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黄花苜蓿花药培养再生体系的建立与单倍体鉴定

更新时间:2016-07-05

苜蓿(Medicago sativa)是世界上种植最广泛的饲料作物之一,提高苜蓿饲草产量和营养价值是苜蓿育种的主要目标[1]。利用苜蓿雄性不育系配制杂交种,可以提高种子产量,同时可利用杂种优势提高抗性,选育新品种。杂种优势育种除了双亲遗传组成的适当差异外,还要以纯合品种为前提。要进一步选育苜蓿纯合品种,仅靠常规的育种手段难以奏效,需借助花药[2]与花粉组织培养得到单倍体植株[3],单倍体加倍后培育出双单倍体,利用双单倍体(即纯合品种)与雄性不育系配制杂交种,可获得强优势的杂交种F1代。

黄花苜蓿(M. falcate)抗逆性强,适于我国寒冷草原地区种植,具有重要的生态和经济价值[4],适宜作为杂交组配的父本材料,因而借助花药组织培养的方式获得纯合的黄花苜蓿材料具有重要的意义。目前虽有很多关于黄花苜蓿组培体系的研究[4-8],但组织培养体系并不完善,国内也未见获得单倍体以及双单倍体黄花苜蓿的报道。因此,本研究以呼伦贝尔黄花苜蓿(Medicago falcate ‘Hulunbeier’)为材料,建立花药组织培养的高效再生体系,鉴定出单倍体,以期为双单倍体的培养奠定基础[9]

1 材料与方法

1.1 材料与药品

试验材料为呼伦贝尔黄花苜蓿,种子由呼伦贝尔草原站提供,于2015年种植在内蒙古农业大学新校区牧草试验地。4-5月,选择处于单核靠边期(花蕾长至1~3 mm)的花蕾,将带有枝条的花序剪下装入纱网袋,带回实验室备用。

本试验所用激素均由西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司提供,纯度均在95%以上。培养基由Chembase公司提供,蔗糖为天津大茂公司提供的分析纯试剂,琼脂由Biosharp公司提供。

1.2 试验方法

1.2.1 诱导愈伤组织培养基的配比 采用固体及液体悬浮培养两种培养方式。以B5为诱导花药愈伤培养基,参考前人试验结果[4,10]设置各培养基的激素配比,选用L16(44)正交表(表1)。其中固体培养加蔗糖30.0 g·L-1 ,琼脂7.0 g·L-1 ,pH 5.8。液体悬浮培养加蔗糖30.0 g·L-1 ,0.01 g·L-1活性炭,pH 5.8。

1.2.2 固体培养基花药诱导愈伤组织方法 灭菌处理:将带有枝条的花序装入纱网袋,在流水下冲洗30 min,超净工作台中用70%酒精消毒30 s,然后用无菌水冲洗2次,0.1% HgCl2溶液消毒3 min,无菌水冲洗3次,置于无菌培养皿中待用。

患者术后出现头痛、头晕、恶心呕吐等症状,且症状随着体位变化明显改变;切口敷料持续渗出,且渗出液颜色为清亮或淡红色;术后1~5 d引流量持续在100~400 ml,且颜色由血性转变为淡红色;切口周围皮下组织肿胀,皮下穿刺抽出清亮或淡红色液体;手术过程中出现硬脊膜损伤、脑脊液漏、神经根袖损伤史。

表1 呼伦贝尔黄花苜蓿花药诱导愈伤组织培养正交试验的各因素水平 Table 1 The level of various factors in the orthogonal test of induction callus culture of Medicago falcataHulunbeieranthers

编号Number因素及激素浓度Factorsandhormoneconcentration/(mg·L-1)2,4-D6-BANAAKTA1-40.250.250.21A5-80.500.500.42A9-120.750.750.63A13-161.001.000.84

接种:选择单核靠边期花蕾,消毒后用解剖针剥开花蕾,取出花药分别接种到培养基上,每个培养基上接种15个花药,各8个重复。

1.2.3 液体悬浮培养基花药诱导愈伤方法 花序消毒后(消毒方法同前),选择单核靠边期花蕾,用解剖针剥开小花蕾取出花药,接种在液体培养基中。每个培养基上接种10个花药,各6个重复。置转速110 r·min-1、25 ℃的摇床中暗培养60 d。

1.2.4 愈伤组织的分化培养 固体培养和液体悬浮培养出的愈伤组织,均转入固体分化培养基继续培养。在崔楠[11]试验的基础上稍作改进,在分化培养基中添加了6-BA,分化培养基组成如表2所列,pH 5.8,蔗糖20.0 g·L-1,琼脂7.0 g·L-1。每瓶接种5块愈伤组织,各5个重复,20 d继代一次。

表2 愈伤分化培养基 Table 2 Medium for shoot development

编号Number培养基类型MediumtypesNAA/(mg·L-1)2,4-D/(mg·L-1)6-BA/(mg·L-1)1MS0.2-0.52MS0.2-1.03MS-1.00.54MS-1.01.0

1.2.5 分化苗的生根培养 以诱导出的分化苗为材料进一步筛选适宜的生根培养基,培养基组成如表3所列,pH 5.8,蔗糖20.0 g·L-1 ,琼脂7.0 g·L-1

1.2.6 结果观察与统计方法 固体培养从花药接种30 d后,统计出愈率;液体悬浮培养从花药接种60 d后,统计出愈率。愈伤组织增殖培养一次(30 d)后转入分化培养基,分化出绿苗后统计分化率。

表3 苜蓿花药培养植株的生根培养基 Table 3 Rooting media for cultured alfalfa plants

编号Number培养基类型MediumtypeNAA/(mg·L-1)ⅠMS0.2ⅡMS0.1Ⅲ1/2MS0.1Ⅳ1/2MS0.2

出愈率=(产生愈伤组织块数/接种花药数)×100%;

分化率=(分化出芽点的愈伤组织数/接种愈伤组织总数)×100%;

生根率=(生根植株数/接种分化苗总数)×100%。

利用Excel软件处理基础数据,SAS(9.0)软件进行方差分析。

1.2.7 倍性鉴定 通过贝克曼流式细胞仪(Beckman coulter cytoFLEX)对呼伦贝尔黄花苜蓿花药培养再生植株进行倍性鉴定。对照材料为:已知倍性扁蓿豆(Medicago ruthenica)(2n=16)无菌苗,草原1号杂花苜蓿(Medicago varia ‘Caoyuan No.1’)(2n=32)无菌苗。

前处理方法参考高霞[12]的操作过程,略有改进。样品破碎后,转速1 000 r·min-1,离心5 min。PI染色15 min。

在488 nm荧光的激发下,测定PE通道待测样的荧光强度,利用Cyt Expert软件进行分析,根据峰值位置确定所测植株的倍性。

2 结果与分析

2.1 呼伦贝尔黄花苜蓿花药组织培养出愈情况

在16个激素配比组合中,花药在液体培养条件下有56.3%的组合出愈率为0,而固体培养基下均表现出一定的出愈率(1.67%~26.67%)(表4)。A5液体悬浮培养条件下的出愈率(70.00%)明显高于A14固体培养的出愈率(26.67%),同时,花药愈伤组织形成时间在液体培养中(60 d)较固体培养下的时间(20 d)长。

在液体悬浮培养条件下,由各激素的R值可知,对花药的出愈率影响较大的激素是2,4-D(表5)。呼伦贝尔黄花苜蓿在0.5 mg·L-1 2,4-D浓度下悬浮培养花药的出愈率均高于不同2,4-D浓度下固体培养花药的出愈率。综合考虑不同培养方式和激素配比的影响,呼伦贝尔黄花苜蓿花药悬浮培养的适宜条件为B5培养基+0.5 mg·L-12,4-D+0.25 mg·L-1 6-BA+0.4 mg·L-1NAA+3.0 mg·L-1 KT+3%蔗糖+0.01 g·L-1活性炭。

连锁企业是一种链条式的发展模式。在我看来,这就像是一棵树的发展历程。起初,这是一棵刚被种植的小树苗,之后慢慢地茁壮成长,随着时间的流逝,小树不断地生根发芽,结结实实地扎根于土地之中,一年一年地开枝散叶,最后成长为一个参天大树。企业的发展也是这个道理,开始的时候只是一个小小的公司,经过不断地发展以及各项经济的往来,逐渐变成了根深蒂固的商业大厦。经过更多创业者的加盟,通过同用一家品牌、一家物资、一家管理模式,逐渐地发展成了一定的规模,而后发展成为了强大的商业连锁帝国。

表4 不同培养方式和激素配比下呼伦贝尔黄花苜蓿花药培养的出愈率 Table 4 Callus induction rate in the anther tissue culture of different culture methods and hormone ratio on Medicago falcataHulunbeier

编号Number激素浓度Hormoneconcentration/(mg·L-1)2,4-D6-BANAAKT出愈率Callusinductionrate/%固体培养Solidculture液体培养LiquidcultureA10.250.250.2110.00±0.02cd0.0±0.00dA20.250.500.4211.67±0.02cd5.0±0.02dA30.250.750.631.67±0.01f0.0±0.00dA40.251.000.8410.00±0.02cd0.0±0.00dA50.500.250.438.33±0.02cde70.0±0.04aA60.500.500.246.67±0.00def10.0±0.03cA70.500.750.811.67±0.01f15.0±0.03cA80.501.000.621.67±0.02f35.0±0.02bA90.750.250.6418.33±0.02b0.0±0.00dA100.750.500.8310.00±0.01cd0.0±0.00dA110.750.750.2211.67±0.02cd0.0±0.00dA120.751.000.411.67±0.01f0.0±0.00dA131.000.250.821.67±0.01f0.0±0.00dA141.000.500.6126.67±0.02a10.0±0.03cA151.000.750.4413.33±0.02bc5.0±0.02dA161.001.000.233.33±0.02ef0.0±0.00d

同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

Different lowercase letters within the same column indicate significant differences at the 0.05 level; similarly for the following tables.

表5 呼伦贝尔黄花苜蓿花药液体悬浮培养出愈率的极差 Table 5 Range analysis of callus rate in the liquid culture of the anther of Medicago falcataHulunbeier

Kij2,4-D6-BANAAKTK1均值K1mean1.2517.502.506.25K2均值K2mean32.506.2520.0010.00K3均值K3mean05.003.7517.50K4均值K4mean3.758.753.753.75R32.5012.5017.5013.75

K1K2K3K4均值分别表示在4因素各水平下新鲜花药出愈率的平均值,R为同一因素各水平下出愈率均值的极差。

The means of K1, K2, K3 and K4 indicate the means of callus induction rate of fresh anther of four factors at different levels. R is the range of average callus induction rate of the same factor at different levels.

2.2 愈伤组织分化

为了探索用于愈伤组织分化的最佳激素组合和配比,将0.2 mg·L-1NAA和1.0 mg·L-12,4-D分别与两个浓度水平的6-BA(0.5 mg·L-1和1.0 mg·L-1)进行组合(表6)。结果显示,2,4-D与6-BA的组合对呼伦贝尔黄花苜蓿愈伤组织的分化作用优于NAA与6-BA的组合。其中,2,4-D 1.0 mg·L-1+6-BA 0.5 mg·L-1的组合对呼伦贝尔黄花苜蓿愈伤组织的分化诱导高达88%。

2.3 分化苗生根率

呼伦贝尔黄花苜蓿在Ⅲ号培养基下生根率(87%)显著高于其余3种培养基(表7)。同时,其分化率在0.1mg·L-1NAA的培养基下显著高于0.2 mg·L-1NAA的培养基(P<0.05),说明相对的低浓度NAA有利于分化苗的生根培养(图1)。因此,分化苗适宜生根培养基为1/2MS培养基+0.1 mg·L-1 NAA+2%蔗糖+0.7%琼脂。

表6 不同培养基上呼伦贝尔黄花苜蓿愈伤组织的分化率 Table 6 Callus differentiation rate in four medium types for Medicago falcataHulunbeier

编号Number培养基类型Mediumtype分化率Differentiationrate/%1MS+NAA0.2mg·L-1+6-BA0.5mg·L-136±0.07d2MS+NAA0.2mg·L-1+6-BA1.0mg·L-144±0.04c3MS+2,4-D1.0mg·L-1+6-BA0.5mg·L-188±0.05a4MS+2,4-D1.0mg·L-1+6-BA1.0mg·L-164±0.04b

表7 不同培养基上的生根率比较 Table 7 Comparison of rooting rate in the callus in four types of medium

编号Number培养基类型MediumtypeNAA/(mg·L-1)生根率Rootingrate/%ⅠMS0.247±0.08cⅡMS0.173±0.06bⅢ1/2MS0.187±0.08aⅣ1/2MS0.240±0.06c

图1 呼伦贝尔黄花苜蓿组织培养再生过程 Fig. 1 Photographs of the tissue culture regeneration process in Medicago falcataHulunbeier

2.4 再生植株倍性鉴定

采用改进后的前处理方法,转速1 000 r·min-1,离心5 min,PI染色15 min,图谱主峰明显,碎片减少(图2)。以已知倍性扁蓿豆(2n=16)无菌苗、草原1号杂花苜蓿(2n=32)无菌苗为对照(CK)进行倍性鉴定,固体培养方式下培养的再生植株(10株)均为四倍体,无单倍体(表8);而在液体悬浮培养方式下再生植株(15株)中单倍体为27%(图3)。

表8 呼伦贝尔黄花苜蓿花药培养再生植株倍性检测结果 Table 8 Result of ploidy detection of anther culture regenerative plants of Medicago falcataHulunbeier’ %

培养基类型Mediumtype单倍体Haploid混倍体Mixoploid四倍体Tetraploid固体培养基Solidmedia00100液体培养基Liquidmedia27766

图2 前处理改进前()()流式细胞仪鉴定图谱 Fig. 2 Flow cytometry identification map before (left) and after (right) the improvement of processing

图3 呼伦贝尔黄花苜蓿花培再生植株流式细胞仪鉴定图谱 Fig. 3 Flow cytometry identification map of anther culture regenerated plants

A,扁蓿豆 (2n=16);B,草原1号杂花苜蓿(2n=32);C,呼伦贝尔黄花苜蓿花培苗单倍体;D,呼伦贝尔黄花苜蓿花培苗四倍体。

A, Medicago ruthenica(2n=16); B, Medicago varia ‘Caoyuan No.1’(2n=32); C, Haploid of M. falcata ‘Hulunbeier’; D, Tetraploid of M. falcata ‘Hulunbeier’.

3 讨论

3.1 外源激素对苜蓿花药培养的影响

激素组合与浓度配比是诱导花药愈伤组织出愈率高低的重要影响因素[13],以多花黑麦草特高(Lolium multiflorum ‘Tetragold’)和多年生黑麦草四季(L. perenne ‘Four seasons’)的种子为外植体,激素组合为2,4-D +6-BA 时能明显降低组培污染率,且能分别得到65.52%和63.55%的最高愈伤组织诱导率[14];以杂交狼尾草(Pennisetum americanum×P. purureum)的种子为材料进行试验,发现种子愈伤组织分化的最佳激素组合为0.5 mg·L-1 NAA+3.0 mg·L-1 6-BA,分化率可达62.5%[15]。由此可见,生长素与细胞分裂素的合理搭配是提高花药愈伤组织诱导率和分化率的关键[16]。黄竣和姜彦秋[5]以黄花苜蓿下胚轴和子叶为材料诱导愈伤组织,发现2,4-D是诱导愈伤的关键激素[17],激素组合为2,4-D 1.0 mg·L-1+6-BA 0.2 mg·L-1时出愈率最高,2,4-D 0.2 mg·L-1+6-BA 0.5 mg·L-1时分化率最高(20%)。伊风艳等[4]选用相同的材料做外植体诱导愈伤组织,但分化培养基选用了NAA和KT的组合,得出,下胚轴是诱导愈伤及分化的最佳外植体,诱导率可达100%,分化率可达80%。本研究表明,2,4-D与6-BA对呼伦贝尔黄花苜蓿花药愈伤组织的分化率有显著的提高,激素配比为2,4-D 1.0 mg·L-1+6-BA 0.5 mg·L-1 时分化率达到88%,高于伊风艳等[4]、黄竣和姜彦秋[5]的结果,这与外植体及材料不同有一定的关系。

图4 呼伦贝尔黄花苜蓿花培苗单倍体和四倍体 Fig. 4 Flower seeding culture haploid and tetraploid of M. falcataHulunbeier

3.2 培养方式对苜蓿花药培养的影响

陈爱萍等[18]以液体悬浮培养的方式,通过观察小孢子的存活率和诱导率,建立了苜蓿游离小孢子培养体系,小孢子存活率达到30.1%。姚喜红等[19]采用固液培养基结合的方式建立苜蓿花药悬浮培养体系,培养液组合为NB+2,4-D 0.3 mg·L-1 +NAA 0.3 mg·L-1时悬浮细胞增殖最快。可见,不同的培养方式对苜蓿花药培养影响较大。

1.1 金丝小枣主产区浆烂果病发生情况2015—2017年连续3年于9月中旬(发病盛期),对河北沧县、献县、泊头、青县金丝小枣浆烂果发病情况进行了调查,结果表明,浆烂果病在金丝小枣主产区普遍发生,其中以泊头发病最重,3年平均发病率和病情指数分别为29.66%、25.6;沧县、献县次之,3年平均发病率和病情指数分别为23.4%、20.6和25.4%、19.9;青县最轻,3年平均发病率和病情指数为15.1%、7。各产区均以2015年发病最重,不同年份间发病率和降雨量有很大关系,2015年降雨量大(6—9月沧州降雨452.7 mm,比常年同期偏多21.4%)是造成当年浆烂果大发生的原因。

本研究中,呼伦贝尔黄花苜蓿花药在液体培养中60 d才形成愈伤组织,而固体培养下20 d便可形成愈伤组织,说明不同培养方式下花药愈伤组织形成时间不同[20],固体培养较液体悬浮培养下花药愈伤组织形成时间短[21]。虽然液体悬浮培养花药愈伤组织形成周期较长,但在花药培养中单倍体植株出苗的频率增高,在培育过程中,液体悬浮培养下单倍体比例(27%)高于固体培养条件下的单倍体比例(0)。高霞[12]在固体培养下苜蓿花培苗单倍体所占比例(16%)低于本研究结果,这可能是因为液体悬浮培养可以使花药充分接触培养基,提供花药愈伤组织形成所需的养分,并且摇床震荡可以在培育过程中使花粉散落出来形成花粉愈伤组织,提高单倍体比例,同时固体培养条件下单倍体比例的差异可能是由材料不同即基因型不同所致。

3.3 前处理对再生植株倍性鉴定的影响

倍性鉴定是单倍体育种的关键环节,是构建双单倍体的基础[22]。花药培养得到不同倍性的植株只有经倍性鉴定后才能进行下一步的育种研究。通过流式细胞测定法进行倍性鉴定可以缩短鉴定时间[23],但不同的测定部位、前处理方法对结果图谱影响很大[24]。耿小丽等[25]利用流式细胞仪对苜蓿愈伤组织DNA含量进行测定,由于愈伤组织结构较松散,所以图谱虽主峰明显但有效细胞数较少。高霞[12]通过二步离心法鉴定苜蓿花培再生植株倍性,所得图谱杂峰较多,这是由于前处理时间过长造成的。本研究选取再生植株的幼嫩叶片,采用一步离心法,转速1 000 r·min-1,离心5 min,同时缩短PI染色时间(15 min)[26],可以有效减少碎片和粘连的影响,主峰值明显,有效细胞数量多,也可避免DNA的降解和PI染液的分解,图谱清晰。

“在中山文化下,中山医院多学科诊疗模式(MDT)最初都是医生自觉开展的,并不是医院领导要求的,而且在历史发展的过程中,我们逐步体会到MDT对患者带来的好处,对于提升和推进医疗质量和诊疗水平,以及带给患者的益处,应该是最大化的。”他说。

4 结论

1)呼伦贝尔黄花苜蓿花药组织培养适于液体悬浮培养,其愈伤形成的培养条件为B5+0.5 mg·L-1 2,4-D+0.25 mg·L-1 6-BA+0.4 mg·L-1 NAA+3.0 mg·L-1 KT;分化培养基为MS+2,4-D 1.0 mg·L-1+6-BA 0.5 mg·L-1+2%蔗糖+0.7%琼脂;生根培养基为1/2 MS+0.1 mg·L-1 NAA+2%蔗糖+0.7%琼脂。

2)利用流式细胞仪鉴定再生植株倍性时,应选择幼嫩的叶片,同时缩短前处理时间,可较为准确地鉴定出组织的染色体倍性;液体悬浮培养再生植株中单倍体占27%。

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补水泵站主厂房抗浮稳定及基底应力均满足规范要求,井筒及其内部板梁的配筋满足强度要求。连通洞结构设计符合规范和已有工程经验,结构的稳定满足规范要求,配筋满足强度要求。

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9.坏死性肠炎。痢停150 kg水/袋+感康(黄连、黄芩、黄柏提取物等)150 kg水/袋,上午饮用,菌必康(氨苄、头孢等)饮水75 kg水/袋,下午饮用,连用3~5 d,效果良好。

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不同阶层、不同群体的道德体系,都必须符合社会的制度本质,符合整个社会的主流价值。因此,乡村伦理道德体系建设也要遵循这种规律性要求。中国特色社会主义主流价值观的确立,应考虑到中国特色社会主义制度和市场经济体制的要求,要有利于解放和发展生产力特别是农业生产力,要有利于基层民主法制的进步和完善,要有利于实现广大基层农业人口的现实利益。同时,乡村伦理道德体系建设的重要指向是破除小农经济观念,肃清宗法制度的不良影响。

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“爬不上去是不是因为图图不够高呢?”(图图若有其事地嗯了一声);“那我们怎么可以变得高一点呢?”(图图一脸迷茫);“刚才图图站在盆上是吗?”(又嗯了一声);“站在盆上是不是图图变高了啊?”(又嗯了一声。)

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2)教学模式理论化:教师对学生英语学习停留在“哑巴英语”的学习基础上,只会“纸上谈兵”。如英语课上,老师:“大家把作业交上来以后,背诵下一篇短文,然后默写,背诵声音小一点,最好默背。”听完老师的话后,同学们默背开始。但这种教学模式未将语言作用发挥出来,无法与未来就业相结合。

参考文献References:

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文献[11]中,提出了一种通过搜索配置树并结合图论的配置延迟缓冲器算法.算法将电路的时序构建为树形结构.算法寻找需要优化的时序路径,插入延迟缓冲器以提高良率,平均良率提高23%.

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所谓精细化管理:就是将在职党支部、在职党员、离退休党支部、离退休党小组、离退休党员全部建在格内,精确定位,实现网格全覆盖、工作零缝隙。燕山石化离退休人员管理中心现有离退休人员近17000余人,在职党支部9个,在职党员68名;离退休党员近5600名,分属在8个党总支、145个党支部、421个党小组中,形成网格,进行网格化管理。对于格中出现的重复交叉情况可视为进一步交流、沟通的形式。

Chai W S,Tan X L,Shi J,Chen L X.Application of liquid medium for anther culture in rice.Chinese Agricultural Science Bulletin,2004,20(4):145-146,157.(in Chinese)

11月13日《文汇读书周报》8版,其“本书……记录了……从艺的传奇经历,分享了《黑炮事件》……幕后故事“,用“……经历,叙述了《黑炮事件》……故事”为好;分享了故事,此搭配不当。

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徐舶,高霞,石凤翎,崔楠,乌日娜
《草业科学》 2018年第5期
《草业科学》2018年第5期文献

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