小麦成熟胚的组织培养

【研究目的】为了筛选出小麦(Triticum aestivum L.)成熟胚(MEs)培养和遗传转化受体材料的优良基因型,【方法】以27份优良普通小麦冬性主栽品种或高代育种品系为试材,采用整粒切胚诱愈方法(endosperm-supported method),对小麦成熟胚进行组织培养研究。【结果】结果表明,在成熟胚培养过程中光照、温度、培养基2,4-D浓度、基因型等因素对小麦成熟胚组织培养影响较大;同时小麦成熟胚组织培养存在着较强的基因型依赖性,不同基因型愈伤组织诱导率、分化率、成苗率的差异具有统计学意义（P<0.01）。通过研究从27个小麦基因型中筛选出了3个适合于成熟胚整粒切胚诱愈的基因型,即山农2618、泰山021、河北341,他们的成苗率分别达到了15.38%、25.27%、21.33%。【结论】小麦成熟胚组织培养优良基因型的筛选,为以后小麦的遗传转化和应用基因工程技术进行遗传改良奠定了基础。     

二倍体、四倍体小麦成熟胚组织培养研究初报

以栽培二粒小麦(Triticum dicoccum Schuble)、硬粒小麦(Triticum durum Desf.)以及普通六倍体小麦祖先种野生二粒小麦(Triticum dicoccoides Kom.)、野生一粒小麦(Triticum aegilopides Bal.)4个基因型麦属植物成熟胚(MEs)为外植体,对成熟胚愈伤组织诱导、分化及植株再生的组织培养效果做了初步研究,筛选出适合于非六倍体小麦成熟胚组织培养的基因型.结果表明,不同基因型成熟胚愈伤组织的诱导、分化及植株再生差异显著,具有很强的基因型效应和基因型依赖性.其中栽培二粒小麦的成熟胚表现出较好的组织培养特性,它的愈伤组织诱导率、分化率、成苗率以及组培效率分别为95.00%、90.00%、32.40%、27.70%,显著高于其它基因型.二倍体、四倍体小麦成熟胚组织培养特性的研究以及组织培养基因型的筛选,为遗传转化体系的建立、小麦功能基因的分离和克隆,以及小麦分子育种工作奠定了基础.     

农杆菌介导小麦成熟胚体系的优化

针对转基因小麦成熟胚转化体系转化效率低,从提高成熟胚愈伤组织质量入手,调节小麦的基因型、成熟胚的培养时间、菌液浓度、侵染时间以及愈伤组织大小几个因素,提高成熟胚转化体系的转化效率;通过农杆菌介导,将目的基因转入到受体小麦成熟胚诱导的愈伤中,利用gus检测的方法检验转化效率;继代360d、自然生长5mm大小的受体小麦品种扬麦10,在菌液浓度OD600为0.8,侵染40min下,gus基因表达率达50%左右,接近幼胚的gus基因表达率。通过对体系的几个因素的调节,提高了农杆菌介导成熟胚转化体系的效率。     

葡萄糖和ABA对小麦胚萌发过程中α-淀粉酶表达的调控

为了探讨种子的萌发特性与胚对ABA的敏感性和α-淀粉酶表达之间的关系,比较了葡萄糖和ABA 对不同生理状态的小麦离体胚萌发过程中α-淀粉酶表达的调控作用.结果表明,葡萄糖对未成熟胚、休眠成熟胚和不休眠成熟胚的萌发均有促进作用;葡萄糖能够抵消ABA对胚萌发的抑制作用,对于不休眠成熟胚,葡萄糖可以减轻ABA对胚根发生的抑制作用,但对随后的形态发生无影响.葡萄糖可以抑制小麦胚萌发过程中α-淀粉酶的表达;ABA可以抑制未成熟胚与休眠成熟胚中α-Amy-1的表达,但在不休眠成熟胚中则诱导α-Amy-1表达.因此,小麦离体胚的萌发特性、胚对ABA敏感性和α-淀粉酶的表达均与生理状态有密切关系.     

金属离子对小麦成熟胚愈伤组织诱导及分化的影响

为了建立小麦成熟胚的高频再生体系,以泰9817和泰山21为材料,研究了不同浓度金属离子(Cu2 和Ag )对小麦成熟胚离体培养特性的影响。结果表明,在培养基中添加1μmol/L CuSO4或10μmol/L AgNO3有助于小麦成熟胚愈伤组织的诱导及分化,不同浓度CuSO4或AgNO3对小麦成熟胚愈伤组织出愈率的影响不如对胚性愈伤率、分化率及出苗率的影响大;在最佳CuSO4浓度(1μmol/L)下,泰9817和泰山21的胚性愈伤率、分化率及出苗率分别比对照(未加CuSO4)提高了71.18%和87.37%、76.01%和88.92%1、59.64%和323.79%;在最佳AgNO3浓度(10μmol/L)下,泰9817和泰山21的胚性愈伤率、分化率及出苗率分别比对照(未加AgNO3)提高了87.79%和99.35%、85.53%和93.88%、121.47%和275.21%。小麦成熟胚愈伤组织培养特性不同金属离子(Cu2 和Ag )处理间差异不显著。     

根癌农杆菌介导小麦成熟胚的遗传转化研究

以小麦成熟胚为转化受体,采用农杆菌介导的遗传转化技术,建立了小麦的转基因株系.结果表明,建立的小麦遗传转化和植株再生体系,在选择压下由侵染的小麦成熟胚中,获得的抗性愈伤组织频率为57.50%,愈伤组织分化频率为8.58%,植株分化比例为0.83%.对再生植株中报告基因Gus的PCR检测结果表明,供试3株小麦的PCR均为阳性.与未进行遗传转化的对照植株相比,再生植株的Gus活性明显提高.表明再生的供试植株均为转基因植株.因此,本研究建立的小麦成熟胚遗传转化和再生体系,为今后小麦的高频转基因系的获得提供了参考依据.     

不同二倍体和四倍体小麦成熟胚再生体系研究

为了研究不同基因型和培养条件对小麦成熟胚愈伤组织诱导和分化的影响,以硬粒小麦、墨西里卡、野生一粒麦Tu和野生一粒麦Tb为实验材料,对其成熟胚在不同激素配比下愈伤组织的诱导和植株分化进行研究。结果表明,不同基因型小麦成熟胚愈伤组织诱导、分化及再生均存在很大差异。其中硬粒小麦的成熟胚培养效果最佳,其愈伤组织在不同2,4-D浓度（1.0~4.0 mg/L）下诱导率均在93%以上。不同激素配比对成熟胚愈伤组织绿点率、再生率均有显著影响。硬粒小麦、墨西里卡、野生一粒麦Tb在激素配比为KT 1.5 mg/L+NAA 0.5 mg/L的分化培养基中培养效果最好,其绿点率分别为85.22%,61.67%,8.50%,成苗率分别为40.40%,32.06%,1.72%;而野生一粒麦Tu的最适分化培养基激素配比为KT 1.0 mg/L +NAA 1.0 mg/L,其绿点率和再生率分别为18.64%和8.47%。研究表明,基因型是影响二倍体和四倍体小麦成熟胚培养的主要因素,愈伤组织的诱导和植株的再生是相互独立的。     

丝氨酸和脯氨酸离体诱导小麦超早抽穗无性变异研究

用丝氨酸和脯氨酸作诱变剂和选择剂,对10个小麦品种的成熟胚和近成熟胚进行离体培养,从97-7的近成熟胚中筛选出优良变异株(抗性-2)。该变异株的后代比亲本抽穗期提早10d左右,且也早于其他早熟品种。     

我国部分主推小麦品种组织培养再生能力评价

小麦细胞工程育种和基因工程育种存在强烈的基因型特异性, 从目前推广的优良小麦品种中筛选不同外植体再生能力强的基因型, 对于提高小麦生物技术育种效率和加速育成品种的生产应用具有重要意义。本研究以全国大面积推广的24个优良小麦品种和抗白粉病优良品系CB037为材料, 连续2年进行花药培养、幼胚培养和成熟胚培养, 统计愈伤组织诱导率、愈伤组织分化率和植株再生率, 分析、评价这些小麦品种(系) 3种外植体的组织培养再生性能。结果表明, 25个小麦品种(系)花药、幼胚、成熟胚的植株再生率分别为0~41.75%、2.25%~531.92%和3.24%~84.34%, 基因型差异显著; 组织培养再生能力以幼胚最强(119.79%), 成熟胚其次(36.23%), 花药最弱(4.91%)。CB037的3种外植体组织培养再生效率均最高, 轮选987、扬麦16、内麦836、科农199、新春6号、郑麦366、郑麦9023、新冬20、烟农19和川麦42幼胚培养植株再生能力表现较强, 新春6号、京冬8号、石麦4185、科农199和轮选987成熟胚培养植株再生率较高, 石麦4185和邯6172花药培养绿苗诱导率较高。小麦组织培养效率与基因型和外植体类型密切相关, 不同品种同一外植体再生能力差异显著, 同一品种不同外植体再生能力也存在显著差异, 并且3种外植体的组织培养再生能力不存在相关性。本研究筛选到不同外植体再生能力较好的优良小麦基因型, 可进一步用于小麦转基因育种和单倍体育种。     

“济麦”系列品种成熟胚再生体系的优化研究

建立成熟的外植体再生体系,搭建有效的转化平台是实现小麦基因工程改良的重要途径。与未成熟胚相比,利用小麦成熟胚作为外植体不仅取材方便,而且不受环境和季节的限制。因此,建立小麦成熟胚再生体系是小麦组织培养发展的重要趋势。本研究利用"济麦"系列5个品种济南17、济麦19、济麦20、济麦21和济麦22,以适于组培的小麦品种Bobwhite作对照,研究了不同浓度2,4-D、玉米素(ZT)和激动素(KT)对小麦成熟胚的愈伤诱导和分化成苗的影响。结果表明,与对照品种Bobwhite相比,"济麦"系列品种具有更高的成熟胚出愈率,品种间差异显著,呈现出基因型效应。在相同2,4-D诱愈浓度条件下,不同品种间分化和成苗率差异极显著。"济麦"系列品种的成苗率均低于对照品种Bobwhite(13.55%),说明进一步优化愈伤的再生成苗能力是未来建立再生体系的关键。相同品种条件下,2,4-D诱愈浓度对出愈、分化和成苗率影响显著,当2,4-D诱愈浓度4mg/L时,除济麦20以外,其它五个品种均能分化成苗,其中济麦22成苗率约10.33%,接近Bobwhite水平。本研究为建立和完善"济麦"系列品种的成熟胚再生和遗传转化体系奠定了基础。     

用于PCR分析的小麦种子DNA微量快速提取

探索了不用液氮从小麦单粒、半粒有胚和半粒无胚中提取DNA的方法。结果表明，无论是单粒、半粒有胚和半粒无胚都能得到比较理想的DNA，DNA样品经SCAR-PCR特异标记检测，都能扩增出两条完全相同的特异务带。用无胚的半粒进行分子标记检测特别适合于对大批量早代材料目的基因的筛选。     

影响小麦K199不同外植体愈伤组织诱导的因素

以小麦科农199(K199)的完整种子、离体成熟胚和幼叶作为外植体,探讨了取材时间、取材部位、激素浓度和培养方式对小麦离体培养的影响。结果表明,刨碎的离体成熟胚和叶片基段为小麦组织培养的良好起始材料,种子萌发4 h为最佳取材时间,2 mg/L 2,4-D更有利于获得II型愈伤,光培养比暗培养更适用于叶片愈伤培养。     

基因枪法将细胞周期蛋白基因CycD2导入小麦的研究

以小麦品种绵阳11作为基因枪转化的靶材料，用含有细胞周期蛋白基因CycD2和新霉素磷酸转移酶基因NPTII的质粒PBI121轰击小麦成熟胚性愈伤组织，在含有遗传霉素G418的筛选培养基对愈伤组织进行筛选后诱导得小麦再生植株，经PCR检测有4个转基因小麦植株呈阳性，Southern-blot鉴定后进一步证明CycD2基因已经被成功导入小麦并整合到小麦基因组中。     

基因型和外植体对小麦离体培养的影响

为建立适合小麦遗传转化的高效离体培养体系,本实验用14个优良小麦新品种(品系)为材料,对不同基因型的小麦进行幼胚离体培养研究,通过培养基激素的变化,寻找最适合遗传转化的基因型及培养基成分;结果表明:不同基因型间差异显著,其中09P200和SH905在小麦离体培养中反应较好,幼胚愈伤组织绿原基分化率和出苗率显著高于其他基因型,可作为幼胚培养和转基因受体材料的优良基因型,在分化培养基中添加100mg/L水解酪蛋白、100mg/L脯氨酸和2.0mg/LKT对愈伤组织诱导分化及成苗效果较好,所有供试基因绿原基分化率、成苗率平均分别为31.93%和14.42%;另外采用4个不同基因型的小麦幼胚和成熟胚为外植体,通过继代次数的改变,筛选各外植体最适合遗传转化的培养条件;结果表明幼胚继代两次、成熟胚继代三次可以获得相对理想的绿原基分化率,且此时的愈伤组织是遗传转化较理想的受体材料。     

春小麦成熟胚愈伤组织诱导及再生体系的优化

为优化小麦成熟胚再生体系,以CB037和中国春(CS) 2个春小麦品系的成熟胚为外植体,在培养基中添加不同浓度的TDZ (Thidiazuron, N-苯基-N’-1,2,3-噻二唑-5-脲)。结果显示,CB037和CS成熟胚胚性愈伤组织诱导率最适TDZ浓度为0.5 mg/L,在培养14 d时分别为90.43%和87.88%,均高于对照,达到极显著差异水平。CB037愈伤组织分化率和绿芽诱导率在0.5 mg/L TDZ时达到最高值,分别为48.94%和60.64%,与对照相比具有极显著性差异和显著性差异;CS愈伤组织分化率和绿芽诱导率的最适TDZ浓度为1.0 mg/L,与对照相比,二者均达到极显著性差异。TDZ最适响应浓度存在品种间差异,适量添加可提高成熟胚再生效率。本研究通过优化培养基成分提高成熟胚再生能力,为高频小麦遗传转化体系的建立提供了依据。     

NAA或潮霉素对小麦成熟胚愈伤组织分化的影响

以5个栽培小麦品种诱导而来的成熟胚愈伤组织为外植体,研究了在分化培养基中加入NAA对小麦成熟胚愈伤组织分化的效果以及潮霉素浓度对不同阶段成熟胚愈伤组织分化的影响。研究结果表明,在对照的分化培养基中(含5mg/L激动素)加入0.1mg/L萘乙酸(NAA,1-naphthlcetic acid)形成的分化培养基,可显著提高4个供试小麦基因型的成熟胚愈伤组织的分化率,提高幅度达到12%～32%。不同的潮霉素浓度在"花培1号"愈伤组织的诱导阶段进行抗性筛选的结果表明,即使是在潮霉素浓度达到250mg/L时,仍有24%左右的愈伤组织存活率,这些存活的愈伤组织仍可能分化形成绿点甚至分化成苗,说明在"花培1号"愈伤组织的诱导阶段进行潮霉素抗性筛选是不适合的。5个不同小麦品种分化阶段进行潮霉素筛选具有明显的效果,但不同品种之间存在一定差异,其中:宁麦13的适宜潮霉素浓度为20mg/L,花培1号和扬麦158的适宜潮霉素浓度约为30mg/L,宁麦9和宁麦16的适宜潮霉素浓度在30～40mg/L左右。因此,我们认为,在分化阶段进行潮霉素抗性筛选是理想的筛选时期,在分化培养基中添加20～40mg/L浓度的潮霉素即可完全抑制小麦成熟胚愈伤组织的分化。本研究结果将有助于改进和完善普通小麦成熟胚遗传转化体系。     

高蛋白和低蛋白小麦品种的氮素吸收和运转分配差异的研究

本研究用4个籽粒产量相近而蛋白质含量差别较大的小麦品种进行试验，发现小麦一生吸收的氮素总量，高蛋白品种多于低蛋白品种，其中开花前的吸氮量差异不显著，而开花后的吸氮量高蛋白品种显著高于低蛋白品种。籽粒形成期间，高蛋白品种各营养器官中的氮素输出多于低蛋白品种，输出量与输出率与籽粒蛋白含量呈正相关。     

不同成熟度野生水茄果实的种子萌发差异研究

解剖3种不同成熟度(成熟度Ⅰ、成熟度Ⅱ、成熟度Ⅲ)野生水茄果实的种子,观察胚的形态。分别测定不同成熟度水茄种子的起始发芽天数和萌发率。采用氯化三苯基四氮唑法(TTC法)与电导法,分别测定不同成熟度水茄种子生活力及其种子浸出液电导率。结果表明:水茄种子的胚呈弯钩形,不同成熟度水茄种子的胚形态差异明显。种子成熟度显著影响水茄种子萌发,水茄种子起始发芽天数依次为成熟度Ⅰ成熟度Ⅱ成熟度Ⅲ,萌发率依次为成熟度Ⅰ成熟度Ⅱ成熟度Ⅲ。种子成熟度显著影响水茄种子的生活力,成熟度Ⅰ分别是成熟度Ⅱ和成熟度Ⅲ的1.35倍与2.12倍,成熟度Ⅱ则为成熟度Ⅲ的1.56倍。成熟度对种子活力不存在显著差异。     

VB1和干燥处理对小麦幼胚愈伤组织培养的影响

以14个小麦品种为试验材料，研究不同浓度维生素B1和分化前的干燥处理对小麦幼胚愈伤组织诱导、分化过程的影响。结果表明，小麦幼胚愈伤组织的分化率在不同基因型之间差异显著，其中最高的为郑新992(71．9％)；在愈伤组织诱导、继代以及分化培养的Ms培养基中添加维生素B1(盐酸硫胺素)10mg／L有利于小麦幼胚胚性愈伤组织的发生，同时对促进小麦幼胚愈伤组织的分化也有显著影响；在转入分化培养基前对愈伤组织进行干燥处理(12h)可有效提高其分化频率。     

小麦优质资源鉴定及利用

通过对1458份国内外小麦种质资源的品质分析,以高蛋白质品种阿托拉斯66为对照,筛选出一批高蛋白质资源,高蛋白高赖氨酸、高蛋白大粒、高蛋白高面筋、强力小麦等不同类型的优质材料。