棉花组织培养高效植株再生体系的研究

摘要

棉花组织培养植株再生难度大，主要表现在：①棉花组织培养受胚胎发生和植株再生的基因型限制：②培养周期长，过程复杂，多处于通过间接、长期而复杂的多次继代培养而获得少量植株的水平上；③实验不稳定，重复性差，再生率低；④棉花组织培养植株再生过程中异常现象十分严重；⑤缺乏完善的适于广泛基因型的棉花组织培养高效植株再生体系；⑥再生植株的移栽困难。本研究以我国经济价值高的主栽优良品种为对象，从棉花体细胞胚胎的诱导发生、发育及主要影响因素、棉花组织培养植株的再生、棉花组织培养胚胎发生和植株再生过程中的异常现象、棉花组织培养高频胚胎发生和高效植株再生体系的建立、棉花组织培养再生植株的锻炼适应和移栽等几个方面进行了深入研究。其主要结果的创新性和先进性为： 1.由棉花外植体不经继代培养直接诱导获得胚性愈伤组织和胚状体。这一技术简化了培养过程，培养周期由原来的180天缩短到90～120天左右，减少了培养过程中的遗传变异。 2.阐明了棉花脱叶剂TDZ在棉花组织培养中的生理效应，并在此基础上建立了体细胞快速诱导法。低浓度的TDZ对外植体的生长和保绿有促进作用，高浓度有抑制作用；0.01 mg/L的TDZ能快速诱导形成愈伤组织和根的分化；TDZ显著抑制体细胞胚的形成且诱导获得的体细胞胚均停留在球形胚阶段：不利于体细胞胚的分化和发育。 3.对影响棉花组织胚胎发生的因素尤其是植物生长物质和糖源的作用研究表明： 2，4-D的添加有利于棉花胚性愈伤组织组织增殖，但不利于高效快速胚胎发生的诱导和体细胞胚的发育；GA抑制体细胞胚形成且不利于体细胞胚的成熟与萌发；其它7类生长素类和细胞分裂素类物质对体细胞胚形成均有促进作用，且依IBA、ABA、IAA、BA、KT、ZT、2-IP次序增强。培养初期选用30 g/L葡萄糖作糖源、后期选用30 g/L蔗糖作糖源有利培养成功。 4.对影响棉花胚性愈伤组织的因素研究结果表明：适宜于棉花胚性愈伤组织继代的周期为20～28天，培养基附加0.1 mg/L 2,4-D和0.1 mg/L ZT的改良MS培养基，在培养过程中添加2 g/L活性炭有利于提高棉花胚性愈伤组织的质量。 5.建立了适用于不同基因型的陆地棉栽培种棉花组织培养高效胚胎发生与植株再生体系。该体系有效地突破了棉花组织培养的基因型限制，提高了棉花组织培养的稳定性和植株再生率。利用该体系先后从我国棉花主栽品种中棉所12、13、16、17、19、24、29、30号、豫棉8号和泗棉3号等多个优良品种诱导获得再生植株。 6.将嫁接技术应用于棉花再生植株和转基因植株的移栽。嫁接移栽苗成活时间需要30～35天，而常规移栽需要70～80天，嫁接移栽比常规移栽缩短了一半时间，嫁接移栽苗成活率由常规移栽的48％提高到94.29％，该技术提高了移栽苗的质量和成活率，克服了再生植株移栽难的问题。 7.系统地对棉花组织培养中产生的畸形胚和异常苗进行了研究和分类。指出了造成畸形胚和异常苗的原因为外植体种类、培养基组成、培养方式和培养时间：提出了使畸形胚和异常苗发育或转化为正常苗的技术途径和方法；有效地提高了棉花组织培养的植株再生率。

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论文说明：缩略词表

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第一章绪论

1.1棉花组织培养研究的现状

1.1.1棉花胚珠培养及其应用

1.1.2体细胞培养及其应用

1.1.3原生质体培养

1.1.4花药培养

1.1.5茎尖培养

1.2棉花组织培养研究的发展方向和主要领域

1.2.1细胞工程

1.2.2离体发育生物学研究

1.2.3棉花细胞无性系变异的研究

1.3棉花组织培养发展过程中亟待解决的核心问题

1.3.1适用于广泛基因型的高效植株再生体系的建立

1.3.2适用于广泛基因型的高效转化体系的建立

1.4研究的目的和意义

第二章棉花体细胞胚的诱导发生、发育及其主要影响因素

2.1材料与方法

2.1.1棉花体细胞胚胎的直接诱导

2.1.2棉花体细胞胚胎快速诱导

2.1.3植物生长物质对体细胞胚胎发生及发育的影响

2.1.4糖源对棉花愈伤组织诱导、胚胎发生与发育的影响

2.2结果与分析

2.2.1棉花体细胞胚胎发生的直接诱导

2.2.2棉花体细胞胚的快速诱导

2.2.3植物生长物质对体细胞胚胎发生及发育的影响

2.2.4糖源对棉花愈伤组织诱导、胚胎发生与发育中的影响

2.3小结

第三章棉花组织培养植株的再生

3.1材料与方法

3.1.1体细胞胚发生类型的研究

3.1.2棉花愈伤组织诱导根分化、芽分化的研究

3.1.3棉花组织培养中异常苗的发生与转化研究

3.1.4棉花茎尖培养植株再生研究

3.1.5棉花优良品种组织培养高效胚胎发生和植株再生体系的建立

3.2结果与分析

3.2.1棉花体细胞胚发生类型的研究

3.2.2体细胞胚诱导根分化、芽分化及植株再生

3.2.3棉花组织培养中异常苗的发生与转化

3.2.4棉花组织培养中玻璃化苗的发生及其调控

3.2.5棉花组织培养植株再生的基因型

3.2.6棉花茎尖培养植株再生

3.2.7棉花优良品种组织培养高效胚胎发生和植株再生体系的建立

3.3 小结

第四章棉花组织培养再生植株的锻炼适应和移栽

4.1材料与方法

4.2结果与分析

4.2.1棉花再生植株常规移栽方法

4.2.2再生植株和转基因植株移栽的新方法(嫁接法)

4.3小结

第五章结论与讨论

参考文献

致 谢

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