植物细胞工程

5.1 植物单倍体的培育

1972年西北植物研究所潘景丽等从菸草、小麦和油菜的花药中诱导出单倍体植株，在国内为首创。1975—1979年，该所潘景丽、高公泓选择花粉胚产生的适宜条件，经过试验，搞清了影响小麦花粉的直接因素是激素水平、温度和杂交材料。论文发表后引起了国内外专家的重视，1979年获陕西省科技成果二等奖。同期，西北植物研究所周俊彦等通过小麦花药的培养，研究花粉胚的形成，证明小麦中存在花粉二型性，认为“花粉胚可能起源于异常花粉”。他们撰写发表的《小麦花粉的二型性及其花粉培养中花粉胚形成的关系》，是国内外第一篇关于小麦花粉胚起源研究的论文。

5.2 植物组织培养

1979—1983年，西北农学院朱庆麟等从玉米未成熟胚乳中诱导出愈伤组织且分化成植株。1989年开展了氯化钠对胡萝卜长期培养物组织结构、生理、生化特性及胚胎发生能力作用效应的研究，结果表明，胡萝卜经一定浓度NaCl溶液处理之继代培养物，可以保持原胚性愈伤组织细胞及组织结构特性，不会因长期继代培养而使胚性愈伤组织结构变性，继而导致胚胎发生能力的降低，甚至丧失。

1984年西北植物研究所周俊彦、罗新谈对珍稀濒危植物山白树、华山参、铁棒锤等进行组织培养并快速繁殖获得成功。该所高公泓在1984—1986年筛选出一种叫“F”的培养基，比常用的MS培养基和White培养基繁殖系数高5.53倍和23倍。

1987—1997年，陕西师范大学李克勤、张大力、王喆之、罗新谈等以国内陆地棉栽培品种、槐树为材料，进行了组织细胞培育，获得重大突破。他们先后从组织、单细胞和原生质体取得了棉花细胞胚胎发生和植株再生的研究成果，已达到国内外同类研究的先进水平，为棉花育种、基因工程等研究开拓了新途径。他们还进行了棉花体细胞抗体鉴定、筛选和外源性基因转入等多项研究，获得高抗枯萎菌毒素，而10g/L NaCl溶液胁迫棉花愈伤组织变化系，经农业部鉴定认为：达到国际先进、国内领先水平。该研究成果使棉花体细胞抗病性的鉴定，从次植株为对象发展到体细胞，对加快鉴定的速度和准确度起到重要作用。

5.3 植物试管受精与原生质体培养

西北植物研究所吴耀斌等，1972年开展植物原生质体的分离、培养和融合研究，经过8年的试验探索，完成了纤维素酶的制备，并用于制酶制剂，从20多种植物的不同组织中分离出具有活力的原生质体。1979年首次应用酸法处理分离出大量原生质体，培养形成愈伤组织。

从1973年开始，该所叶树茂等从事植物试管受精的研究。他们利用试管受精技术克服了烟草种间和小麦属间杂交不亲和性，1979年获得烟草种间杂种，同年获陕西省科技成果一等奖。1981—1982年，他们在国内首次通过雌蕊离体授粉，获得“节节麦×普通小麦”的属间杂种。

5.4 小麦染色体工程

（1）远缘杂交育种。

1956年，中国科学院西北农业生物研究所李振声、陈漱阳开始普通小麦与长穗偃麦草远缘杂交育种研究。他们采取延长长穗偃麦草的光照时间，使之与普通小麦同期开花，进行人工授粉，在1957年夏天获得几十粒同普通小麦相似的杂种一代种。同年秋天，杂种一代幼苗长相却是紫色，与草十分相似，标志不同血缘特征的物种杂交不易结合的难题突破。1958—1962年，李振声、陈漱阳等通过解剖花器和大田观察，攻破了第二难关——杂种夭亡和不孕，总结出小麦—偃麦草杂种夭亡与不孕表现在各个发育时期，分为9种，其产生原因比较复杂，既受亲本遗传特性的制约，又受外界环境条件的影响，也因个体发育的年龄等而有所变化；他们提出4种方法配合使用，是克服小麦—偃麦草杂种夭亡与不孕的有效方法。1963—1964年，他们确定了正确的长穗偃麦草的染色体组型，纠正了以往科学家的论断，为克服远缘杂交的第三个难题——杂种后代“疯狂分离”及科学地制定小麦与长穗偃麦草的杂交育种程序等奠定了理论基础。1964年麦收前，李振声等筛选出“小偃六号”的原始植株。1965年，该项研究随机构调整转入中国科学院西北植物研究所继续进行。“文化大革命”的10年中，李振声等，科研工作进展滞缓。1979年，李振声和他的课题组终于培育成功“小偃6号”高产、优质小麦新品种，蛋白质含量达14.7%（普通小麦为12%），而且抗寒、抗旱、抗干热风、抗病虫害等方面都超过了一般品种。到1988年种植面积达360多万hm2，横跨10个省，累计增产小麦16亿kg，1985年获国家发明一等奖。

（2）蓝粒单体和自花结实缺体小麦的创制。

1978年，李振声利用自己育成的蓝粒小麦作为材料进行遗传工程研究。他利用蓝粒小麦胚乳蓝色色素遗传规律，这个遗传规律包含有：①蓝胚乳基因具有明显的剂量效应；②蓝胚乳基因的遗传是稳定而独立的；③从胚乳颜色可以推断出胚的色素基因型及其后代的变化。2年后，终于培育成功一种蓝粒单体小麦，通过自交，可以形成深蓝、蓝、浅蓝和白色4种颜色、3种不同染色体数目的种子。原先在显微镜下花大量时间进行细胞学鉴定的烦琐工作，现在只要看种子是什么颜色，就可以知道它的染色体数目，从而克服了美国科学院西尔斯于1954年建立的“中国春单体”材料，由于没有明显的遗传标记而带来的鉴定、繁殖、利用上的困难，并把西尔斯开创的小麦染色体细胞工程育种工作往前推进了一步，并且获得了大量自交结实的缺体小麦。李振声等创制的“自花结实缺体系”的“缺体不育不是绝对的”“缺体深变为补偿三体的趋向也不是绝对的”这一事实，纠正了美国西尔斯于1958年创制的“中国春单体”中分离出来的缺体，“约半数是雌性不育或雄性不育”并“趋势向于演变为补偿三体”的论点。这些成就属于中国首创，促进了1986年首届国际植物染色体工程学术讨论会在中国西安召开。在这次会上，李振声的蓝粒单体小麦研究论文，引起了与会代表的极大兴趣，认为是染色体工程的重大突破。

（3）小麦染色体工程的应用。

李振声利用蓝粒单体小麦建立了一种全新的育种方法——小麦缺体回交法。这种方法使一般远缘杂交育成一个新品种所需时间缩短了5年以上，为小麦染色体工程育种开辟了一条新途径。随着小麦蓝粒单体、缺体系统的逐步建成，有目的、有计划的小麦染色体工程育种已逐步实现。到目前为止，西北植物研究所利用小偃麦杂交技术创制的小麦缺体回交法共育成小偃系列优良新品种、品系——小偃6号、小偃107、小偃503、小偃504、小偃22等近10余个，为黄河流域小麦增产增收作出了巨大贡献。

1983—1987年，陕西省农业科学院薛秀庄等在李振声的启发下，转育成“阿勃”小麦单体系统，成为国内转育成的第2套单体材料，获农牧渔业部科技进步三等奖。