本文為實習期間所學分享,以十字花科蔬菜抗黑腐病育種為例,參考《台灣十字花科黑腐病菌偵測及防治》及《遠緣雜交育種障礙及克服策略》等文章整理而成,並感謝鳳試所邱女士詳加指導。由於筆者對於育種方面較為陌生,若文章有不對之處還請多加指點。

  1. 育種目的:Xanthomonas campestris pv. campestris引起的十字花科黑腐病是世界性的重要病害,抗黑腐病可從許多方面著手,如種子檢定、種子處理、田間衛生及輪作等。育成抗黑腐病品種亦為方法之一,然已知之甘藍、花椰菜、青花菜、芥藍等十字花科蔬菜尚未發現具有抗黑腐病基因之原種,需藉由遠緣雜交技術引入小白菜、芥菜抗黑腐病品種之基因,以育成新的抗病品種。
  2. 遠緣雜交之挑戰:雜交育種一般採用無雜交障礙的種內材料為親本,遠緣雜交則將親本擴大到種間(interspecies)或屬間(intergenus)的層次。遠緣雜交會產生的障礙,以十字花科為例,十字花科蕓苔屬作物可分為三大類-甘藍類、白菜類及芥菜類,其染色體數各不相同。甘藍類的甘藍、花椰菜、青花菜、芥藍之染色體為2n=18;白菜類的小白菜之染色體為2n=20;黑芥類的芥菜之染色體為2n=16。不同類(如,以甘藍類為母本,小白菜或芥藍為父本)雜交後,由於染色體同源性低,可能發生(1)受精前:親本雜交不親合,花粉在柱頭無法萌發或伸長受阻;(2)受精後:雜種胚敗育,種子無法形成;(3)成株後:雜交種植株稔性低或不稔,為此育種過程中需應用許多技術以達成育種目標。
  3. 遠源雜交技術

(1)蕾期授粉:避免自交/雜交不親合,可利用蕾期授粉方式,於柱頭尚未形成花粉萌芽抑制物質時加以)授粉,其他如生長調節劑、氯化鈉、二氧化碳等處理亦可提高授粉成功率。蕾期授粉之操作細節依授粉者習慣各有不同,此處以芥菜為例,簡述如下:

A.  選定父本,開花前套袋避免其他花粉沾染。
B.  以酒精消毒鑷子(避免其他花粉沾染),摘取父本花朵,放置於培養皿等容器中。
C.  母本部分,以鑷子除去已開、柱頭已露出或過小的花苞,並除去花序生長點避免新花苞產生。留下飽滿健康、未打開之花苞,以鑷子除去花瓣。
D.  取父本花朵,將花粉沾上柱頭、套袋保護,1~2日後取下。

 vegetable1.jpg  

 

照片說明:

1.  芥菜育種區。
2.  採集花粉。

3.  蕾期授粉需選擇適當大小的花苞(如紅色箭頭處),其餘以鑷子去除。
4.  剝除雄蕊以避免自花授粉。

5.  通常會連同花辦一同剝除,剩下柱頭部分。

6.  以花粉沾上柱頭授粉後,套上硫酸紙袋避免其他花粉汙染,亦有固定作用。
7.  約2日後可取下紙袋,若未黃化萎縮代表授粉成功。
8.  同為授粉兩日後情形。

(2)胚拯救:授粉成功後多數雜交胚會敗育死亡,故不等種子成熟即採收未成熟胚進行培養(胚拯救)。胚培養之操作過程於不同實驗室操作細節各有不同,簡述如下:

A.  根據不同品種特性於適當時機採收未成熟胚。
B.  酒精浸潤約10秒後以清水沖洗,再以0.5%次氯酸鈉消毒10分鐘,於無菌環境洗清五次。
C.  在顯微鏡下切開果莢,挑出未成熟胚,植入培養基。胚齡越小培養的難度越高,較成熟的胚較易培養,但是也可能已發生敗育,時機需自行記錄掌握。未成熟胚依外觀可分為飽滿、不飽滿及乾癟三種狀況,越成熟可能越乾癟,根據詢問,不飽滿至乾癟的胚成活率可能較高,但因品種而異。
D.  以接種環將胚種入培養基,移入遮光環境進行培養,若胚成功萌發則移入弱光環境,最後移至正常燈照下培養。
E.  植株成長後可利用微體扦插方式進行繼代:取出地上部、切除葉片,將側芽或頂芽重新種入培養基。

 vegetable2.jpg  

 

照片說明:

1.  在顯微鏡下切開果莢。
2.  顯微鏡下圓潤飽滿的胚。
3.  不飽滿胚。
4.  乾癟萎縮的胚。
5.  以接種環將胚種入培養基。
6.  胚萌發形成植株。

(3)克服不稔性:遠緣雜交株成功長成後仍有稔性低或不稔問題---例如花朵不具雄蕊等狀況,可藉由回交或染色體倍增等方式克服。染色體倍增方法為以秋水仙素處理雜交株芽體,誘導具花粉之多倍體產生,不同實驗室操作細節各有不同,此處簡述如下:

A.  配製所需濃度之秋水仙素溶液。
B.  以針筒抽取,打入過濾器,可得無菌之秋水仙素溶液。
C.  以玻璃滴管將秋水仙素抽取進入長試管。
D.  切取培殖體(同前述繼代培養方式),放入試管中震盪培養一段時間後取出。
E.  以無菌水沖洗,種入培養基。

 vegetable3.jpg  

照片說明:

1.秋水仙素具毒性,操作時需配備實驗衣、口罩、手套等裝備,本次僅以糖水進行示範,故未進行防範措施。
2.以針筒吸取秋水仙素。

3. 過濾器。
4. 切取培植體。
5. 玻璃滴管吸取秋水仙素、切下側芽、放入試管。
 vegetable4.jpg  

 

照片說明:

1.  培養室。
2.  繼代之莖段。
3.  繼代成活後開始長出新芽。
4.  雜交株出瓶培養。
5.  雜交株不具花粉。(僅以其中一棵性狀舉例)
6.  經染色體倍增後產生花粉。

(4)穩定性狀:成功進行染色體倍增而產生花粉的雜交株,由於遠緣雜交使基因組成發生了重大改變,後代遺傳可能有不穩定的狀況,可藉由自交或回交穩定植株特性,亦藉由回交使後代性狀更加貼近親本,以取得商品化所需性狀。

4.  結論:育種是一項非常繁複而且耗時的工作,遠源雜交使用之技術與傳統育種不同,但育種的原理一樣,即從具備優良性狀的親代中雜交出優良子代,在此過程中,從親本的選擇到子代的穩定,需花費許多時間和心力,並需要充分的經驗評估判斷。育種者可能奉獻了數年光陰,只為解決農業上遭遇的某些問題,值得尊敬。另一方面來說,育種者花費了這麼長的時間,當成果出現時,卻因為(早期)品種權不受重視、(至今仍)被他國偷竊、(至今仍)被自己國人流出,實在是非常遺憾。傳說中全兩性株的木瓜品種種苗七號,聽說也因怕種原外流,至今仍深鎖櫃中。

文章標籤
創作者介紹

洗碗精之家

洗碗精 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(1) 人氣()


留言列表 (1)

發表留言
  • 聽過洗碗精名號的學姐。
  • 黑芥類的芥菜之染色體為2n=18
  • 真的耶,感謝更正!您是哪位學姊啊XD

    洗碗精 於 2015/04/29 14:48 回覆

找更多相關文章與討論

您尚未登入,將以訪客身份留言。亦可以上方服務帳號登入留言

請輸入暱稱 ( 最多顯示 6 個中文字元 )

請輸入標題 ( 最多顯示 9 個中文字元 )

請輸入內容 ( 最多 140 個中文字元 )

請輸入左方認證碼:

看不懂,換張圖

請輸入驗證碼