青花菜原生质体培养和根癌农杆菌介导的遗传转化

从4-5天龄青花菜(Brassica oleracea var．italica)下胚轴游离原生质体，经纯化后培养在简化的KMsP培养基上，原生质体分裂形成了细胞团;同时，对影响外源DNA导入子叶和下胚轴原生质体后瞬间表达强度的若干因素作了较详细的研究，这些因素包括转化介质中二价阳离子的种类和浓度、PEG溶液的浓度以及PEG溶液的pH值， 为进一步进行原生质体水平上的细胞遗传转化创造了条件。 以青花菜(Brassica oleracea var．italica)子叶和下胚轴为外植体材料，进行了根癌农杆菌介导的遗传转化研究。在建立了子叶和下胚轴外植体组织培养的高频率植株再生系统的基础上，用携带有双元载体质粒的根癌农杆菌(Asrobacterium,tumefaciens)A208sE感染青花菜子叶和下胚轴，对根癌农杆菌的感染过程以及影响抗性芽分化频率的诸多因素作了详细研究，再生了具有卡那霉素抗性的完整转化植株。Dot Blot分析表明NPTⅡ酶活性的存在;以pROA93经EcoRI /HindⅢ酶切产生的gus基因片段(约2.6Kb)为探针进行Southern Blot分子杂交，结果表明gus基因已整合到植物细胞基因组中，并且得到了表达。

CO2倍增对禾本科植物幼苗形态结构的影响

本论文为国家自然科学基金重大项目“中国陆地生态系统对全球变化的反应模式研究”的部分研究内容。 本文对C02正常浓度(350ppm)和C02倍增(700ppm)条件下，小麦（Triticum, aestivum）、半野生小麦(Triticum aestivum spp．tibeticumShao)、大麦（Hordeum vulgare）、野大麦（Hordeum brevisubulalum）、水稻（Oryza sativa,）、野生稻（Or7za sativa ssp．）、谷子（Setaria italica）、狗尾草（Setaria viridis）、高粱（Sorghum vulgare）、玉米（Zea mays）、旱雀麦（Bromus tectorum）、旱麦草（Eremopyrum triticeum）等12种禾本科植物幼苗的叶片厚度、叶肉细胞密度、维管束鞘细胞中的叶绿体数、叶肉细胞中的叶绿体数、表皮细胞密度、气孔密度、气孔指数、气孔长度、气孔阻抗及平均株高、鲜重、茎秆直径、根的直径、种子的萌发率及叶绿体超微结构等进行了比较研究。 结果表明，C02倍增使不同种类、不同测试项目反应不一。总体上看，CO2浓度倍增，使10种禾本科植物（野大麦、玉米外）的吐片厚度普遍增加。除个别种类外，C4种类的平均株高、鲜重、根直径倍增组比对照组减小;气孔平均密度增加，而C3种类则呈相反趋势o C4种类比C3种类的叶片气孔开度对C02倍增反应更为敏感。在高浓度C02条件下，C4种类的叶绿体超微结构变化较明显，淀粉粒显著增加。野生种类的表皮细胞密度，叶肉细胞密度，维管束鞘细胞中的叶绿体数及茎秆直径，C02倍增组比对照组减少，栽培种类则显著增加。气孔密度与气孔指数基本呈正相关;而气孔长度与气孔密度则大体上呈负相关。 文中对高浓度C02条件下，供试植物形态结构的变化和规律，及全球大气变化对未来农业可能产生的影响进行了讨论。

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。

谷子（Setaria italical L.）叶绿体psbD基因的分子克隆

本文用改良的高盐pH方法提取了龙谷25、龙谷28的叶绿体DNA，用pTB20质粒上含有烟草叶绿体psbD基因的pstI/SacⅡ片段进行了鉴定。并初步发现龙谷25和龙谷28在其叶绿体基因psbD结构序列或附近3'下游区存在者多态性。以pUC19质粒为载体，E.coli HB101为宿主菌，克隆了谷子叶绿体DNA 4.8kb的SacⅠ片段，得到了重组质粒，命名为pSIBD，并对sPIBD重组片段进行了限制图谱解析。

苏铁叶绿体的超微结构和功能及对CO2浓度倍增的响应

本研究首次揭示了七种苏铁类植物叶绿体的超微结构。即苏铁科(Cycadaceae)的攀枝花苏铁(C. panzhihuaensis).苏铁(C. revoluta)、叉叶苏铁(C.micholitzii)、 刺叶苏铁(C.rumphii和多歧苏铁(C.multipinnata)，蕨铁科(Stangeriaceae)的蕨铁(Stangeria eriopus)和泽米科(Zamiaceae)的米德尔堡大苏铁(Encephalortos middelburgensis).根据它们叶绿体内膜结构的不同将其大体分为两种类型：1、阴生型叶绿体：多歧苏铁和刺叶苏铁为此类型，它们的叶绿体类囊体垛叠程度高，基粒垛较宽，单个基粒中类囊体的数量很多，有的甚至上百;2、阳生型叶绿体：攀枝花苏铁、米德尔堡大苏铁、苏铁、蕨铁和刺叶苏铁以及外类群的凤尾蕨(Pteris vittata)的叶绿体均有阳生型叶绿体的特征：类囊体膜垛叠程度低，基粒较小。根据它们叶绿体的结构特征，又将其分为两组： ( 1)攀枝花苏铁，米德尔堡大苏铁和叉叶苏铁叶绿体中均有类囊体膜膨大的现象： (2)苏铁和蕨铁在苏铁类中是比较原始的种类，它们的叶绿体与在系统进化上较苏铁类低等的凤尾蕨的叶绿体中都有几个基粒聚集成簇的现象，说明苏铁类在进化的同时一些较原始的性状仍保留了下来。这些苏铁都在温室相同的条件下生长了两年多，但它们的叶绿体结构仍然能够反应原产地生境特点，说明在长期进化中，叶绿体对环境的适应方式已在基因水平上稳定下来，苏铁类植物不同叶绿体结构的形成有其遗传基础。 多歧苏铁，攀枝花苏铁，叉叶苏铁的叶绿体膜垛叠程度依次降低，与此相应，它们的chla/b和F730/F684依次升高，反应了结构与功能的一致性。 选用具有阳生型叶绿体的攀枝花苏铁和有阴生型叶绿体的多歧苏铁用不同的C02浓度（350 umol mol-l和700umol mol-l）处理后观察其叶绿体结构的变化，结果发现C02浓度倍增对它们的叶绿体影响甚微，而作为对照的无论是C3植物小麦(Triticum italica)还是C4植物谷子(Setaria italica)在C02倍增的条件下叶绿体内均有大量淀粉粒积累，并有膜结构改变。这说明苏铁的叶绿体结构有保守性，这有可能是苏铁类能历经亿万年的沧桑而生存下来的结构基础之一。