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沟叶结缕草(Zoysia matrella[L.]Merr.)又名马尼拉,是一种优良的暖季型草坪草,广泛应用于我国南方大部分地区。沟叶结缕草在自然界中通过匍匐茎无性繁殖,无法用杂交育种等传统方法对其进行遗传改良,因此,体细胞无性系变异等生物技术在沟叶结缕草育种、抗逆性和观赏性状改良中有着重要作用。
本试验以继代了5年的沟叶结缕草匍匐茎诱导的胚性愈伤组织为材料,比较了不同培养温度(4℃和25℃)对愈伤组织胚性保存和再生的影响,不同辐射剂量(0、5、10、20、40、80、100、150、200、250、300 Gy)的60Coγ射线对愈伤组织生长再生的影响。同时,对愈伤组织进行了氯化钠(NaCl)和草甘膦(Glyphsoate)筛选,获得了少量抗性植株,并对这些植株的田间抗性进行了检测,对抗盐植株在NaCl胁迫下的抗氧化酶活性和脯氨酸含量变化进行了研究。
主要研究结果如下:
1.经过4℃培养后,愈伤组织再生速度减慢,因此6周后愈伤组织再生率显著低于25℃培养的愈伤组织。不同培养时间后,再生的外植体比率波动较大。前11个月中,具有再生能力的愈伤组织比率保持在91.7%-97.9%之间,与25℃条件下持平。只有当愈伤组织在4℃条件下培养了13个月后,具有再生能力的愈伤组织比率才显著下降至58.3%。当愈伤组织在4℃培养19个月后,所有愈伤组织都失去了再生能力。
2.当辐射剂量为20 Gy时,愈伤组织的具有再生能力的愈伤组织比率和再生率达到最高,分别为97.71%和27.08%。当辐射剂量为100 Gy时,10.42%的愈伤组织再生成了小苗。当辐射剂量≥150 Gy时,具有再生能力的愈伤组织比率和再生率都显著下降。
3.根系健全植株(NR)和去根植株(NN)在含0.3 M NaCl的再生培养基上培养6周后,株高和根长都显著低于普通再生培养基上培养6周的根系健全植株(CR)和去根植株(CN),表明NaCl显著抑制了试管苗叶片和根系的生长。CR和CN的植株存活率并不存在显著性差异,表明剪除根系对植株存活没有显著影响。CR和CN的存活率显著高于NR和NN,而NR的存活率又显著高于NN,表明0.3 M NaCl对植株的存活有显著影响,但是根系可以有效的减小NaCl对植株的伤害。NR和NN叶片的长宽比显著低于CR和CN,说明叶片在NaCl胁迫下变得粗短。
4.通过两轮愈伤组织NaCl筛选,有大约60%的愈伤组织存活下来。但是,仅0-100 Gy的每个辐射梯度有少数愈伤组织在含2.5 M NaCl的再生培养基上再生成了小苗。对0、5、10、20、40 Gy辐射组的再生植株,Ze1、Fv1、Te1、Tw1和Fr1进行了抗盐性测定,以未经过辐射处理和NaCl筛选的再生植株作为对照组(CK组)。在盐处理的第5天,CK组的叶片首先出现了枯黄的现象。盐处理结束后的第7天,Ze1、Fv1、Te1和Fr1组仅15,24,16和8%的叶片出现枯黄,而CK组56%的叶片都出现了枯黄。Ze1、Fv1、Te1和Fr1组的DGCI值(30.88、31.17、30.45和37.70)显著高于CK组(27.39%),Tw1组(25.82%)则和CK组不存在显著性差异。
5.正常生长条件下,不同植株的脯氨酸含量之间均不存在显著性差异,NaCl处理组和对照组的脯氨酸含量之比在0.94-1.09之间。盐处理后,CK、Ze1、Fv1、Te1和Fr1的NaCl处理组和对照组脯氨酸含量之比分别升高至5.95、3.12、2.78、1.84和3.45。Ze1对照组的SOD活性显著高于植株的对照组,其NaCl处理组的POD和CAT活性与对照组相比显著升高。Fr1的NaCl处理组的CAT活性与其对照组相比显著升高,并显著高于其他植株的NaCl处理组。
6.在两轮草甘膦筛选中,分别有43.5%和60%的愈伤组织存活了下来,并转移到了不含草甘膦的再生培养基上培养。8周后,将成功再生的小苗转移到添加了0.05 M草甘膦的再生培养基上。4周后,叶尖开始焦黄枯萎。8周后,抗草甘膦植株中,10%的叶片仍保持绿色,而对照组中,所有的叶片都枯黄或枯萎干瘪。在实验中我们还发现,有新的小苗从枯死的植株周围再生,部分茎节长出了根系,并伸长到培养基中。
7.喷施草甘膦2周后,对照组中,70%的叶片都发生了枯黄的现象,20%的叶片枯萎死亡,并且大都集中在草坪的下层。在抗草甘膦植株中,30%的叶片发生了枯黄现象,并且大都集中在植株11、12和13。喷施草甘膦4周后,对照组中,90%的叶片都枯萎死亡,但抗草甘膦植株中,枯黄的叶片量并没有继续增长,并且,植株31和32逐渐从草甘膦的伤害中恢复了过来。