CN100356844C

CN100356844C - 获得甜瓜胚囊植株的方法及其专用培养基

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Publication number: CN100356844C
Application number: CNB2004100044595A
Authority: CN
Inventors: 王建设; 韩丽华; 刘玲; 王永键; 陈贵林
Original assignee: Vegetable Research Center Beijing Academy Of Agricultural & Forestry Sciences
Current assignee: Vegetable Research Center Beijing Academy Of Agricultural & Forestry Sciences
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2024-02-25
Also published as: CN1659955A

Abstract

本发明公开了获得甜瓜胚囊植株的方法及其专用培养基。本发明所提供的获得甜瓜胚囊植株的方法，包括以下步骤：1)取未授粉的甜瓜胚珠；2)诱导胚状体产生及萌发；3)诱导根系产生甜瓜胚囊植株。利用本发明的方法，能获得甜瓜胚囊植株，降低基因型对胚胎发生的影响，提高胚胎自然加倍率和再生成苗率。利用本发明的方法获得单倍体再生植株所需要的时间一般为40天左右，诱导率为3—8%，可显著缩短育种周期、降低育种成本、提高育种效率，大大促进甜瓜种质创新与新品种选育进程，提升育成品种的科技含量和在国际种业市场的竞争力。

Description

获得甜瓜胚囊植株的方法及其专用培养基

技术领域

本发明涉及利用生物工程技术获得单倍体植株的方法及其专用培养基，特别是涉及利用生物工程技术获得甜瓜胚珠双单倍体植株的方法及其专用培养基。

背景技术

单倍体是指具有配子染色体组成的孢子体，在育种中意义重大。自发单倍体是通过孤雌生殖或孤雄生殖过程产生的，由于自发频率极低(0.001-0.01％)，制约了它在育种中的广泛利用。以往国内外学者通过远缘杂交、延迟授粉、辐射花粉授粉、激素处理或激温处理等方法人工诱导单倍体，尽管这些方法在一定程度上提高了单倍体的诱导率，但往往重复性差。20世纪60年代中期Guha和Maheshwari(1964，1966)首次在南洋金花植物上通过花药培养技术获得了大量的单倍体花粉植株。目前，在至少52个属的153个种，其中包括不少具有重要经济价值的禾谷类作物和蔬菜上通过花药培养技术产生了单倍体，促进了种质创新与新品种选育工作。

与花粉(雄核发育，Androgenesis)离体培养一样，未授粉子房(雌核发育，gynogenesis)离体培养也是人工诱导单倍体植株的重要技术之一。20世纪80年代未授粉子房(或胚珠)离体培养得到了长足的发展，相继在水稻、小麦、大麦、青稞、玉米、烟草、马铃薯、向日葵、甜菜、洋葱、百合、韭菜等植物上取得了成功。长期以来，葫芦科植物花药和未授粉子房离体培养技术研究进展相当缓慢。以往，在甜瓜和黄瓜等葫芦科植物上利用辐射花粉授粉技术和胚拯救辅助技术获得单倍体，即利用γ射线或X射线辐射花粉使精细胞染色体畸变，授粉后诱导卵细胞单性生殖，单倍体胚在母体发育近20天后利用胚拯救辅助技术获得单倍体或双单倍体再生植株。然而，该技术在实际应用时遇到两方面的问题：(1)受辐射源的限制；(2)单倍体胚诱导率较低，目前报道的最高频率在3％左右(Sauton A and Dumas de Vaulx R 1987Production of haploid plants in melon(Cumumis melo L.)as a result ofgynogenesis induced by irradiated pollen Agronomie 7：141-147；Cuny F，Dumasde Vaulx.R Longhi et al.1992 Analysis of muskmelon plants(Cumumis melo L.)obtained after pollination with gamma-irradiated pollen：effected ofdifferent dose.Agronomie，12：623-630；Ficcadenti N，Veronese P，SestiliS.et al.1995 Influence of genotype on the induction of haploid in Cumumismelo L.by using irradated pollen.J.Genet.Breed，49：359-364；Yashiro K，K Hosoya，M Kuzuya，et al.2002 Efficient production of Doubled haploid melonplants by modified colchicine treatment of parthenogenetic Haploids.Acta hort.335-338；Caglar G，K Abak 1997 In vitro colchicine application of haploidcucumber plants.Cucurbit Genetic Coop.，20：22-23)。在西葫芦上，通过愈伤组织途径进行西葫芦未受精胚珠离体培养，获得了单倍体和双单倍体再生植株(Metwally EI，S A Moustafa，B I El-Sway et al 1998 Haploid plantlets derivedby anther culture of Cucurbita pepo.Plant Cell，Tissue and Organ Culture 52：171-176；Metwally E I，S A Moustafa，B I El-Sway et al 1998 Production ofhaploid plants from in vitro culture of unpollinated ovules of Cucurbita pepo.Plant Cell，Tissue and Organ Culture 52：117-121；陈学军，邢国明，陈竹军.西葫芦未授粉胚珠离体培养与植株再生.浙江农业学报，2000，12(3)：165-167)。然而，通过愈伤组织途径获得单倍体再生植株所需要的时间长达3-4个月，制约了单倍体的进一步应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种获得甜瓜胚囊植株的方法及实现该方法的专用培养基。

本发明所提供的获得甜瓜胚囊植株的方法，包括以下步骤：

1)取未授粉的甜瓜胚珠；

2)启动雌核发育的预培养，其中预培养培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上0.04mg/L TDZ及60g/L蔗糖；

3)胚状体的诱导，其中胚状体诱导培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上0.3mg/L BA及30g/L蔗糖；

4)胚状体萌发与胚芽伸长，其中胚状体的萌发露芽和胚芽伸长培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上0.01mg/L BA、0.01mg/L IBA及30g/L蔗糖；

5)根系诱导与壮苗，其中胚芽和胚根都伸长的再生植株的壮苗培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上60g/L蔗糖；胚芽伸长而胚根没有伸长的再生植株的壮苗培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上60g/L蔗糖及5mg/L IBA；

6)获得甜瓜胚囊植株。

未授粉的甜瓜胚珠以开花前一天或开花当天的甜瓜未授粉胚珠为宜。

诱导出的再生植株还要进行移栽。

为了提高胚状体的诱导率，预培养为在35C黑暗条件下热激4天，然后在25℃下光照2天。

获得甜瓜胚囊植株的专用培养基，包括预培养培养基、胚状体的诱导培养基、胚状体的萌发露芽和胚芽伸长培养基及壮苗培养基；所述预培养培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上0.04mg/L TDZ及60g/L蔗糖；所述胚状体的诱导培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上0.3mg/L BA及30g/L蔗糖；所述胚状体的萌发露芽和胚芽伸长培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上0.01mg/L BA、0.01mg/L IBA及30g/L蔗糖；所述胚芽和胚根都伸长的再生植株的壮苗培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上60g/L蔗糖；所述胚芽伸长而胚根没有伸长的再生植株的壮苗培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上60g/L蔗糖及5mg/L IBA。

为了提高胚状体的诱导率，所述胚状体的诱导培养基中还加有10mg/L AgNO₃。

未授粉胚珠离体培养获得单倍体植株，要解决的首要问题是如何启动雌核发育。本发明不仅明确地提出了适合甜瓜胚囊发育的未受精胚珠的发育时期和生理状态，而且创造性地建立了适宜未受精胚珠生长的预培养基，解决了离体条件下未受精胚珠雌核发育的启动问题，使通过胚状体的再生途径得以实现。利用本发明的方法，能获得甜瓜胚囊植株，降低基因型对胚胎发生的影响，提高胚胎自然加倍率和再生成苗率。利用本发明的方法获得单倍体再生植株所需要的时间一般为40天左右，诱导率为3-8％，可显著缩短育种周期、降低育种成本、提高育种效率，大大促进甜瓜种质创新与新品种选育进程，提升育成品种的科技含量和在国际种业市场的竞争力。

附图说明

图1A示在预培养基上启动胚珠雌核发育

图1B示在预培养期间胚珠生长发育的显微形态特征

图2示在诱导培养基上继续生长发育的绿色胚珠

图3示在诱导培养基上胚珠发育成胚状体

图4示在诱导培养基上胚状体萌发露芽

图5-图8示在伸长培养基上胚芽伸长形成胚囊再生植株

图9示在壮苗培养基上再生植株茎叶与根系生长茁壮

图10示移栽成活的再生植株

图11示单倍体植株叶片表皮保卫细胞

图12示二倍体植株叶片表皮保卫细胞

图13示四倍体植株叶片表皮保卫细胞

具体实施方式

实施例1、甜瓜胚珠双单倍体植株的获得

1.取样：开花前一天的未授粉子房，或提前套袋隔离的当天开花的未授粉子房。

2.消毒(在无菌操做台内)：

(1)用手细心剥去果肉，留下胎座组织与胚珠(胚珠着生在胎座上)；

(2)在无菌操做台内用8％的NaClO溶液灭菌10分钟；

(3)无菌水冲洗3-4次，准备接种。

3.预培养：

将含胚珠的胎座组织接种于预培养基上进行预培养，以启动雌核发育，预培养采用的预培养培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上0.04mg/LTDZ及60g/L蔗糖。为了提高胚状体的诱导率，接种后在35℃黑暗条件下热激4天，然后在25℃下光照2天。在预培养基上，胚珠迅速生长膨大，其颜色黑暗期为淡黄色，光照期逐渐变为鲜绿色，这标志着胚珠雌核发育已经启动(如图1A、图1B所示)，启动率为85％左右。

4.胚状体的诱导

预培养后，将膨大的胚珠胎座组织转移到诱导胚状体的培养基上，胚状体的诱导培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上0.3mg/L BA及30g/L蔗糖，持续培养2周，以诱导胚状体，如图2所示，在诱导培养基上，绿色的胚珠继续生长，胎座呈白色透明状态，最后形成胚状体(如图3所示)，胚状体的形成率为0.5％。在“诱导培养基”中加10mg/L AgNO₃能够使胚状体的诱导率提高到3-8％左右。

5.胚状体萌发与胚芽伸长

在诱导胚状体的培养基上培养14天左右，将胚珠转移到促进胚状体萌发露芽和胚芽伸长培养基上，胚状体的萌发露芽和胚芽伸长培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上0.01mg/L BA、0.01mg/L IBA及30g/L蔗糖，初期，如图4所示，胚状体萌发露出胚芽，后期，如图5、图6、图7、图8所示，胚芽逐渐伸长，能够露芽及伸长的胚状体为100％。

6.根系诱导与壮苗

在诱导胚状体的培养基上培养14天左右，有的胚状体(大约占30％)萌发后既观察到伸长的胚芽和胚根，有的(大约占70％)只观察到伸长的胚芽，而没有观察到伸长的胚根。因再生植株长势较弱，故将胚芽和胚根都伸长的再生植株转移到配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上60g/L蔗糖的壮苗培养基上；将胚芽伸长而胚根没有伸长的再生植株转移到配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上60g/L蔗糖及5mg/L IBA的壮苗培养基上。约20天左右，再生植株根系与茎叶生长茁壮(如图9所示)。

7.再生植株的移栽

当再生植株枝叶生长茂盛、根系发育良好时，将瓶口打开，加入少量自来水于室温下炼苗，2天后取出植株，洗净根部培养基，在日光温室小心移植于装有无菌营养土的营养钵里，罩上大点的烧杯或塑料袋，留口透气，以保持较高的相对湿度。开始几天遮阴，待长出新叶时，说明又有新根形成，此时，去掉烧杯或塑料袋，接受阳光照射，即可成活(如图10所示)，成活率为100％。

8.再生植株的倍性鉴定

一般情况下，甜瓜单倍体、二倍体、四倍体植株叶片表皮保卫细胞中叶绿体数分别是4、8和16个。以普通二倍体甜瓜为对照，分别取对照植株和再生植株叶片压片镜检，观察叶片表皮保卫细胞的叶绿体数目，根据表皮保卫细胞叶绿体的数目判断其倍性。在鉴定的7株中，1株为单倍体(如图11所示)、5株为二倍体(如图12所示)、1株为四倍体(如图13所示)。

Claims

1、一种获得甜瓜胚囊植株的方法，包括以下步骤：

1)取未授粉的甜瓜胚珠；

6)获得甜瓜胚囊植株。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述未授粉的甜瓜胚珠为开花前一天或开花当天的甜瓜未授粉胚珠。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述胚状体的诱导培养基中还加有10mg/L AgNO₃。

4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述预培养为在35℃黑暗条件下热激4天，然后在25℃下光照2天。

5、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述获得的甜瓜胚囊植株还要进行移栽。

6、获得甜瓜胚囊植株的专用培养基，包括预培养培养基、胚状体的诱导培养基、胚状体的萌发露芽和胚芽伸长培养基及壮苗培养基；所述预培养培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上0.04mg/L TDZ及60g/L蔗糖；所述胚状体的诱导培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上0.3mg/L BA及30g/L蔗糖；所述胚状体的萌发露芽和胚芽伸长培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上0.01mg/L BA、0.01mg/L IBA及30g/L蔗糖；所述胚芽和胚根都伸长的再生植株的壮苗培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上60g/L蔗糖；所述胚芽伸长而胚根没有伸长的再生植株的壮苗培养基的配方是MS培养基配方中的无机盐加上B5培养基配方中的有机物再加上60g/L蔗糖及5mg/L IBA。

7、根据权利要求6所述的培养基，其特征在于：所述胚状体的诱导培养基中还加有10mg/L AgNO₃。