棉花体细胞培养再生不育株的性状及细胞学研究

研究了以陆地棉（Ｃｈｉｒｓｕｔｕｍ）晋棉７号、冀合３２１、冀棉７１３、珂字棉３２１、珂字棉２０１等品种为外植体的体细胞培养获得再生突变不育株的形态性状及减数分裂过程中染色体的行为。与再生可育株相比，不育株的株型、分枝、叶、花各器官均较小。花柱、柱头、花丝、花药小而呈萎缩干瘪状，花药不开裂。减数分裂不正常，染色体普遍丢失减少，不能正常配对，出现很多单价体和染色体桥。产生二分体、三分体和多分体，也有正常的四分体。雌配子体和雌配子发育也不正常，胚囊结构不完整，反足细胞迟迟解体，表现雌雄不育。     

葡萄糖氧化酶基因在棉花中的高效转化——转基因再生棉株的获得

利用农杆菌介导法把葡萄糖氧化酶基因转移到棉花中 ,获得了再生植株 ,并对影响棉花愈伤组织分化和植株再生的因素作了探讨。离体分子检测表明 ,外源基因已整合到棉花基因组中     

棉花组织培养高效植株再生体系的建立

通过对影响棉花体细胞胚胎发生和植株再生关键因素的研究,建立了适用于广泛基因型的棉花组织培养高效胚胎发生与植株再生体系。从中棉所12、中棉所19、泗棉3号等20余个主栽品种诱导获得了胚胎发生和植株再生,有效地突破了棉花组织培养植株再生的基因型控制,使占我国棉田面积50%以上的品种均能诱导获得胚胎发生和再生植株。首次诱导获得直接胚胎发生,使棉花组织培养的周期由180d缩短到120d左右,减少了培养过程中变异的发生。该结果的获得必将大大促进植物细胞工程和基因工程在棉花遗传改良上的应用。     

棉花组织培养直接胚胎发生和植株再生

选用陆地棉(GossypiumhirsutumL.)品种中棉所12,首次直接诱导获得棉花体细胞胚胎发生,并获得了再生植株。结果表明,激素是影响棉花体细胞胚胎直接发生的重要因素,单独使用ZT可直接诱导获得棉花胚性愈伤组织和胚状体,2,4-D的添加虽有利于愈伤组织的形成,但却没能直接诱导获得胚性愈伤组织,IAA的添加削弱了ZT的诱导效果。下胚轴、子叶和胚根直接诱导获得胚胎发生的能力不同,其中以子叶的分化能力最强,胚根次之,下胚轴较差。实验中,棉花体细胞胚胎直接发生的最高频率为11.42%,占诱导获得总愈伤组织的44.44%。     

我国发现的4个棉花核雄性不育系的遗传分析

我国发现的4个棉花核雄性不育系洞A(msc_1)、1355A(msc_2)、阆A(msc_3)、81A(msc_7)都表现为单基因隐性遗传。洞A、阆A、81A 3个不育基因与国外鉴定定名的ms_1、ms_2、ms_3都是非等位的,因此,这是3个新的棉花雄性不育基因,作者建议把这3个新的不育基因符号分别定名为ms_(14),ms_(15),msc_(16)。msc_2可能是ms_2的等位基因。ms_(14),ms_(15),ms_(16)分别独立于用于连锁测验的标志基因。通过比较国内外鉴定定名的显性核不育系花粉败育的细胞学研究资料,表明我国鉴定的洞A_3(Msc_4)、新海A(Msc_5)、军海棉(Msc_(?))和Ms_4,Ms_7,Ms_(10),Ms_(11),Ms_(12)可能也不同,因此作者也建议暂时把Msc_4,Msc_5,Msc_6 3个显性桩不育基因重新命名为Ms_(17),Ms_(18),Ms_(19),以便于上述基因定名系统相连接。     

TDZ在棉花组织培养中的效应研究Ⅰ．TDZ单独使用对棉花组织培养的影响

ＴＤＺ是一种高效低毒棉花脱叶剂，它在棉花组织培养中表现出独特的生理作用。ＴＤＺ的添加促进了外植体的伸长和保绿，有利于外植体脱分化和胚性愈伤组织的诱导。但是ＴＤＺ不利于愈伤组织的保持和体细胞胚的发育，必须把在含ＴＤＺ培养基上诱导产生的愈伤组织转移到不含任何激素的培养基上，才能发育成成熟胚并再生出植株。ＴＤＺ的使用能诱导根的分化。不同外植体、不同基因型以及不同ＴＤＺ浓度之间在棉花组织培养中的表现均有差异。     

陆地棉体细胞胚的白化与植株再生的关系

通过对棉花体细胞胚胎发育过程的观察发现，其发育的四个时期即球形期，心形期，鱼雷期和子叶期均有白化现象。成熟期的白色叶胚比绿色子叶胚在成苗培养基上生长快，且形成再生植株的频率高。     

棉花雄性不育种质的收集,研究和利用

本文综合报道了南京农业大学棉花遗传育种室等单位开展棉花雄性不育种质的收集，整理，研究，利用的结果，它包括雄性不育种质的收集和雄性不育系的遗传学，细胞学，生理生化等多学科的研究及雄性不育种质在杂种棉选育中的应用三部分，研究结果可以为我国棉花雄性不育系的杂种优势利用提供理论指导。     

棉花组织培养与植株再生

棉花是世界上重要的纤维和油料作物。现代生物技术的不断发展为棉花育种和种质创新提供了新的技术手段,极大地推动了棉花育种的进程。现代生物技术在植物育种中的成功应用大多是依靠有效的再生体系的建立。因此棉花组织培养及其再生技术在品种改良、种质资源的繁殖和保存、杂种优势的固定和遗传转化等方面具有重要作用,颇受各国研究者的重视。本文综述了棉花的体细胞培养、花药培养、茎尖培养、胚珠和胚培养以及原生质体培养等方面近年来的主要研究进展,并提出了棉花组织培养中存在的主要问题及今后的研究方向。     

蜘蛛杀虫肽与Bt-Toxin C肽融合蛋白基因转入棉花的研究

通过农杆菌介导法将蜘蛛杀虫肽与Bt毒蛋白C肽的融合蛋白基因导入了陆地棉(GossypiumhirsutumL.)栽培品种中棉所10号,并获得大量小苗。小苗经GUS染色和PCR检测,证明蜘蛛杀虫肽基因已经转入到转化植株的基因组内,检测阳性率分别为27.1%和60.42%。     

两个新疆棉花品种体细胞胚胎发生的比较研究

以新疆棉区主栽品种新陆早33号和新彩棉7号为实验材料,比较不同激素组合对两者体细胞胚胎发生过程的影响,以建立高效再生体系。结果表明,新陆早33号和新彩棉7号在2,4-D+KT的激素组合下出愈率均为100%,降低2,4-D浓度有利于胚性愈伤组织的分化,分化率分别达到60.0%和7.5%;在IBA+KT的激素组合下出愈情况相对较差,分别为72.5%和85.0%;继代几次后,两个品种的胚性愈伤组织分化率可分别达到45%和55%,新陆早33号和新彩棉7号分别在DK和IK激素组合下更有利于体细胞胚胎发生过程。进一步观察发现,新彩棉7号分化形成胚状体的能力比新陆早33号更强,两品种均能在6个月内获得再生植株。再生体系的建立,为新疆棉花开展分子育种工作奠定了基础。     

Phenotype Variations in Plant Regeneration of Upland Cotton (Gossypium hirsutum L.)

以陆地棉冀无2031无菌苗下胚轴为外植体，在MS中附加激素0.1mg/L IAA+0.1mg/L 2,4-D+0.1mg/L KT的培养基上诱导出愈伤组织。选择疏松愈伤组织继代到附加0.1mg/L ZT的培养基中，经2~3个月的继代培养诱导出颗粒状疏松胚性愈伤组织。胚性愈伤组织在无激素、每升加2g谷氨酰胺和0.5g天门冬酰胺的胚性愈伤增殖萌发培养基上培养2个月左右，可陆续形成不同时期的体胚苗。对冀无2031不同时期的体细胞萌发后的体胚苗进行观察，发现了真叶畸形苗、子叶节生根胚、胚轴侧生根胚、腋芽丛生苗和以腋     

陆地棉产量相关性状的QTL定位

中棉所28和湘杂棉2号分别是以中棉所12×4133和中棉所12×8891配制而成的两个陆地棉强优势杂交种。以其F₂为作图群体,筛选6000多对SSR引物,利用两群体间27个共有多态位点,通过JoinMap 3.0软件整合了一张包含245个多态位点、全长1847.81 cM的遗传图谱。利用Win QTLCart 2.5复合区间作图法分别对两群体8个产量相关性状在F₂和F_2:3中进行QTL定位,在中棉所28群体多环境平均值的联合分析中检测到16个QTL,三环境分离分析中检测到43个QTL;在湘杂棉2号群体分别检测到20个和66个QTL。在A3、D8、D9等染色体上有QTL成簇分布现象,同时在两个群体中发现一些不受环境影响且稳定遗传的QTL。对考察的8个性状在两个群体中发现12对共有QTL,控制果枝数、衣分和籽指的QTL增效基因位点均来源于共同亲本中棉所12。综合分析推测中棉所12的育种价值主要是通过提高后代的结铃性来实现的。研究结果为棉花产量性状的分子设计育种提供了有用的信息。     

棉花子叶衰老过程中的生理生化变化

以棉花子叶为材料,对子叶衰老过程中的叶绿素、可溶性蛋白含量、干物重,三种保护酶(超氧化物歧化酶,过氧化物酶,过氧化氢酶)活性,以及丙二醛含量的变化进行研究。发现子叶在出土后19d开始衰老;叶绿素含量变化在很大程度上与SOD和CAT活性变化存在正相关,与MDA的含量变化负相关,但与POD活性变化不存在相关性。     

陆地棉种子物理性状QTL定位

定位棉花种子性状的基因对揭示棉花种子性状的遗传规律,以及明确棉花种子、产量、纤维品质等性状间的遗传关系具有重要意义。以(渝棉1号×T586) F_2:7重组近交系群体构建的遗传连锁图谱,在鉴定270个家系3个环境种子物理性状的基础上,利用MQM作图方法,共检测到34个种子物理性状QTL,包括9个种子重(qSW)、5个短绒重(qFW)、3个短绒率(qFP)、8个种仁重(qKW)、6个种子壳重(qHW)和3个种仁率(qKP)QTL,它们可解释4.6%~80.1%的性状表型变异。9个QTL在2个或3个环境中被检测到,其中包括第12染色体显性光子位点的短绒重与短绒率QTL,以及另外7个微效应QTL。34个QTL分布于15条染色体,其中A染色体组20个,D染色体组14个。有12个染色体区段分布有2个或2个以上的QTL,而且同一染色体区域同一亲本所具有的不同性状QTL的方向大多数与性状表型相关系数的正负一致。     

棉花高效体细胞胚发生及同步控制培养体系研究

棉花体细胞胚胎发生的频率低, 且体细胞胚的发育存在着不同步性, 给体细胞胚胎发生发育过程的生理学、生物化学和分子生物学的研究带来许多困难。本研究以陆地棉品种Coker201为材料, 建立了一种简单有效的棉花体细胞胚高频率发生和同步发育的培养体系。经过多次继代获得的胚性愈伤, 首先在液体培养基中振荡培养2 d使其分散, 然后过30目筛去除大的颗粒, 重新悬浮于同样的液体培养基中。悬浮培养14 d后, 过50目筛, 将筛上的胚性愈伤重悬浮于新鲜的培养基中, 并用吸管吸取悬浮液, 将其均匀地接种在表面垫有滤纸的同成分固体培养基(附加2.46 mmol L^-1 IBA和0.70 mmol L^-1 kinetin)上。培养21 d后, 用垫有滤纸的相同的固体培养基继代培养。利用这种培养体系, 获得的体细胞胚数量分别是单纯悬浮培养和固体培养(不垫滤纸)的16.5倍和4.0倍。其中, 球形胚、鱼雷形胚和子叶胚的同步发生率分别为70.2%、52.3%和73.0%。     

棉花组织培养中异常苗转化为正常苗

棉花(G.hirsutum L.)和其它多种植物一样,在组织培养中经常出现异常苗,包括畸形苗和半透明玻璃状苗等。棉花异常苗产生的频率很高,尤其是经过液体悬浮培养的胚状体容易形成玻璃状苗。一般玻璃状苗经1—2个月培养后渐趋愈伤化,或发褐凋萎而死。因此,通常认为这是植物组织培养中的一个难题。     

利用三个野生棉种进行陆地棉纤维品质改良的效应比较

利用野生种开展了陆地棉纤维品质改良研究,以比较其对品质改良的效应。在适宜条件下,将陆地棉分别与异常棉(Gossypiumanomalum),辣根棉(G.armourianum),雷蒙德氏棉(G.rai mondii)等杂交培育出纤维品质基本稳定、农艺性状良好的一批超强细长绒棉纤维种质系。对品质改良效果的大小依次为异常棉、辣根棉、雷蒙德氏棉。101个来自异常棉、49年来自辣根棉和47个来自雷蒙德氏棉的后代品系,平均纤维比强度分别达38.15cN·tex-1、35.50cN·tex-1、和34.43cN·tex-1、,长度达33.35mm、33.16mm和32.29mm,麦克隆值为4.11、4.29和4.37。表明野生棉是改良和提高纤维品质的重要基因来源。     

钾肥用量对棉花生物量和产量的影响

近年来我国棉花生产,要么产量受制于缺钾引起的早衰,要么过量施钾导致生产成本增加和养分流失。然而,最适宜棉花生物质积累和增加产量的钾肥用量并不明了,因而也无适宜的施钾量推荐给农民。因此,采用大田试验(随机区组设计)和盆栽试验研究了钾肥用量对棉花(华杂棉H318)生物量和产量的影响。结果表明,K2处理(225 kg hm^–2)产量(1341 kg hm^–2)最高,单位面积成铃数(74个 m^–2)最多,盆栽试验结果具有相同趋势。同样,K2的棉株生物量,在各个取样时期都最大,尤其是生殖器官生物量。在5个钾肥用量(0~450 kg hm^–2)处理中,棉株生物质快速累积期几乎同时启动,但终止期存在一定差异。棉株生物质快速累积期间,K2处理无论是营养器官还是生殖器官生物质的平均累积速度、最大累积速度均最高。可见,在长江中游棉区中等肥力棉田,同时施用N 300 kg hm^–2和P₂O₅ 90 kg hm^–2的条件下,钾肥用量225 kg hm^–2更有利于棉花提高产量,因为在这一用量条件下棉株生物质累积速度最快、累积量最大。     

陆地棉耐盐相关SNP筛选和鉴定

盐胁迫是限制作物产量提高的一个主要非生物因素。棉花是盐碱地的先锋作物,研究棉花的耐盐性,筛选耐盐相关分子标记,对充分利用棉花的耐盐性及棉花耐盐种质鉴定有重要意义。在本研究中,我们对前期筛选到的1281个耐盐相关候选SNP即SNPr(SNP related to salt tolerance)进行分析,利用BEDTools软件获得位于基因上的SNPr,并使用AgriGO(http://bioinfo.cau.edu.cn/agriGO/)和KAAS(http://www.genome.jp/tools/kaas/)网站对这些基因进行GO和KEGG分析。借助perl编程,获得非同义SNPr。分析发现,1281个SNPr中,有353个位于基因上,其中247个位于基因外显子区,且有174个是非同义SNPr。从中选择12个非同义SNPr,使用CAPS/dCAPS引物进行验证,并结合田间耐盐鉴定的结果,最终得到1个与耐盐相关的SNPr。这个SNPr位于CHD3/CHD4家族基因上,可能与盐胁迫过程中的表观修饰有关。