乌桕的高效再生与遗传转化研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:saya1989
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乌桕(Sapium sebiferum Roxb.)为大戟科乌桕属落叶乔木,适应性强,分布广,籽实含油率高(45%-55%),为我国特有的木本能源树种。同时,乌桕树型优美,树叶于秋季呈现不同的红、橙、黄、紫等颜色,具有观形、观果、观叶等多种功能,又为常用的园艺景观树种,具有广阔的应用前景。乌桕为多年生木本植物,存在童期长,产量低,种质高度杂合,无性繁殖困难等问题。  本论文研究了外植体的来源和类型,植物激素的种类和浓度,不同光照条件等因素对乌桕离体再生的影响,建立了以不同外植体为出发材料的多个途径的乌桕高效再生体系;研究了乌桕优良种质长期保存技术体系;优化并建立了农杆菌介导的遗传转化体系。相关研究为乌桕的规模化快繁、种质资源的保存、品种化和育种提供了技术支撑。取得的主要结果如下:  1.通过优化影响乌桕外植体不定芽诱导、伸长和生根过程的关键因素,建立了乌桕不同外植体高效的直接器官再生体系。研究结果表明6-BA对乌桕下胚轴丛生芽的诱导作用远好于KT和TDZ,添加有0.5 mg l-16-BA的MS培养基为诱导不定芽的最优培养基。不同类型外植体,其不定芽的诱导率略有不同,其中以下胚轴和根不定芽的诱导率最高(100%),胚乳最低(53.3%)。以野外成熟乌桕植株的当年生带腋芽或不带腋芽的茎段为外植体时,6-BA的浓度,茎段的接种方式和培养容器的类型对不定芽的再生都有直接的影响。其中不带腋芽的茎段水平接种于玻璃培养皿中的再生效率最高达到(93.3%),平均每个外植体产生19.1个不定芽。为了实现对乌桕优良株系的规模化快繁,本研究还以乌桕茎段快繁后获得的无菌苗叶片为外植体,直接诱导不定芽发生。研究结果表明,在所测试的不同浓度和种类的细胞分裂素中,0.5mgl-1 TDZ最有利于叶片不定芽的诱导。添加有0.5 mg l-16-BA和0.1mgl-1 NAA的MS培养基最有利于不定芽的伸长和增殖,且在1/2 MS+0.5 mg l-1 IBA上不定芽的生根率高达95%。乌桕生根后的无菌苗移栽成活率为88.7%。  2.通过优化影响乌桕下胚轴愈伤组织诱导和分化的关键因素,建立了高效的间接器官发生再生体系。乌桕下胚轴愈伤组织的诱导和增殖的最优培养基为MS+0.5 mg l-16-BA+1.0mg l-1 NAA,愈伤诱导率高达100%。在所测试的不同来源和类型的外植体中,愈伤组织的诱导率无显著差异,但愈伤组织的生长状态和分化能力有着显著差异。愈伤组织分化研究结果表明6-BA有利于愈伤组织分化,当培养基中6-BA浓度为0.5mgl-1时,愈伤组织的分化率最高(91.7%)。GA3对愈伤组织不定芽的伸长有抑制作用,低浓度的6-BA(0.25 mg l-1)促进不定芽的伸长。  3.通过优化影响乌桕幼胚体细胞胚胎发生的关键因素,建立了高效的幼胚体细胞胚胎发生再生体系。研究发现机械损伤和生长素在乌桕体细胞胚胎发生过程中起着至关重要的作用。经机械损伤的幼胚接种于添加有1.0 mg l-1 IAA的MS培养基上,于黑暗条件下培养2周后转至14/10(光/暗)光周期下培养4周,乌桕幼胚的体细胞胚胎发生率最高可达90%,且平均每个外植体产生8.3个初级胚状体。组织学研究结果表明乌桕幼胚体细胞胚胎发生经过球型胚、心型胚、鱼雷胚和子叶胚几个发育阶段。不同发育阶段的初级胚增殖能力差异显著,以子叶早期胚状体的增殖能力最强,增殖效率为81.7%,平均每个初级胚状体可产生13.5个次级胚。无激素的MS培养基为胚状体萌发和成熟的最优培养基。所获得的无菌苗的移栽成活率高达90%。  4.通过优化影响小液滴玻璃化法超低温保存法的关键因素,建立了乌桕茎尖超低温保存体系和保存后茎尖不定芽再生体系。研究结果表明茎尖超低温保存的最适预培养基为添加有0.3M蔗糖浓度的MS培养基,预培养时间为2d,最适加载时间为20 min,PVS2脱水时间为90 min。PVS2处理的茎尖置于锡箔纸条上于液氮中保存。冻存后的茎尖于35℃水浴中迅速处理2 min。然后用含有1.2M l-1蔗糖的MS液体培养基处理10 min。接种于添加有0.5 mg l-1的培养基上进行黑暗培养。7d后,转至14/10(光/暗)光周期下培养4周,获得的茎尖成活率为42.2%,茎尖不定芽再生率为40%。  5.在已建立的乌桕茎段直接器官发生途径的基础上,研究了根癌农杆菌介导的乌桕遗传转化体系。用含有新霉素磷酸转移酶基因和β-葡萄糖醛酸酶基因的双元载体pC1305.1的转化研究表明,GUS基因的瞬时表达率高达92.7%,稳定转化率达到36.3%。
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