植物体细胞胚胎发生的分子机制

植物细胞的全能性是指每个细胞均具有该植物的全部遗传信息,其离体组织或细胞在适当培养条件下具有发育成完整植株的潜能。植物体细胞胚胎发生是最能体现植物细胞全能性的一种方式,其在人工种子、单倍体育种、无性繁殖和种质保存等领域具有广阔的应用前景,其发生的机制也是基础研究领域的热点。近年来,随着技术的进步及研究的深入,植物体细胞胚胎发生的分子调控机制取得了重要进展。植物体细胞胚胎发生是一系列基因在时空顺序上表达调控的结果。本文系统综述了体细胞胚胎发生过程中激素及逆境胁迫信号转导、胚胎发育相关转录因子、胞外蛋白和表观遗传调控的作用,并对本领域未来的研究重点及方向进行了展望。

植物激素对棉花体细胞胚胎发生的诱导及调节作用

选用11种激素研究了外源激素对棉花胚性愈伤组织增殖、胚胎发生和发育的调控作用。结果表明不同激素对棉花胚性愈伤组织增殖、胚胎发生与发育的影响不同。除2,4-D和BA对棉花胚性愈伤组织的增殖影响不大外,其他激素对棉花胚性愈伤组织的增殖均具有抑制作用,且具有一定的时间效应,同时还受基因型的影响。激素对棉花体细胞胚的形成和发育的影响极大,2,4-D既抑制了体细胞胚的形成,又抑制了体细胞胚的发育;TDZ的作用与2,4-D相似,显著抑制了体细胞胚的形成,且诱导获得的体细胞胚均停留在球形胚阶段;GA也抑制了体细胞胚的形成,且不利于体细胞的成熟与萌发;BU-30对棉花体细胞胚形成与发育的影响不大。其他7类生长素类物质和细胞分裂素类物质对棉花体细胞胚的形成均具有促进作用,且依IBA、ABA、IAA、BA、KT、ZT、2iP序增强,其总胚数为对照的1.193-3.852倍;其中2iP的促进作用最大,可使产生的体细胞胚数提高2.852倍。

植物激素对体细胞胚胎发生的诱导与调节

以作者自己的工作为背景，结合国内外近几年的有关报道，综述了几种外源和内源激素对植物体细胞胚胎发生的诱导与调节作用。外源生长素和细胞分裂素是诱导离体培养细胞分化与增殖所必需的，2,4－D是诱导胚性愈伤组织的重要激素。在体细胞胚胎发生中内源激素含量和代谢的平衡起着关键的作用，而且外源和内源激素对诱导体细胞胚胎发生起相互调节作用。ABA在提高体细胞胚胎发生频率和质量上具有重要作用，同时，外源与内源ABA对体细胞胚胎发生起相互促进作用。本文还较为深入地讨论了这些激素诱导体细胞胚胎发生的可能作用机制。

杂交鹅掌楸体细胞胚胎发生研究

以杂交鹅掌楸幼胚为外植体 ,进行体细胞胚胎发生研究。比较了亲本基因型、发育阶段、培养条件、生长调节物质和渗透压等对体细胞胚胎发生的影响。结果表明 :在以 1 2MS培养基为基本成分 ,添加 2 0～3 0mg·L- 1 2 ,4 -D的培养基上能够成功诱导胚性愈伤组织。以蔗糖为渗透剂 ,提高渗透压有利于体细胞胚胎发生 ;以MS为基本培养基附加ZT 1 0～ 4 0mg·L- 1 对体细胞胚胎诱导最有效 ;ABA的使用能有效控制畸形胚的产生 ;基因型。

百合体细胞胚胎发生和植株再生

以切花百合(Lilium)品种‘黄天霸’(‘Manissa’)花器官为外植体诱导体细胞胚胎发生与植株再生。结果表明,不同花器官、不同激素配比对愈伤组织形成均具有显著影响。花丝为最佳外植体,激素对愈伤组织诱导的影响效应为NAA>6-BA>2,4-D,最适培养基为MS+1.0 mg.L-1NAA+0.2 mg.L-16-BA;激素诱导体细胞胚胎发生的影响效应为2,4-D>KT>6-BA,最佳培养基配方为MS+1.0 mg.L-12,4-D+0.2 mg.L-1KT+1.0 mg.L-16-BA;MS培养基添加IBA可促进体细胞胚萌发成苗,体细胞胚芽成苗的最佳培养基为MS+0.2 mg.L-16-BA+1.0 mg.L-1IBA。

刺五加的体细胞胚胎发生研究

目的用不同质量浓度2,4-D和外植体类型对刺五加体细胞胚胎诱导进行研究,为刺五加的资源保护和遗传工程提供理论依据。方法以刺五加的萌发3周幼苗和层积处理种子合子胚的胚根、下胚轴和子叶为外植体,考察不同激素对刺五加体细胞胚胎发生的影响。结果来自层积处理种子合子胚的外植体接种于附加0.5 mg/L2,4-D的MS或1/2MS培养基中体细胞胚胎诱导率(57.1%)和数量(3.3)最高。体胚在原培养基中即可发育成熟,转入降低2,4-D质量浓度的培养基后更有利于新体胚的产生和原有体胚的成熟。刺五加体胚的发育历程与合子胚相似。结论刺五加可以通过来自合子胚的外植体实现体细胞胚胎发生,体胚诱导率取决于2,4-D质量浓度和外植体的发育程度。

大白菜游离小孢子培养胚胎发生中的加倍机制

利用Leica体视显微镜,DAPI荧光染色观察比较大白菜小孢子正常发育为成熟花粉粒与游离小孢子培养胚胎发生细胞核的分裂方式,探讨大白菜游离小孢子培养胚胎发生及其自然加倍的机理。观察结果显示以B途径为主要发育途径的大白菜小孢子,胚胎发生的启动机制是热激诱导下单倍体小孢子体积膨大,染色体发生自然加倍,从而激发小孢子进入孢子体发育途径;大白菜小孢子胚再生植株具有较高的自然加倍率,这与小孢子培养热激诱导激发小孢子单核自然加倍为二倍体密切相关。

大豆体细胞胚胎发生与农杆菌介导的遗传转化

以55个大豆基因型未成熟子叶为外植体,用高浓度2,4 D诱导大豆体细胞胚胎发生与植株再生,并对生产上种植面积大、体细胞胚胎发生率高的大豆基因型用农杆菌介导法进行遗传转化。结果表明,东北地区主栽的大豆基因型中有14个基因型体细胞胚胎发生率超过40%。用含有pGBI121S4ABC质粒的LBA4404农杆菌侵染5个东北地区主栽大豆基因型的2147个未成熟子叶,经卡那霉素筛选得到17株抗性株。经PCR、PCR Southern检测,有12株呈阳性反应,证明Bt基因已导入到大豆中。

陆地棉体细胞胚胎发生与植株再生

利用陆地棉品种下胚轴为外植体进行体外培养研究。激素和品种是影响愈伤诱导和胚胎发生的主要因素。去除激素后胚性愈伤在固体培养基上只能形成少量的成熟胚。悬浮培养是获得大量成熟胚的中间步骤。悬培两周后,悬培物转到固体培养基上促进胚状体成熟,30—60目之间的悬培物比大于30目的悬培物易形成成熟胚。KT 0.1ppm、Zea 0.1ppm分别有效地促进了胚状体成熟。活性碳250mg/L、NAA 0.1ppm、IBA 0.1ppm和IAA 0.1ppm能使胚状体萌发并健壮生长。目前已得到100多株幼苗,大苗已达八片真叶。

杂交鹅掌楸体细胞胚胎发生的扫描电镜观察

利用电子扫描显微镜(SEM)对杂交鹅掌楸体细胞胚胎发生发育途径进行观察研究。结果表明,非胚性愈伤组织和胚性愈伤组织在表面结构上存在着明显的差异。胚性愈伤组织细胞体积较小,大小均一,多以细胞团形式存在,呈球形;非胚性愈伤组织细胞体积较大,不易成团,细胞之间孔隙较多。胚性细胞迅速增殖,其中一些细胞形成体胚的原始细胞,依次经历球形胚、心形胚、鱼雷胚和子叶胚发育成完整植株,在体胚发育过程当中保持较好的同步性和独立性。杂交鹅掌楸组织培养产生的胚状体具有明显的两极性和相对的独立性,体细胞胚尤其是成熟体胚与愈伤组织结合较松,易自行脱落。

棉花体细胞胚胎发生和植株再生的影响因素

对影响棉花体细胞胚胎发生和植株再生的基因型、外植体及培养基中的碳源、氮源、固化剂、外源激素、pH值等方面的因素进行了综述,并讨论了存在的问题及今后的研究方向。

结球甘蓝游离小孢子胚胎发生

以结球甘蓝品种“强夏”为材料进行游离小孢子培养,对与胚胎发生关系密切的因子进行探讨。研究结果表明,在盛花前期取材最适宜;单核晚期至双核期的小孢子才能发育成胚状体;含17%蔗糖的培养液在培养初期有利于小孢子存活;培养3 d后胚胎诱导则以14%蔗糖浓度为最好;高浓度(17%)蔗糖培养3 d后添加低浓度(11%)蔗糖培养液能大大提高胚胎发生能力,比一直在14%蔗糖培养液培养的提高282.4%,比更新培养液培养的提高126.1%。

外源激素对棉花体细胞胚胎发生及发育的调控作用

选用 1 1种激素研究了外源激素对棉花胚性愈伤组织增殖、胚胎发生和发育的调控作用。结果表明 ,不同激素对棉花胚性愈伤组织增殖、胚胎发生与发育的影响不同。除 2 ,4- D和 BA对棉花胚性愈伤组织的增殖影响不大外 ,其它激素对棉花胚性愈伤组织的增殖均具有抑制作用 ,且具有一定的时间效应 ,同时还受基因型的影响。激素对棉花体细胞胚的形成和发育的影响极大 ,2 ,4- D既抑制了体细胞胚的形成 ,又抑制了体细胞胚的发育 ;TDZ的作用与 2 ,4- D相似 ,显著抑制了体细胞胚的形成 ,且诱导获得的体细胞胚均停留在球形胚阶段 ;GA也抑制了体细胞胚的形成 ,且不利于体细胞胚的成熟与萌发 ;4BU- 30对棉花体细胞胚形成与发育的影响不大。其它 7类生长素类物质和细胞分裂素类物质对棉花体细胞胚的形成均具有促进作用 ,且依 IBA、ABA、IAA、BA、KT、ZT、2 i P次序增强 ,其总胚数为对照的 1 .1 93～ 3.852倍 ;其中 2 i P的促进作用最大 ,可使产生的体细胞胚数提高 2 .

甘蓝型油菜离体小孢子胚胎发生能力的遗传分析

对一套甘蓝型油菜６×６半双列杂交组合和１个Ｆ_２群体进行了离体小孢子培养。不同基因型 （组合）间产胚率差异极显著，小孢子产胚率的广义遗传力为０．８５。Ｆ_１小孢子产胚率具有明显的杂种优 势，平均优势率为１０．５２％。小孢子产胚率的一般配合力和特殊配合力方差均达到极显著。根据一般配 合力的大小，可将供试亲本分为高和低配合力两类，由两个高一般配合力产生的组合也具有较高的产 胚率和较高的特殊配合力。Ｆ_２分离群体单株小孢子产胚率呈连续变异，从Ｆ_２群体中获得了一些具有 较好培养反应的单株（产胚率＞５０胚／蕾）。基因型间小孢子胚一次性成苗率存在明显差异，其变幅为 １１．５％～６１．５％。

不同激素诱导陆地棉体细胞胚胎发生的效应

以陆地棉品种“珂字201”为材料,研究了基本培养基中添加多种激素对体细胞胚胎发生的影响。IAA、2,4-D 与 KT 并用时,IAA 最易诱导胚胎发生,2,4-D 最差。新型植物激素BR 与2,4-D 并用时,可使难以诱导胚胎发生的品种“河南79”胚胎发生。同一种激素,用量不同效果不同,以10^(-2) ppm2,4-D、10^(-1) ppmKT 和10^(-2) ppmBR 最适于胚胎发生。用量增加抑制胚状体产生。

香根草体细胞胚胎发生的细胞学特点与形成条件

香根草是一种优良的生态环境治理植物 ,但也存在着一些局限性。为了对香根草进行遗传改良 ,选育出性状更优、抗性更强的新品种 ,开展了香根草离体培养研究。离体培养采用了两种外植体 ,一是带腋芽的节 ,二是由器官发生方式所产生的无菌不定芽。基本培养基为 MS,根据不同的目的附加不同种类或配比的生长素与细胞分裂素。观察到香根草的外植体的离体发育途径 ,有器官发生和体细胞胚胎发生两种 ,依培养基中所含细胞分裂素或生长素的种类和用量不同而异。结果表明 ,香根草的这两种离体发育途径的植株再生能力均可以长期保持。细胞学的研究显示 ,香根草离体发育的启动可在外植体的表皮细胞或薄壁细胞中进行 ,这些细胞逐渐发育成为胚性细胞。胚性细胞分裂活跃 ,经二细胞、四细胞而发育成为多细胞的胚性细胞团。由显微观察可知 ,香根草的体细胞胚胎发生是单细胞起源的 ,成熟的体细胞胚具有单子叶植物典型的胚胎结构。在分化培养基的作用下 ,体细胞胚组织上所有的胚状体可以出芽而形成再生植株。所建立的香根草体细胞胚胎发生的植株再生体系 ,完全适用于遗传转化等生物工程方法对离体培养要求。此外 ,还观察到一些一般只有在双子叶植物才出现的鱼雷形体细胞胚 ,这是体细胞胚胎发生中的异常现象。认为这种异常胚?

悬铃木体细胞胚胎发生及植株再生

以叶片为材料 ,研究了悬铃木的体细胞胚胎发生及其植株再生。结果表明 ,悬铃木幼苗叶片在WPM +0 1mg·L- 1 IBA +5 0mg·L- 1 BA培养基上的愈伤组织诱导率和胚性愈伤组织诱导率分别为 10 0 %和 89 1% ;2 5℃的温度有利于胚性愈伤组织在WPM +0 5mg·L- 1 BA培养基上进行体细胞胚胎发生 ;黑暗低温处理 (10℃ ) 3d不但可以促进体细胞胚胎的发生过程 ,而且可以提高其发生频率。

早熟棉体细胞胚胎发生和植株再生体系的建立

以8个早熟或特早熟棉花为材料,通过不同激素组合(1.0 mg/L IBA+0.5 mg/L KT;0.1 mg/L 2,4-D+0.1 mg/L KT)诱导其愈伤组织,为早熟棉花的遗传转化以及基因功能研究奠定基础.结果表明,2种激素组合均能诱导产生4种主要类型的愈伤组织:淡黄色颗粒状愈伤组织,褐化的愈伤组织,翠绿致密的愈伤组织,疯长型愈伤组织.4种愈伤组织转入增殖培养基中前2种愈伤组织能够分化出胚性愈伤组织,胚性愈伤组织再转到分化培养基上培养能够产生胚状体,即体细胞胚;体细胞胚进一步发育成为再生小苗.用该组织培养再生系统,成功地使晋棉5号、中棉27号和辽棉10号等3个早熟棉品种在5～7个月内通过体细胞胚胎分化获得再生小苗.

棉花组织培养直接胚胎发生和植株再生

选用陆地棉(GossypiumhirsutumL.)品种中棉所12,首次直接诱导获得棉花体细胞胚胎发生,并获得了再生植株。结果表明,激素是影响棉花体细胞胚胎直接发生的重要因素,单独使用ZT可直接诱导获得棉花胚性愈伤组织和胚状体,2,4-D的添加虽有利于愈伤组织的形成,但却没能直接诱导获得胚性愈伤组织,IAA的添加削弱了ZT的诱导效果。下胚轴、子叶和胚根直接诱导获得胚胎发生的能力不同,其中以子叶的分化能力最强,胚根次之,下胚轴较差。实验中,棉花体细胞胚胎直接发生的最高频率为11.42%,占诱导获得总愈伤组织的44.44%。