兰花组培快繁特性及光诱导芽再生的分子机理

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兰花(Cymbidium)具有重要的观赏价值、经济价值和文化价值,按生活方式分为地生兰、附生兰和腐生兰三大类。本文从中间繁殖体的诱导、增殖、分化以及生根壮苗特性四个方面研究不同生活方式兰花的组培快繁特性,在此基础上,对光诱导兰花芽再生的分子机理以及地生兰难分化的分子机理进行研究,为建立不同生活方式兰花高效组培快繁技术体系,深入研究不同生活方式兰花组培快繁特性的分子机理提供参考。主要研究结果如下:(1)不同生活方式兰花组培快繁特性差异明显。地生兰墨兰种子萌发慢,萌发后形成根状茎;越南红柱兰等附生兰种子萌发快,萌发后形成原球茎;腐生兰大根兰种子萌发较慢,萌发后形成原球茎。在黑暗下无激素的MS培养基中增殖40 d,‘企剑白墨墨兰’、‘小桃红建兰’、纹瓣兰和杂交墨兰‘国凤兰’中间繁殖体增殖系数分别为1.84、2.42、3.74和2.01。在光照下无激素的MS培养基中培养,‘企剑白墨墨兰’等地生兰根状茎不分化,而越南红柱兰等附生兰原球茎和‘国凤兰’根状茎迅速分化形成完整植株。(2)黑暗条件下不添加、分别添加和同时添加IAA和6-BA,‘国凤兰’和越南红柱兰中间繁殖体均不分化,将在光下已分化出芽的‘国凤兰’根状茎转入黑暗下培养,芽发育停止。光质对‘国凤兰’芽分化影响显著,白光、蓝光和红光下,‘国凤兰’根状茎芽分化率分别为99.33%、95.83%和35.83%。根据形态变化,‘国凤兰’根状茎芽再生过程分为去黄化阶段(0~5 d)、芽分化阶段(5~10 d)和芽生长阶段(10~40 d)。(3)光诱导‘国凤兰’根状茎芽再生过程中的平均生长素和细胞分裂素含量分别为29.7和13.7 ng.g-1FW,均显著高于暗下的生长素和细胞分裂素含量(分别为24.9和12.9 ng.g-1FW)。光诱导‘国凤兰’芽再生过程中表达量显著提高的基因有CRY3、IPT3、CRR2、YUC8、ARF11、IAA3、AUX1和PIN3,显著降低的基因有CKX9和GH3.6。(4)在有光条件下,‘企剑白墨墨兰’根状茎在无激素的MS培养基上培养不分化,其内源生长素含量显著低于能分化芽的‘国凤兰’,但细胞分裂素含量与‘国凤兰’没有显著差异。与‘国凤兰’相比,在‘企剑白墨墨兰’根状茎中表达量显著提高的基因有CRY1α、CRY3、COP1、HY5、IPT3、AHK4、ARR5和ARF11,表达量显著降低的基因有LOG8、YUC8、IAA3和PIN3。(5)在有光条件下,‘企剑白墨墨兰’根状茎在添加IAA 0.01 mg·L-1和6-BA 3.0mg·L-1的培养基上培养,芽分化率为154.7%,而不添加外源激素的芽分化率为0.0%。在添加外源激素的培养基中,‘企剑白墨墨兰’根状茎的内源生长素和细胞分裂素含量极显著提高,LOG8、CKX9、AHK4、YUC8、IAA3、ARF11、PIN1C、PIN3和PINlike基因表达量显著提高,而CRY3、COP1、IPT3和GH3.6基因表达量显著降低。通过以上研究,明确了不同生活方式兰花的组培快繁特性差异,阐明了光诱导兰花芽再生过程内源激素和基因表达的变化,找到了光诱导下地生兰和附生兰离体芽再生能力不同的原因,对深入研究兰花细胞全能性的分子机理和进一步提高兰花种苗工厂化生产效率具有重要参考价值。
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