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单词 棉花原生质体再生成株
释义

【棉花原生质体再生成株】
 

拼译:regenerated plant from cotton protoplast
 

棉属是一个大属,除4个栽培种外尚有39个野生种,其中一些具有抗病虫、纤维品质特优的性状。由于存在远缘杂交不亲和性的障碍,野生种质资源在育种上得不到广泛利用。研究棉花原生质体成株技术,有利于应用细胞融合和遗传操作技术克服有性杂交不亲和性,把野生种或其他栽培种纤维品质、抗病虫等基因转育到陆地棉栽培品种中,为在细胞、分子水平上开展棉种改良奠定基础。

1974年,Beasley等首先用酶法从陆地棉的纤维中游离出原生质体,并在原生质体培养过程中观察到细胞分裂的现象。1977年英国S.S.Bhojwani等从陆地棉的下胚轴诱导产生的愈伤组织制备得到原生质体,原生质体培养获得由数十个细胞组成的小细胞团。此后,国内外一些学者从克劳茨基棉的下胚轴的愈伤组织,陆地棉、海岛棉的子叶,陆地棉的花药愈伤组织,哈克尼西棉的愈伤组织,亚洲棉的花药愈伤组织及其细胞悬浮培养物游离出原生质体,但原生质体培养均停留在再生细胞的分裂或形成细胞团的阶段。

1987年,美国K.Saka等以茎段诱导发生的愈伤组织为材料,在陆地棉品种岱字16的原生质体培养中得到了愈伤组织。1989年,余建明和陈志贤等分别以胚性细胞悬浮培养系为材料,在陆地棉晋棉4号、柯字棉312和201等3个品种的原生质体培养中获得再生植株。随后,佘建明等人又在陆地棉3118、95542个品系上得到原生质体再生植株。

棉花原生质体培养中存在的主要障碍是再生的细胞不能保持持续分裂的能力和再生的愈伤组织丧失分化植株的能力。其原因一般认为是由于棉花本身的多酚类化合物对原生质体产生毒害,抑制了细胞分裂;培养材料在体细胞胚胎发生能力上存在着基因型差异,棉属体细胞胚胎发生和植株再生成功的事例局限于陆地棉的柯字棉系统。1980年,P.Heinsfain等发现棉酚的产生与愈伤组织或细胞悬浮培养物的生长情况有关,生长旺盛的细胞悬浮培养物连续继代培养15次后,测不到或只能测到27mg/L的棉酚物质,而在褐化的细胞培养物里能测到100mg/L的棉酚类物质。1977年,S.S.Bhojwani等在原生质体基本培养基中附加NH4NO3和CaCL2,收到提高原生质体存活率的效果。1979年,M.M.Khasanov等提出半乳糖和葡萄糖能促进原生质体细胞壁的再生和再生细胞的分裂,1983年,O.M.EI-Shihy等的实验表明,培养基中生长素与激动素的平衡有利于细胞分裂,并在以后的试验里观察到及时换用新鲜的培养基能促进细胞分裂。尽管许多人在这方面作了不少努力,并收到一些效果,但未能逾越再生细胞持续分裂这一难关。

棉花原生质体培养需掌握3项技术环节:选用具有胚胎发生能力的愈伤组织,建立胚性细胞悬浮系和采用适宜的培养条件。在固体培养基上挑选具有分化能力的黄色的、致密型的、颗粒状的愈伤组织进行液体振荡悬浮培养。应用培养基调控和人工筛选相结合的方法建立胚性细胞悬浮系。根据悬浮培养物的色泽和生长状态,调整培养基成分和外源激素水平。当培养物色泽呈灰白、愈伤组织的颗粒大而松软和生长缓慢时,可增加KCL和NaCL,附加谷氨酰胺、天冬酸等有机氮化合物,并添加一定量的2,4-D和激动素;反之,则应降低培养基中的盐离子浓度,不附加外源激素。建立起由体积小、圆形、细胞质稠密的细胞组成的悬浮培养系有利于再生细胞在培养过程中持续不断地分裂,形成愈伤组织。从已有的棉花原生质体培养获得愈伤组织的实例中可以看出,K3培养基宜作为棉花原生质体培养的基本培养基。原生质体的培养密度也是一个不可忽视的重要因子,密度在5×105个/m1左右,培养效果较好。原生质体再生的愈伤组织在附加2,4-D和KT的改良MS培养上继代增殖培养,然后转到无激素的含1/2NH4NO3、2倍KNO3的改良MS培养基上,诱导胚状体发生,部分球形胚能进一步发育为心形胚和鱼雷胚。在此基础上,添加低浓度的玉米素和吲哚乙酸,不仅能提高胚状体的发生频率,而且会促进胚状体的发育,胚状体的萌发率也显著上升。

棉花原生质体培养虽已取得突破性进展,获得了再生植株,但仅局限于陆地棉的几个品种(系)。今后需进一步改进和完善原生质体培养技术,扩大基因型种类,提高原生质体植板率和植株再生频率。建立和完善由胚性悬浮细胞的原生质体培养成株的实验体系,为棉花原生质体培养技术从实验阶段走向应用阶段创造条件。

【参考文献】:

1 Bhojwani S S,Power J B,Cocking E C.Plant Sci Lett.,1977,8:85~89

2 Saka K,Katterman F R,Thomas J C.Plant Cell Reports,1987,6:470~472

3 佘建明,吴敬音,王海波.江苏农业学报,1989,5(4):54~60

4 陈志贤,李淑君,岳建雄.植物学报,1989,31(12):966~969

5 佘建明,吴敬音,周邗扬.遗传学报,1993,20(6)

(江苏省农业科学院佘建明副研究员撰;吴光南审)

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