四倍体野生棉毛棉体细胞胚胎发生与植株再生研究

通过对培养基激素配比,以及不同浓度的PEG、CuSO4和AgNO3等处理,对棉属四倍体野生棉种毛棉(G.tomentosum Nutt.Watt)进行了体细胞培养,获得了大量体细胞胚状体并实现植株再生。与四倍体陆地棉(G.hirsutum,cv.Coker 201)相比,毛棉体细胞培养难度较大,且体细胞胚畸形严重,萌发困难,但通过培养条件的调控可以得到大量胚状体和少量再生植株。试验结果表明,激素组合0.1 mg.L-1 KT+0.1 mg.L-1 2,4-D诱导的愈伤组织较松脆,分化潜力高;PEG处理不利于毛棉的胚性和非胚性愈伤的诱导,而不同浓度的CuSO4和AgNO3处理对于体细胞胚状体诱导和萌发以及植株再生效果有明显差异。其中3.5 mg.L-1 CuSO4+0.5 mg.L-1IBA+0.2 mg.L-1 KT和3 mg.L-1 AgNO3+0.5 mg.L-1 IBA+0.2 mg.L-1 KT组合利于胚性愈伤的增殖和体细胞胚的萌发。     

野生棉与陆地棉异源四倍体的合成与性状鉴定

棉属具有丰富的种质资源,将抗病性从野生棉转移到陆地棉中,以此提高陆地棉抗病性是一条理想的育种途经。本研究通过陆地棉和C组野生澳洲棉远缘杂交获得杂种F1,对其进行染色体加倍,将加倍的异源六倍体再与B组野生绿顶棉杂交,产生陆地棉、澳洲棉、绿顶棉的异源四倍体杂种。异源四倍体杂种继承了亲本的部分性状,同时也产生了如蔓生等特异性状;该杂种减数分裂后期染色体不能均等分离,四分体时期有多分体和微核出现;SSR结果发现,该杂种不仅具有三个亲本的特征条带,并且产生了新的重组成分。本研究不仅为该异源四倍体杂种不育提供了直接原因,也为进一步探讨有效的育性恢复方法及棉花新种质创制提供了依据,同时为利用野生棉资源控制棉花黄萎病育种探索培育了中间材料。     

Fingerprinting Analysis of the Introgressed lines from Gossypium hirsutum L.× G.barbadense L.based on AFLP markers

The main cultivated varieties in the world belong to the species of upland cotton (Gossypium hirsutum L.),and their genetic background is very narrow.However,the wild species and races in the genus of Gossypium have abundant genetic diversity and possess lots of excellent genes with potential high yield,fine and strong fiber,disease and insect resistance,drought and coldness resistance,male sterility,and so on.     

棉属G染色体组野生棉种的体细胞胚胎发生与植株再生研究

通过培养基激素配比、碳源种类等培养条件的筛选，对2个G染色体组棉种（纳尔逊氏棉，Gossypium nelsonii Fryx.；澳洲棉，Gossypium australe F. Muell.）进行体细胞培养并获得了体细胞胚，其中纳尔逊氏棉获得了再生植株，澳洲棉获得了大量的胚状体。与D染色体组棉种克劳茨基棉（Gossypium klotzschianum Anderss）相比，G染色体组棉种再生时间长，且体细胞胚畸形严重、萌发困难，但通过培养条件的调控可以得到大量胚状体和少量再生植株。激素组合0.1 mg L^-1 KT+0.1 mg L^-1 2, 4-D诱导的愈伤组织较松软，分化潜力高；胚性愈伤组织的增殖使用0.2 mg L^-1 KT+0.5 mg L^-1 IBA的激素组合；组合0.25 mg L^-1 IBA＋0.3 mg L^-1 KT有利于体细胞胚胎发生，而含激素组合MSB5+0.15 mg L^-1 KT+0.5 mg L^-1 NAA的培养基适合体细胞胚胎的萌发和植株再生。此外，愈伤组织诱导宜用葡萄糖作为碳源，而在胚性愈伤组织的增殖及保存和胚状体的萌发过程中用麦芽糖作碳源的效果更佳。     

Chromosome Substitution Lines:Useful Genomic Resources in Cotton

The genus Gossypium is a very diverse one with about 50 species.However,a very narrow germplasm base is presently being used for genetic improvement of Upland cotton.The wild tetraploid cotton species are reservoirs of important genes for pest and disease resistance,and for improved agronomic and fiber traits.Two of the most important forces impeding Upland cotton improvement are" 1)the paucity of information about genes that control important traits,and 2) the need for extensive usage of diverse germplasm.     

玉米光敏色素A1基因(ZmPHYA1)在棉花中的转化及分子鉴定

为评价玉米ZmPHYA1基因在棉花种质资源改良中的价值,本研究利用农杆菌介导法在陆地棉(Gossypium hirsutum)R15材料中进行了玉米ZmPHYA1基因的遗传转化。经过愈伤组织诱导、抗性愈伤筛选、体细胞分化诱导后获得棉花转基因再生植株。通过田间草铵膦除草剂筛选鉴定抗性植株,并利用PCR扩增其草铵膦抗性基因和目的基因ZmPHYA1进行分子鉴定,发现阳性植株对草铵膦除草剂具较好抗性,并可扩增到256 bp的草铵膦抗性基因和217 bp ZmPHYA1基因的特异条带。进一步通过免疫印迹检测表明,3个不同转基因株系中外源ZmPHYA1基因可正常表达约170 kD大小的蛋白,且在不同组织中该外源蛋白均可正常表达。此外,对转基因植株的不同农艺性状分析表明,转基因株系株高明显低于受体对照,而铃重和纤维长度等性状无明显差异。本研究成功获得具有草铵膦抗性和外源ZmPHYA1基因的棉花新种质材料,为进一步利用光敏色素基因创新种质资源提供了材料来源。     

彩色棉的研究与产业化

彩色棉是一种纤维中含有色素类物质的特殊类型的棉花，原始种多来自美洲大陆和中美洲的短纤维野生彩色棉，栽培的彩色棉大多是利用与白色棉进行杂交选育而成的。用彩色棉加工成的纺织品无需漂白、印染、消毒等传统工艺处理，不产生化学污染，衣物中不含有害成分与任何化学物质残留，是典型的环保健康产品，备受消费者的欢迎。本文简述了国内外在彩色棉遗传特性、品种选育等方面的研究以及产业化的动态，分析了彩色棉生产中存在的问题并提出了相应的解决方案。     

棉纤维发育突变体胚珠全蛋白及种子水溶性蛋白SDS凝胶电泳分析

 利用饱和酚法提取了棉纤维发育突变体胚珠的全蛋白以及种子水溶性蛋白,比较分析了不同发育时期棉花胚珠蛋白含量的变化。通过对野生型和纤维突变体全蛋白的SDS凝胶电泳图谱的比较分析,在二倍体棉种的突变体及其野生型间找到了三条可能与表皮细胞分化相关的差异蛋白条带,在种子水溶性蛋白中则发现了五条差异条带,为进一步研究与棉纤维分化相关的分子机制提供了参考。     

具有野生棉外源基因的陆地棉特异种质创造与利用进展

总结了优质纤维、自然抗虫、抗病、高衣分等具有野生棉外源基因的陆地棉种质的创造,及其在棉花常规育种、杂种优势利用、分子生物学等方面的研究进展,并分析了该类种质资源的利用前景,以期促进该类种质在棉花育种改良中发挥更大的作用。     

棉花芽期抗冷性鉴定方法及抗冷性机理的研究

 以芽期抗冷性品种鲁棉研16和冷敏感品种中404A为材料,确定了棉花芽期的抗冷性鉴定方法,同时对14个棉花新材料进行了芽期抗冷性筛选。结果表明：棉花芽经过5 d 4℃冷处理后常温恢复生长7 d后的子叶平展率可作为棉花芽期的抗冷性鉴定的指标;14个棉花新材料的芽期抗冷性差异达极显著水平。筛选出芽期达到抗冷水平的棉花新材料2个,分别为7开5和7开10两个材料;芽期达到耐冷水平的材料有9个;芽期不抗冷的材料有3个。棉花芽期抗冷的机理有：不定根的发生能力越强,则抗冷性越强;胚根的向地性越强,则抗冷性越强。     

棉花种间杂交抗棉铃虫资源选育

棉属野生种共有４６ 个,这为棉花遗传育种提供了丰富的资源宝库。有些野生种具有天然的抗虫性。利用棉花远缘杂交的方法,把野生种的抗虫性转移到栽培种上,充分利用棉属内存的天然资源,是当前提高棉花抗虫性行之有效的方法。从１９７３ 年开始,我组通过棉花远缘杂交研究创造了一套克服棉花远缘杂交不亲和性技术,即采用种间杂交铃喷施植物生长素,杂种胚离体培养并在试管内利用秋水仙碱溶液进行染色体加倍的方法,有效地解决了种间杂交铃、杂种胚的发育和Ｆ１ 结实率的难题,并先后获得１４ 个野生种与栽培种的杂种高代材料,从中已筛选出一批抗棉铃虫的种质资源,并选出了９２－ ４８－ ２、９２－ ２６－ ２、６－ １ 和科１８１×完紫等高产、优质,抗棉铃虫的优良品系。     

棉属种间杂交基因渐渗系SSR标记及其表型性状的聚类分析

利用37对多态性SSR引物和15个表型性状对155份棉属种间杂交基因渐渗系及其10份陆地棉亲本进行了聚类分析。用37对SSR引物共扩增出108条带,多态性条带占85.2％。种质间成对相似系数平均值为0.6791,范围为0.4762~1.000。建立了165个陆地棉材料的SSR聚类图,共聚为4个类群,分别为法国种质群、美国AcalaSJ系列种质群、美国PD种     

棉花原生质体培养与体细胞杂交研究进展

棉花原生质体培养已在多个棉种上取得成功,体细胞杂交也取得了较大的进展,创造出多个种间体细胞杂种,为棉花遗传改良提供了丰富的种质资源.结合本实验室的研究进展,综述了棉花原生质体培养和体细胞杂交的基本技术、研究现状、存在问题和应用前景,为棉花基因工程和细胞工程研究提供有益的借鉴.     

棉花种质资源收集鉴定与创新利用

十二五期间通过对我国西南地区、南海诸岛、及国外野生棉起源中心实地考察和广泛征集,新收集国内外棉花种质资源1220份,其中陆地棉986份、海岛棉176份、亚洲棉58份,所收集种质均已入国家中期库保存。收集的棉花种质资源分别在河南安阳、海南三亚、新疆阿拉尔进行主要农艺经济性状鉴定和特性鉴定。通过SSR(Simple sequence repeat)分子标记、重测序等技术对收集到的种质进行了分子鉴定,筛选到大量与纤维品质、抗黄萎病、抗旱、抗草甘膦显著关联的基因。在收集保存的种质资源基础上,通过辐射诱变、远缘杂交、复合杂交创造出优质、高产、抗逆等优异种质资源。通过展示向全国科研院所及公司发放棉花种质19 191份次。     

棉花抗坏血酸过氧化物酶基因GhAPX的克隆及耐冷性初步鉴定

抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)是活性氧H2O2的清除剂,对抵抗植物逆境发挥着重要的作用。为了探究棉花APX基因的耐冷功能,本实验应用RT-PCR和RACE技术从苗期耐冷型棉花品种‘新陆早25号’叶片中克隆得到一个APX基因GhAPX,并对转基因烟草的主要抗氧化酶活性和快速荧光参数进行了分析。结果表明,该基因c DNA全长1763 bp,开放阅读框1137 bp,编码379个氨基酸。Blastx比对表明该基因与已克隆的棉花气孔APX相似性最高,达99%。进化分析表明该基因与刚毛怪柳关系较近,与拟南芥(AtAPX)和小麦(TaAPX)关系较远。蛋白质结构分析显示该基因属于植物过氧化物酶基因家族,亚细胞定位结果显示该蛋白位于叶绿体中。实验成功构建了植物表达载体PZP35S-GhAPX。转基因研究发现,转GhAPX基因会提高烟草的POD和CAT活性。在4℃冷害条件下,转基因烟草的POD和CAT活性及Fv/Fm和pI均大于野生(对照)株,且下降幅度和速度均小于野生植株,而SOD活性在转基因和野生植株间差异不大,初步推测GhAPX基因可以提高棉花幼苗的低温冷害抵抗力。本研究为揭示GhAPX基因的功能及其与棉花耐冷性的关系提供了理论参考。     

棉花中ERF亚族转录因子抗逆育种潜力的研究进展

棉花的生长和产量的提高很大程度上受到黄萎病菌侵染和干旱、盐碱、低温等非生物逆境的影响。利用生物技术的方法选育棉花抗逆品种被认为是一种行之有效的途径之一。乙烯应答因子(Ethylene Responsive Factor)ERF家族ERF亚族成员在不同植物野生型或者转基因植株中均表现出抗逆能力增强。研究综述了ERF的结构、分类、功能及其参与的主要信号转导途径,着重介绍了棉花及其他植物中ERF抗逆的研究,并对今后利用ERF亚族成员进行棉花抗逆育种研究提供了几点建议。     

转Bt基因棉花各组织器官对棉铃虫抗性的研究

用４个国内转基因棉花品系（９５－１,２５２７,９５－６０,纯抗）和１个美国转基因棉花品种（ＤＨ３）进行抗虫性试验。结果表明,棉花不同组织的抗虫性不同,花瓣,苞叶和顶端叶抗虫性最强;国内转基因棉花的４个品系和美国ＤＨ３的抗虫性强弱没有显著差异;转基因棉花的蛋白毒性在棉铃虫体内具有一定的残效。     

利用SSR分析四倍体棉种多态性

利用SSR标记对60份四倍体棉种材料进行遗传多样性分析,其中包括42份陆地棉野生种系。结果显示, 从1 050对SSR引物筛选出的95对SSR引物均能在60份材料间扩增出稳定明显的多态性条带,共检测出660个片段,其中多态性片段584个,占88.5%。每个位点的等位基因为2~12个,平均每对引物6.1个。UPGMA聚类分析显示, 42份材料的相似性系数(GS)在0.306~1.000之间,平均成对相似系数为0.493。95对引物的多态信息含量(PIC)的变幅为0.278~0.905,基因多样性(H¢)的变幅为0.451~2.451, 有效等位基因数(Ne)在1.385~10.490之间变动。SSR标记在陆地棉野生种系及四倍体棉种间均可反映丰富的遗传多样性信息,其中陆地棉与陆地棉野生种系中阔叶棉的亲缘关系最近,海岛棉和达尔文棉的亲缘关系非常相近,黄褐棉和毛棉相对较近,陆地棉与其他4个棉种的亲缘关系最远。     

棉花细胞工程及新种质创造

针对我国棉花育种资源缺乏问题,从细胞工程角度开展了棉花资源创新工作,本文从多个方面介绍了华中农业大学在棉花细胞工程方面的研究工作,包括国际上首次从野生棉获得再生植株,获得栽培棉种和野生棉种之间的体细胞杂种植株,对杂种进行了广泛的验证和评价。