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甜高粱的光合效率是小麦等作物的2~3倍,是目前公认的最具优势的生物质能源作物,可糖、粮兼用,其综合价值高。然而截止目前,甜高粱缺少综合性状优良的品种。利用转基因技术,对现有的甜高梁品种进行定向改良,有望获得高生物量和高抗逆性的新品种。甜高粱再生体系的稳定、高效性在其遗传转化时起到关键作用。
本研究以引种至广西南宁种植的北甜三号(BT3)和辽甜三号(LT3)两个甜高粱品种的成熟种子为试验材料,主要优化这两个品种的再生体系,以期获得方便、高效、稳定的甜高粱再生体系,为下一步遗传转化体系的建立奠定良好的基础。
目前取得的主要研究结果如下:
1优化愈伤组织的诱导
首先通过不同植物激素2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)、1-萘乙酸(NAA)、6-苄基腺嘌呤(6-BA)、激动素(KT)浓度配比的优化试验,得出最优激素组合:BT3为2.0mg/L2,4-D+0.1mg/LNAA,LT3为2.0mg/L2,4-D+0.2mg/LNAA。在上一步的基础上,再通过不同基本培养基(MS、1/2MS、B5、N6)、不同糖源(蔗糖、葡萄糖、葡萄糖:果糖=3:2)、不同pH值(5.3、5.8、6.3)的优化试验,另外还通过不同浓度硝酸银(AgNO3)(四个水平:2mg/L、3mg/L、4mg/L、5mg/L)对愈伤组织诱导的影响试验,最终筛选出两品种的最佳愈伤组织诱导配方:BT3为MS+2.0mg/L2,4-D+0.1mg/LNAA,LT3为MS+2.0mg/L2,4-D+0.2mg/LNAA,pH值5.8、蔗糖为糖源时,胚性出愈率最高,愈伤组织诱导培养基中添加AgNO3不能促进两基因型甜高粱种子愈伤组织的形成,相反却降低了其胚性愈伤组织的诱导。另外,通过愈伤组织的不断继代培养观察,摸索出最适的愈伤组织增殖配方:MS+2.0mg/L2,4-D+0.5~1.0mg/LNAA,两品种的愈伤组织在此配方上不仅褐化率低,而且增殖快。
2潮霉素对甜高粱愈伤组织生长的影响
通过在愈伤组织增殖培养基中添加不同浓度(四个浓度梯度:25、50、75和100mg/L)的潮霉素试验,可观察比较得出,75和100mg/L潮霉素处理使BT3和LX3的胚性愈伤组织全部死亡并变为黑褐色。采用这两个浓度潮霉素筛选甜高粱的抗性愈伤组织,将可能会影响转化细胞的正常生长。潮霉素水平为25mg/L时不可以完全地抑制甜高粱胚性愈伤的生长,若用其筛选转化成功的愈伤组织,将不能使许多非转化的愈伤组织死亡。然而当潮霉素的浓度水平为50mg/L时,甜高粱的胚性愈伤可以完全停止生长并最终褐化死亡,但细胞不会大量地快速死亡,因此可以作为BT3和LT3两品种转化细胞筛选的理想浓度。
另外,25和50mg/L潮霉素对两品种愈伤组织生长影响的结果为LT3愈伤组织存活率都高于BT3,这说明潮霉素对甜高粱愈伤组织的影响存在基因型差异。
3丛生芽诱导的优化
通过不同植物激素(6-BA、NAA、2,4-D)浓度配比的优化试验,可比较得出两甜高梁品种丛生芽诱导的最佳激素配比都为MS+1.0mg/L6-BA+0.2mg/LNAA+0.5mg/L,2,4-D,但是它们的丛生芽诱导率有一定程度的差异。另外,通过多次试验观察对比,摸索出适宜两品种的丛生芽增殖配方:MS+1.0mg/LNAA+1.0mg/L6-BA,壮苗配方:MS+0.1mg/LNAA+1.0mg/L6-BA。
4甜高粱组培苗生根的优化
首先通过不同基本培养基(MS、1/2MS)对组培苗生根的影响试验,可比较得出1/2MS添加激素更有利于生根;然后再在1/2MS上添加不同浓度的植物激素吲哚丁酸(IBA)、NAA、生根粉,综合根的质量、生根率、生根时间、生根苗的长势等各种因素分析可得最佳生根培养基:BT3为1/2MS+2.0mg/LIBA;LT3为1/2MS+3.0mg/LIBA。未加激素的MS和1/2MS培养基均无组培苗生根。