作物杂志,2025, 第2期: 40–46 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2025.02.006

• 遗传育种·种质资源·生物技术 • 上一篇    下一篇

利用花药培养技术培育脂肪氧化酶(LOX)活性低的耐储小麦新品系

赵远玲1(), 谭巍巍2, 刘昭军2, 李铁1, 李冬梅1, 孙铭隆1, 高凤梅1, 王永斌2()   

  1. 1黑龙江省农业科学院作物资源研究所,150086,黑龙江哈尔滨
    2黑龙江省农业科学院生物技术研究所,150086,黑龙江哈尔滨
  • 收稿日期:2024-02-18 修回日期:2024-04-24 出版日期:2025-04-15 发布日期:2025-04-16
  • 通讯作者: 王永斌
  • 作者简介:赵远玲,主要从事小麦分子遗传育种研究,E-mail:zylspring@sina.com
  • 基金资助:
    国家外国专家项目(G2021011004L);哈尔滨市科技局应用技术研究与开发项目(2014RFQYJ034);黑龙江省农科院“农业科技创新跨越工程”专项计划(HNK2019CX04)

Cultivation of New Wheat Lines with Low Lipoxygenase (LOX) Activity and Storage Tolerance by Anther Culture Technology

Zhao Yuanling1(), Tan Weiwei2, Liu Zhaojun2, Li Tie1, Li Dongmei1, Sun Minglong1, Gao Fengmei1, Wang Yongbin2()   

  1. 1Crop Resources Institute, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Harbin 150086, Heilongjiang, China
    2Biotechnology Research Institute, Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, Harbin 150086, Heilongjiang, China
  • Received:2024-02-18 Revised:2024-04-24 Online:2025-04-15 Published:2025-04-16
  • Contact: Wang Yongbin

摘要:

小麦储藏过程中的陈化变质会造成严重经济损失。利用RNA干扰(RNAi)技术获得的脂肪氧化酶(LOX)活性低的3个转基因小麦材料与7个本地主栽品种或中间材料杂交,分别在10个组合的F1~F3代材料中,采用适合黑龙江省春小麦的花药培养技术,在短时期内快速培育出6个农艺性状优良、LOX活性低的小麦新品系,实现了优良基因的快速转育。

关键词: 小麦, 脂肪氧化酶(LOX), 花药培养, 快速转育

Abstract:

The aging and deterioration of wheat during storage process will cause serious economic losses. Seven main varieties or intermediate materials in Heilongjiang province, were hybridized with three transgenic wheat materials with low lipoxygenase activity by using RNAi technology. In the F1-F3 generation materials of ten combinations respectively, six new wheat lines with excellent agronomic traits and low LOX activity were rapidly cultivated by using anther culture technology suitable for spring wheat in Heilongjiang Province, which enabled rapid transfer of excellent genes.

Key words: Wheat, Lipoxygenase, Anther culture, Rapid introgressive hybridization

图1

转基因材料与主栽品种和优良品系的LOX活性比较 “**”表示差异极显著。

图2

部分F2代植株PCR检测结果 M:DNA Marker(DL2000);1~21:F2代单株;22:阳性对照转4;23:阴性对照龙辐麦12号;24:H2O。

图3

小麦花药培养过程 (a) 单核中晚期小孢子;(b) 胚状体;(c) 再生苗;(d) 移栽植株;(e) 结实植株;(f) H1代植株。

表1

不同年份花药培养效率

年份Year 穗数Spikes 花药数Anthers 愈伤数Calluses 绿苗数Green plants 成活植株数Surviving plants 结实株数Seed-setting plants
2010 65 2921 1093 544 347 67
2011 489 18 889 1776 775 305 99
2012 307 16 385 1146 551 337 93

表2

不同杂交组合花药培养特性 %

世代
Generation
组合
Hybrid
出愈率
Callus induction
rate
绿苗分化率
Green seedling
regeneration rate
绿苗产率
Green seedling
productivity
成活率
Survival
rate
加倍率
Doubling
rate
F1 06k508×龙辐麦12×转3 36.46ab 53.38bc 17.70bc 50.61bcde 27.53bc
06k508×转3 40.16ab 49.20bc 19.12b 67.10ab 19.26cd
龙辐麦18×转3 41.08ab 63.00ab 26.20ab 78.17a 11.13de
06k508×龙辐麦12×转4 51.85a 62.53ab 33.33a 66.67ab 66.49a
06k508×龙辐麦12×转2 25.38bc 71.63a 18.31b 61.59abc 12.51de
F2 龙辐麦8×转2 9.64cd 56.14abc 5.37d 33.67e 30.31bc
龙辐麦17×转3 6.30d 36.68d 2.34d 39.44de 0.00e
龙麦33×转3 13.05cd 42.01c 5.69cd 38.34e 31.50bc
龙麦33×转4 12.74cd 40.63c 5.18d 42.27cde 31.39bc
06k508×转4 9.55cd 49.25bc 4.86d 59.48abcd 32.92bc
F3 06k508×龙辐麦12×转2 6.59d 47.23bc 3.20d 62.41abc 23.20bcd
均值 22.89 51.97 12.85 54.52 26.02

表3

不同组合花培后代LOX活性统计

组合
Hybrid
品系总数
Total line
number
父母本之间品系数
Line number
between the parents
低于父本品系数
Number of lines less
than the male parents
高于母本品系数
Number of lines more
than the female parents
(06k508×龙辐麦12号)×转3 (06k508×Longfumai 12)×Zhuan 3 16 7 9 0
06k508×转3 06k508×Zhuan 3 18 11 5 2
龙辐麦18×转3 Longfumai 18×Zhuan 3 7 2 4 1
龙麦33×转3 Longmai 33×Zhuan 3 9 5 4 0
龙麦33×转4 Longmai 33×Zhuan 4 11 11 0 0
龙辐麦8号×转2 Longfumai 8×Zhuan 2 1 1 0 0
合计Total 62 37 22 3
均值Mean value (%) 59.68 35.48 4.84

图4

优良品系与亲本的LOX活性对比

[1] 张蕾. 浅谈粮食陈化的原因及减缓陈化的对策. 中小企业管理与科技(下旬刊), 2011(1):234.
[2] Takano K. Advances in cereal chemistry and technology in Japan. Cereal Foods World, 1993,38:695-698.
[3] 孙道杰, 何中虎, 王辉. 小麦面粉黄色素相关基因研究. 西北植物学报, 2006, 26(4):655-660.
[4] 杨淑萍, 张宏纪, 刘文林, 等. 黑龙江春小麦脂肪氧化酶活性基因多态性分析. 核农学报, 2014, 28(11):1972-1977
[5] Suzuki Y, Higo K I, Hagiwara K, et al. Production and use of monoclonal antibodies against rice embryo lipoxygenase-3. Bioscience Biotechnology and Biochemistry, 1992, 56(4):678-679.
[6] 郑文寅, 姚大年, 张文明. 脂肪氧化酶及其在小麦品质改良中的研究与应用. 粮食与饲料工业, 2009(8):5-6.
[7] 董振营, 冯波, 王涛, 等. 一种通过胚乳特异性沉默小麦脂肪氧化酶基因表达提高储藏小麦发芽率和面粉白度的方法:CN 201310127455.5. 2017-04-26.
[8] 王炜, 叶春雷, 杨随庄, 等. 花药培养技术在小麦种质资源创制及育种中的应用. 中国种业, 2018(11):30-34.
[9] 朱至清, 王敬驹, 孙敬三, 等. 小麦花粉植株的诱导及其形态发生过程的研究. 植物学报, 1973, 15(1):1-11.
[10] Kang T J, Yang M S, Deckard E L. The effect of osmotic potential on anther culture in spring wheat (Triticum aestivum L.). Plant Cell Tissue and Organ Culture, 2003,75:35-40.
[11] Redha A, Suleman P. Effects of exogenous application of polyamines on wheat anther cultures. Plant Cell Tissue and Organ Culture, 2011,105:345-353.
[12] Sharma K, Bhattacharjee R, Sartie A, et al. An improved method of DNA extraction from plants for pathogen detection and genotyping by polymerase chain reaction. African Journal of Biotechnology, 2013, 22(15):1894-1901.
[13] Csaba L, Jens W, Jose M, et al. Efficient application of in vitro anther culture for different European winter wheat (Triticum aestivum L.) breeding programmes. Plant Breeding, 2013,132-137.
[14] 胡廷章, 胡宗利, 屈霄霄, 等. 植物脂肪氧化酶的研究进展. 生物工程学报, 2009, 25(1):8-16.
[15] Leenhardt F, Lyana B, Rock E, et al. Genetic variability of carotenoid concentration, and lipoxygenase and peroxidase activities among cultivated wheat species and bread wheat varieties. European Journal of Agronomy, 2006,25:170-176.
[16] 郑文寅, 王慧, 崔文礼, 等. 104个小麦品种(系)脂肪氧化酶活性. 中国农业科学, 2011, 44(9):1798-1805.
[17] 张钰玉, 王晓龙, 张晓科, 等. 陕西小麦品种(系)脂肪氧化酶活性基因的遗传多态性分析. 麦类作物学报, 2012, 32(4):616-621.
[18] 相吉山, 穆培源, 桑伟, 等. 新疆小麦品种资源脂肪氧化酶活性基因TaLox-B1的分布特征研究. 麦类作物学报, 2013, 33 (2):279-285.
[19] 王慧, 郑文寅, 樊宏, 等. 不同小麦品种籽粒中LOX活性及基因型和环境互作分析. 中国粮油学报, 2011, 26(1):11-14,19.
[20] Liavonchanka A, Feussner I. Lipoxygenases: occurrence, functions and catalysis. Journal of Plant Physiology, 2006,163:348-357.
[21] 张福彦, 陈锋, 张建伟, 等. 小麦籽粒脂肪氧化酶研究进展. 麦类作物学报, 2014, 34(8):1067-1075.
[22] Verlotta A, Simone V D, Mastrangelo A M, et al. Insight into durum wheat Lpx-B1: a small gene family coding for the lipoxygenase responsible for carotenoid bleaching in mature grains. BMC Plant Biology, 2010,10:263-280.
[23] Geng H W, Xia X C, Zhang L P, et al. Development of functional markers for a lipoxygenase gene TaLox-B1on chromosome 4BS in common wheat. Crop Science, 2012,52:568-576.
[24] 王黎明, 孔维玮, 高华利, 等. 小麦4B染色体上LOX基因的等位变异及其区域分布. 作物杂志, 2021(1):32-37.
[25] 李斌, 徐智斌, 王涛. 利用分子标记法筛选Lpx-B1位点缺失的硬粒小麦. 西南农业学报, 2009, 22(3):560-562.
[26] 张瑛, 吴跃进, 卢义宣, 等. 脂肪氧化酶同功酶缺失对水稻耐储藏特性的影响// 2003年全国作物遗传育种学术研讨会论文集, 2003.
[27] 马建, 张君, 曲静, 等. 应用RNA干扰技术创造低脂肪氧化酶活性大豆新种质. 中国农业科学, 2009, 42(11):3804-3811.
[28] 郝云风, 史有国, 韩金梅, 等. 不同培养基对春小麦花药培养愈组率及绿苗率的影响. 内蒙古农业科技, 1998( 增1):40-43.
[29] 陈保锋. 不同培养基对小麦花药愈伤组织诱导和分化的影响. 技术与市场, 2008(3):46-47.
[30] 姜秀芳, 郑继周, 邓春霞, 等. 小麦花培材料的筛选和利用. 中国农学通报, 2005(2):62-64.
[31] 杨雪, 邢文会, 刘春雷, 等. C17、K培养基在小麦花药培养脱分化中的应用效果研究. 河南农业科学, 2014, 43(9):28-30.
[32] 海燕, 康明辉, 赵永英, 等. 癸培养基在小麦花药脱分化培养中的应用研究. 河南农业科学, 2010, 39(9):48-49.
[33] 宋运贤, 周素英, 杜雪玲, 等. 小麦花药培养效率的影响因素研究. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2012, 40(5):62-68.
[34] 周迪, 孙连发, 陈立君. 不同诱导培养基对小麦花药培养胚状体诱导率的影响. 黑龙江农业科学, 2012(6):9-12.
[35] 徐惠君. 对提高小麦花药绿苗诱导率的探讨. 作物杂志, 1985(3):30-32.
[36] 王培, 陈玉蓉. 固体培养基上浸润培养提高花粉植株诱导率的研究. 华北农学报, 1992, 7(3):59-65.
[37] 杨松杰, 王子霞, 海热古力·阿不力孜, 等. 不同培养方式对小麦花药培养的影响. 新疆农业科学, 1997(1):12-13.
[38] 赵林姝, 何子伟, 刘丽, 等. 小麦花药液体漂浮离体培养体系的建立与应用. 麦类作物学报, 2018, 38(1):22-27.
[39] 韩晓峰, 陶丽莉, 殷桂香, 等. 基因型和环境条件对小麦花药培养效果的影响. 作物学报, 2010, 36(7):1209-1215.
[1] 田文强, 王泓懿, 聂凌帆, 孙刚刚, 张君, 张强斌, 于姗, 李家豪, 张金汕, 石书兵. 播期和播量对超晚播小麦群体生长、干物质积累及产量的影响[J]. 作物杂志, 2025, (2): 115–122
[2] 米东明, 周佐艳, 张晓妍, 范振杰, 孙培杰, 黄潇, 任爱霞, 孙敏, 任永康. 施氮量对黑小麦物质运转与蛋白质含量的影响[J]. 作物杂志, 2025, (2): 155–161
[3] 娄鸿耀, 李翰霖, 秦志列, 曲曼古丽·库尔班, 朱明慧, 刘昌文, 张胜全. 光温敏雄性不育小麦育性恢复研究进展[J]. 作物杂志, 2025, (2): 9–13
[4] 刘佩瑶, 冉莉萍, 杨佳庆, 王海博, 熊飞, 余徐润. 小麦穗形态建成和生理特征及外界影响因素的研究进展[J]. 作物杂志, 2025, (1): 1–9
[5] 杨丹丹, 韩雪, 孔欣欣, 赵国轩, 苏亚中, 赵鹏飞, 金建猛, 赵国建. 71份冬小麦苗期渗透胁迫抗性鉴定及相关农艺性状指标分析[J]. 作物杂志, 2025, (1): 243–249
[6] 颜群翔, 庞玉辉, 洪壮壮, 毕俊鸽, 王春平. 141份国内外小麦种质资源主要性状遗传多样性分析与特异性评价[J]. 作物杂志, 2025, (1): 26–34
[7] 刘阿康, 栗丽, 常旭虹, 王德梅, 王艳杰, 刘希伟, 杨玉双, 赵广才. 冬小麦秋播及冬前管理关键技术[J]. 作物杂志, 2024, (6): 254–256
[8] 樊明, 张双喜, 陈嘉, 张娇, 李红霞. 宁夏春小麦品种抗倒伏相关性状分析及综合评价体系构建[J]. 作物杂志, 2024, (6): 39–46
[9] 韩雪, 杨丹丹, 孔欣欣, 赵鹏飞, 金建猛, 苏亚中, 赵国轩, 赵国建. 200份小麦种质品质性状及醇溶蛋白遗传多样性分析[J]. 作物杂志, 2024, (6): 61–70
[10] 路佳慧, 王爽, 李云, 郭振清, 王健, 韩玉翠, 林小虎. 减量施氮对春小麦不同器官氮肥利用及籽粒品质的影响[J]. 作物杂志, 2024, (5): 220–227
[11] 张路生, 常慧红, 张宇帆, 韩小伟, 张保帅, 王小梦, 王子强, 田雪慧. 小麦高低畦栽培模式对病虫草害发生的影响[J]. 作物杂志, 2024, (5): 235–240
[12] 曹燕燕, 李雷雷, 葛昌斌, 黄杰, 周璐琪, 王君, 杨森要, 廖平安. 国审4个漯麦品种重要性状功能基因KASP检测与分析[J]. 作物杂志, 2024, (5): 8–17
[13] 张子怡, 王学虎, 苑莹, 沈志峰. 腐植酸悬浮剂对NaCl胁迫下小麦种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 作物杂志, 2024, (4): 263–268
[14] 宋全昊, 曹燕威, 金艳, 肖永贵, 宋佳静, 赵立尚, 陈杰, 白冬, 朱统泉. 50份ICARDA新引进小麦种质资源的综合评价[J]. 作物杂志, 2024, (4): 54–61
[15] 闫金龙, 张东旭, 冯丽云, 邬志远, 李翊娟, 张俊灵. 晋东南小麦品种(系)部分抗病基因的KASP标记检测[J]. 作物杂志, 2024, (4): 90–95
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