LED光源对非洲菊离体培养及光响应基因表达的影响

摘要

光谱和不同的 LED光的变化可以引起不同植物的生长发生变化。本研究的目的在于研究不同的 LED光质对非洲菊离体培养及光响应基因表达的影响。　　1.LED光源对非洲菊体外培养的影响　　1.1 LED光源对非洲菊愈伤组织诱导的影响。本试验研究2,4-D(2,4-二氯苯氧乙酸)和LED对非洲菊愈伤组织生长的影响。将叶柄和外植体接种于添加3％蔗糖和0.5,1.0,1.5或2.0 mg/L2,4-D的MS培养基中，置于LED白光和黑暗下处理，诱导出愈伤组织。以叶柄为外植体时，愈伤组织诱导率、大小、鲜重和干重均较高效。添加了1.5 mg/ L2,4-D的MS培养基对愈伤组织诱导效果最好，诱导率达96.70％。在光下诱导的愈伤组织生长量较大。研究结果表明，1.5 mg/ L的2,4-D和光对以叶柄为外植体诱导非洲菊愈伤组织效果更好。　　1.2 LED光源对非洲菊组培芽苗增殖的影响。不同光照强度和光质处理下，在添加2.0 mg/L BA(苄基-6-腺嘌呤)和0.1 mg/ L NAA(萘乙酸)的 MS培养基上进行芽增殖培养比较。不同光照强度处理包括：低荧光(L-FL，2.664 lux），高荧光(H-FL，92.5 lux）;低白色LED(L-W，2.664 lux）和高白色LED(H-W，92.5 lux)。光质处理包括：由蓝(B)和红(R)LED（2.664 lux），以荧光灯作为对照(FL)。研究结果表明，蓝光LED(B-LED)和低强度白光（L-W）处理下，组培苗生长旺盛，株高较短，茎更加强壮，叶干重最大。　　1.3 LED光源对非洲菊芽苗生根的影响。以添加0.5 mg/L NAA的1/2MS为生根培养基，将接种芽苗置于不同光照强度和光质下处理。不同光照强度比较，采用高(92.5 lux)和低强度(2.664 lux)的荧光灯和L-W对小苗进行处理；不同LED光质比较，在2.664 lux下，以蓝色（B-LED）和红色（R-LED）LED光源处理，荧光灯作为对照(FL)。结果表明，低光照强度下 L-W更适合生根；蓝色LED光质下根的生长状态最好。　　2.LED光源对组培苗生理生化变化的影响。在添加2.0 mg/L BA和0.1 mg/L NAA的MS培养基上进行芽增殖培养。将组培苗置于不同光质和光照强度下处理，以B-LED和R-LED为光质处理，光照强度为2.664 lux，荧光灯用作对照(FL)。采用高(92.5 lux)和低(2.664 lux)的荧光灯和L-W对其进行处理。分析了叶绿素荧光、叶绿素含量、气孔密度和可溶性糖等指标的变化。结果表明：低光照强度时，L-W下植株?PSII、Fv/Fm和qP最高。R LED处理下，植株中ΦPSII、Fv/ Fm和 qP有所减少。然而，B-LED有利于提高?PSII、Fv/ Fm和qP。L-W和B-LED有利于叶绿素合成和可溶性糖的积累。在B-LED和L-W下，叶片气孔较小、叶面积较大，这可能对叶片气孔开放有重要影响。　　3.非洲菊光响应基因的克隆以及生物信息学分析。以荧光灯下培养的组培苗为材料，采用转录组数据结合RT-PCR的方法，进行了CRY1、CRY2和PHYA等光响应相关基因的克隆，获得了具有完整ORF的CRY1、CRY2和PHYA的cDNA序列，长度分别为2020 bp,2005 bp和3763 bp。它们的登录号分别为KY968644, KY968645和 KY964410。生物信息学分析结果表明：CRY1、CRY2的蛋白理化性质较为相似，均属于稳定的沁水性蛋白，CRY1, CRY2和 PHYA属于跨膜蛋白，可能分别定位于细胞核、细胞质、线粒体。CRY1和 CRY2拥有相同的结构域FAD，但是PHYA却属于BAES超级家族。　　4.非洲菊组培苗光响应基因的表达的qPCR分析。将组培苗置于不同光强和光质的处理下，进一步对其CRY1,CRY2以及PHYA基因的表达进行分析。所有光照处理下的非洲菊中，都能检测到CRY1和CRY2的表达。与其它的光处理相比，弱光强度下茎、叶、根中 CRY1的相对表达量较高。L-W的茎和叶中相对表达量是最高的，其次是 H-W。弱光强度下，L-W的叶和茎中 CRY2基因的相对表达量最高，其次是 H-W。高强度荧光灯下CRY2基因在根中的表达量较高。然而，在B-LED条件下，CRY1的相对表达量在叶，茎和根中的表达量最高。另一方面，已经发现 B-LED条件下的叶和茎中的CRY2基因是高表达的。　　在本研究中，试验中外植体的不同，2,4-D的浓度以及光条件的差异会导致愈伤组织重量和诱导的差异。不同处理条件下植株的生长与基因的相对表达量具有相关性。红色 LED（R-LED）以及高光强导致低水平的叶绿素、可溶性糖、根活性、?PSII、qP、Fv/Fm，表明该条件对非洲菊的根、叶、茎的生长以及干重累积不利。L-W和蓝色 LED(B- LED)有利于非洲菊组培苗的生长，能够提高了 CRY1和 CRY2的相对表达量。总之，本研究结果表明，弱光强的B-LED以及L-W更有利于非洲菊植株生长，可为非洲菊组培及栽培的光质调控提供科学依据。

目录

声明

ABBREVIATIONS

LIST OF FIGURES

LIST OF TABLES

CHAPTER 1 INTRODUCTION

1.1 Gerbera

1.2 Effects of light on plant growth

CHAPTER 2 EFFECTS OF LED LIGHT ON IN VITRO CULTURE OF GERBERA

2.1 Effects of LED light on Callus induction of gerbera

2.2 Effects of LED light on shoot proliferation of gerbera plantlets

2.3 Effects of LED light on root formation of gerbera plantlets

CHAPTER 3 EFFECTS OF LED LIGHT ON PHYSIOLOGICAL AND BIOCHEMICAL CHANGES OF GERBERA PLANTLETS

3.1 Materials and Methods

3.2 Results

3.3 Discussion

CHAPTER 4 GENE CLONING AND BIOINFORMATICS ANALYSIS OF LIGHT RESPONSIVE GENES IN GERBERA

4.1 Materials and Methods

4.2 RESULTS

4.3 Discussion

CHAPTER 5 EXPRESSION OF LIGHT RESPONSIVE GENES IN GERBERA

5.1 Materials and Methods

5.2 RESULTS

5.3 Discussion

CHAPTER 6 CONCLUSION AND OUTLOOK

参考文献

APPENDIX

PAPER PUBLICATION

致谢