細枝木麻黃再生體系及農(nóng)桿菌介導遺傳轉化研究.pdf

1、細枝木麻黃（Casuarina cunninghamiana Miq.）是我國木麻黃沿海防護林重要的三大樹種之一，能夠抗干旱、耐瘠薄、耐鹽堿，具有速生、抗風、生物固氮等特點，廣泛應用于沿海沙地和造林困難立地的固氮改土、防風固沙、鹽堿地改良和建立農(nóng)林復合系統(tǒng)，是熱帶、亞熱帶地區(qū)具有多用途的造林先鋒樹種，也是薪炭和造紙等多用途樹種。近些年來，由于為獲得經(jīng)濟價值而追求木材產(chǎn)出，長期使用少數(shù)幾個木麻黃無性系造成木麻黃防護林遺傳多樣性狹窄且防護能

2、力降低。同時，開采濱海鋯鈦礦、圍堤養(yǎng)殖等因素加劇了沿海土地沙化和鹽堿化，使木麻黃人工林出現(xiàn)明顯衰退現(xiàn)象，影響當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和危及生態(tài)安全。因此，選育和創(chuàng)制適合新環(huán)境下的木麻黃抗逆新材料或新品種，對現(xiàn)有木麻黃材料進行更新和替換，成為當前木麻黃研究的重點任務。
　　本文以細枝木麻黃為材料，建立細枝木麻黃愈傷組織再生體系和根癌農(nóng)桿菌介導的遺傳轉化體系，篩選了3個細枝木麻黃無性系材料，并進行外源基因轉化研究，研究旨在構建細枝木麻黃轉基因研究

3、體系，為木麻黃基因工程育種提供技術平臺。同時，為今后細枝木麻黃基因功能研究和表達分析奠定基礎。本研究主要結論如下：
　　1）以細枝木麻黃平潭3號無菌實生苗上胚軸為起始外植體，研究了植物生長調(diào)節(jié)劑、蔗糖、pH值、AgNO3等因素對細枝木麻黃愈傷組織的誘導、增殖培養(yǎng)及愈傷組織芽分化和芽伸長生長的影響。結果表明：MSC+0.54μmol/L NAA+3.30μmol/L BAP+30 g/L蔗糖及pH值為5.9是細枝木麻黃愈傷組織誘導培

4、養(yǎng)的最佳培養(yǎng)基配方，培養(yǎng)1 mon能夠獲得94％以上的愈傷組織誘導率和愈傷組織大小直徑均值達到4.42 mm。在此培養(yǎng)基上愈傷組織增殖培養(yǎng)2 mon，通過進一步改良培養(yǎng)基（添加1 mg/L AgNO3和降低NAA濃度至0.27μmol/L）后繼續(xù)培養(yǎng)2 mon，能夠獲得愈傷組織芽分化率47.5%、平均愈傷組織再生芽數(shù)27.38個和平均愈傷組織芽（芽長≥2 cm）數(shù)4.75個。獲得的再生芽經(jīng)過含25μmol/L NAA的MSC液體培養(yǎng)基處

5、理3 d，生根培養(yǎng)1 mon后能夠獲得92%的出根率，通過溫室煉苗并移栽4周后，再生植株成活率達到80%以上。愈傷組織芽分化過程的掃描電鏡和石蠟切片觀察分析結果表明：芽分化是由胚性細胞形成的胚性愈傷組織分化而來，形成的胚狀體數(shù)量多，繁殖系數(shù)大。
　　2）以細枝木麻黃平潭3號無菌實生苗上胚軸為受體材料，通過卡那霉素濃度、頭孢霉素濃度、共培養(yǎng)時間、侵染菌液濃度、以及添加乙酰丁香酮等因素試驗，探討其對遺傳轉化效率的影響，建立農(nóng)桿菌介導的

6、細枝木麻黃遺傳轉化體系。研究發(fā)現(xiàn)：愈傷組織誘導篩選培養(yǎng)時卡那霉素工作濃度為20 mg/L和愈傷組織增殖和芽分化篩選培養(yǎng)工作濃度為50 mg/L，能夠有效抑制非轉化材料的生長；頭孢霉素工作濃度為200 mg/L是細枝木麻黃遺傳轉化研究作為脫菌劑使用的最佳濃度；共培養(yǎng)時間5 d、侵染液濃度OD600nm為0.2和添加乙酰丁香酮50μmol/L時，能夠獲得88.89%的瞬時遺傳轉化率和40.66%的gus基因瞬時表達率。
　　3）以根癌

7、農(nóng)桿菌菌株 C58C1（載體質粒 pBIN35GUSINT）介導細枝木麻黃平潭3號無菌實生苗上胚軸進行遺傳轉化，通過各階段的抗生素篩選培養(yǎng)，成功獲得一些轉gus基因植株，對5個轉基因植株樣品進行分子生物學鑒定結果表明：PCR檢測 T-DNA區(qū)gus（uidA）、nptⅡ基因、以及Vir區(qū)virD1基因顯示gus基因已成功轉入到這5株植株當中，PCR產(chǎn)物測序驗證轉入的基因序列是目的基因序列，進一步通過Southern blot雜交分析，均

8、能雜交出條帶，表明目的基因成功整合到細枝木麻黃植物基因組DNA中。對細枝木麻黃轉基因植株及對照植株進行接種Frankia試驗均能正常結瘤，結果表明細枝木麻黃基因遺傳轉化后沒有改變植株與Frankia共生特性，轉基因植株產(chǎn)生的根瘤經(jīng)gus組織化學染色結果表明基因成功在根瘤組織中表達。
　　4）以細枝木麻黃平潭3號實生苗為材料，通過苗期選擇獲得3個具有高生長優(yōu)勢的無性系PT3-1、PT3-2和PT3-3，愈傷組織芽分化頻率分別為48.