小麦花药愈伤组织诱导率的基因型差异和配合力分析

2016-12-30宋运贤杜雪玲张慧君杨智全张啊康巴青松陈耀锋

麦类作物学报 2016年12期

关键词：新麦配合力遗传力

宋运贤，杜雪玲，张慧君，杨智全，张啊康，巴青松，陈耀锋

(1.淮北师范大学生命科学学院/资源植物生物学安徽省重点实验室，安徽淮北 235000； 2.西北农林科技大学农学院，陕西杨凌 712100)

小麦花药愈伤组织诱导率的基因型差异和配合力分析

宋运贤1，杜雪玲1，张慧君1，杨智全2，张啊康1，巴青松1，陈耀锋2

(1.淮北师范大学生命科学学院/资源植物生物学安徽省重点实验室，安徽淮北 235000； 2.西北农林科技大学农学院，陕西杨凌 712100)

为探究小麦花药愈伤组织诱导率(callus induction rate，CIR)的遗传规律，筛选小麦花药CIR配合力和遗传力表现优良的亲本，采用完全双列杂交方法对部分皖北栽培小麦花药CIR进行一般配合力效应、特殊配合力效应分析，并估算其遗传参数。结果表明，小麦花药CIR基因型间差异显著，新麦208、烟农19、煤生0308具有较高的CIR；小麦花药CIR的遗传差异既包括加性效应,也包括显性效应，但以加性效应为主；一般配合力和特殊配合力方差均达极显著水平，新麦208一般配合力高，其相对效应值为7.24，其配制的杂交组合特殊配合力也普遍具有正效应，是开展小麦花药培养的理想桥梁亲本；小麦花药CIR具有较高的遗传力，其广义遗传力和狭义遗传力分别为94.90%和76.02%。因此，可以通过大规模筛选一般配合力效应高的亲本材料来提高小麦花培育种的效率。

小麦；花药培养力；愈伤组织诱导率；基因型差异；配合力

目前，小麦花培育种已选育出新品种40多个，累计推广面积超过几百万公顷，如京花9号、北京8686、花培5号等[1-2]，取得了显著的经济效益。但目前小麦花培育种的效率还比较低，其重要原因之一是选取的材料花药培养力低，很难保证获得足够的双单倍体群体供田间选择。花药培养力是包括愈伤组织诱导率、绿苗分化率、单倍体植株加倍率等在内的反映不同基因型花药培养特性的综合性状，其高低与愈伤组织诱导率(Callus induction rate,CIR)，绿苗分化率密切相关[3]。Schlegel等[4]研究发现花药CIR与绿苗分化率显著正相关，因此小麦花药CIR可做为评价花药培养力的重要指标之一。研究发现，CIR受基因型、培养基、环境等多种因素的影响[5-8]，特别是基因型差异往往导致根据农艺性状选配的优良杂交组合难以获得较高的CIR，进而影响到花培育种的效率。已有研究[9-11]表明，花药培养力是可遗传的性状。刘建平等[3]认为，寻找花药培养力高、传递能力强的亲本作为桥梁品种进行配组是克服基因型限制的有效途径。因此，研究不同基因型小麦花药CIR的配合力、遗传力，对合理配制杂交组合及提高花培育种效果具有重要意义。目前对于小麦花药CIR配合力、遗传力的研究报道较少[11-12]，另外因试验材料及具体条件不同，结果也不尽相同。基于此，本研究拟通过完全双列杂交对部分皖北栽培小麦品种(系)花药CIR的基因型差异及配合力进行分析，旨在进一步探明小麦花药CIR的遗传特点，为花培育种亲本选配提供依据，同时筛选具有皖北地方栽培背景的高配合力亲本材料，为皖北地区小麦花培育种工作打下基础。

1 材料与方法

1.1 试验设计

供试材料为13个皖北地区广泛种植的小麦品种(系)，具体名称见图1。随机区组排列，种植于大田，重复3次，进行花药培养并统计花药CIR。根据对这13个品种(系)花药CIR的筛选结果，选取CIR高低差异显著的皖麦41、烟农19、新麦208、宿9908、213共5个品种(系)，采用完全双列杂交方法配成20个杂交组合，F1连同亲本一共25份材料播于大田，随机排列，3次重复。

1.2 花药培养方法

接种用小麦花药发育时期为单核靠边期。幼穗置于4 ℃冰箱低温处理2 d，除去叶片，用体积分数75%的酒精擦拭进行表面消毒，在无菌条件下剥取幼穗中部的花药，接种于癸+2,4-D 2.0 mg·L-1+KT 0.5 mg·L-1+蔗糖 90 g·L-1+琼脂 6 g·L-1的培养基中诱导愈伤组织。每份材料接种4～6瓶，每瓶约120枚花药，重复3次，25±2 ℃暗培养10 d之后，置于光照强度1 500 lx、光照时间每天14 h条件下培养35 d，统计小麦花药CIR。

1.3 数据统计与分析

花药CIR=产生的愈伤组织块数/接种花药数×100%。

对获得的数据用DPS 7.05软件进行多重比较，配合力分析采用Griffing分析方法[13]。

2 结果与分析

2.1 不同基因型小麦花药CIR的差异

供试的13个小麦材料之间CIR存在很大差异(图1)，新麦208的CIR最高，为16.50%，皖麦19、西农979几乎没有诱导出愈伤，212没有诱导出愈伤。CIR大于10%的亲本材料有1个，占7.7%；5%～10%的有1个，占7.7%；CIR 1%以下的有5个，占38.46%。Duncan新复极差测验结果表明，皖麦41和豫麦69之间，徐州24、宛麦369、皖麦19、212、西农979之间CIR差异不显著，其他基因型差异显著(α<0.05)。新麦208、烟农19、煤生0308具有较高的CIR，是开展小麦花药培养研究适宜的基因型。

2.2 杂种F1花药CIR的差异与分析

选择CIR差异显著的新麦208、烟农19、皖麦41、宿9908、213五个基因型，按完全双列杂交配制杂交组合，F1花药培养结果见图2。10对正反交组合中，除2×5(烟农19×213)外，正反交F1的CIR具有显著差异，表现为明显的细胞质效应或核质互作效应。4×1(宿9908×皖麦41)CIR明显低于双亲，表现为基因的互作效应。其余杂交组合CIR明显超亲或高于亲本之一，表现为基因的显性效应或加性效应。以CIR较高的基因型新麦208分别做父本、母本，各组合CIR差异显著，并且都具有较高的CIR，表明以CIR高的材料作为亲本之一，其F1组合CIR一般都较高。

图柱上的不同字母表示品种间存在显著差异(采用Duncan 法，α=0.05)。

Different letters refer to significant difference among genotypes(according to Duncan's test,α=0.05).

图1 参试材料基因型间花药CIR的差异比较

Fig.1 Comparison of the callus induction rate among tested wheat genotypes

1:皖麦41；2:烟农19；3:新麦208；4:宿9908；5:213。图柱上的不同字母表示基因型间存在显著差异(采用Duncan法,α=0.05)。

1:Wanmai 41; 2:Yannong 19; 3:Xinmai 208; 4:Su 9908; 5:213.Different letters refer to significant difference among genotypes(according to Duncan's test,α=0.05).

图2 F1杂种与双亲的花药CIR比较

Fig.2 Comparison of the CIR between F1hybrids and their parents

2.3 配合力分析结果

采用亲本及正反交F1组合进行Griffing配合力分析。从表1可知，CIR的一般配合力(GCA)、特殊配合力(SCA)、正反交差异极显著(P<0.01)，表明参试基因型在这些效应上存在真实差异，有必要检测其效应值。另外，一般配合力方差远大于特殊配合力方差，GCA/SCA=12.33，表明小麦CIR以加性效应为主。

表2结果表明，亲本花药CIR的GCA在部分基因型间差异显著，相对效应值的变化范围为-2.46～7.24，新麦208的GCA最高(7.24)，与其他基因型差异显著，表明新麦208做亲本配制杂交组合后代具有较高的CIR。其次为烟农19(-0.51)，皖麦41、宿9908、213三个基因型均为负值且差异不显著，表明用这三个基因型做亲本配制杂交组合，其后代CIR不会太高。不同组合的SCA效应大小各不相同，变化范围为-2.52～4.01，新麦208×宿9908 SCA最高，愈伤组织诱导率表现出超亲性，有5个组合SCA为负值。杂交组合中同一亲本不同组合的特殊配合力方差大小顺序为：新麦208>宿9908>皖麦41>213>烟农19，表明烟农19花药的CIR的整齐度最好，新麦208最差。

遗传参数估值(表3)表明，小麦花药CIR的广义遗传力为94.90%，狭义遗传力为76.02%，显示其具有很高的遗传能力。加性方差远大于显性方差，表明加性效应在控制花药CIR方面比显性效应更为重要。

表1 CIR的配合力方差分析

Table 1 Variance analysis of combining ability of callus induction rate

变异来源Sourceofvariation自由度 df总平方和 SS均方 MSF值 Fvalue一般配合力Generalcombiningability4678．26169．56242．44∗∗特殊配合力Specificcombiningability10137．5113．7519．66∗∗反交效应Reciprocaleffect10140．6314．0620．11∗∗误差Error4833．570．70

**表示差异极显著(α<0.01)，表3同。

**means difference significant at 0.01 levels.The same as in table 3.

表2 亲本花药CIR的一般配合力、杂交组合的特殊配合力及反交效应

Table 2 General combining abilities(GCA) of parents,special combining abilities(SCA) of hybrids and reciprocal effect

亲本Parent皖麦41Wanmai41烟农19Yannong19新麦208Xinmai208宿9908Su9908213皖麦41Wanmai41-2．46c3．08-2．52-1．01-0．72烟农19Yannong19-1．15-0．51b0．24-1．45-0．60新麦208Xinmai208-1．021．697．24a4．013．69宿9908Su99080．92-1．706．68-2．05c0．33213-0．540．123．81-1．38-2．21c

1.对角线上的数值(加下划线)为亲本的一般配合力，数据后不同字母表示品种间存在显著差异(采用Duncan法，α=0.05)；2.上三角内的数值为杂交组合的特殊配合力，下三角内的数值为反交效应。

1.Diagonal (underlined) for GCA of parents,Means followed by different letters are significantly different among genotypes(according to Duncan’s test,α=0.05);2.Upper triangular for SCA of hybrids and lower triangular for reciprocal effect.

表3 方差分量及遗传参数的估值

Table 3 Estimates of variance and genetic parameters

分量和参数Varianceandparameter估值Estimatevalue一般配合力方差Varianceofgeneralcombiningability，VGCA15．64∗∗特殊配合力方差Varianceofspecificcombiningability，VSCA7．77∗∗加性方差Additivevariance，VA31．29显性方差Dominantvariance，VD7．77遗传方差Geneticvariance，VG39．06环境方差Environmentalvariance，VE2．10表型方差Phenotypicvariance，VP41．15广义遗传力Broadheritability，h2B/%94．90狭义遗传力Narrowheritability，h2N/%76．02

3 讨论

基因型对小麦花药CIR有重要的影响[14-15]。本研究通过对13个小麦材料花药CIR的比较，筛选出新麦208、烟农19、煤生0308三个具有较高CIR的品种，可以做为开展小麦花药培养的桥梁亲本材料。通过对其中5个亲本及其杂交F1花药的CIR分析，发现小麦花药培养过程中CIR存在多种遗传效应，如细胞质效应或核质互作效应、基因互作效应、显性效应、加性效应等，显现为多基因控制的数量性状遗传，进一步验证了前人的研究结果[16-17]。

花培育种中单纯根据农艺性状配制的杂交组合往往不能获得理想的愈伤组织诱导。因此，通过对亲本的农艺性状、花药培养力、配合力的综合考察，有利于提高小麦花培育种的效率。Yildirim[18]等认为一般配合力对于小麦花药培养力的影响是主要的。本研究中一般配合力方差远大于特殊配合力方差，与其研究结果一致。在配合力研究的5种基因型中，新麦208的一般配合力效应值达到7.24，其配制的4对杂交组合(正反交)除皖麦41×新麦208外，其CIR的特殊配合力均表现正效应。同时本研究也发现，一般配合力效应值低的亲本配制的杂交组合特殊配合力也可能表现出正向的效应，如皖麦41×烟农19，两亲本的一般配合力都为负值，但其杂交组合的特殊配合力效应值为3.08，表明在重视亲本一般配合力效应的基础上也不应忽视组合的特殊配合力效应。

本研究遗传参数分析表明，小麦花药CIR的广义遗传力和狭义遗传力都比较高，这表明花药愈伤组织的诱导受环境影响比较小，是一个遗传能力很强的性状，这与孙娜等[19]在小黑麦花药培养中的研究结果一致。因此，花培育种实践中可通过杂交将小麦高CIR的遗传因子导入农艺性状优良的亲本中，进一步拓展花培育种亲本的来源。但遗传力是在特定的环境条件下针对特定的群体估算的，选用的基因型不同，环境不同，结果可能有一定的差异，本研究中选用的基因型能否真实代表小麦花药CIR的遗传特性，还需在后继试验中进一步验证。

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Genotypic Difference and Combining Ability Analysis on the Callus Induction Rate of the Wheat Anther Culture

SONG Yunxian1,DU Xueling1,ZHANG Huijun1,YANG Zhiquan2,ZHANG Akang1,BA Qingsong1,CHEN Yaofeng2

(1.College of Life Science,Huaibei Normal University/Anhui Key Laboratory of Plant Resources and Biology,Huaibei, Anhui 235000,China； 2.College of Agronomy,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi 712100,China)

In order to explore the inheritance of callus induction rate(CIR) of the wheat anther culture and select elite parental materials,with complete diallel cross as method,analysis on the general combining ability(GCA) and special combining ability(SCA) was conducted with some wheat varieties(lines) in northern Anhui. The genetic parameter was also estimated. It was suggested that the difference of CIR between genotypes was significant. Three varieties(Xinmai 208,Yannong 19,and Meisheng 0308) had higher CIR. The genetic difference of CIR was controlled by dominance effect and additive effect and the latter was more important than the former. The GCA and SCA variance was both highly significant. The GCA of Xinmai 208 was higher and the relative effect value of this trait was 7.24. The prepared mating combination with Xinmai 208 showed common positive SCA effect value for CIR. Xinmai 208 was a preferable bridge parental material for wheat anther culture. The heritability of CIR was relatively high. The value of the broad heritability was 94.90% and the value of narrow heritability was 76.02%. Therefore,the breeding efficiency of wheat anther culture could be raised through large scale screening on the wheat parental materials with high GCA.

Wheat; Anther culture response; Callus induction rate; Genotype difference; Combining ability