枣离体胚培养及离体受精技术的研究
|
摘要
我国是枣的原产国和主产国。现有枣树栽培品种性状各有不足，而且退化现象严重。采用传统的自然变异繁殖方法育种周期长，效果又不明显。杂交育种技术是培育优良作物品种的有效方法，在主要经济作物育种中已得到广泛的应用。但枣树的胚败育现象非常普遍，通过人工杂交得到的杂种胚更是因严重败育而难以获得杂种植株，因而其人工育种迄今仍属空白。阐明胚败育机理、建立延缓胚败育及对早期幼胚进行抢救的方法和手段，已成为枣树育种中一个迫切需要解决的问题。
本实验进行了枣的离体授粉、受精试验及离体胚培养和体细胞胚胎的诱导，对杂交过程中的传粉、受精和胚的形成与发育过程进行了组织胚胎学研究，探讨了胚败育的过程、形式及克服方法，以期获得正常的杂交后代，进而培育出性状优异的新品种。
实验结果表明，大多数品种的枣胚从球形期或心形期即开始败育，只有极少数品种可发育到成熟胚。通过对离体胚培养条件的筛选发现，胚龄约30天的幼胚容易培养成功。离体受精所形成的极幼龄胚珠在培养过程中，子房明显膨大，可正常生长发育20天。在胚培养过程中诱导出体细胞胚胎，并且其发育进程与合子胚高度一致，都经历了原胚、球形胚、心形胚、鱼雷胚和子叶胚等发育阶段。体细胞胚胎诱导的成功，为枣品种间杂交胚的正常生长、发育乃至杂种植株的形成提供了一条新的途径。
Zizyphus jujuba is produced primarily and mainly in our country. The character of date tree cultivar at present has different deficiency, and degeneration is serious. Natural variation is one of the traditional reproduce methods, not only its breeding cycle is too long, but also produces little effect. Crossbreeding as a effective way to cultivate excellent crop variety has been extensively applied on major economic crops breeding. Embryo abortion of date tree is very popular, and the abortion of hybrid embryo through hybridization is too serious to gain hybrid plant, so its artificial breeding remains blank up to now. Therefore it is necessary to expound the abortive mechanism, and to fend the method of putting off abortion and rescuing young embryo.
Pollination, fertilization and embryo culture in vitro and embryoid induction were studied in the experiment. The hybridization pollination and fertilization, and the production and development of embryo were researched, the process, style and overcome method of abortion were discussed to gain normal hybrid progeny and cultivate new variety with excellent character.
The results show that, most of varieties of the zizyphus jujuba embryo began aborting from globular or heart-shaped embryo period, and few of them could keep developing to cotyledon stage embryo. Through screening the conditions of embryo culture, we can find it was easy to culture the embryo of 30 days. During the culture, the extremely young hybrid ovule developed normally for 20 days, with the ovary expanding obviously. Somatic embryo was induced during embryo culture, whose developing process was similar to zygote greatly, for both of them shared the same experience from proembryo to globular embryoid, heart-shaped embryoid, torpedo-shaped embryoid and cotyledon stge embryoid. The success of the induction of embryoid offers a new way to the growth and development of hybrid embryo, and the production of hybrid plant.
本实验进行了枣的离体授粉、受精试验及离体胚培养和体细胞胚胎的诱导，对杂交过程中的传粉、受精和胚的形成与发育过程进行了组织胚胎学研究，探讨了胚败育的过程、形式及克服方法，以期获得正常的杂交后代，进而培育出性状优异的新品种。
实验结果表明，大多数品种的枣胚从球形期或心形期即开始败育，只有极少数品种可发育到成熟胚。通过对离体胚培养条件的筛选发现，胚龄约30天的幼胚容易培养成功。离体受精所形成的极幼龄胚珠在培养过程中，子房明显膨大，可正常生长发育20天。在胚培养过程中诱导出体细胞胚胎，并且其发育进程与合子胚高度一致，都经历了原胚、球形胚、心形胚、鱼雷胚和子叶胚等发育阶段。体细胞胚胎诱导的成功，为枣品种间杂交胚的正常生长、发育乃至杂种植株的形成提供了一条新的途径。
Zizyphus jujuba is produced primarily and mainly in our country. The character of date tree cultivar at present has different deficiency, and degeneration is serious. Natural variation is one of the traditional reproduce methods, not only its breeding cycle is too long, but also produces little effect. Crossbreeding as a effective way to cultivate excellent crop variety has been extensively applied on major economic crops breeding. Embryo abortion of date tree is very popular, and the abortion of hybrid embryo through hybridization is too serious to gain hybrid plant, so its artificial breeding remains blank up to now. Therefore it is necessary to expound the abortive mechanism, and to fend the method of putting off abortion and rescuing young embryo.
Pollination, fertilization and embryo culture in vitro and embryoid induction were studied in the experiment. The hybridization pollination and fertilization, and the production and development of embryo were researched, the process, style and overcome method of abortion were discussed to gain normal hybrid progeny and cultivate new variety with excellent character.
The results show that, most of varieties of the zizyphus jujuba embryo began aborting from globular or heart-shaped embryo period, and few of them could keep developing to cotyledon stage embryo. Through screening the conditions of embryo culture, we can find it was easy to culture the embryo of 30 days. During the culture, the extremely young hybrid ovule developed normally for 20 days, with the ovary expanding obviously. Somatic embryo was induced during embryo culture, whose developing process was similar to zygote greatly, for both of them shared the same experience from proembryo to globular embryoid, heart-shaped embryoid, torpedo-shaped embryoid and cotyledon stge embryoid. The success of the induction of embryoid offers a new way to the growth and development of hybrid embryo, and the production of hybrid plant.
引文
[1]胡适宜．被子植物胚胎学．高等教育出版社，1982，p67～210
[2]颜昌敬．植物组织培养手册．上海科学技术出版社，1990，p32～48
[3]郑国錩，谷祝平．生物显微技术．高等教育出版社，1993，p10～103
[4]周维燕．植物细胞工程原理与技术．中国农业大学出版社，2001，p129～145
[5]林顺权．植物细胞工程．厦门大学出版社，2000，p64～74
[6]王文和，赵洁．被子植物的试管受精及其意义．沈阳农业大学学报，2002，33(1)：67～70
[7]孙浩元等．桐柏大枣组织培养快速繁殖技术研究．河北林果研究，2000，2：147～152
[8]林伯年．果树组织培养研究综述[J]．中国果树，1978，3～4：1 9～27
[9]李云，王宇等．树离体培养和脱除枣疯病原MLO技术研究进展．果树学报，2001，18：115～119
[10]张福泉．枣茎段离体培养初报[J]．中国果树，1983，3：46～47
[11]王玉国，白桦．枣树的组织培养与快速繁殖．山西农业大学学报，1994
[12]王玉珍．冬枣离体繁殖技术．北方园艺，1999，5：16～17
[13]罗晓芳等．金丝小枣组织培养快速繁殖研究．北京林业大学学报，1996，18：9～15
[14]王震星等．枣的花药离体培养和染色体倍性变异．植物生理学通讯，1998，34：180～182
[15]马均．枣胚轴组织培养的初步研究．林业科技，2001，26：55～57
[16]陈宗礼等．枣叶片离体培养再生植株[J]．植物生理学通讯，1996，32：27
[17]张盹明等．枣树嫩茎组织诱导胚状体[J]．甘肃林业科技，1993，4：15～17
[18]何业华等．枣树愈伤组织培养时不定芽的分化．中南林学院学报，1998，18：44～50
[19]程佑发．枣树体细胞胚发生和组织学研究．西北植物学报，2001，21：142～145
[20]Oh S D，Lee B K and Lee S H. Studies on cause of low fruit setting in artificial pollinated flowers and on development of artificial pollinating method in Chinesse jujuba．全北大学校农大论文集，1990，21：1～7
[21]刘孟军．韩国枣树的生产现状及主要成果．河北林果研究，1999，14：94～100
[22]刘贵仁等．金丝小枣茎段离体培养及胚培养的研究．华北农学报，1988，3：116～119
[23]何业华等．枣树原生质体培养及其植株再生．中南林学院，1999，19：29～32
[24]Spiegel-Roy P, Sahar N, Baron J, et al. In vitro culture and plant formation from grape eultivars with abortive ovules and seeds [J].J Amer Soc Hort Sci, 1985,110:109～112
[25]Ramming D W, Emershad R L ,1982. In-ovule embryo culture of seeded and
seedless Vitis vinifera (Abst.)Hort Sci. 17(3,11):487
[26]Goldy R, Emershad R, Ramming D, Chaqqarro J. 1988. Embryo culture as a means of introgressing seedlessness from Vitis vinifera to V. rotundifoiia. Hort Sci, 23(5):886～889
[27]张宏明，孟新法，张潞生．无核葡萄胚珠发育及早期离体培养的研究Ⅰ激素对胚珠离体培养的影响．北京农业大学学报，1990，16(3)：277～283
[28]Cox EA, Stotzky G, Goors RD. In vitro culture of Musa ballbisiana Cola embryos[J]. Nature, 1960,185:403～404
[29]陈香波，曹孜义．离体葡萄未成熟胚成苗途径研究．果树科学，17(4)：261～264，2000
[30]陶建敏，陈长春，徐喜楼．组织培养技术在葡萄无核育种上的应用．葡萄栽培与酿酒，1997(4)
[31]伊华林，邓秀新．培养三倍体柑橘植株的研究[J]．果树科学，15(3)：212～216
[32]邓秀新，郭斌，孙绪华．我国无核柑橘类型选育研究及其进展[J]．园艺学报，1996，23(2)：235～240
[33]Ohta Y, Furugato K, Embryo culture in citrus [J].Seiken Ziho Rpt Kihara Inst Biol Res, 1957,23:49～54
[34]Cantoni L, Berardi G Rosati P. Organogenesis and somatic embryoenesis from immature embryos of blackberry [J]. In 6th Inter. Symp. On Rubus and Ribes, Skiernaewice, Poland, 1993,3～10, July
[35]王元裕，周碧英，高士贤，等．柑橘胚培养技术的研究(Ⅱ)多胚性品种未熟幼胚的早期离体培养[J]．园艺学报，1981，8(1)：13～17
[36]母锡金，王文玲，等．猕猴桃属美味猕猴桃和毛花猕猴桃种间杂交的胚胎学和胚援救．植物学报，1990，32(6)：425～431
[37]刘用生，李秀菊．桃胚胎培养及其应用[J]．北方果树，1993，(2)：3～5
[38]陈学森，张艳敏，等．特枣属杏的育种．园艺学报，1996，23(1)：27～31
[39]谷晓峰，唐仙英．罗田甜柿幼胚培养条件的研究．果树学报，2001，18(2)：80～83
[40]胡适宜．被子植物双受精发现100年：回顾与展望[J]．植物学报，1998，40(1)：1～13
[41]杨弘远，周嫦．被子植物离体受精与合子培养研究进展．植物学报，1998，40(2)：95～101
[42]Kanta K. Intraovariao pollination in papaver rhoeas L. [J].Nature, 1960,188:683～684
[43]Dulieu H L. Surla fecondation in vitro ehezle Nicotiana tabacum L. [J].Compt. Rend, 1963,256:3344～3346
[44]Usha S V. In vitro pollination in Antirrhimum majus L. [J].CURRENT Sci.,1965,34:511～513
[45]Rao P S. In vitro development of the pollinated pistils of Nicotiana
rustica L. [J].Botan. Gaz. 1972,133:350～355
[46]Shivanna K R. In vitro fertilization and seed formation in Petunia violacea Lindl[J].Phytomorphology. 1965,15:183～185
[47]Gengenbeeh G B. Development of maize caryopses resulting from in vitro pollination[J].Plant. 1977,134:91～93
[48]叶树茂，杨秀梅，张绍武．小麦试管受精的研究Ⅰ．小麦雌蕊离体授粉结籽[J]．实验生物学报，1980，13(30：241～247
[49]张廷壁．水稻试管受精的研究[J]．植物学报，1983，25(2)：187～191
[50]Kanta K. Rangaswamy N S. Maheshvari P. Test-tube fertilization in a flowering plant[J]. Nature, 1962,194:1214～1217
[51]Balatkova Vera. Tupy J. Test-tube fertilization in Nicotiana tabacum by means of an artificial pollen tube culture [J].Biologia plant Acad. Sci. Bohemoslov. 1968, (10):266～270
[52]Kranz E. Bautor J. Lorz H. In vitro fertilization of single, isolated gametes of maize mediated by electrofusion[J].Sex Plant Reprod, 1991, (4):12～16
[53]田惠桥，马德滋．一种单性结实枣的胚胎学观察，29(1)：29～33
[54]郝建平，周小梅．茴香组织培养中体细胞胚胎发生的组织细胞学研究．实验生物学报，1995，28(3)：339～347
[55]郝建平，周小梅等．蛇床幼茎离体培养中体细胞胚胎形成的观察．武汉植物学研究，1994，12(3)：247～252
[56]卢纹岱，朱一力，沙捷等．SPSS for windows从入门到精通．电子工业出版社，1996．
[57]李浚明．植物组织培养教程(第二版)．中国农业大学出版社，2002．
[2]颜昌敬．植物组织培养手册．上海科学技术出版社，1990，p32～48
[3]郑国錩，谷祝平．生物显微技术．高等教育出版社，1993，p10～103
[4]周维燕．植物细胞工程原理与技术．中国农业大学出版社，2001，p129～145
[5]林顺权．植物细胞工程．厦门大学出版社，2000，p64～74
[6]王文和，赵洁．被子植物的试管受精及其意义．沈阳农业大学学报，2002，33(1)：67～70
[7]孙浩元等．桐柏大枣组织培养快速繁殖技术研究．河北林果研究，2000，2：147～152
[8]林伯年．果树组织培养研究综述[J]．中国果树，1978，3～4：1 9～27
[9]李云，王宇等．树离体培养和脱除枣疯病原MLO技术研究进展．果树学报，2001，18：115～119
[10]张福泉．枣茎段离体培养初报[J]．中国果树，1983，3：46～47
[11]王玉国，白桦．枣树的组织培养与快速繁殖．山西农业大学学报，1994
[12]王玉珍．冬枣离体繁殖技术．北方园艺，1999，5：16～17
[13]罗晓芳等．金丝小枣组织培养快速繁殖研究．北京林业大学学报，1996，18：9～15
[14]王震星等．枣的花药离体培养和染色体倍性变异．植物生理学通讯，1998，34：180～182
[15]马均．枣胚轴组织培养的初步研究．林业科技，2001，26：55～57
[16]陈宗礼等．枣叶片离体培养再生植株[J]．植物生理学通讯，1996，32：27
[17]张盹明等．枣树嫩茎组织诱导胚状体[J]．甘肃林业科技，1993，4：15～17
[18]何业华等．枣树愈伤组织培养时不定芽的分化．中南林学院学报，1998，18：44～50
[19]程佑发．枣树体细胞胚发生和组织学研究．西北植物学报，2001，21：142～145
[20]Oh S D，Lee B K and Lee S H. Studies on cause of low fruit setting in artificial pollinated flowers and on development of artificial pollinating method in Chinesse jujuba．全北大学校农大论文集，1990，21：1～7
[21]刘孟军．韩国枣树的生产现状及主要成果．河北林果研究，1999，14：94～100
[22]刘贵仁等．金丝小枣茎段离体培养及胚培养的研究．华北农学报，1988，3：116～119
[23]何业华等．枣树原生质体培养及其植株再生．中南林学院，1999，19：29～32
[24]Spiegel-Roy P, Sahar N, Baron J, et al. In vitro culture and plant formation from grape eultivars with abortive ovules and seeds [J].J Amer Soc Hort Sci, 1985,110:109～112
[25]Ramming D W, Emershad R L ,1982. In-ovule embryo culture of seeded and
seedless Vitis vinifera (Abst.)Hort Sci. 17(3,11):487
[26]Goldy R, Emershad R, Ramming D, Chaqqarro J. 1988. Embryo culture as a means of introgressing seedlessness from Vitis vinifera to V. rotundifoiia. Hort Sci, 23(5):886～889
[27]张宏明，孟新法，张潞生．无核葡萄胚珠发育及早期离体培养的研究Ⅰ激素对胚珠离体培养的影响．北京农业大学学报，1990，16(3)：277～283
[28]Cox EA, Stotzky G, Goors RD. In vitro culture of Musa ballbisiana Cola embryos[J]. Nature, 1960,185:403～404
[29]陈香波，曹孜义．离体葡萄未成熟胚成苗途径研究．果树科学，17(4)：261～264，2000
[30]陶建敏，陈长春，徐喜楼．组织培养技术在葡萄无核育种上的应用．葡萄栽培与酿酒，1997(4)
[31]伊华林，邓秀新．培养三倍体柑橘植株的研究[J]．果树科学，15(3)：212～216
[32]邓秀新，郭斌，孙绪华．我国无核柑橘类型选育研究及其进展[J]．园艺学报，1996，23(2)：235～240
[33]Ohta Y, Furugato K, Embryo culture in citrus [J].Seiken Ziho Rpt Kihara Inst Biol Res, 1957,23:49～54
[34]Cantoni L, Berardi G Rosati P. Organogenesis and somatic embryoenesis from immature embryos of blackberry [J]. In 6th Inter. Symp. On Rubus and Ribes, Skiernaewice, Poland, 1993,3～10, July
[35]王元裕，周碧英，高士贤，等．柑橘胚培养技术的研究(Ⅱ)多胚性品种未熟幼胚的早期离体培养[J]．园艺学报，1981，8(1)：13～17
[36]母锡金，王文玲，等．猕猴桃属美味猕猴桃和毛花猕猴桃种间杂交的胚胎学和胚援救．植物学报，1990，32(6)：425～431
[37]刘用生，李秀菊．桃胚胎培养及其应用[J]．北方果树，1993，(2)：3～5
[38]陈学森，张艳敏，等．特枣属杏的育种．园艺学报，1996，23(1)：27～31
[39]谷晓峰，唐仙英．罗田甜柿幼胚培养条件的研究．果树学报，2001，18(2)：80～83
[40]胡适宜．被子植物双受精发现100年：回顾与展望[J]．植物学报，1998，40(1)：1～13
[41]杨弘远，周嫦．被子植物离体受精与合子培养研究进展．植物学报，1998，40(2)：95～101
[42]Kanta K. Intraovariao pollination in papaver rhoeas L. [J].Nature, 1960,188:683～684
[43]Dulieu H L. Surla fecondation in vitro ehezle Nicotiana tabacum L. [J].Compt. Rend, 1963,256:3344～3346
[44]Usha S V. In vitro pollination in Antirrhimum majus L. [J].CURRENT Sci.,1965,34:511～513
[45]Rao P S. In vitro development of the pollinated pistils of Nicotiana
rustica L. [J].Botan. Gaz. 1972,133:350～355
[46]Shivanna K R. In vitro fertilization and seed formation in Petunia violacea Lindl[J].Phytomorphology. 1965,15:183～185
[47]Gengenbeeh G B. Development of maize caryopses resulting from in vitro pollination[J].Plant. 1977,134:91～93
[48]叶树茂，杨秀梅，张绍武．小麦试管受精的研究Ⅰ．小麦雌蕊离体授粉结籽[J]．实验生物学报，1980，13(30：241～247
[49]张廷壁．水稻试管受精的研究[J]．植物学报，1983，25(2)：187～191
[50]Kanta K. Rangaswamy N S. Maheshvari P. Test-tube fertilization in a flowering plant[J]. Nature, 1962,194:1214～1217
[51]Balatkova Vera. Tupy J. Test-tube fertilization in Nicotiana tabacum by means of an artificial pollen tube culture [J].Biologia plant Acad. Sci. Bohemoslov. 1968, (10):266～270
[52]Kranz E. Bautor J. Lorz H. In vitro fertilization of single, isolated gametes of maize mediated by electrofusion[J].Sex Plant Reprod, 1991, (4):12～16
[53]田惠桥，马德滋．一种单性结实枣的胚胎学观察，29(1)：29～33
[54]郝建平，周小梅．茴香组织培养中体细胞胚胎发生的组织细胞学研究．实验生物学报，1995，28(3)：339～347
[55]郝建平，周小梅等．蛇床幼茎离体培养中体细胞胚胎形成的观察．武汉植物学研究，1994，12(3)：247～252
[56]卢纹岱，朱一力，沙捷等．SPSS for windows从入门到精通．电子工业出版社，1996．
[57]李浚明．植物组织培养教程(第二版)．中国农业大学出版社，2002．