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假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro.)Hack.)系禾本科蜈蚣草属多年生草本植物,是一种重要的暖季型草坪草。在目前8个推广的假俭草商业品种中,7个是由美国育成的。我国的假俭草育种环节非常薄弱,迄今只有一个以栽培驯化育成的品种。
体细胞无性系变异是一种新的细胞工程育种方法。本论文在开展假俭草愈伤组织诱导、继代培养以获得大量胚性愈伤组织的基础上,一方面通过对愈伤组织进行长时间的继代培养,以增加体细胞无性系变异发生的几率,另一方面则对胚性愈伤进行EMS处理以诱发突变。然后从以上两种处理后的再生植株群体中筛选变异体,并对其中一些变异体的形态和抗逆性特征进行观察和鉴定。论文获得以下主要结果:
1、获得假俭草胚性愈伤组织,确定了EMS(Ethyl methane sulfonate)诱变的条件
在本实验室已经建立了假俭草离体再生体系的基础上,以假俭草品种Common的种子为外植体,诱导愈伤组织,并进行继代培养。在研究中发现假俭草胚性愈伤组织诱导率较低,1~3 mg/L的ABA能显著提高胚性愈伤组织的发生率,且能促进愈伤组织的分化。通过试验发现,当EMS的浓度为0.5%,处理时间为6小时时,愈伤组织的成活率为45%,并以此作为用假俭草愈伤组织EMS诱变的条件。
2、筛选和鉴定假俭草EMS诱变突变体
按上述选定的条件,利用EMS处理假俭草胚性愈伤组织,将存活的愈伤组织再生分化,从再生植株群体中筛选突变体。从中获得一些形态上发生了较显著变异的株系:在叶色方面,株系121-A的叶片表现为深绿色,其叶绿素含量比对照提高了57%,株系133-A的叶片表现为黄绿相间的花色,其叶绿素含量比对照降低了72%;在叶形方面,株系1-A的叶片细小,其叶面积只有对照22%,株系118-A的叶片宽度减小,比对照减小了25%,株系121-A的叶片宽度增加,其宽度是对照的1.1倍;在茎节方面,株系90-A的节间长度缩短,其长度比对照减小了47%;在草层高度方面,株系1-A、68-A、90-A、124-A的草层高度比对照显著降低,其减小的幅度分别为54%、44%、37%、53%。
对EMS诱变突变体的抗逆性进行了初步鉴定。结果表明,株系60-A和28-A表现出较其它株系更强的抗旱性,但由于实验时材料数量的限制,对它们的抗旱性有必要做进一步的探讨。株系60-A、66-A及108-A在田间越冬期间获得较高的评分,因此它们具有比其它株系更好的耐寒性。
3、筛选和鉴定假俭草体细胞无性系变异体
假俭草愈伤组织经过长时间的继代培养后,再生植株群体中有部分株系的草层高度比对照降低,对其中一株矮化变异程度最大的株系D1进行形态和抗寒性测定。结果显示,D1表现出较明显的矮化现象,与对照相比,叶片长度和宽度分别减小52%和13%,茎节长度缩短9%,叶绿素含量增加42%,根系的生长状态和对照无明显差异,抗寒性比对照有所提高。
假俭草愈伤组织经近两年的继代后,对近400株再生植株进行了抗寒性的鉴定,从中筛选得到EOC1、EOC2、EOC3、EOC4、EOC5共5个株系,它们的抗寒性比对照明显提高。对其中抗寒性表现最优的2个株系(EOC2和EOC5)的抗寒性相关指标进行了测定,结果表明,在整个低温处理过程中,对照的相对电导率和MDA含量均高于EOC2和EOC5;株系EOC2和EOC5在低温处理过程中能在一个较长的时间内保持较高的抗氧化酶活性,而对照的抗氧化酶活性只是在一个短暂的升高后便开始下降。这可能是它们的耐寒性比对照强的原因。
本论文的创新之处在于将生物技术的育种手段应用到假俭草的育种中,从实验的结果来看,假俭草的愈伤组织经过EMS处理及长时间的继代培养后,再生植株中确实有部分株系在形态及抗性方面发生了变异,从而证明了体细胞无性系变异及与EMS化学诱变技术相结合在假俭草育种及品种改良中是完全可行的。