下载:
-
甘蓝Brassica oleracea L.var.capitata为十字花科芸薹属作物，是一种世界性蔬菜，深受各地民众喜爱.甘蓝杂种优势极显著，其杂种一代亲本的选育具有多种途径，而单倍体育种是一种创制新亲本资源的重要方法，它可以大大提高育种效率、缩短育种年限[1-2]；甘蓝游离小孢子培养(Isolated microspore culture)是单倍体育种的一个重要基础，它是指从甘蓝的花蕾中直接分离获得游离态的、新鲜的、发育时期合适的小孢子群体，通过培养使其脱分化，经由胚状体或愈伤组织的诱导，再生获得单倍体植株，而后经过自发或诱发的染色体加倍成为正常可育的、高度纯合的双单倍体植株的过程.据前人在油菜[3]、白菜[4]、甘蓝[5]和萝卜[6]等作物上的研究报道，游离小孢子发育处于单核靠边期是胚状体诱导培养的最佳时期，并且花蕾中发育处于单核靠边期的小孢子在群体中所占比率越大，小孢子发育的同步性越高，其花蕾培养越有利于小孢子诱导出胚状体.据我们观察，甘蓝花蕾中小孢子的发育同步性除受基因型决定外，植株生长的环境条件和栽培措施也是主要影响因素.官春云[7]研究认为，生长在人工气候室内的油菜植株提供的花蕾小孢子出胚率高于取自温室油菜植株上花蕾小孢子出胚率；王鑫等[8]研究认为，通过对甘蓝小孢子供体植株整枝和增施微肥等栽培技术均能显著提高花蕾小孢子发育的同步性.通过对植株形态和栽培措施的改进来提高小孢子培养效果的相关研究报道国内外甚少，本研究拟通过对甘蓝花蕾植株灌水、整枝和疏蕾等处理，研究其对花蕾中小孢子发育同步性的影响，探索出一种甘蓝花蕾小孢子发育同步性较高的植株栽培技术，旨在为甘蓝小孢子培养技术体系更加完善奠定基础.
全文HTML
-
供试材料是由西北农林科技大学园艺学院甘蓝育种室从国内外引进的甘蓝6个不同基因型杂种一代品种，分别为A(F1-13)、B(F1-19)、C(F1-23)、D(F1-33)、E(F1-34)和F(F1-37).材料于2014年7月5日露地育苗，2014年8月9日定植于大田；叶球成熟后，于2014年12月2日假植窖藏，2015年3月8日移栽塑料纱网大棚和花盆，正常管理.
-
甘蓝植株抽薹进入花期，每天9：00-10：00时采摘适宜长度花蕾、编号，摘取花蕾放入培养皿并及时放入冰盒中带回实验室.随后用游标卡尺测量花蕾长度并做记录，将其放置在载波片上轻压、挤出小孢子，在倒置显微镜400倍下观察花蕾内的小孢子发育时期，并随机选择5个视野观察并记录其小孢子发育处于单核靠边期的数目及视野内小孢子的总数目，计算单核靠边期小孢子比率，分析花蕾小孢子发育同步性.
-
供试的6个不同基因型品种材料植株抽薹开花进入初花期时，选择每个材料相同部位的一级分枝，在同一天相同时间内，分别摘取每个材料的花蕾，以花蕾的长度为3.0 mm、3.5 mm、4.0 mm、4.5 mm、5.0 mm、5.5 mm和6.0 mm，分为7组；在每个材料的各组内随机选取3个花蕾，分析不同基因型品种间花蕾小孢子发育同步性.
-
以B品种为供试材料，当植株上一级分枝完全抽出后，选择生长健壮一致的植株进行整枝处理，分别设一级分枝总数量保留20%(Z1)、50%(Z2)、80%(Z3)和100%(CK)等，去除全部二级分枝；当植株进入初花期、盛花期和末花期，每处理随机选择3株，从花序相同部位上选择长度4.5 mm花蕾，每株3蕾，重复3次，在倒置显微镜下观察，分析保留一级分枝不同数量对花蕾小孢子发育同步性的影响.
-
以C品种为供试材料，选择生长健壮一致的抽薹植株仅保留一级分枝进行疏花处理，选择由下而上第4枝位的一级分枝花序上花蕾，不同花期去除花朵和长度大于3.0 mm花蕾，采取选留10蕾(S1)、20蕾(S2)、30蕾(S3)和不疏花蕾(CK)处理，每处理随机选择3株，重复3次，从花序上选择长度为4.5 mm的花蕾，放在倒置显微镜下观察，分析疏花蕾对花蕾小孢子发育同步性的影响.
-
以A品种为供试材料，窖藏假植后取出植株，选择叶球大小一致植株，将其放置防雨塑料大棚内.采用盆栽人工控制水分方法在移栽后立即按设定灌水量灌定根水，随后间隔7 d灌水1次进行水分处理，设4个处理水平，即土壤水势-10 kPa(G1)，土壤水势-25 kPa(G2)，土壤水势-40 kPa(G3)，土壤水势-55 kPa(G4)，3次重复.用电子针式张力计土壤测试仪测定土壤水势，埋设深度为陶土头中心距土表 15 cm，每次灌水记载负压表读数，及时补水.分别在初花期、盛花期和末花期，采取选择由下而上第4枝位一级分枝花序上花蕾，倒置显微镜下观察4.5 mm花蕾中单核靠边期小孢子比率，分析不同土壤水势对花蕾小孢子发育同步性的影响.
-
单核靠边期小孢子比率(%)=视野内单核靠边期小孢子数量/视野内小孢子总量×100%；采用Excel和SPSS软件对数据进行分析.
1.1. 材料
1.2. 试验方法
1.2.1. 花蕾小孢子发育同步性分析
1.2.2. 不同基因型花蕾小孢子发育同步性的差异分析
1.2.3. 植株一级分枝数量对花蕾小孢子发育同步性的影响
1.2.4. 疏花蕾对花蕾小孢子发育同步性的影响
1.2.5. 灌水量对花蕾小孢子发育同步性的影响
1.2.6. 数据统计与分析
-
由图 1可知，甘蓝不同基因型品种间，在选定的7个花蕾长度中单核靠边期小孢子所占比率基因型相互间均存在着显著或极显著性差异；花蕾各长度单核靠边期小孢子比率最高值基因型，3.0 mm时，为E品种16.07%；3.5 mm时，为B品种25.48%；4.0，4.5，5.5和6.0 mm时，均为D品种，分别为51.41%，79.38%，28.90%和17.38%；5.0 mm时，为C品种57.17%. 6种基因型品种内小孢子发育同步性具有一个共同规律，即：花蕾长度在3.0~6.0 mm范围内，单核靠边期小孢子比率随花蕾长度增加而增加，当达到最大值后，随花蕾长度增加反而减小；其中在4.0~5.0 mm时，相对单核靠边期小孢子所占比率6种基因型品种都较大.不同基因型品种间，单核靠边期小孢子比率为最大值时花蕾长度差异具有不一致性，B品种4.0 mm时比率最大为34.94%，A，D，F品种4.5 mm时比率最大分别为52.51%，79.38%和61.87%，C，E品种5.0 mm时比率最大分别为57.17%，39.78%(图 1).由此表明，甘蓝基因型是影响花蕾小孢子发育同步性的一个主要因素，基因型不同小孢子发育同步性最高值时的花蕾长度也不相同.
-
从表 1可知，当保留一级分枝数量达到20%时，初花期、盛花期和末花期的花蕾单核靠边期小孢子比率相比对照均极显著性增加，分别增加58.1%，125.5%(图 2a)和14.4%.当保留一级分枝数量达到50%时，相比对照均表现比率增加值，但仅在盛花期花蕾单核靠边期小孢子比率与对照表现极显著性差异，比CK增加59.2%(图 2b).当保留一级分枝数量达到80%时，花蕾单核靠边期小孢子比率在盛花期同样表现极显著性增加，比CK增加31.6%(图 2c)，而在初花期比对照反而极显著性减少.由图 3可看出：在甘蓝游离小孢子培养过程中，整枝处理下小孢子出胚率比对照组高.由此表明，甘蓝抽薹植株适当去除一级分枝有利于提高花蕾单核靠边期小孢子比率和提高整个开花进程中花蕾小孢子发育的同步性.
-
由表 2可知，甘蓝抽薹植株一级分枝上保留10，20和30个花蕾，在初花期、盛花期和末花期花蕾单核靠边期小孢子比率均比对照表现极显著性增加，增加幅度为23.7%~196.3%；3种疏花蕾处理中，单核靠边期小孢子比率增加的最大值均在初花期(图 4)，分别比CK增加196.3%，112.5%和51.3%；疏花蕾处理中均以保留10个花蕾(S1)处理在3个花期单核靠边期小孢子比率增幅最大，分别为196.3%，195.8%和136.6%.由此表明，疏花蕾处理可以有效增加花蕾小孢子发育同步性，且疏花蕾数量与小孢子发育同步性提高呈现出量效效应，疏花蕾数量越大，其单核靠边期小孢子比率越大.
-
从表 3可见，不同土壤水势显著影响甘蓝花蕾中小孢子发育程度，初花期、盛花期和末花期均以处理土壤水势为-10 kPa下单核靠边期小孢子比率最高，分别达到61.2%，61.3%和59.1%(图 5)；不同土壤水势影响效果比较，土壤水势为-55 kPa，-40 kPa和-25 kPa处理单核靠边期小孢子比率值相互间不存在显著差异性，但均与土壤水势为-10 kPa处理存在极显著性差异，最大可增加到12%.不同土壤水势在不同花期影响效果比较，单核靠边期小孢子比率均以初花期时最小，末花期最大.由此得出，土壤水势影响花蕾小孢子发育同步性，在一定土壤水势范围内，单核靠边期小孢子比率随着土壤水势的增加而增加，其中，土壤水势为-10 kPa的灌水量影响效果最好.
2.1. 不同基因型花蕾小孢子发育同步性的差异分析
2.2. 植株一级分枝数量对花蕾小孢子发育同步性的影响
2.3. 疏花蕾对植株花蕾小孢子发育同步性的影响
2.4. 灌水对供体植株花蕾小孢子发育同步性的影响
-
生物的性状是由基因型和环境因子共同作用的结果，基因型是决定生物性状的内在因素.本研究通过观察比较6个基因型甘蓝品种花蕾单核靠边期小孢子比率，认为甘蓝品种不同基因型花蕾长度的相同性表现花蕾单核靠边期小孢子发育的差异性；甘蓝花蕾中小孢子发育同步性是由基因型决定的，单核靠边期小孢子比率最高时不同基因型间比率值不相同，且花蕾长度具有差异；B品种比率最高值为34.94%时花蕾长度达4.0 mm，A，D，F品种比率最高值分别为52.51%，79.38%和61.87%时花蕾长度均达4.5 mm，C和E品种比率最高值分别为57.17%和54.17%时花蕾长度均达5.0 mm；研究得出甘蓝不同基因型品种间花蕾小孢子同步发育具有不一致性，要获得高胚状体诱导率的小孢子培养技术，首要条件是针对基因型先找到单核靠边期小孢子比率最大值时的最适花蕾长度.
环境因子是决定生物性状的外在因素，通过优化植物生长的环境条件，可以改变植物的某些性状或使基因性状得以充分表达.甘蓝花蕾小孢子发育同步性虽然由基因决定，但花蕾供体植株的生长条件和营养状况在一定程度上也影响着小孢子的发育程度.本研究通过减少甘蓝抽薹植株上一级分枝的数量和疏花蕾调整植株自身营养分配[9]，促进植株上单花蕾的生殖发育，使花蕾中小孢子发育的同步性得到了大幅度提高.研究认为保留20%到80%一级分枝的数量或保留一级分枝上10到30个花蕾，均在不同程度上能提高花蕾中小孢子发育的同步性；本研究认为花蕾中单核靠边期小孢子比率相比对照在盛花期提高最大值为保留20%一级分枝达125.5%和疏花选留10个花蕾达196.3%.分析其原因主要是整枝和疏花蕾是将植株有限营养集中供应给一定数量的花蕾，使其花蕾小孢子有更充分营养进行同步性生殖发育.
水分是决定植株健壮生长的主要栽培因素之一，植株体内的含水量决定着光合产物的制造量同时也影响着营养物质的运输.刘建福等[10]研究表明，水分胁迫可直接影响澳洲坚果减数分裂期胚珠和花粉的发育；Shahram等[11]研究表明，土壤水分胁迫影响小麦生殖发育和花粉的形成.本研究认为，在甘蓝植株抽薹显蕾期，适当增加土壤含水量能够提高花蕾小孢子发育的同步性，在单株间隔7天浇灌水使土壤水势为-10 kPa时可使花蕾单核靠边期小孢子比率达到59.1%~61.3%.由此说明，甘蓝适当增加土壤水势可提高植株生殖发育，这与前人[9-12]在水分与促进植物生殖发育方面的研究结果基本相同.分析其原因主要是适宜的水分条件促进植株营养体生长健壮，光合产物积累更多，提供生殖发育营养物质更为充足，进而能够促进花蕾小孢子均衡发育.