寒地水稻花培技术研究及其在育种中的应用

郭震华

（黑龙江省农业科学院 佳木斯水稻研究所，黑龙江 佳木斯 154026）

寒地水稻花培技术研究及其在育种中的应用

郭震华

（黑龙江省农业科学院 佳木斯水稻研究所，黑龙江 佳木斯 154026）

水稻花培技术即水稻的花药离体培养技术，该技术主要步骤包括，接种材料的确定及低温处理；花药接种及去分化培养；再分化培养及壮苗培养。应用寒地粳稻花培育种先后育成了16个品种，其中龙粳31为全国单年种植面积最大的粳稻品种，并获得黑龙江省农业科技进步一等奖。因此，在今后的寒地水稻育种工作中仍需将花培育种及常规育种相结合。

寒地；水稻；花培；育种

水稻花培技术即水稻的花药离体培养技术，该技术通过把处于单核晚期的花粉，接种在人工培养基上，并保证整个操作过程均在无菌环境中进行。利用不同培养基对花药进行培养，诱导其分化出愈伤组织，继而分化成完整的植株。因为花培技术是基于单倍体诱导自然加倍的技术，所以花培育种是单倍体育种的一种重要手段，具有纯合快、周期短等优点，大大缩短了育种周期，加快了育种进程，可以在短时间内迅速获得目标性状纯合的新种质资源材料［1］。

1 寒地水稻花药培养技术

1.1 通过植株形态指标确定接种材料

研究表明，不同时期的花药其诱导成功率有着显著差异。科研人员通过多年实践发现，通常选择在天气晴好的上午待露水消散后进行采穗。取样材料通常为F1代杂种的花药。根据研究发现，处于单核晚期的花粉具有最大的形成愈伤组织的能力，单核初期和双核期花粉愈伤组织诱导率显著降低。而黑龙江省农科院水稻所于1973年～1974年通过对不同发育阶段的花粉进行镜检，摸索出通过器官形态指标判断寒地粳稻花粉发育时期的方法，具体表现为，剑叶叶枕距下叶叶枕一般5～7 cm为宜；颖壳颜色呈浅绿色，大小接近成熟颖壳，硬度适中，既不老也不幼嫩；花丝加花药长度小于颖壳长的 1／2、大于其 1／3［2］。

1.2 接种材料的低温处理

Nitsch首先发现低温预处理可提高花粉离体培养效果，随后我国花培工作者进行了广泛的试验。研究结果表明，对水稻花药愈伤组织进行低温预处理能提高其诱导率和绿苗分化率，就研究对象寒地早熟粳稻 F1代杂种而言，通常认为材料在6～8 ℃低温下预处理 12 d 比较适合［1］。

1.3 花药接种及去分化培养

在无菌条件下用0.1%升汞消毒，对幼穗进行消毒后，去除上部过嫩穗及下部过老穗，用镊子取花药置于培养基上，每培养基不宜过多，50～60枚花药即可。培养基选用N6培养基，置于无光环境下培养，温度为26～28℃，相对湿度为78%～80%。随着培养天数的增加，花药由淡黄色逐渐变成褐色，花药裂开，长出小水泡状的物质，当培养至30～40 d时，愈伤组织达到最多，当愈伤组织直径 1～2 mm 即为最佳转育时期［3］。

1.4 再分化培养及壮苗培养

选用附加1 mg／L的 IAA 和 2 mg／L的 KT，3%蔗糖的MS培养基，室内保持在25～26℃，光照培养。培养10 d之后，愈伤组织开始出现绿点，逐渐长成绿芽、生根，长成绿苗。当长至2～3 mm时，须进行壮苗培养。壮苗培养条件同再分化培养，培养基则选取附加1 mg／L的IAA，1.5%蔗糖的浓度的怀特培养基，当绿苗长至3～4片叶，出现白根时，向培养基上加少量的无菌水并炼苗3～4 d，然后移栽进行土培。

2 寒地水稻花培技术在育种中的应用

自1973年开展花培育种研究以来，寒地粳稻花培育种取得了巨大的成绩，先后育成了16个水稻花培品种，牡花1号、单丰1号是我国水稻花培育种上率先育成的两个品种。其它14个品种如龙粳21、龙粳31等都成为寒地水稻生产上不同熟期的主栽品种，其中，龙粳31的育成不仅在寒地水稻花培育种上，而且在我国水稻花培育种上都具有里程碑意义。

2.1 耐瘠薄品种合江21

合江21原代号合单76-085，1983年审定推广，是黑龙江省农业科学院水稻研究所育成的第一个花培品种。在黑龙江省第二、三积温带广大稻区的牡丹江、佳木斯、绥化地区大面积种植，累计面积达18.85万hm2，获黑龙江省农业科技进步三等奖。

2.2 超级稻品种龙粳 21

龙粳21原代号为龙花99-454，是经过2轮杂交与花培相结合选育而成，为成果转化产业资金资助品种。龙粳21为大穗大粒型优质抗病水稻新品种，其表现为产量高、丰潜力大，米质优、整精米率高、抗病突出、秆强抗倒，耐冷性强、后熟快、熟期适中、适应性强等特点。是适宜黑龙江省第二、三积温带种植的12叶片优质米品种中粒重较大的品种之一，米粒偏长。2009年通过农业部确认为超级稻［4］，目前已成为黑龙江省第二积温带的对照品种及适宜区主栽品种。2012年获得黑龙江省农业科技进步一等奖。

2.3 空育 131型水稻品种龙粳25

龙粳25熟期与空育131相仿，株穗型与空育131 相似，品质、产量、抗病性均优于空育 131［5］。2007年和2009年黑龙江省农业良种化工程中标品种［6］。龙粳25米粒清亮透明，口感好，且耐冷性好。于2013年获得黑龙江省农业科技进步一等奖。

2.4 全国单年种植面积最大的粳稻品种龙粳31

龙粳31原代号龙花01-687，2011年审定推广。该品种拥有产量高、熟期早、米质优、抗稻瘟病性强、耐冷性强、适应性广等优良特性，是适宜黑龙江省第三积温带种植的多优集成新品种。2011年～2012年连续两年通过了国家超级稻专家组的测产验收，2013年被列为黑龙江省第三积温带的主栽品种，被农业部确认为超级稻品种。2014年单年种植面积超过107万hm2，为全国单年种植面积最大的粳稻品种，同时获得黑龙江省农业科技进步一等奖。

3 存在问题与展望

虽然水稻花培技术目前已成为一项非常成熟的技术手段，在水稻育种中得到了很好地应用，并且取得了丰硕的成果，但仍存在一些需要注意的问题。降低污染率就是其中一项非常需要重视的问题。如果培养基遭到细菌、真菌等微生物的侵染，就会破坏培养基功能，严重影响花药的正常生长，大大降低了工作效率。因此需要严格对花培工作的各个环节进行彻底灭菌消毒，包括培养基、接种工具、接种室、稻穗以及操作人员等等所有涉及到的部分。同时这也需要接种转管工作环境的改善，仪器设备和基础设施的改进，不断降低污染发生的几率。 此外，白化苗也是花培育种工作者需要解决的另一项问题。白化苗是指试管幼苗整株或部分失绿，全株呈白色。由于白化苗本身不含叶绿素，因此无法进行光合作用，所以无法长成成熟植株，对育种工作毫无应用价值。众多研究报道称，培养温度和2，4-D浓度与白化苗的形成有密切联系，高温和高浓度的2，4-D都会增加白化苗出现的几率［7］。

综上所述，在常规育种的基础及前提下，应用花培育种技术，能够大大缩短育种年限，加速育种进程，在短时间内就可能育成成熟稳定的优良品系或品种［8］。因此，在今后的寒地水稻育种工作中，花培育种仍是常规育种极其有利的辅助手段，将二者很好地结合在一起必将为寒地水稻育种工作做出更大的成就。

［1］孙岩松，潘国君，张淑华，等.花药培养在早粳种质创新中的应用［J］. 黑龙江农业科学，2000（4）：40-43.

［2］张矢，徐一戎.寒地稻作［M］.哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1990：1-15.

［3］李梅芳，周开达.水稻生物技术育种［M］.北京：中国农业科技出版社，2001：26-27.

［4］张兰民.从龙粳21的选育看黑龙江省超级稻育种［J］.黑龙江农业科学，2011（1）：9-12.

［5］王瑞英.优质高产水稻新品种龙粳25的选育［J］.作物杂志，2010（2）：112.

［6］关世武.适宜寒地稻区种植的3个水稻花培新品种［J］.中国种业，2010（2）：70-71.

［7］王敬驹，孙敬三，朱至清.离体培养因素对水稻花粉白苗发生的影响［J］. 植物学报， 1977（3）：190-199.

［8］孙岩松，张淑华，张云江.寒地水稻花培育种选择效率分析［J］. 中国水稻科学，1999，13（3）：176-178.

(责任编辑：王丹)

Technical Research Application in Anther Culture Breeding of Rice in Cold Region

GUO Zhen-hua
(Jiamusi Rice Research Institute,Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences,Jiamusi Heilongjiang 154026,China)

The technology in anther culture breeding of rice was vitro culture technique of anther,the main processes include the ascertain of inoculation materialand low-temperature treatment,excised anther and dedifferentiation,redifferentiation and raising strong seedlings.16 rice varieties were bred by using rice anther culture breeding of cold region,among them,Longjing-31 was the Japonica rice variety which was the nation's largest for a single year and it obtained first prize of agricultural science and technology in Heilongjiang.So,it pointed us to the right direction on the combination of rice anther culture breeding and conventional breeding.

Cold region;Rice;Anther culture;Breeding

S511.035 文献标志码：A 文章编号：1673－6737（2016）06－0009－03

国家水稻产业体系资助项目（CARS-01-14），国家重点研发计划（2016YFD0101801）。

2016-09-22

郭震华（1985-），男，助理研究员，主要从事水稻分子育种研究。