和性，使远缘杂交成为种质资源创新的有效途径之一。
        结语
        果树育种过程中的杂交后代的群体量大、性状展现晚，如果将这些杂交后代全部田间种植筛选，那么所需的土地、人力会很多。为了加快果树良种的选育进程、提高资源的开发利用和保护，将组织培养与分子标记、遗传图谱相结合，把杂交后代群体的性状尽早地评价，缩短中间育种材料的选择过程是优新果树种质培育的方向和焦点。通过组织培养建立的无毒种质资源保存体系能够使我国种质资源更久远地保存。
参考文献
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[3]罗来水，肖德兴，霍光华，等.新白凤桃花粉的发生发育[J].江西农业大学学报，1998，20（4）：448-451.
[4]罗来水，肖德兴，霍光华，等.桃雄性不育的表现形式及其败育途径[J].果树学报，2000，17（2）：89-96.