多叶苜蓿悬浮培养系的建立及其影响因子和耐热性的研究

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多叶苜蓿(Multifoliolate Alfalfa)是一种品质优良的苜蓿种质材料,随着研究者对多叶苜蓿研究的不断深入,其越来越多的生产利用价值被发现,比如多叶苜蓿营养价值比三叶苜蓿更高、适口性更强等。本研究通过探索多叶苜蓿悬浮细胞系建立的最适条件及其影响因子的研究,试图为快速高效的获得多叶苜蓿植株,多叶苜蓿突变体植株的筛选以及更加全面的从细胞层面研究分析多叶苜蓿生长发育、生长特性和品质、产量特性提供可能。  此外,在建立高效的多叶苜蓿悬浮细胞系的基础上,进一步进行多叶苜蓿悬浮细胞耐热性的研究,探索高温对多叶苜蓿悬浮培养的影响,这为研究多叶苜蓿细胞对热胁迫的反应和适应性的生化机制提供了理论依据,也为筛选出适合江淮地区种植的耐热性多叶苜蓿种质提供了可能。  本实验以多叶苜蓿品种飞马自交二代作为材料,以NAA浓度、6-BA浓度、KT浓度、2,4-D浓度(单位为mg·L-1)、愈伤组织接种量和愈伤组织继代培养时间这6个主要影响因子作为实验因素,每个因素设置6个实验水平。通过均匀设计找到建立多叶苜蓿悬浮细胞系最适的培养条件,并对不同实验处理下多叶苜蓿悬浮细胞系的形态指标和生长指标进行观察和测定,包括多叶苜蓿悬浮细胞颜色、悬浮细胞鲜、干重,悬浮细胞相对生长量,悬浮细胞活力,悬浮细胞密实体积和悬浮液pH值等。  主要研究结果如下:  1.多叶苜蓿悬浮细胞系建立的最适条件为0.5 mg·L-1 NAA,2.0 mg·L-16-BA,0.2 mg·L-1KT、2.5 mgL-12,4-D、接种0.6g愈伤组织和愈伤组织继代培养时间为10d。在该条件下多叶苜蓿悬浮细胞的鲜、干重达到最大,PCV含量也较高。多叶苜蓿悬浮细胞系的pH变化范围为5.34~6.73之间,总体表现前期逐渐下降,后期上升的状态。不同处理的最适pH值不一样,其中处理3悬浮细胞生长的最适pH值为5.87或6.04,此时悬浮细胞鲜、干重和细胞活力均能达到较大值。  2.KT浓度、2,4-D浓度、愈伤组织接种量和愈伤组织继代培养时间等因素的不断增加对多叶苜蓿悬浮细胞鲜重的增长有抑制作用;随着KT浓度和愈伤组织接种量的增加对多叶苜蓿悬浮细胞干重有抑制作用;KT浓度和2,4-D浓度的增加会对多叶苜蓿悬浮细胞PCV值的升高起抑制作用;而6-BA浓度和愈伤组织接种量的不断增大会对多叶苜蓿悬浮细胞PCV值有促进作用;随着6-BA浓度、2,4-D浓度和愈伤组织继代培养时间的增大会对多叶苜蓿悬浮细胞干重的增加有促进作用。  3.用TTC法测定多叶苜蓿悬浮细胞吸光值时应在618nm波长处进行测定,采用磷酸钠缓冲液,浓度0.6% TTC溶液。不同处理条件下悬浮细胞活力表现出两种不同的变化趋势,一种为类似抛物线的先增加到最大然后逐渐降低,另一种为先减小后增大的趋势。其中处理3条件下的悬浮细胞活力变化情况属于前者。  4.通过观察培养周期为14d的多叶苜蓿悬浮细胞生长过程,可知悬浮细胞液颜色从清澈变浑浊再变为褐黄色,气味也从无味变为有异味,悬浮细胞生长量从少到多,最后有大量细胞团沉淀。绘制干湿生长曲线可发现多叶苜蓿悬浮细胞培养的2d~6d为延滞期、6d~10d为指数增长期,10d之后进入衰退。处理3在悬浮细胞继代培养的5d~12d细胞处于旺盛生长阶段,此时适合进行多叶苜蓿原生质体培养和继代筛选工作。所有实验处理中处理3出愈率最高为59%,愈伤组织鲜重也较高,分化率为58%。多叶苜蓿悬浮细胞形成愈伤组织过程中污染率较高,超过50%均被污染。  5.高温能在一定程度上促进多叶苜蓿悬浮细胞的生长速率,这可能与高温能促进悬浮细胞的分裂有关。高温与多叶苜蓿悬浮细胞的褐化密切相关,随着温度的升高,悬浮细胞的褐化率也呈上升趋势。其中在本实验条件下认为35℃为高温胁迫多叶苜蓿悬浮细胞系生长的拐点温度,40℃为多叶苜蓿悬浮细胞系的半致死温度,45℃高温时,悬浮细胞重度褐化,死亡现象表现严重。高温会促使多叶苜蓿悬浮细胞脯氨酸含量的增加,这是由于当高温破坏多叶苜蓿细胞细胞膜透性和活性氧增多时,多叶苜蓿自身的保护机制起作用导致的。在高温下,脯氨酸含量峰值比常温下高,而且提前出现,即在高温培养下的第5d悬浮细胞的脯氨酸含量就能达到最大值。在高温胁迫下,悬浮细胞活力起初变化不大,第3d开始不断下降,培养几天后悬浮细胞活力开始恢复,并呈不断增加的趋势。  6.将多叶苜蓿种子接种到1/2MS培养基培养2d~3d可以促进多叶苜蓿无菌苗下胚轴的生长,以便获得优良的的外植体,从而提高多叶苜蓿愈伤组织和悬浮细胞系的质量。
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