猕猴桃属两个种的原生质体培养与体细胞杂交

猕猴桃是重要的栽培果树，但目前栽培品种过于单一，不能满足生产和消费的需求。由于猕猴桃的雌雄异株特性、种间杂交亲合性差、遗传上高度杂合以及育种周期长等特点，常规杂交育种困难很大。现代生物技术，如原生质体培养和体细胞杂交等，为培育新品种提供了新途径。 毛花猕猴桃(Actinidia eriantha)和软枣猕猴桃(A.arguta)是猕猴桃属中具有重要利用价值的两个种。毛花猕猴桃果实大小在猕猴桃属中次于中华猕猴桃(A.chinensis)和美味猕猴桃(A.deliciosa)列第三位，果实维生素C含量达1014 mg/l00 g FW。软枣猕猴桃极耐寒，在-40℃下可安全越冬，其果实表面光滑无毛。这两个种是品种改良的重要种质资源。 作为生物技术基础的组织培养与植株再生系统，在毛花猕猴桃上尚未见报道。软枣猕猴桃的组织培养仅有一例报道，且芽分化率和分化系数都很低。这两个种的原生质体培养及与美味猕猴桃的原生质体融合也未见报道。针对这种情况，本试验对毛花猕猴桃和软枣猕猴桃的组织培养、原生质体培养及其与美味猕猴桃品种“Hayward”的原生质体融合进行研究，结果建立了较理想的毛花猕猴桃和软枣猕猴桃组织培养系统;首次从毛花猕猴桃原生质体得到再生植株和从软枣猕猴桃原生质体培养再生愈伤组织;通过改进融合方法，建立了毛花猕猴桃+美味猕猴桃和软枣猕猴桃+美味猕猴桃的原生质体融合体系，并将异核体培养分裂得到细胞团。这些结果有利于今后毛花猕猴桃和软枣猕猴桃资源的开发利用。主要试验结果如下： 以毛花猕猴桃试管实生苗叶片和茎段为外植体，培养在附加一定浓度Zea或CPPU的MS培养基上，产生的愈伤组织不经转代就可分化芽。试管苗茎段在附加0.0025 mg/L CPPU和0.1 mg/LIAA的MS培养基上愈伤组织产生、芽分化和苗生长都较理想;试管苗叶片则以附加0.025 mg/L CPPU和0.l mg/LIAA或0.5 mg/L Zea和0.1 mg/LIAA的MS培养基较好。当苗生长至1.0 cm时经诱导生根形成完整植株。 在软枣猕猴桃组织培养中，外植体种类、诱导培养基的激素种类和诱导分化时细胞分裂素种类都有重要影响。无菌苗茎段容易愈伤组织化，但分化困难;叶片外植体产生愈伤组织较难，但分化容易。在含Zea的MS培养基上，两种外植体产生的愈伤组织不经转代即能分化芽。分化培养基中添加Zea能有效地诱导芽分化，其中以2.0 mg/L Zea芽的分化最好，而Kin和BAP在0.5- 2.0 mg/L浓度范围内愈伤组织不分化。 以毛花猕猴桃或软枣猕猴桃试管苗叶片为分离原生质体的材料。试管苗的培养条件对原生质体分离效果及其培养反应有显著影响。弱光培养条件对两个种试管苗的原生质体分离及其培养都有好处，试管苗培养基也有重要影响。毛花猕猴桃和软枣猕猴桃试管苗合适培养基分别为MS基本培养基（大量元素减半）和MS+0.00025 mg/L CPPU+ 0.1 mg/LIAA。在此条件下培养的两个种的试管苗叶片，经酶解后原生质体产量分别为0.7-1.8×l06和3.0-3.5×l06/1 g FW，其原生质体在合适培养基上能够分裂。 毛花猕猴桃原生质体培养在MS培养基（去除NH4N03）附加l.0mg/L2，4-D液体培养基中，约10天时发生第一次分裂，分裂能持续下去并在培养3个月时形成约2mm大小愈伤组织。直接将其转入固体培养基中使其增殖和分化。在附加Zea 0.5 mg/L+ O.l mg/L IAA的MS培养基上继代2次，愈伤组织开始分化芽。芽伸长后切下诱导生根，形成完整植株。软枣猕猴桃原生质体培养基中，MS培养基附加2，4-D配合Zea或Kin对启动分裂是必须的，其中以MS＋2，4-D 0.5 mg/L+ Zea 0.5 mg/L最好，在此培养基上原生质体第一次分裂发生在4-6天时，培养12-14天时见到第三次分裂，培养三周的分裂频率为23%。培养45天后形成许多小愈伤组织块。软枣猕猴桃原生质体再生的愈伤组织从液体培养基转入固体培养基后未见进一步分裂。 对18株毛花猕猴桃原生质体再生植株的体细胞染色体数目作了观察，其中12株为整倍体，二倍体和四倍体各六株;另外六株为混倍体，其染色体数目变化在59-203之间。还发现原生质体再生植株有丝分裂间期细胞存在多核现象，有多核细胞的共10株，细胞内多核数目以双核和三核较常见，最多的有七个核。原生质体供体植株为2n=2x=58，未发现多核细胞。原生质体再生植株体细胞多核现象未见报道。 利用毛花猕猴桃或软枣猕猴桃叶片原生质体分别与愈伤组织来源的美味猕猴桃原生质体进行融合，融合方法为高Ca++高pH值PEG法。对Kao等(1975)报道的融合步骤作了修改。影响融合效率的因素主要有PEG种类、融合作用时间和融合液中DMSO浓度。最佳的融合条件为40%PEG (Sigma，MW3350)+10%DMSO，作用40 min。毛花猕猴桃+美味猕猴桃和软枣猕猴桃+美味猕猴桃的融合频率分别可达14.5%和13.6%。异核体经培养可分裂并形成细胞团。

St. John, USVI mission report, NOAA/NOS/NCCOS/CCMA/Biogeography Branch, July 6 - July 17, 2009

The intent of this field mission was to continue ongoing efforts: (1) to spatially characterize and monitor the distribution, abundance and size of reef fishes, and the abundance of macroinvertebrates (conch, Diatema, lobster) within and around the waters of the Virgin Islands National Park (VIIS) and newly established Virgin Islands Coral Reef National Monument (VICR), (2) to correlate this information to in-situ data collected on associated habitat parameters, (3) to use this information to establish the knowledge base necessary for enacting management decisions in a spatial setting and (4) to establish the efficacy of those management decisions. An additional focus this year, was to evaluate a new habitat data collection method for RHA sites (MSR and some Coral Bay sites). There are concerns that the cylinder habitat data are not reflective of the fish transect habitat. To address this, we collected habitat data at 5x4 m increments along the transect in addition to data collected using the cylinder method. We are currently assessing the potential differences between these methods and preliminary results indicate that the average difference of coral cover estimates between the two methods was 4.1% (range 0-11%) based on 16 sample sites. In addition, Erinn Muller, a Nancy Foster Fellowship recipient, collaborated with the Biogeography Branch to examine the spatial distribution of coral diseases, to provide baseline information on disease prevalence over varying spatial scales and to establish spatial distributions of coral diseases around St. John.

白杄体细胞胚胎发生及其植株再生的研究

本文以白杄的合子胚为材料，建立了体细胞胚胎发生及其植株再生系统．通过对影响体细胞胚胎发生的主要因素的系统研究，实现了体细胞胚的高频率发生。运用扫描电镜、整体染色封片及石蜡切片等方法全面观察了体细胞胚胎发生过程中的形态学、细胞学及组织化学变化。建立了胚性细胞悬浮系，测定了几个重要生长参数的变化动态，优化了体细胞胚的液体培养条件。采用垂直平板聚丙烯酰胺电泳方法分析了体细胞胚胎发生过程中三种同工酶的变化。通过压片法观察了长期继代过程中胚性愈伤组织细胞及其再生植株根尖细胞染色体数目的变化。具体结果如下： 合子胚在4-6 ℃低温条件下保存1~3个月后，接种于LP+2mg/L2.4-D+lmg/L 6-BA的培养基上，黑暗条件下培养1个月后，产生浅黄色、褐色和白色半透明三种愈伤组织，其中白色半透明愈伤组织是胚性愈伤组织。黑暗中胚性愈伤组织在MS+lmg/L 2，4-D+lmg/L KT的继代培养基上可保持旺盛的增殖能力和分化潜力。当胚性愈伤组织转到MS+5mg/L ABA+50g/L PEG+5mg/L AgN03的分化培养基上，1个月后可产生大量正常的子叶期成熟体细胞胚。成熟体细胞胚在相对湿度为75%的条件下干化20天后，转到含0.5%活性炭的无激素1/2MS基本培养基上，约40天后长出1.5—2.5cm的根，约60天后长出真叶。光，ABA、蔗糖、AgN03 PEG浓度是影响体细胞胚胎发生的主要因素。 在相同的培养条件下，以新产生的子叶期体细胞胚为外植体，也可诱导体细胞胚胎发生。 胚性愈伤组织起源于合子胚子叶和下胚轴的表皮及表皮下的一些细胞。胚性愈伤组织中的一些单个胚性细胞经过第一次分裂产生两个细胞，即胚细胞和胚柄细胞，它们继续进行分裂几次以后形成胚性胚柄团结构。胚性胚柄团在分化培养基上可发育为成熟的子叶期胚。体细胞胚的成熟过程大致可分四个时期：胚性胚柄团、球形胚至鱼雷形胚、子叶前期胚和子叶期成熟胚。通过PAS反应研究后发现，在体细胞胚发育过程中，淀粉粒在胚性胚柄团时期开始积累，至心形胚时期达到积累高峰，子叶胚时期仅在器官原基及其附近细胞肉有淀粉粒分布。结果表明，淀粉是体细胞胚胎发生的一种重要能量来源。 在初始细胞密度为3.O%（鲜重）、摇床转速为150r/min的条件下，用与固体培养基成分相似的液体培养基对胚性愈伤组织进行悬浮培养，胚性愈伤组织的生长率大大提高。在悬浮培养过程中，培养物的鲜重、干重、紧实细胞体积及胚性胚柄团数目依次在6～10天内达到高峰。培养液的pH值和电导率分别在6—8天达到最低点。 胚性和非胚性愈伤组织的三种同工酶酶谱都明显不同;胚性愈伤组织的过氧化物酶和酸性磷酸酯酶活性较高，而非胚性愈伤组织的酯酶活性较高。体细胞胚发育过程中，三种同工酶酶谱都呈规律性变化;j活性都有逐渐增强的趋势，但酸性磷酸酯酶活性到了最后时期又突然下降。 胚性愈伤组织经过长期继代后，生长率和分化能力没有明显变化，但有些细胞内染色体数目发生了无规律的变化( 2n=7—24，2n>28)，而再生植株根尖细胞染色体数目比较稳定( 2n=28).

PEFCSH 的建立及在基因组特异序列克隆上的应用

基因组特异序列是跟踪外源染色质、鉴定易位系的特异探针。本文介绍一种带反馈控制的PCR增效减法杂交（PEFCSH），证明可高效克隆基因组特异序列。 带PCR接头的黑麦DNA片段与固定化的小麦ssDNA杂交，同源的片段将被吸附。用PCR扩增吸附的DNA，可监测杂交液中与小麦同源的DNA，确定是否还要再杂交。5轮连续杂交后，杂交液中的DNA几乎全为黑麦特异DNA，纯化后，用PCR扩增到方便操作的数量。经检测，PEFCSH片段99%为黑麦基因组特异性序列，富集度超过230倍。 PEFCSH片段克隆后检测：插入片段在120bp～2000bp，峰值250bp左右;306个克隆中301个显黑麦特异性，表明了PEFCSH的高效性。Tomita等曾用普通减法杂交富集黑麦特异序列，所得克隆只有6.3%为黑麦特异。 与数据库对比，分离片段有的为新序列，更多的与已知的黑麦特异重复序列同源。用其中一条作探针进行Southern杂交，小麦不显带，黑麦显阶梯型带，说明它是特异性串联重复序列。 PEFCSH有如下特点：1. 实时监测杂交液中非特异DNA，首次引入反馈控制，确保杂交达到预期效果。2. 用PCR制备Tester只需少量样品就可以分离特异序列。3. 采用固相减法杂交，大大简化Test与Driver的分离。4. 用PCR克服常规减法杂交操作性差的弱点。5. 富集特异单链和双链DNA，减少特异序列丢失。6. 适用于大多数分离两组相关核酸中的差异成分。

染色体加倍对忍冬生物学性状及其生态适应性的影响

忍冬（Lonicera japonica Thunb.）属忍冬科忍冬属，是一种重要的药用植物，其花蕾称为金银花（Flos Lonicerae），在我国已有1000多年的药用历史，具有清热解毒、凉散风热等功效。我们利用秋水仙素诱导二倍体“大毛花”品种茎尖选育出同源四倍体“九丰一号”品种，并在生产中发现花蕾产量显著提高，而药效成份含量是否发生变化了呢？四倍体忍冬表现出典型的器官巨大性，这些变化是否与其较强生态适应性之间存在联系呢？染色体加倍增强了忍冬的生态适应性，其生态修复功能如何呢？在本研究中，主要从以下几个方面进行了探讨：（1）染色体加倍对其叶片，茎、花蕾和花蕾产量及其药效成份等生物学性状的影响;（2）染色体加倍后植物对水分胁迫的响应;（3）染色体加倍后植物对热胁迫的响应;（4）除上述两个品种外，增加一个变异品种“红银花”，探讨3个忍冬品种对退化生态系统的修复功能。主要结果如下： 1. 通过测定根尖细胞染色体数目和使用流式细胞仪分析茎尖细胞DNA含量，表明四倍体忍冬（2n = 4x = 36）确实来自二倍体忍冬（2n = 2x = 18）的染色体加倍。四倍体忍冬气孔细胞大小显著大于二倍体，而气孔密度显著低于二倍体。四倍体忍冬没有光合“午休”，而二倍体存在明显的光合“午休”，这可能与其存在抗高温的叶片解剖结构特性有关。四倍体忍冬叶片较二倍体变大、变厚、变浓绿（较高叶绿素含量）。与二倍体相比，四倍体忍冬单位叶面积重量显著增高，表明其具有较强的生态适应性。四倍体忍冬单个花蕾的鲜重和干重均显著大于二倍体。连续3年的花蕾产量调查表明，四倍体显著高于二倍体。染色体加倍使其茎干粗壮、节间变短、新梢上着生花蕾数目增多及单个花蕾变大，这是其花蕾高产的生物学基础。对金银花的药效成份而言，染色体加倍不影响绿原酸的含量，但增加了木犀草苷的含量。结果表明，染色体加倍能增加金银花的产量和药效成份的含量，建议四倍体忍冬在药材生产中推广应用。 2. 水分胁迫显著降低二倍体和四倍体忍冬叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率。水分胁迫也降低电子传递速率、光系统II实际量子产量和光化学猝灭，而增加非光化学猝灭、总可溶性糖、脯氨酸和丙二醛的含量。四倍体忍冬对水分胁迫的响应表现为其叶片水势、气体交换、叶绿素荧光和有关代谢物含量的变化程度低于二倍体，并且复水后其恢复能力快于二倍体，表明染色体加倍增强了忍冬的抗旱能力。分析其主要原因，可能是由于四倍体植株总叶面积减少、单位叶面积重量增加、叶片表皮细胞和栅栏组织增大以及叶片表皮毛较浓密等形态解剖结构特性有关。结果表明，染色体加倍能增加忍冬植物的抗旱能力，而使其具有较强的生态适应性。 3. 二倍体和四倍体忍冬受48 ºC热胁迫处理6 h和恢复10 h，以及离体叶片45 ºC，50 ºC，55 ºC 水浴热胁迫3 min，应用叶绿素荧光成像系统研究了它们对热胁迫的响应。热胁迫显著降低了两个品种叶片的最大光化学效率、电子传递速率、光系统II实际量子产量和光化学猝灭，降低了四倍体的非光化学猝灭，而增加了二倍体的非光化学猝灭。热胁迫增加了两个品种叶片的总可溶性糖、脯氨酸和丙二醛的含量。四倍体受热胁迫的叶绿素荧光参数和有关代谢物的响应程度低于二倍体，以及其恢复程度快于二倍体，表明染色体加倍提高了抗热性。此外，叶绿素荧光成像的异质性也表明，四倍体的抗热能力大于二倍体。进一步的叶片解剖结构分析表明，四倍体叶片的表皮细胞变大、栅栏组织增厚、表皮毛较浓密等特点，是其抗热性强的主要原因。 4.根据以上的研究结果，通过四倍体忍冬生态修复功能的野外试验证明染色体加倍后其生态适应性变化。在本研究中，针对北京市门头沟区大面积不同类型的废弃地急需恢复植被和景观的问题，在恢复生态学理念的指导下，综合运用集成技术，将3个忍冬品种植物用于这些退化生态系统的恢复。在王平镇的公路下边坡（以碎石和矿渣为主）、煤矿、石灰窑和采石场4种类型废弃地建立生态修复的试验示范区。结果表明，在4个废弃地类型上引进的3个金银花品种，具有使示范区快速复绿、当年成景和群落快速形成的潜力，并具有对不同退化迹地的适应能力和恢复效果，其中四倍体忍冬效果更好些，这主要与其形态解剖结构和较强的生态适应性有关。