谷子体细胞无性系变异和抗除草剂基因转化研究

谷子是我国北方具有区域重要性的禾谷类粮食作物。谷子的体细胞无性系变异和外源基因转化相对其它作物研究较少。本研究利用谷子生产的育种中应用的多个优良品种为材料，分析了谷子体细无性系变异发生的影响因素、变异性和频率、DNA分子水平变异和育种应用等问题;采用基因枪法和花粉管通道法，进行了谷子抗除草剂基因转化研究。 主要结果包括： 1. 通过几种外植体的愈伤组织诱导分析,找到了小花分化期前后的谷子幼穗是愈伤组织诱导的最好外植体.提出谷子愈伤组织可按生长状态和结构划分为质密型、松软型和松散型三种基本类型的观点。前两种为胚性愈伤组织并可相互转换，松软型愈伤组织生长状态稳定，可塑性好，是继代培养和因基化的首选类型。供试品种中豫谷1号、高39、郑407和矮宁黄为易培养品种，矮88、豫谷2号、系238、冀14号、C445和青丰谷为相对难培养品种。这些结果为谷子组织培养和生物技术操作提供了基础资料。 2. 首次对多个谷子品种较大群体的无性系变异进行了分析。结果表明，以R_2株系为单位的谷子体细胞无性系表现型变异频率平均为13.0%，不同基因型的变幅为4.3～32.9%;变异涉及株高、抽穗期、穗粒重、出谷率、叶鞘色、育性、抗病性、米色、穗型等多个性状，多数变异为株高和抽穗期等数量性状，少数为矮秆等质量性状：变异的性状多数能在R_3稳定并遗传给后代。从谷子体细胞无性系变异中选出了一批农艺性状得到改良的新品系，其中系103已进入省区域试验，并提供给多家育种单位作为亲本应用。 3. 将RAPD分析技术引入谷子体细胞无性系变异研究。豫谷2号无性系的RAPD多态性变化既有亲本带的缺失，也有新带的产生。用RAPD多态性变化的SMC值度量无性系同亲本相比DNA水平变异的大小，表现型发生变异的无性系,其SMC值分别为0.905～1.0;表现型未发生变异的无性系，RAPD多态性也可能发生变化，其SMC值分布为0.953～1.0。 4. 通过Gus基因瞬时表达单位数的比较，优化了JQ－700基因枪转化谷子松型愈伤组织的操作参数：质粒DNA用量3μg/mg钨粉，CaCl_2农度1.5M，亚精胺浓度40mM，样品室高度7cm，粗弹头为微弹载体，每皿愈伤组织用量1～2g，每次轰击钨粉用量50μg，轰击前4小时和轰击后16～20小时，用含蔗糖150g/l的高渗培养基处理。利用该技术体系，以bar基因为目的基因转化豫谷2号愈伤组织。经选择培养和植株再生，首次获得了抗0.1% bialaphos的正常可育植株，经PCR和Southern blot分析，bar基因已整合到转化体的基因组中，为创造抗除草剂的谷子新种质提供了材料和技术基础。 5. 研究了花粉管通道法转化和花粉介导的基因枪转化谷子的可行性。花粉管通道法转化后代中，获得了抗0.1% bialaphos的抗性植株，经X-gluc组织化学检测，抗性植株叶片的Gus反应为阳性。初步说明该植株可能为转化体，在谷子上为花粉管通道法转化的可行性提供了佐证。花粉介导的基因枪转化未获得转化体。 本文对体细胞无性系变异形成的原因和应用、无性系变异的分子生物学分析、以及谷子的外源基因转化方法等问题进行了讨论。