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大豆含有丰富的蛋白质、脂肪、矿物、维生素及对人体健康有调节作用的活性成分,是人类最重要的植物性蛋白质来源作物。但由于大豆喜温,对温度敏感,在我国南方地区种植常遭受寒潮的侵袭,气温的骤然下降严重影响南方大豆的产量和品质,限制了我国南方地区大豆的种植和生产。因此,培育抗寒大豆品种对提高我国南方大豆的品质和产量将有重要的意义。本研究以表达质粒pCAMBIA3301为载体骨架,将来源于Budworn(一种磷翅目昆虫)的抗冷冻蛋白基因afp为目的基因,通过农杆菌介导法遗传转化大豆,获得了转化植株。本研究的主要结果如下:
1.构建了大豆表达载体pCAAFP66。从表达质粒pCAMBIA3301酶切去除载体上的gus报告基因,从质粒pTHP5酶切获得抗冷冻蛋白基因afp,经过连接酶连接获得大小为9868bp的表达载体pCAAFP66,该载体带有afp基因和筛选标记基因bar。
2.采用热激法将表达载体pCAAFP66转入根癌农杆菌EHA105菌株中,获得农杆菌工程菌。
3.以大豆品种华春3号和华春6号作为实验材料,通过农杆菌介导大豆子叶节进行遗传转化。并从6-BA对出芽率的影响、芽诱导草胺磷(PPT)浓度筛选方式等方面优化了大豆植株再生体系。结果表明,在大豆萌发阶段添加0.5mg/L6-BA时,子叶节外植体平均出芽数和出芽率都最佳;芽诱导PPT浓度筛选方式中,其中浓度梯度筛选方式出芽率明显提高,但到后期的筛选复杂,而整个芽诱导过程采用4mg/LPPT作为筛选浓度,出芽率仅为25%。最后,子叶节在诱导后期出现外植体严重膨大现象,诱导出的大部分为叶片器官,少量诱导的芽在伸长阶段也难以拔高,最终黄化死亡,未获得抗性植株。
4.以大豆品种华春3号和华春6号作为实验材料,通过农杆菌介导大豆胚尖进行遗传转化。并对大豆种子水浸泡时间、培养基琼脂使用量、预培养时间、农杆菌浓度、抗性苗的切除方式等方面进行优化研究。确定最佳浸泡时间为16-18h,共生培养基中添加8g/L琼脂,其他培养基添加8.8g/L琼脂,预培养时间为28h,农杆菌侵染浓度OD600为0.5。胚尖外植体经抗性筛选、生根、移栽土壤培养获得8株华春3号和2株华春6号,对T0代转基因植株进行PCR鉴定结果显示,有6株华春3号和1株华春6号呈现阳性反应,转化率分别为3.7%和0.67%。
5.以大豆品种华春6号作为实验材料,通过农杆菌介导大豆下胚轴进行遗传转化。确定PPT筛选压力为1.0mg/L。筛选3星期后,162个外植体中有14个抗性外植体,经生根培养获得7株抗性植株,初转化率为4.32%。