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本研究以红姜(Hedychium coccineum Buch-Ham)、白姜(Hedychium coronarium Koen)、金姜(Hedychium gardnerianum)和黄姜(Hedychium flavum Roxb)四种姜花为试材,采用叶片、花丝、花柱、无菌苗茎尖薄片为外植体研究了姜花的离体培养,初步建立了姜花的组织培养再生体系。进一步以姜花的体细胞胚为材料,进行了体细胞胚的组织细胞学和遗传转化的研究。主要研究结果如下:
1.姜花愈伤组织的诱导、分化和成苗
以叶片、花丝、花柱、无菌苗茎尖薄片为外植体,对其愈伤组织的诱导及分化条件进行了研究。结果表明,诱导金姜大田叶片和组培苗叶片最适宜的配方分别是MS+BA0.5mg/L+2.4-D2.5mg/L和MS+BA0.5mg/L+2,4-D1.0mg/L;诱导白姜、红姜和黄姜花丝愈伤组织最适宜的培养基配方是MS+BA1.0mg/L+2,4-D4.0mg/L+NAA4.0mg/L,其中以这三种姜花未伸出苞片的小花花丝愈伤组织诱导率最高;诱导茎尖薄片愈伤组织时,在添加了相同植物生长调节剂的情况下,在MS、B<,5>、N<,6>上愈伤组织诱导率相差不大,但是B<,5>中的愈伤组织状态最好;花柱愈伤组织的诱导率均偏低。
愈伤组织的继代增殖培养中,红姜叶片愈伤组织适宜的配方是MS+BA0.5mg/L+2,4.D1.0mg/L,白姜花丝愈伤组织最适宜的配方是MS+BA1.0mg/L+NAA4.0mg/L,红姜茎尖薄片愈伤组织最适宜的增殖培养基是B5+IAA0.175mg/L+2,4-D4.0 mg/L+琼脂7g/L。在愈伤组织增殖的最适宜培养基上愈伤组织都呈现可分化的黄白色,颗粒状,较干爽等胚性愈伤组织的状态。
将得到的姜花茎尖薄片、花丝、叶片和花柱的胚性愈伤组织转接到成熟分化培养基中均能成功诱导产生不定芽和不定根的发生。对不定芽分化的结果分析表明,茎尖薄片和叶片产生的愈伤组织的绿芽分化率和再生频率较高于花丝和花柱;椰子汁和水解酪蛋白能增加姜花胚性愈伤组织绿芽分化率和再生频率,仅有红姜的花柱愈伤组织效果不明显。
以红姜茎尖薄片胚性愈伤组织为材料建立了胚性细胞悬浮系,并获得了再生植株。研究中,确定了最佳初始接种量为0.2g;将稳定的悬浮系细胞转接到B<,5>+NAA0.1mg/L的液体培养基中可看到大量悬浮系细胞转变成进一步成熟的体细胞胚,把这些体细胞胚转接到不添加任何植物激素的1/2MS培养基上可以分化成具有完整芽和根的再生植株。
2.姜花体细胞胚胎发生的组织细胞学研究
对红姜茎尖薄片和叶片、白姜花丝、金姜花柱和叶片诱导产生的不同培养时期的培养物进行体倍镜观察。发现它们产生的愈伤组织均呈黄白色,愈伤组织表面有大量半圆球突起。该愈伤组织从增殖培养基转接到分化培养基后,这些半圆球形的突起进一步形成圆形的球形胚,球形胚进一步分化可形成棒状,突尖状的一些突起,最后分化出芽和根。
组织细胞学观察表明,红姜花的体细胞胚胎发生,经历了原胚、球形胚、心形胚、子叶形胚等多个时期,这与合子胚的发育过程相似。
3.姜花遗传转化体系初探
成功构建了含有APD基因的pCAMBLA1300植物表达载体。潮霉素对红姜茎尖薄片和白姜花丝诱导出的体胚的有效筛选浓度分别是50mg/L和40mg/L。分别用含有pCAMBIA1303表达载体的EHA105、GV3101和LBA4404三种农杆菌对红姜茎尖薄片愈伤组织诱导出的体细胞胚进行侵染,确定了这三种农杆菌侵染姜花体胚最适宜的侵染时间均为15分钟。100mg/L的头孢霉素可以有效的抑制侵染后残余农杆菌的生长,而对外植体的生长影响不大。