中国水仙离体形态发生的生理变化与遗传变异研究

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本研究以中国水仙(Narcissus tazetta var. chinensis)鳞茎盘切块、子房切片为外植体,在建立高效离体培养体系的基础上,对中国水仙离体形态发生,特别是愈伤组织分化过程中的生理变化以及遗传变异进行了研究。主要研究结果如下:1.中国水仙高效离体培养体系的建立以中国水仙鳞茎盘切块为外植体,对其离体培养条件进行优化研究。结果表明,中国水仙鳞茎在3%多菌灵中浸泡6h是无菌体系建立的关键措施。天然添加物中,5%香蕉泥最有利于小鳞茎直接诱导;200 mg·L-1为用于小鳞茎直接诱导的最适甜菜碱浓度。愈伤组织诱导的适宜培养基为MS+2.0 mg·L-1 2,4-D+1.0 mg·L-16-BA及MS+1.0 mg·L-1 2,4-D+0.5 mg·L-1 KT;愈伤组织分化的适宜培养基为MS+3.0 mg·L-16-BA+2.0 mg·L-1KT +0.1 mg·L-1 NAA和MS+3.0mg·L-16-BA +5.0 mg·L-1KT。以子房切片为外植体,研究了中国水仙再生系统建立的有效途径。结果表明,发育时间较短的子房切片在MS+15.0mg·L-16-BA +1.0mg·L-1NAA培养基上经初代培养后可直接诱导出小鳞茎;诱导形成三种不同类型的愈伤组织(Ⅰ白色,表面瘤状突起;Ⅱ呈淡黄色,表面颗粒状不明显;Ⅲ呈淡黄色,表面颗粒状明显),分别在培养基MS+0.5 mg·L-1 2,4-D+1.0 mg·L-1 KT、MS+1.0 mg·L-1 2,4-D+0.5 mg·L-1 6-BA及培养基MS+2.0 mg·L-1 2,4-D+0.5 mg·L-1 6-BA上诱导率达最高;愈伤组织类型Ⅰ、Ⅱ在分化培养基MS+5.0 mg·L-16-BA+5.0 mg·L-1 KT +0.1 mg·L-1 NAA上分化效果较佳,而分化培养基MS+3.0mg·L-16-BA+5.0 mg·L-1 KT较适合愈伤组织类型Ⅱ、Ⅲ的分化。本研究打破常规的培养方法,首次将试管小鳞茎的膨大培养先于其继代增殖培养而进行,为小鳞茎的继代增殖培养提供健壮的鳞茎球。其中单因素试验结果表明,当添加PP333的浓度为3.0 mg·L-1时试管小鳞茎膨大效果最好;多因素试验结果表明,各因素对试管小鳞茎膨大培养的影响排序为PP333> 2,4-D> NAA>2,4-D×NAA,筛选出的最佳膨大培养基为MS+1.0 mg·L-1 2,4-D +2.0 mg·L-1 NAA+3.0 mg·L-1 PP333。双因素试验结果发现,在培养基中添加6-BA 5.0 mg·L-1、白砂糖30 g·L-1时最有利于小鳞茎的继代增殖培养;采用1/2MS添加活性炭0.5 g·L-1的组合最适合于试管小鳞茎壮苗生根培养;以不经任何处理的田园土:泥炭土=2:1为基质最适合小鳞茎的移栽成活,成活率达到91.67%。2.中国水仙子房切片愈伤组织的细胞组织学观察石蜡切片的观察结果表明,发育时间较长的子房切片诱导出来的愈伤组织细胞排列松散,细胞非常大,细胞形状不固定,而发育时间较短的子房切片诱导出来的三种类型愈伤组织细胞在细胞排列上均比前者要紧密些,细胞形状也变得更加规则:细胞紧密度排序为类型Ⅲ>类型Ⅱ>类型Ⅰ;细胞的大小排序为类型Ⅰ>类型Ⅱ>类型Ⅲ;细胞的均一度排序为类型Ⅲ>类型Ⅰ>类型Ⅱ。3.中国水仙愈伤组织分化过程中的若干生理变化对中国水仙愈伤组织分化过程中POD、SOD和CAT活性及可溶性蛋白、葡萄糖、果糖、蔗糖和淀粉含量变化的研究发现,愈伤组织类型和来源不同,分化过程中各生理指标的变化存在一定差别:发育时间较短的子房切片诱导形成的愈伤组织类型Ⅰ随着分化时间的延长,淀粉含量变化先降低后升高,其余各生理指标变化均与此相反;愈伤组织类型Ⅱ在分化过程中,SOD活性和淀粉含量变化曲线都呈“W”型,而可溶性蛋白含量变化趋势为降低—升高—降低,其余各生理指标变化呈单峰型变化;愈伤组织类型Ⅲ在分化过程中POD活性变化呈单峰型,CAT活性和淀粉含量变化都呈双峰型,葡萄糖和果糖含量均先降低后升高,其余各生理指标变化都呈“W”型变化;发育时间较长的子房切片诱导形成的愈伤组织分化过程中, POD活性总体呈下降趋势,SOD活性变化呈双峰型,葡萄糖含量变化呈“W”型变化,可溶性蛋白含量和淀粉含量呈降低—升高—降低的变化趋势,其余各生理指标变化均呈单峰型;鳞茎盘切块来源的愈伤组织在分化过程中果糖和淀粉含量变化趋势均为降低—升高—降低,CAT活性和葡萄糖含量变化呈“V”型,其余各生理指标变化均呈单峰型变化。4.中国水仙离体形态发生的遗传稳定性检测染色体数目鉴定结果表明,鳞茎盘切块、子房切片不同离体器官发生途径再生小鳞茎壮苗生根培养后的根尖细胞染色体数目有不同程度的变异发生。直接器官发生途径来源的非三倍体所占比例范围为3.92%4.95%;间接器官发生途径来源的非三倍体所占比例范围为10.38%18.10%。ISSR分子标记检测结果表明,鳞茎盘切块、子房切片直接器官发生途径中各培养阶段培养物与供体植株具有相对一致的DNA图谱;间接器官发生途径诱导形成的愈伤组织在引物扩增后出现一些变异谱带,其余各培养阶段培养物几乎没有变异谱带出现,在培养终阶段变异率范围仅为0.001.69%。可见,中国水仙离体形态发生中间接器官发生途径的遗传稳定性不及直接器官发生途径。本研究还发现,中国水仙鳞茎盘切块愈伤组织分化形成的玻璃化小鳞茎和正常小鳞茎的DNA图谱不完全一致;DNA水平上检测由子房切片诱导形成的三种类型愈伤组织的遗传稳定程度发现,类型Ⅱ>类型Ⅲ>类型Ⅰ;由子房切片愈伤组织类型Ⅰ来源的玻璃化小鳞茎、产生花苞的小鳞茎都产生有别于供体植株的DNA扩增谱带,而正常小鳞茎则保持了相对较高的遗传稳定性。
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