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红掌(Anthurium andraeanum)是观赏价值很高的温室花卉,在花卉商业生产中占有重要地位。红掌夜间生长适温为18-20℃,白天为25℃左右。在夏季,若夜间室温度超过25℃或白天室内温度超过30℃时,或在冬季,若夜间室温度低于12℃或白天室温低于18℃时,其生长受到严重影响,观赏价值也随之下降。为此,在夏季期必须采取人为降温措施,而在冬季则必须人为进行加温,使得室内温度适宜红掌的生长。然而,降温和加温措施都显著地增加了红掌生产成本。因此,筛选、培育耐高温和低温的红掌新品种对于降低生产成本具有有巨大的经济价值。近年来,通过导入DREB基因,从而改良作物的抗逆性,已经在许多农作物中获得成功,但利用DREB基因转红掌的研究还未见报道。为此,本文对红掌高效再生体系进行了研究,在此基础上开展了红掌‘Sonate’品种的转CmDREB的基因研究。具体研究结果如下:
1.红掌高效再生体系的建立
以9个红掌品种的叶片为外植体,构建起再生体系,比较不同品种的叶片再生能力。结果表明,只有4个品种能产生愈伤组织。在75%乙醇消毒30 s和0.1%升汞消毒5 min的条件下,这4个品种外植体污染率为0。暗培养可有效抑制红掌诱导愈伤组织褐化,在改良1/2 MS(NH4NO3的含量降低到1/4)+1 mg/L6-BA+0.1 mg/L2.4-D+100 mg/LVc对红掌诱导愈伤组织较好。
此外,以红掌品种‘Sonate’无菌组培苗的叶片、叶柄和茎段为外植体,研究了不同外植体的愈伤组织再生和分化过程,并对诱导培养基进行筛选。结果表明茎段作为外植体诱导愈伤组织效果最好;最佳诱导培养基是1/2MS+1.0 mg/L6-BA+0.1 mg/LIBA,再生率90%;最佳生根培养基是1/2MS+0.5 mg/L IBA,生根率96.2%。
2.根癌农杆菌介导的遗传转化体系的建立
以红掌品种‘Sonate’试管苗的愈伤块为试材,对预培养、农杆菌侵染时间、共培养时间、延迟培养时间、诱导物、筛选方式、抑菌方法等与遗传转化相关的参数进行了研究,建立的最优转化体系为:以无菌苗愈伤快作为转化受体,预培养7d,菌液OD600为0.4时侵染10 min,25℃黑暗条件共培养3d,延迟培养5d。利用此体系进行了稳定的遗传转化。另外,在共培养基中添加诱导物乙酰丁香酮(Acs)能抑制愈伤褐化,有利于转化。红掌愈伤块对潮霉素十分敏感,浓度为8 mg/L时就部褐化,因此本试验中确定叶盘分化选择压为5~8 mg/L,幼苗生根选择压为6 mg/L。抑菌抗生素(头孢霉素)对红掌愈伤块再生具有强烈抑制作用,500 mg/L头孢霉素在有效抑制根癌农杆菌生长的同时也抑制了不定芽的再生,降低到400 mg/L时可获75%的再生率,但抑菌效果不显著,采用逐步降低抑菌素浓度的方法,即在延迟培养阶段使用500 mg/L彻底脱菌,之后降为400mg/L、300mg/L、200mg/L抑制农杆菌滋生取得了较好效果,有效地提高了转化效率。
3.红掌抗性芽的筛选、植株再生和检测
抗性芽筛选过程中,首先选用延迟筛选的方法将受侵染愈伤块置于1/2 MS+1.0mg/L6-BA+1.0 mg/LIBA+500 mg/LCef+100μmol/LAcs培养基上延迟培养5d,之后转入筛选培养基1/2 MS+1.0 mg/L6-BA+1.0 mg/L IBA+400 mg/LCef+100μmol/LAcs培养至诱导出抗性芽,然后将块转入1/2 MS+1.0 mg/L6-BA+1.0 mg/L IBA+5mg/L Hyg+300 mg/L Cef+100μmol/L Acs培养基继续筛选,到抗性芽生长到1 cm,切取带有抗性芽点的愈伤块转入零选择压的诱导分化培养基1/2 MS+1.0 mg/L6-BA+1.0 mg/L IBA使抗性芽恢复生长,待不定芽长到3 cm左右时,切取不定芽转入生根筛选培养基1/2 MS+0.1 mg/L IBA+6 mg/L Hyg进行生根筛选。将生根筛选获得的部分抗性单株(54株)进行潮霉素磷酸转移酶基因(HPT)的PCR鉴定,初步获得了11株转基因阳性植株。