不同碳源对杂交鹅掌楸体胚发育的影响研究毕业论文

 2021-04-12 11:04

摘 要

本实验分别以蔗糖和麦芽糖为碳源,对163024和1x5048两种基因型的鹅掌楸愈伤组织进行体胚诱导培养,观察不同基因型在不同碳源的不同浓度下对鹅掌楸体胚发育的影响,对培养出来的不同培养条件下杂交鹅掌楸体胚发育状况进行数据统计。结果表明:不同基因型的杂交鹅掌楸,其体胚发育对碳源的种类和要求是不一样的。在本实验中,基因型为163024的杂交鹅掌楸在碳源是蔗糖为40g/l的培养基下发育最好,正常体胚数最多。而对于基因型为1x5048的杂交鹅掌楸来说,以麦芽糖作为碳源体胚能更加好的发育。在麦芽糖各个梯度中,麦芽糖浓度是50g/l时,杂交鹅掌楸的体胚发育情况最好。同时简单研究了培养基中pH和渗透压对体胚发育的影响。

关键词:杂交鹅掌楸;不同碳源;体胚发育

Study of Different Carbon Sources on Liriodendron hybrids Somatic Embryo Development

Abstract: In this study, sucrose and maltose, were used respectively as carbon source to induce and culture the two genotypes Liriodendron callus: 163024 and 1x5048. We observe the impact of different concentrations of carbon source on induction and development of different genotypes’ somatic embryo, and also collected statistical data of somatic embryo’s development . The results showed that the somatic embryo development need different type of carbon source according to the genotype. In this experiment, 40g/l sucrose as carbon source was best for genotypes 163024 and can harvest the largest number of normal embryos. For the hybrid genotype 1x5048, maltose as carbon source can get more normal embryo and 50g/l of maltose was better than the other tested concentration of it. pH and osmotic pressure’effects on somatic embryo development were also simple researched in this study.

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Keywords: Liriodendron hybrids different carbon sources somatic embryo development

目 录

1前言 1

1.1杂交鹅掌楸的科研与经济价值 1

1.2杂交鹅掌楸体胚发育国内外研究进展 2

1.3 不同碳源对体胚发育的影响 3

1.4本研究的目的与意义 3

2材料与方法 4

2.1实验材料及试剂 4

2.2试验方法 4

2.2.1本实验的流程图 4

2.2.2固体培养基的配置和愈伤组织的培养 5

2.2.4杂交鹅掌楸胚性细胞的平板培养 6

2.2.5 培养后对各种碳浓度下体胚的观察 6

3结果与分析 7

3.1 正常体胚与畸形体胚的区分 7

3.2 试验的数据分析和讨论 7

3.2.1 基因型为163024的体胚鹅掌楸体胚发育情况分析 8

3.2.2基因型为1x5048的体胚鹅掌楸体胚发育情况分析 11

3.2.3体胚培养过程中培养基中pH和渗透压的情况 14

4实验结论和一些问题的讨论 15

4.1 实验结论 15

4.2 实验讨论 16

4.2.1 如何避免实验过程中的污染 16

4.2.2 悬浮系的建立及其继代中需要注意的问题 16

4.2.3 平板培养中的相关问题 16

4.2.4 渗透压改变与胚性细胞状态 16

1前言

1.1杂交鹅掌楸的科研与经济价值

现在全世界木兰科(Magnoliaceae)鹅掌楸属(Liriodendron)的植物,现在只剩下2个种,即鹅掌楸(L .chinense)和北美鹅掌楸(L.tulipifera)。它们分隔在中国和北美洲大陆。由于地理隔离,天然状态下,未见有种间杂交种的报道。鹅掌楸和北美鹅掌楸两个种间杂交种于1963年由我国已故著名林木遗传育种学家叶培忠教授培育,出并表现出明显的杂种优势[1]

据报道, 1年生杂交鹅掌楸生长速度比中国鹅掌楸快30 %左右,2年生时可快60 % ,5 年生时高达100 %~200 % ,杂种优势十分明显。成年鹅掌楸树体高大,最高可达60 m ,是一种重要的造林树种和用材树种[2]。在美国,北美鹅掌楸木材大量用作装饰材、工业胶合板面材或芯材、造纸等。杂种生长速度快,树姿优美,花色美丽,病虫害少,材质纹理细腻,易加工,是集荒山造林、工业用材、园林观赏、绿化等多种用途于一身的优良树种,市场前景广阔。

杂交鹅掌楸虽然有许多优越性,但杂交制种受到季节限制,影响了杂交鹅掌楸的推广应用。在细胞组培的方法提出之前杂交鹅掌楸主要通过人工杂交的有性繁殖及扦插、嫁接等传统方法进行繁殖。但杂交制种效率低、种子量少,F1 代的种子发芽率很低,同时由于扦插生根难,而嫁接繁殖系数又低,很大程度上限制了优良杂种的快速繁殖和利用。所以以传统的繁殖方式育苗,速度缓慢,优良种苗数量远远供不应求。二十世纪70年代以来许多学者对杂交鹅掌楸的组织培养和快繁技术进行了一些探索,始终没有突破性进展,至今未能形成生产性大规模应用[3,4]

林木的体细胞胚胎发生研究始于20世纪70年代后期,90年代初得到迅速的发展,并获得了极大的成功。自1985年挪威云杉体细胞胚胎发生首次报道以来,已有40多种木本植物获得了体细胞胚,有数量较多树种的体细胞胚诱导和植株再生已成功应用于生产实践 。由于植物体细胞胚具有数量多、一旦形成体细胞胚就能够快速发育成再生植株的特点,以体细胞胚胎发生技术快速繁殖种子来源困难的杂交鹅掌楸,具有重要的理论意义和应用价值[5]

有学者报导过杂交鹅掌楸植物组织培养途径进行快速繁殖的一些研究,但均未见生产性应用。利用固体培养基培养杂交鹅掌楸未成熟胚成功诱导了杂交鹅掌楸体细胞胚胎发生取得了重大进展,并成功进入工厂化生产育苗,在很大程度上缓解了这一供需矛盾,但杂交马褂木种苗的供应仍然不能满足市场的需求[4 ,6]

近年来有报道说明,在建立植物胚性材料的悬浮系的基础上,能够实现更高频率的植株再生。这种思想为解决种苗供需矛盾提供了一种有效方案。并且以一个成熟的悬浮体系为基础的体胚发生体系对开展植物体细胞杂交、遗传转化、植物种质资源的超低温保存以及对植物体胚发育等方面的研究提供了极大的便利[4 ,8]

同时,利用基于悬浮细胞培养的生物反应器技术,并且结合人工种子工程技术,将会使木本植物良种繁殖产生重大变革。有学者利用基于固体培养条件下建立的杂交鹅掌楸胚性愈伤培养物,建立起一个稳定性、同步性和可重复性好,细胞活力旺盛的胚性细胞悬浮体系。为建立更加高效的杂交鹅掌楸体胚发生诱导体系,形成基于悬浮培养体细胞胚胎发生的研究平台提供了工艺基础[7]

1.2杂交鹅掌楸体胚发育国内外研究进展

体细胞胚胎发生是单细胞或一群细胞被诱导不断再生非合子胚,并萌发形成完整植株的发育过程。在自然条件下,这个发育过程一般不可能发生,但通过组织培养,体细胞胚胎发育非常频繁,成为除器官发生以外再生完整植株的又一条途径。

由于植物体细胞胚胎发生具有普遍性。自1958年,Steward和Rinert在胡萝卜韧皮部的组织培养中观察到从薄壁细胞形成体细胞胚以来,到1995年,已从300多种植物上观察到体细胞胚的发生[11]

从体细胞转变为胚性细胞是一个深刻的改组过程,它包括体细胞分化和发育的抑制,并脱分化和再分化而转变为胚性细胞。胚性细胞的获得紧紧地依赖于细胞脱分化,为使细胞重新分化,本已存在的转录和翻译模式发生改变。细胞分裂的激活对于维持细胞脱分化和体细胞胚胎的分化是必须的。在外界影响下,体细胞胚胎开始发生的一个基本特点是已分化的植物细胞重新进入细胞周期,受诱导的细胞先重新分裂,然后体细胞才向胚性细胞转换。外界的影响因素主要包括激素,胁迫因素和Ca 等。

植物体细胞胚胎发生技术不仅成为植物快速繁殖的最重要的手段,而且在该过程中体细胞还可发生变异产生突变体,广泛应用于农作物育种。体细胞胚胎发生不仅是研究植物胚胎发生机理、遗传转化的重要系统,而且在研究植物形态建成的分子和细胞机制等基础研究方面还是一个重要工具[18]

体细胞胚胎发生是植物组织培养中再生植株的常用途径,优化其诱导方法在作物育种方面有着重要的实践意义。同时,体细胞胚胎发生作为植物发育中的特殊现象值得开展生物学理论研究,在这个过程中,运用细胞生物学、分子生物学的思路和技术将给我们带来有益的启示。目前,计算机技术已经用于体细胞胚胎发生过程的大分子量化研究和三维重构 ,这为我们理解体胚发生中结构和功能的统一性提供了有力的手段。事实上,当今的生命科学研究正是因为提倡不同领域的相互借鉴与交叉才得以快速发展[14]

1.3 不同碳源对体胚发育的影响

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