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小麥幼胚愈傷組織的誘導

2014-10-20 17:50:49李潔等
湖北農業科學 2014年16期

李潔等

摘要:為建立小麥(Triticum aestivum Linn.)幼胚的轉化體系,獲得轉基因的小麥再生植株,對小麥幼胚進行愈傷組織誘導。以新春6號和新春9號小麥幼胚為試驗材料,選擇不同誘導培養基對幼胚進行愈傷組織誘導。結果表明,4種培養基誘導的愈傷組織質量和誘導率有明顯的差異,其中MCIMA+KT高于其他3種培養基,新春6號和新春9號誘導率分別為53.80%和52.25%,愈傷組織的質量級別為A級,屬于極適宜進行遺傳轉化狀態。SD2培養基上誘導出的2個小麥品種愈傷組織分別為0.002%和0.59%,是不適宜進行遺傳轉化的培養基。新春6號和新春9號2個基因型誘導的愈傷組織數量和質量之間沒有明顯差異,適于進行遺傳轉化。

關鍵詞:小麥(Triticum aestivum Linn.);幼胚;愈傷組織;誘導

中圖分類號:S512.1;Q943.1 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2014)16-3930-03

Abstract: To establish the transformation system of wheat immature embryos, and regenerate transgenic wheat plants, Xinchun 6 and Xinchun 9 immature embryos of wheat were used to screen medium for callus induction of immature embryos with different induction. The results showed that 4 kinds of culture media had significant differences between quality and induction rate of the callus induced. MCIMA + KT was significantly higher than other three with induction rate of 53.80% and 52.25% and the A level of callus. It was suitable for genetic transformation. The induction rate of the SD2 callus was 0.002%and 0.59% and was not appropriate for genetic transformation of the culture medium. XinChun 6 and XinChun 9 wheat had no obvious difference between quantity and quality on two genotypes of callus induced, both were suitable for genetic transformation. The best suitable time for immature embryos culture of spring wheat Xinchun 6 and XinChun 9 were 3~4 d after flowering.

Key words: Triticum aestivum Linn.; immature embryo; callus; induction

小麥(Triticum aestivum Linn.)是世界上分布最廣的糧食作物。傳統育種技術存在育種周期長、增產潛力有限等局限性,造成了培育新品種的障礙。目前,對玉米(Zea mays)、大豆(Glycine max)、棉花(Gossypium spp.)在轉基因方面研究較為成熟,而小麥仍處于轉化體系的建立和完善階段[1]。自1992年Vasil首次獲得抗除草劑的轉基因小麥植株以來,轉基因技術成為改良小麥品質和其他性狀的重要工具,但目前所獲得的轉基因小麥僅限于Bobwhite等幾個基因型[2]。禾谷類作物尤其是小麥的組織培養再生植株較困難,但胚較其他組織易培養。小麥幼胚培養力強,被認為是小麥轉基因最理想的外植體材料,利用農桿菌介導小麥轉基因成功的報道基本以幼胚為主[3]。研究表明,基因型、培養基、幼胚材料是影響小麥幼胚培養植株再生的3個主要影響因素[4]。良好的愈傷組織是轉基因改良小麥的前提。有關研究已證明小麥幼胚的培養再生過程往往表現出明顯的基因型差異,不同的小麥基因型可以在致密愈傷組織的誘導、分化及分化能力的保持等方面表現出較大差異[5]。此外,小麥幼胚組織培養與胚齡關系密切,較大幼胚獲得再生植株比較困難,幼胚較小的操作困難,也不容易獲得好的愈傷組織,因此選擇適宜的幼胚對獲得更好的培養效果十分重要的。在小麥幼胚愈傷組織誘導中,前人更多研究的是不同基因型在相同培養基上,而極少研究不同培養基對愈傷組織的影響,也沒有一個完善的誘導愈傷組織培養基[6]。在基因轉化和再生植株研究中,幼胚愈傷組織的誘導率和質量是直接影響轉化和再生植株的獲得[7]。本研究利用小麥幼胚為材料,利用4種不同培養基類型,采取3種幼胚處理方式,對2種小麥幼胚材料進行愈傷組織誘導,以期篩選適宜的培養基類型和接種方式。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

供試小麥為新春6號、新春9號,由新疆農業科學院提供,均為新疆地區高產優質早熟的小麥品種,在小麥揚花后3 d田間取幼胚并低溫保存。采用整胚接種、切尖接種和破碎接種3種方式進行接種。接種時取整穗中部10個小穗,剝掉穎殼,70%乙醇消毒30 s,25%次氯酸鈉溶液消毒15 min,無菌水清洗5遍;處理后的材料放置在培養基中,25 ℃暗培養[8]。愈傷組織誘導率=(產生愈傷組織外植體數/接種的外植體數)×100%。endprint

1.2 培養基

本研究中使用的培養基配方見表1。

1.3 愈傷組織質量的評價

愈傷組織品質的優劣直接影響農桿菌介導轉化的效果。研究表明,淡黃色、質地致密、剔透的愈傷組織極適宜遺傳轉化,評價質量為A級;乳白色、質地較硬、不透明或半透明的愈傷組織較適宜遺傳轉化,評價質量為B級;白色或褐色硬塊狀、不透明的愈傷組織不能用于遺傳轉化,評價為C級[9]。

2 結果與分析

2.1 培養基對小麥幼胚愈傷組織誘導率的影響

新春6號和新春9號小麥品種分別接種在4種不同培養基上進行培養,小麥幼胚的愈傷組織誘導率見表2。幼胚接種于MCIMA+KT培養基上愈傷組織的數量和質量均優于其他3種培養基,為新春6號和新春9號最適宜的培養基。3m1.5和MSD培養基誘導的愈傷組織效果較好。SD2培養基對揚麥87158、安農98005、安農92484基因型小麥幼胚的誘導率和愈傷組織的質量以及再生植株的能力是最好的培養基[10],本試驗中SD2培養基的誘導率為0.002%和0.59%,不適合小麥遺傳轉化的,這與前人的研究結果并不相同。

2.2 小麥幼胚愈傷組織質量分析

為了確定最適合小麥幼胚愈傷組織分化的培養基,本研究將兩個品種同時接種于相同培養基上。同一個品種在不同培養基中愈傷組織的質量均有明顯差異,而在同一個培養基中則無明顯差異。從圖1中可以看出,MCIMA+KT誘導出的愈傷是淡黃色透明狀、團塊較大、質地致密,是遺傳轉化最適合的愈傷組織,愈傷組織的質量為A級(表3);其次為3m1.5和MSD培養基,誘導出的愈傷組織呈乳白色,團塊質地較硬,不易被農桿菌侵染,愈傷組織為B級;而在SD2培養基中,接種的受體材料易發生褐變,在本試驗中未能誘導出適用于遺傳轉化的愈傷,愈傷組織質量為C級。

2.3 不同處理方式對幼胚愈傷誘導的影響

在愈傷組織誘導接種時,不同處理方式也會影響愈傷組織的分化率及質量。本研究采取破碎法、切尖法和整胚法3種方法對兩種小麥品種的幼胚進行處理,將處理的幼胚均接種到愈傷組織誘導培養基MCIMA+KT上。破碎法處理獲得的愈傷組織生長較快,愈傷組織較大,顏色呈淡黃色,質地致密;切尖法處理獲得的愈傷組織顏色為乳白色,質地緊密;整胚接種法處理獲得愈傷組織的數量和質量都較差,部分幼胚未被誘導出愈傷組織,發生褐變(圖2)。前人的研究表明[11,12],破碎法處理后的幼胚受到創傷刺激后,傷口表面活動會激烈,更容易生成質量較好的愈傷組織,這類愈傷組織呈現淡黃色,松軟,適合進行遺傳轉化,這與本研究結果一致。

3 小結與討論

基因型、培養基類型、幼胚材料是影響小麥幼胚愈傷誘導的因素,篩選適宜于小麥幼胚培養的培養基和基因型可提高和改良組織培養技術并應用于小麥轉基因工程上[13]。本試驗將2種基因型的小麥幼胚培養在4種培養基上,發現2種基因型之間出愈情況沒有明顯差異,誘導出愈傷組織的時間和質量均相差不大。對于同一種小麥品種而言,選用4種培養基進行幼胚愈傷組織誘導,誘導率和質量均有很大差別,依次為MCIMA+KT、3m1.5、MSD、SD2。

選擇合適的取材時間,收集最適宜的幼胚材料是直接影響到整個試驗的最主要因素之一[14]。在小麥組織培養中發現,體積較小的幼胚比體積較大的幼胚具有更強的再生潛力[15]。通過試驗發現,幼胚的田間取材最適合的時間是揚花后3~4 d,幼胚大小為0.7~1.0 mm,此時形成愈傷能力最強;而取材后的幼胚要在72 h內進行愈傷組織誘導。愈傷組織誘導前對幼胚的處理和接種方式也會影響對愈傷組織的誘導效果,本試驗對比研究了整胚法,切尖法和破碎法3種處理方法,結果表明,破碎法處理幼胚接種誘導出的愈傷質地緊密,淡黃色透明狀,適宜進行遺傳轉化。

參考文獻:

[1] 石珍源,殷桂香,杜麗璞,等.小麥大齡幼胚再生性能改進與農桿菌轉化[J].中國農業科學,2011,44(2):225-232.

[2] 朱晉云,許玉娟,楊麗萍,等.小麥組織培養再生系統及農桿菌介導的轉基因技術研究[J].植物遺傳資源學報,2008,9(1):84-89.

[3] 李明浩,陳 瑋,邢莉萍,等.農桿菌介導小麥遺傳轉化條件的優化[J].分子植物育種,2010,8(2):388-392.

[4] 王廷璞,陳 荃,崔愛明,等.小麥愈傷組織誘導及其植株再生研究進展[J].天水師范學院學報,2008,28(2):44-48.

[5] 郭祖寶,李學紅,杜連彩,等.影響小麥愈傷組織發生因素的研究[J].現代農業科技,2007(19):129-130.

[6] 丁莉萍,何光源.小麥成熟胚高頻植株再生系統的建立[J].植物生理學通訊,2004,40(2):187-190.

[7] 林 毅,高俊山,李 艷.不同培養基對小麥幼胚再生能力的影響[J].安徽農業大學學報,2003,30(1):6-9.

[8] 丁莉萍,陳 泠,李圣純,等.根癌農桿菌介導小麥成熟胚遺傳轉化影響因素的研究[J].麥類作物學報,2007,27(5):761-766.

[9] 馬蘭蘭,鄧西平,楊淑慎,等.小麥成熟胚愈傷組織的誘導及分化[J].西北農業學報,2011,20(8):62- 65.

[10] 余桂榮,尹 鈞,郭天財,等.小麥幼胚培養基因型的篩選[J]. 麥類作物學報,2003,23(2):14-18.

[11] 王艷麗,葉興國,劉艷鵬,等.農桿菌敏感小麥基因型的篩選研究[J].麥類作物學報,2006,25(6):6-10.

[12] 彭朝華,毛炎麟.小麥成熟胚愈傷組織的誘導和植株再生[J]. 北京農業大學學報,1989,15(4):397-402.

[13] 肖興國,張愛民,聶秀玲.轉基因小麥的研究進展與展望[J].農業生物技術學報,2000,8(2):111-116.

[14] 陳梁鴻,王新望,劉廣田,等.小麥編碼高分子量谷蛋白亞基基因的轉化[J].作物學報,1999,25(4):437-440.

[15] 安海龍,衛志明,黃健秋.小麥幼胚培養高效成株系統的建立[J].植物生理學報,2000,26(6):532-538.

(責任編輯 屠 晶)endprint

1.2 培養基

本研究中使用的培養基配方見表1。

1.3 愈傷組織質量的評價

愈傷組織品質的優劣直接影響農桿菌介導轉化的效果。研究表明,淡黃色、質地致密、剔透的愈傷組織極適宜遺傳轉化,評價質量為A級;乳白色、質地較硬、不透明或半透明的愈傷組織較適宜遺傳轉化,評價質量為B級;白色或褐色硬塊狀、不透明的愈傷組織不能用于遺傳轉化,評價為C級[9]。

2 結果與分析

2.1 培養基對小麥幼胚愈傷組織誘導率的影響

新春6號和新春9號小麥品種分別接種在4種不同培養基上進行培養,小麥幼胚的愈傷組織誘導率見表2。幼胚接種于MCIMA+KT培養基上愈傷組織的數量和質量均優于其他3種培養基,為新春6號和新春9號最適宜的培養基。3m1.5和MSD培養基誘導的愈傷組織效果較好。SD2培養基對揚麥87158、安農98005、安農92484基因型小麥幼胚的誘導率和愈傷組織的質量以及再生植株的能力是最好的培養基[10],本試驗中SD2培養基的誘導率為0.002%和0.59%,不適合小麥遺傳轉化的,這與前人的研究結果并不相同。

2.2 小麥幼胚愈傷組織質量分析

為了確定最適合小麥幼胚愈傷組織分化的培養基,本研究將兩個品種同時接種于相同培養基上。同一個品種在不同培養基中愈傷組織的質量均有明顯差異,而在同一個培養基中則無明顯差異。從圖1中可以看出,MCIMA+KT誘導出的愈傷是淡黃色透明狀、團塊較大、質地致密,是遺傳轉化最適合的愈傷組織,愈傷組織的質量為A級(表3);其次為3m1.5和MSD培養基,誘導出的愈傷組織呈乳白色,團塊質地較硬,不易被農桿菌侵染,愈傷組織為B級;而在SD2培養基中,接種的受體材料易發生褐變,在本試驗中未能誘導出適用于遺傳轉化的愈傷,愈傷組織質量為C級。

2.3 不同處理方式對幼胚愈傷誘導的影響

在愈傷組織誘導接種時,不同處理方式也會影響愈傷組織的分化率及質量。本研究采取破碎法、切尖法和整胚法3種方法對兩種小麥品種的幼胚進行處理,將處理的幼胚均接種到愈傷組織誘導培養基MCIMA+KT上。破碎法處理獲得的愈傷組織生長較快,愈傷組織較大,顏色呈淡黃色,質地致密;切尖法處理獲得的愈傷組織顏色為乳白色,質地緊密;整胚接種法處理獲得愈傷組織的數量和質量都較差,部分幼胚未被誘導出愈傷組織,發生褐變(圖2)。前人的研究表明[11,12],破碎法處理后的幼胚受到創傷刺激后,傷口表面活動會激烈,更容易生成質量較好的愈傷組織,這類愈傷組織呈現淡黃色,松軟,適合進行遺傳轉化,這與本研究結果一致。

3 小結與討論

基因型、培養基類型、幼胚材料是影響小麥幼胚愈傷誘導的因素,篩選適宜于小麥幼胚培養的培養基和基因型可提高和改良組織培養技術并應用于小麥轉基因工程上[13]。本試驗將2種基因型的小麥幼胚培養在4種培養基上,發現2種基因型之間出愈情況沒有明顯差異,誘導出愈傷組織的時間和質量均相差不大。對于同一種小麥品種而言,選用4種培養基進行幼胚愈傷組織誘導,誘導率和質量均有很大差別,依次為MCIMA+KT、3m1.5、MSD、SD2。

選擇合適的取材時間,收集最適宜的幼胚材料是直接影響到整個試驗的最主要因素之一[14]。在小麥組織培養中發現,體積較小的幼胚比體積較大的幼胚具有更強的再生潛力[15]。通過試驗發現,幼胚的田間取材最適合的時間是揚花后3~4 d,幼胚大小為0.7~1.0 mm,此時形成愈傷能力最強;而取材后的幼胚要在72 h內進行愈傷組織誘導。愈傷組織誘導前對幼胚的處理和接種方式也會影響對愈傷組織的誘導效果,本試驗對比研究了整胚法,切尖法和破碎法3種處理方法,結果表明,破碎法處理幼胚接種誘導出的愈傷質地緊密,淡黃色透明狀,適宜進行遺傳轉化。

參考文獻:

[1] 石珍源,殷桂香,杜麗璞,等.小麥大齡幼胚再生性能改進與農桿菌轉化[J].中國農業科學,2011,44(2):225-232.

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[3] 李明浩,陳 瑋,邢莉萍,等.農桿菌介導小麥遺傳轉化條件的優化[J].分子植物育種,2010,8(2):388-392.

[4] 王廷璞,陳 荃,崔愛明,等.小麥愈傷組織誘導及其植株再生研究進展[J].天水師范學院學報,2008,28(2):44-48.

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[8] 丁莉萍,陳 泠,李圣純,等.根癌農桿菌介導小麥成熟胚遺傳轉化影響因素的研究[J].麥類作物學報,2007,27(5):761-766.

[9] 馬蘭蘭,鄧西平,楊淑慎,等.小麥成熟胚愈傷組織的誘導及分化[J].西北農業學報,2011,20(8):62- 65.

[10] 余桂榮,尹 鈞,郭天財,等.小麥幼胚培養基因型的篩選[J]. 麥類作物學報,2003,23(2):14-18.

[11] 王艷麗,葉興國,劉艷鵬,等.農桿菌敏感小麥基因型的篩選研究[J].麥類作物學報,2006,25(6):6-10.

[12] 彭朝華,毛炎麟.小麥成熟胚愈傷組織的誘導和植株再生[J]. 北京農業大學學報,1989,15(4):397-402.

[13] 肖興國,張愛民,聶秀玲.轉基因小麥的研究進展與展望[J].農業生物技術學報,2000,8(2):111-116.

[14] 陳梁鴻,王新望,劉廣田,等.小麥編碼高分子量谷蛋白亞基基因的轉化[J].作物學報,1999,25(4):437-440.

[15] 安海龍,衛志明,黃健秋.小麥幼胚培養高效成株系統的建立[J].植物生理學報,2000,26(6):532-538.

(責任編輯 屠 晶)endprint

1.2 培養基

本研究中使用的培養基配方見表1。

1.3 愈傷組織質量的評價

愈傷組織品質的優劣直接影響農桿菌介導轉化的效果。研究表明,淡黃色、質地致密、剔透的愈傷組織極適宜遺傳轉化,評價質量為A級;乳白色、質地較硬、不透明或半透明的愈傷組織較適宜遺傳轉化,評價質量為B級;白色或褐色硬塊狀、不透明的愈傷組織不能用于遺傳轉化,評價為C級[9]。

2 結果與分析

2.1 培養基對小麥幼胚愈傷組織誘導率的影響

新春6號和新春9號小麥品種分別接種在4種不同培養基上進行培養,小麥幼胚的愈傷組織誘導率見表2。幼胚接種于MCIMA+KT培養基上愈傷組織的數量和質量均優于其他3種培養基,為新春6號和新春9號最適宜的培養基。3m1.5和MSD培養基誘導的愈傷組織效果較好。SD2培養基對揚麥87158、安農98005、安農92484基因型小麥幼胚的誘導率和愈傷組織的質量以及再生植株的能力是最好的培養基[10],本試驗中SD2培養基的誘導率為0.002%和0.59%,不適合小麥遺傳轉化的,這與前人的研究結果并不相同。

2.2 小麥幼胚愈傷組織質量分析

為了確定最適合小麥幼胚愈傷組織分化的培養基,本研究將兩個品種同時接種于相同培養基上。同一個品種在不同培養基中愈傷組織的質量均有明顯差異,而在同一個培養基中則無明顯差異。從圖1中可以看出,MCIMA+KT誘導出的愈傷是淡黃色透明狀、團塊較大、質地致密,是遺傳轉化最適合的愈傷組織,愈傷組織的質量為A級(表3);其次為3m1.5和MSD培養基,誘導出的愈傷組織呈乳白色,團塊質地較硬,不易被農桿菌侵染,愈傷組織為B級;而在SD2培養基中,接種的受體材料易發生褐變,在本試驗中未能誘導出適用于遺傳轉化的愈傷,愈傷組織質量為C級。

2.3 不同處理方式對幼胚愈傷誘導的影響

在愈傷組織誘導接種時,不同處理方式也會影響愈傷組織的分化率及質量。本研究采取破碎法、切尖法和整胚法3種方法對兩種小麥品種的幼胚進行處理,將處理的幼胚均接種到愈傷組織誘導培養基MCIMA+KT上。破碎法處理獲得的愈傷組織生長較快,愈傷組織較大,顏色呈淡黃色,質地致密;切尖法處理獲得的愈傷組織顏色為乳白色,質地緊密;整胚接種法處理獲得愈傷組織的數量和質量都較差,部分幼胚未被誘導出愈傷組織,發生褐變(圖2)。前人的研究表明[11,12],破碎法處理后的幼胚受到創傷刺激后,傷口表面活動會激烈,更容易生成質量較好的愈傷組織,這類愈傷組織呈現淡黃色,松軟,適合進行遺傳轉化,這與本研究結果一致。

3 小結與討論

基因型、培養基類型、幼胚材料是影響小麥幼胚愈傷誘導的因素,篩選適宜于小麥幼胚培養的培養基和基因型可提高和改良組織培養技術并應用于小麥轉基因工程上[13]。本試驗將2種基因型的小麥幼胚培養在4種培養基上,發現2種基因型之間出愈情況沒有明顯差異,誘導出愈傷組織的時間和質量均相差不大。對于同一種小麥品種而言,選用4種培養基進行幼胚愈傷組織誘導,誘導率和質量均有很大差別,依次為MCIMA+KT、3m1.5、MSD、SD2。

選擇合適的取材時間,收集最適宜的幼胚材料是直接影響到整個試驗的最主要因素之一[14]。在小麥組織培養中發現,體積較小的幼胚比體積較大的幼胚具有更強的再生潛力[15]。通過試驗發現,幼胚的田間取材最適合的時間是揚花后3~4 d,幼胚大小為0.7~1.0 mm,此時形成愈傷能力最強;而取材后的幼胚要在72 h內進行愈傷組織誘導。愈傷組織誘導前對幼胚的處理和接種方式也會影響對愈傷組織的誘導效果,本試驗對比研究了整胚法,切尖法和破碎法3種處理方法,結果表明,破碎法處理幼胚接種誘導出的愈傷質地緊密,淡黃色透明狀,適宜進行遺傳轉化。

參考文獻:

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[9] 馬蘭蘭,鄧西平,楊淑慎,等.小麥成熟胚愈傷組織的誘導及分化[J].西北農業學報,2011,20(8):62- 65.

[10] 余桂榮,尹 鈞,郭天財,等.小麥幼胚培養基因型的篩選[J]. 麥類作物學報,2003,23(2):14-18.

[11] 王艷麗,葉興國,劉艷鵬,等.農桿菌敏感小麥基因型的篩選研究[J].麥類作物學報,2006,25(6):6-10.

[12] 彭朝華,毛炎麟.小麥成熟胚愈傷組織的誘導和植株再生[J]. 北京農業大學學報,1989,15(4):397-402.

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[15] 安海龍,衛志明,黃健秋.小麥幼胚培養高效成株系統的建立[J].植物生理學報,2000,26(6):532-538.

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