植物离体雌核发育的研究进展

植物离体雌核发育的研究进展收稿日期：2009-03-17基金项目：黑龙江省科技攻关项目（GB06B111-6）作者简介：张伶俐（1982－），女，硕士研究生，研究方向为蔬菜育种。

E-mail:linglizll@*通讯作者：屈淑平，教授，硕士生导师，研究方向为蔬菜遗传育种和生物技术。

E-mail:qushuping@张伶俐，崔崇士，屈淑平*（东北农业大学园艺学院，哈尔滨150030）摘要：文章对影响植物离体雌核发育因素的研究现状进行了综述，包括基因型、基本培养基、碳源种类及浓度、激素种类及浓度、接种时期、预处理方式、接种方式及培养条件等对离体雌核发育的作用及影响。

关键词：未受精胚珠或子房；离体培养；雌核发育中图分类号：Q94文献标识码：A文章编号：1005-9369（2009）11－0133－04Progress of plants in vitro gynogenesis/ZHANGLingli,CUI Chongshi,QU Shuping(College of Horticulture ,Northea st Agricultural University,Harbin 150030,China )Abstract:The article reviewed the influential factors of the plants in vitro gynogenesis,includinggenotype,medium,the type and concentration of carbon source,the type and concentration of the hormone,inoculation period,pre-treatment,culture conditions,inoculation methods and so on.Key words:unfertilized ovules or ovaries;in vitro culture;gynogenesis 未受精子房、胚珠的离体培养能够诱导植物的离体雌核发育，进而产生单倍体、双单倍体以及多倍体植株，用于遗传学和育种研究工作中。

自从San 等通过大麦未受精子房的离体培养获得了单倍体植株，并第一次提出了“雌核发育”的定义以来[1]，有关离体雌核发育的研究引起了植物育种工作者的极大兴趣，许多学者开始对各种植物进行离体雌核发育的研究，先后在烟草、小麦、向日葵、甜菜、韭菜、洋葱、西葫芦和黄瓜等多种植物上获得了单倍体植株[2-12]，使得离体雌核发育成为产生单倍体植株的一个重要途径，这对于育种材料的快速纯化、丰富种质资源和加速育种进程具有重要的理论和应用价值。

影响植物离体雌核发育的因素很多，包括供体的基因型、培养基、接种时胚囊的发育时期、外植体培养前的预处理、接种方式、培养条件等，这些影响因素并不是独立存在的，通常是几个因素同时对整个诱导过程发生作用，而且诱导条件不容易保持完全的一致，所以单纯分析某一个因素的效应是困难的，必须经过大量的比较试验才能得到有价值的结果。

本文就这一研究领域的进展加以综述。

1基因型在植物离体雌核发育的诱导过程中存在着明显的基因型依赖。

多种植物的未受精子房及胚珠离体培养的研究结果表明，即使在相同的培养条件下，不同基因型的供体材料也会有不同的反应。

在水稻的研究中，周嫦等先后进行了15个粳稻品种和4个釉稻品种的未受精子房培养[13]。

在4个釉稻品种中，只有2个品种得到了愈伤组织，但其诱导频率很低，分别为1.19%和2.8%。

而15个粳稻品种的诱导频率为1.5%~12.0%不等，明显高于釉稻的诱导频率。

在向日葵、草莓等多种植物上也发现了相似的规律[14-15]。

供体的基因型对未受精子房及胚珠离体培养的效果有很大影响，在建立再生体系时，应针对不同基因型的材料进行研究，筛选不同的诱导条件，以获得理想的诱导频率。

第40卷第11期东北农业大学学报40(11):133~1362009年11月Journal of Northeast Agricultural UniversityNov.20092培养基培养基是植物再生体系建立过程中的首要影响因素，培养基的影响涉及到基本培养基的种类、碳源的种类及浓度、外源激素的种类及浓度等诸多因素。

对于不同的植物材料，不同的培养条件应分别进行筛选，通过大量的比较分析，逐步对再生体系加以优化。

2.1基本培养基培养基是研究最多的因素之一，目前大多未受精子房或胚珠培养通常采用Miller、N6、MS、H、White等基本培养基或其改良型。

向日葵未受精子房培养研究表明，N6培养基能有效的削弱体细胞的增生、促进雌核的发育[14]。

黄瓜未受精子房的离体培养中，则采用了MS培养基或在其基础上对某些成分作了一些调整[15]。

而陈学军、谢冰等对西葫芦未受精胚珠进行离体培养结果表明培养基对胚状体诱导率影响显著，其中诱导率高的培养基有很大的利用价值，其中以MS、N6培养基对胚状体诱导率较高[8-9]。

对草莓未受精子房的离体培养，也是采用了MS培养基或其改良型[16]。

2.2碳源种类及浓度在诱导成功的试验中，多数是采用蔗糖作为离体培养的碳源，使用的浓度因植物种类而异，低的为2%~3%，高的达到10%~14%。

在烟草试验中比较了2%、4%、6%、8%共4个浓度水平，以4%的蔗糖浓度胚状体的诱导率最高[17]。

同一植物在胚诱导时常使用较高浓度的蔗糖，而在生根培养时则采用低浓度的蔗糖。

洋葱胚在诱导时需要较高的蔗糖浓度（10%），而幼胚在生长时则采用了6%的蔗糖，生根培养时只加了4%的蔗糖，过高（12%）或过低（3%）的蔗糖浓度诱导效果不佳[18]。

同样，谢冰等在对西葫芦前期胚状体诱导时采用了30mg·L-1的蔗糖浓度，而在生根培养基上则采用了20mg·L-1的蔗糖浓度[9,19]。

2.3外源激素培养基中通常需添加细胞分裂素（6-BA）和生长素（IAA）等外源激素，其对未受精的子房或胚珠的离体培养有着十分重要的作用，但不同作物及胚状体发育的不同阶段对激素的种类和浓度有不同的要求。

烟草未受精子房的培养中使用了0.5~1.0mg·L-1的IAA与2~4mg·L-1的6-BA[2]；非洲菊的未受精胚珠培养则以MS中的大量元素+Heller中的微量元素+1/2铁盐+0.2mg·L-16-BA+0.1mg·L-1IAA的诱导效果较好[20]。

陈小鹏等在黄瓜未授粉子房的胚状体诱导中发现加入TDZ后，其诱导率显著提高[21]。

陈学军、谢冰等在西葫芦未受精胚珠培养过程中筛选出了最佳的浓度组合为4.0mg·L-12，4-D+0.25 mg·L-1NAA+1.0mg·L-16-BA或4.0mg·L-12，4-D+0.5mg·L-1NAA+1.0mg·L-16-BA，诱导率都在90%以上[8-9]。

Kaya在诱导甜菜未受精胚珠培养时发现，在培养基中加入活性炭能有效的提高诱导率（9.5%~ 11.1%），其原因可能是活性炭消除了某些生长抑制剂的作用；同时还发现加入AgN O3诱导率反而降低[22]。

韩丽华等首次将AgNO3用于甜瓜离体胚囊发育试验，在5~80mg·L-1的AgN O3培养基上均获得了甜瓜再生植株，浓度为80mg·L-1时，胚状体诱导率达0.74%[23]。

3接种时期在诱导单倍体材料进行发育的过程中，外植体在接种时所处的发育时期可能比培养基成分更为重要。

敖光明等在对玉米胚培养的研究中发现，成熟的玉米子房比幼嫩子房更易于诱导单倍体产生，还可不经愈伤组织直接出苗[24]。

Gémes-Juh觃sz等对6种不同基因型的黄瓜进行了取材时期和预处理方式的研究，发现雌花开放前6h时胚囊刚好形成，胚的诱导率最高[11]。

谢冰对西葫芦未受精胚珠离体培养诱导结果表明，西葫芦成熟以及接近成熟的胚囊对人工诱导条件比较敏感，而成熟后的胚囊成员细胞在离体条件下较难启动分裂[9]。

陈学军等也提出开花当日西葫芦未受精胚珠活力较高，其愈伤组织诱导率也最高[8]。

4预处理接种前的低温或热激处理可能有利于某些植物未受精子房或胚珠离体培养时形成单倍体植株。

闫华等将向日葵花序在4℃冰箱中预处理24或48h，发现能明显地提高孤雌生殖的诱导率，同时还能有效的抑制珠被产生愈伤组织[14]。

Kwack等以中国南瓜的胚珠为外植体研究体细胞胚发育途径时发现，胚珠用5℃冷处理2d后，其再生频率提高[25]。

而Metwally等在美洲南瓜胚珠再生的研究·134·东北农业大学学报第40卷中得到了相反的结果，低温预处理外植体会降低再生频率，而不经低温处理的再生频率则高[26]。

而徐静在对西葫芦子房培养过程中发现，对西葫芦的大多数的基因型材料，35℃热激5d十分有效，但同时也发现有的基因型材料对温度有更高的要求，512品种在40℃下热激的效果更好[27]。

接种前的预处理可能会从生理生化上改变细胞的生理状态、改变其分裂方式和发育途径，有利于其形成单倍体植株，但具体的机理目前还不清楚。

5接种方式在未授粉子房或胚珠的离体培养中，接种方式同样影响着诱导率。

在大麦的研究中，黄群飞等将子房连小穗柄一起接种，将小穗柄插入培养基的方式，其效果明显优于子房平放的接种方式[28]。

杜胜利等在黄瓜未授粉子房培养中发现2~3mm厚的子房薄片平放接种方式效果最优[15]。

在西葫芦未受精子房培养中，陈学军等比较了4种不同的接种方法，发现按横切法接种时，最先从切口处长出愈伤组织，且愈伤组织的诱导率最高达28%，其次是切啄、纵切，而以完整胚珠接种法所得愈伤组织诱导率最低为6%[8]；而谢冰则认为将完整胚珠直接放在培养基表面，有利于营养的吸收和胚状体的诱导[9]。

6培养条件已报道的研究中，离体雌核培养采用的培养温度一般为22~28℃，与各类植物生长发育要求的适宜温度基本吻合或略高，但有时采用更高或更低的温度时表现更好，如Kojima等在韭菜未受精胚珠培养中发现20~21℃最适合[29]。

光照方式也有多种，其中包括黑暗、500lx16h、1000lx昼夜间歇光照、1500lx10h、2000lx、3000lx12~16h 等，但缺乏严格的比较试验。

陶自荣等在马铃薯未授粉子房诱导培养中发现，在子房诱导培养阶段需在散射光或黑暗条件下进行，而分化阶段则需用日光灯每日照射8h（约2000lx）[30]。

在水稻、草莓及黄瓜的未受精子房诱导中，研究者大多采用了前期黑暗（约1周），后期恒定光周期的光照方式，而且发现变温培养效果优于恒温培养，因此可以理解为黑暗是大多数植物离体雌核发育和胚状体形成的有利条件。