Isolated Microspore Culture of Brassica Vegetables: A Review

doi:10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2020-0172

Abstract

Abstract:

Brassica vegetable is rich in germplasm resources and has very important role in China’s vegetable industry. Isolated microspore culture is a considerable way to create haploid and double haploid, and is significant to improve the breeding efficiency of Brassica vegetables. In order to study the efficient culture system of isolated microspore of Brassica vegetables, the effects of plant materials, pretreatment methods, medium composition, culture density, heat shock, plantlet regeneration, ploidy identification and diploid inducement on microspore culture were summarized. It is proposed that the efficiency of isolated microspore culture of Brassica vegetables could be improved by the optimization of cultivation system, genetic transformation and co-culture treatment.

Key words: Brassica vegetables, isolated microspores, embryogenesis, plantlet regeneration, double haploid, breeding

CLC Number:

S603.6

WU Jianbin, CHEN Kunhao, CHEN Muxi, CHEN Changming. Isolated Microspore Culture of Brassica Vegetables: A Review[J]. Journal of Agriculture, 2022, 12(3): 44-49.

References 91

[1]	刘如娥. 芸薹属芸薹种几种主要蔬菜作物花药培养技术研究[D]. 沈阳:沈阳农业大学, 2008.
[2]	CHEN W, ZHANG Y, REN J, et al. Effects of methylene blue on microspore embryogenesis and plant regeneration in ornamental kale (Brassica oleracea var. acephala)[J]. Scientia horticulturae, 2019, 248:1-7. doi: 10.1016/j.scienta.2018.12.048 URL
[3]	胡永霞, 李晓峰, 轩淑欣, 等. 利用小孢子培养创建大白菜—结球甘蓝易位系[J]. 园艺学报, 2014, 41(7):1361-1368.
[4]	王玉书. 羽衣甘蓝小孢子培养及红叶性状的SRAP标记[D]. 沈阳:沈阳农业大学, 2012.
[5]	LI Q, CHEN Y, YUE F, et al. Microspore culture reveals high fitness of B. napus-like gametes in an interspecific hybrid between Brassica napus and B. oleracea[J]. PLOS oNE, 2018, 13(3):e193548.
[6]	WANG H M, ENNS J L, NELSON K L, et al. Improving the efficiency of wheat microspore culture methodology: evaluation of pretreatments, gradients, and epigenetic chemicals[J]. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC), 2019, 139(3):589-599. doi: 10.1007/s11240-019-01704-5 URL
[7]	TESTILLANO P S. Microspore embryogenesis: targeting the determinant factors of stress-induced cell reprogramming for crop improvement[J]. Journal of experimental botany, 2019, 70(11):2965-2978. doi: 10.1093/jxb/ery464 URL
[8]	LICHTER R. Induction of Haploid Plants From Isolated Pollen of Brassica napus[J]. Zeitschrift für Pflanzenphysiologie, 1982, 105(5):427-434. doi: 10.1016/S0044-328X(82)80040-8 URL
[9]	唐兵, 陶莲, 卢松, 等. 白菜游离小孢子培养高频胚诱导技术体系优化[J]. 热带作物学报, 2017, 38(10):1913-1920.
[10]	BHATIA R, DEY S S, PARKASH C, et al. Modification of important factors for efficient microspore embryogenesis and doubled haploid production in field grown white cabbage (Brassica oleracea var. capitata L.) genotypes in India[J]. Scientia horticulturae, 2018, 233:178-187. doi: 10.1016/j.scienta.2018.01.017 URL
[11]	牛刘静, 石凤岩, 马钰莹, 等. 连州菜心小孢子培养体系的建立[J]. 沈阳农业大学学报, 2019, 50(1):28-33.
[12]	方辉, 胡锦彬, 薄永明. 青梗菜游离小孢子培养技术研究[J]. 浙江农业科学, 2016, 57(1):76-79.
[13]	罗文龙, 郭巨先, 符梅, 等. 基于小孢子培养的芥蓝单倍体育种技术研究[J]. 广东农业科学, 2020, 47(3):36-43.
[14]	卢钢, 曹家树. 白菜和芜菁杂种小孢子培养研究[J]. 浙江大学学报:农业与生命科学版, 2001(2):45-48.
[15]	顾宏辉, 胡林军, 周伟军. 小孢子培养技术在芸薹属作物育种上的应用研究进展[J]. 农业生物技术学报, 2004, 2(12):219-223.
[16]	王春丽. 青花菜游离小孢子培养及其植株再生技术研究[D]. 武汉:华中农业大学, 2008.
[17]	BHATIA R, DEY S S, SOOD S, et al. Efficient microspore embryogenesis in cauliflower (Brassica oleracea var. botrytis L.) for development of plants with different ploidy level and their use in breeding programme[J]. Scientia horticulturae, 2017, 216:83-92. doi: 10.1016/j.scienta.2016.12.020 URL
[18]	吴江生, 石淑稳, 周永明, 等. 甘蓝型双低油菜品种华双3号的选育和研究[J]. 华中农业大学学报, 1999(01):3-5.
[19]	邓英, 唐兵, 付文苑, 等. 叶用芥菜小孢子培养技术体系的完善及DH系创制[J]. 中国农业大学学报, 2018, 23(9):60-67.
[20]	NOWICKA A, JUZOń K, KRZEWSKA M, et al. Chemically-induced DNA de-methylation alters the effectiveness of microspore embryogenesis in triticale[J]. Plant science, 2019, 287:110189. doi: 10.1016/j.plantsci.2019.110189 URL
[21]	苏贺楠, 韩风庆, 杨丽梅, 等. 结球甘蓝小孢子培养条件优化及高代自交系胚状体诱导研究[J]. 中国蔬菜, 2018(4):30-36.
[22]	张振超, 耿鑫鑫, 戴忠良, 等. 甘蓝类植物小孢子培养及植株再生研究[J]. 核农学报, 2013, 27(7):929-937.
[23]	LANTOS C, PURGEL S, ács K, et al. Utilization of in Vitro Anther Culture in Spelt Wheat Breeding[J]. Plants, 2019, 8(10):436. doi: 10.3390/plants8100436 URL
[24]	Zhang W, Fu Q, Dai X, et al. The culture of isolated microspores of ornamental kale (Brassica oleracea var. acephala) and the importance of genotype to embryo regeneration[J]. Scientia Horticulturae, 2008, 117(1):69-72. doi: 10.1016/j.scienta.2008.03.023 URL
[25]	冯辉, 杨硕, 王超楠, 等. 青梗菜优异DH系的创制与利用[J]. 中国农业科学, 2009, 42(9):3195-3202.
[26]	米哲, 李云昌, 梅德圣, 等. 甘蓝型油菜小孢子培养影响因素研究及再生苗早期倍性鉴定[J]. 华北农学报, 2011, 26(5):97-102.
[27]	马勇斌. 甘蓝小孢子培养几个因素探讨和DH植株再生技术研究[D]. 杨凌:西北农林科技大学, 2011.
[28]	李桂花, 王亭亭, 刘凯, 等. 芥蓝小孢子培养研究初报[J]. 热带作物学报, 2016, 37(8):1518-1525.
[29]	官春云. 油菜小孢子培养和双单倍体育种研究[J]. 作物学报, 1995, 21(6).
[30]	张恩慧, 马英夏, 杨安平, 等. 甘蓝小孢子培养中花蕾长度与细胞单核期的关系[J]. 西北农业学报, 2012, 21(6):124-128.
[31]	李栒. 油菜细胞遗传学研究——Ⅰ.油菜花粉母细胞减数分裂和小孢子发育规律的探讨[J]. 中国油料, 1984(2):7-13.
[32]	王娜, 贾凯, 妥秀兰, 等. 芜菁小孢子培养及其胚状体离体发育过程[J]. 西北农业学报, 2016, 25(9):1392-1398.
[33]	张振超. 若干十字花科植物小孢子培养和植株再生及四倍体新种质创制[D]. 杭州:浙江大学, 2012.
[34]	吴艺飞. 菜薹花药和小孢子培养技术研究[D]. 长沙:湖南农业大学, 2013.
[35]	张小玲, 唐征, 罗天宽, 等. 磁场预处理对花椰菜花药培养的影响[J]. 上海农业学报, 2002(3):21-23.
[36]	黄天虹, 张娅, 梁超凡, 等. 不结球白菜游离小孢子培养及植株再生研究[J]. 核农学报, 2019, 33(2):240-247.
[37]	彭楚媛. 羽衣甘蓝游离小孢子培养与再生体系构建[D]. 沈阳:沈阳农业大学, 2017.
[38]	ZENG A, YAN Y, YAN J, et al. Microspore embryogenesis and plant regeneration in Brussels sprouts (Brassica oleracea L. var. gemmifera)[J]. Scientia Horticulturae, 2015, 191:31-37. doi: 10.1016/j.scienta.2015.05.002 URL
[39]	王兵. 甘蓝型油菜小孢子培养技术及其与异源六倍体油菜有关生理特性研究[D]. 杭州:浙江大学, 2013.
[40]	崔群香. 不结球白菜小孢子培养及其胚胎发生机制[D]. 南京:南京农业大学, 2011.
[41]	杨立勇, 范志雄, 杨光圣. 甘蓝型油菜小孢子培养中几项技术改进[J]. 中国油料作物学报, 2005, 27(1):14-18.
[42]	王超楠. 小白菜游离小孢子培养体系的构建与利用[D]. 沈阳:沈阳农业大学, 2007.
[43]	单宏. 基于小孢子培养的大白菜优异种质创制[D]. 沈阳:沈阳农业大学, 2017.
[44]	赵大芹, 陶莲, 张朝君, 等. 培养基成分对黔白大白菜杂交种小孢子胚诱导的影响[J]. 贵州农业科学, 2007(6):24-25.
[45]	赵艳艳, 牛刘静, 原玉香, 等. 菜心小孢子培养体系优化[J]. 中国瓜菜, 2020, 33(7):34-38.
[46]	JIA J, ZHANG Y, CUI L, et al. Effect of thidiazuron on microspore embryogenesis and plantlet regeneration in Chinese flowering cabbage (Brassica rapa. var. parachinenis)[J]. Plant breeding, 2019, 138(6).
[47]	JIA J, ZHANG Y, FENG H. Effects of brassinolide on microspore embryogenesis and plantlet regeneration in pakchoi (Brassica rapa var. multiceps)[J]. Scientia Horticulturae, 2019, 252:354-362. doi: 10.1016/j.scienta.2019.04.004 URL
[48]	王改改. 甘蓝小孢子培养技术体系的优化与植株再生技术研究[D]. 杨凌:西北农林科技大学, 2017.
[49]	陈晓峰, 张明培, 徐榕雪, 等. 影响大白菜游离小孢子培养胚胎发生因素的研究[J]. 吉林农业科学, 2014, 39(5):76-79.
[50]	兰素缺, 李光威, 权书月, 等. 碳源组份及浓度对小麦花药培养和游离小孢子培养的影响[J]. 华北农学报, 2002(S1):93-97.
[51]	蒋武生, 原玉香, 张晓伟, 等. 小白菜游离小孢子培养及其再生植株[J]. 河南农业大学学报, 2005(4):40-43.
[52]	贾凯, 吴慧, 许建, 等. 不同处理方法对芜菁游离小孢子出胚率的影响[J]. 江苏农业科学, 2018, 46(8):39-42.
[53]	余凤群, 刘后利. 供体材料和培养基成份对甘蓝型油菜小孢子胚状体产量的影响[J]. 华中农业大学学报, 1995(4):327-331.
[54]	王谦. 甘蓝单花蕾小孢子培养技术研究及未抽薹结球DH株腋芽再生[D]. 杨凌:西北农林科技大学, 2019.
[55]	付丹丹. 抗根肿病大白菜小孢子培养技术体系研究[D]. 杨凌:西北农林科技大学, 2019.
[56]	曾小玲, 方淑桂, 朱朝辉, 等. 不同基因型菜心游离小孢子培养和植株再生[J]. 热带作物学报, 2014, 35(12):2397-2402.
[57]	于文佳. 小菘菜游离小孢子培养技术的优化[D]. 南京:南京农业大学, 2012.
[58]	DAUROVA A, DAUROV D, VOLKOV D, et al. Mutagenic treatment of microspore-derived embryos of turnip rape (Brassica rapa) to increase oleic acid content[J]. Plant breeding, 2020.
[59]	朱守亮, 张恩慧, 杨安平, 等. 2个甘蓝F_1小孢子培养中高出胚率的诱导技术研究[J]. 西北农业学报, 2009, 18(6):237-241.
[60]	刘凡, 莫东发, 姚磊, 等. 遗传背景及活性炭对白菜小孢子胚胎发生能力的影响[J]. 农业生物技术学报, 2001(3):297-300.
[61]	谭少敏, 胡靖锋, 杨红丽, 等. 甘蓝型油菜小孢子培养技术优化[J]. 河南农业科学, 2015, 44(5):53-57.
[62]	戴希刚, 施雪萍, 包满珠. 基因型与培养条件对羽衣甘蓝小孢子胚胎发生的影响[J]. 植物生理学报, 2012, 48(11):1113-1119.
[63]	ZENG A, SONG L, CUI Y, et al. Reduced ascorbate and reduced glutathione improve embryogenesis in broccoli microspore culture[J]. South African journal of botany, 2017, 109:275-280. doi: 10.1016/j.sajb.2017.01.005 URL
[64]	ZHANG L, ZHANG Y, GAO Y, et al. Effects of histone deacetylase inhibitors on microspore embryogenesis and plant regeneration in Pakchoi (Brassica rapa ssp. chinensis L.)[J]. Scientia Horticulturae, 2016, 209:61-66. doi: 10.1016/j.scienta.2016.05.001 URL
[65]	曾爱松, 高兵, 宋立晓, 等. 耐寒结球甘蓝小孢子培养及其发育过程[J]. 中国农业大学学报, 2015, 20(2):86-92.
[66]	GAO Y, JIA J, CONG J, et al. Non-ionic surfactants improved microspore embryogenesis and plant regeneration of recalcitrant purple flowering stalk (Brassica campestris ssp. chinensis var. purpurea Bailey)[J]. In vitro cellular & developmental biology. plant, 2019, 56(2):207-214.
[67]	张凤兰, 赵岫云. 用小孢子培养创建大白菜双单倍体永久作图群体[J]. 华北农学报, 2003(4):55-57.
[68]	顾祥昆, 李菲, 张淑江, 等. 芥菜游离小孢子培养技术研究[J]. 中国蔬菜, 2013(12):23-30.
[69]	方淑桂, 陈文辉, 曾小玲, 等. 影响青花菜游离小孢子培养的若干因素[J]. 福建农业大学学报, 2005(1):51-55.
[70]	NIU L, SHI F, FENG H, et al. Efficient doubled haploid production in microspore culture of Zengcheng flowering Chinese cabbage (Brassica campestris L. ssp. chinensis [L.] Makino var. utilis Tsen et Lee)[J]. Scientia horticulturae, 2019, 245:57-64. doi: 10.1016/j.scienta.2018.09.076 URL
[71]	姚芳, 周国林, 王涛涛, 等. 小白菜游离小孢子培养[A].中国园艺学会.2008园艺学进展(第八辑)——中国园艺学会第八届青年学术讨论会暨现代园艺论坛论文集[C]. 上海:中国园艺学会:中国园艺学会, 2008
[72]	姜立荣, 刘凡, 李怀军, 等. 大白菜小孢子胚状体发生早期的超微结构研究[J]. 北京农业科学, 1996, 14(3):28-31.
[73]	WANG T, LI H, ZHANG J, et al. Initiation and development of microspore embryogenesis in recalcitrant purple flowering stalk (Brassica campestris ssp. chinensis var. purpurea Hort.) genotypes[J]. Scientia horticulturae, 2009, 121(4):419-424. doi: 10.1016/j.scienta.2009.03.012 URL
[74]	李书宇, 陈伦林, 邹小云, 等. 甘蓝型油菜小孢子培养及技术简化研究[J]. 江西农业大学学报, 2013, 35(6):1147-1151, 1156.
[75]	贾凯, 吴慧, 高杰. 新疆芜菁小孢子培养及再生植株倍性检测[J]. 分子植物育种, 2018, 16(21):7104-7111.
[76]	Yang S, Liu X, Fu Y, et al. The effect of culture shaking on microspore embryogenesis and embryonic development in Pakchoi (Brassica rapa L. ssp. chinensis)[J]. Scientia horticulturae, 2013, 152:70-73. doi: 10.1016/j.scienta.2013.01.019 URL
[77]	WANG Y, TONG Y, LI Y, et al. High frequency plant regeneration from microspore-derived embryos of ornamental kale (Brassica oleracea L. var. acephala)[J]. Scientia Horticulturae, 2011, 130(1):296-302. doi: 10.1016/j.scienta.2011.06.029 URL
[78]	申书兴, 侯喜林, 张成合. 利用小孢子培养创建大白菜初级三体的研究[J]. 园艺学报, 2006(6):1209-1214.
[79]	冯翠. 结球甘蓝和青花菜游离小孢子培养技术的优化[D]. 南京:南京农业大学, 2011.
[80]	石荫坪, 束怀瑞. 利用苹果花粉粒形态进行倍性鉴定[J]. 园艺学报, 1998(02):3-5.
[81]	魏卓, 张先昂, 张越, 等. 黄心中华猕猴桃多倍体诱导及鉴定[J]. 分子植物育种, 2020, 18(12):4036-4040.
[82]	胡靖锋, 兰梅, 徐学忠, 等. 不同十字花科作物气孔保卫细胞周长和叶绿体数目与其倍性的相关性研究[J]. 江西农业学报, 2018, 30(2):34-37.
[83]	江建霞, 李延莉, 蒋美艳, 等. 胚珠培养在白菜型油菜和芥蓝远缘杂交中的应用[J]. 上海农业学报, 2019, 35(3):26-30.
[84]	王小霞, 樊新民, 崔辉梅. 芸薹属蔬菜花药培养研究进展[J]. 北方园艺, 2007(1):35-37.
[85]	冯辉, 姜凤英, 冯建云, 等. 羽衣甘蓝游离小孢子培养技术研究及应用[J]. 园艺学报, 2007(4):1019-1022.
[86]	万丽丽, 王转茸, 杨光圣, 等. 三个油菜F_1组合小孢子培养及双单倍体结实性分析[J]. 湖北农业科学, 2020, 59(1):32-38.
[87]	LU X, WU H, ZHANG Q, et al. Induction of pollen embryo and chromosome doubling in tobacco (Nicotianatabacum L.)[J]. Turkish journal of botany, 2020, 44(1):76-84. doi: 10.3906/bot-1903-34 URL
[88]	张延国, 王晓武. 小孢子培养技术在青花菜上的应用[J]. 中国蔬菜, 2005(6):7-9.
[89]	姚悦梅, 张振超, 山溪, 等. 羽衣甘蓝小孢子胚胎细胞结构变化及其植株再生[J]. 南方农业学报, 2019, 50(5):924-931.
[90]	CORRAL-MARTínez P, SIEMONS C, HORSTMAN A, et al. Live Imaging of embryogenic structures in Brassica napus microspore embryo cultures highlights the developmental plasticity of induced totipotent cells[J]. Plant reproduction, 2020.
[91]	张振超, 潘跃平, 毛忠良, 等. 青花菜与甘蓝型油菜小孢子共培养技术研究[J]. 核农学报, 2015, 29(8):1487-1493.