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生科院方中明团队在兰花快繁及开花基因功能研究上取得系列成果

  本网讯(通讯员 叶涛)近年来,我校生命科学与技术学院方中明副教授带领其团队成员对天然添加物在极具价值的兰花铁皮石斛、大花蕙兰、墨兰、春兰和珍珠矮等种类的快繁及开花基因功能方面展开了系统性研究,日前已取得系列成果。
  
  “兰花极具观赏价值,已有2500年的栽培历史,同时兰花还具有极高的经济和药用价值,目前中国每年兰花的国内生产总值已达几十亿元。”方中明副教授介绍说,“但兰花种子一般没有胚乳,在自然界很难自然萌发。传统的兰花繁殖一般采用分株的方式,繁殖生长周期长,且繁殖效率低,远远不能满足现代人对美好生活的需求。建立在组织培养基础上的快速繁殖技术,是其实现进一步产业化的关键。水果和蔬菜等榨取的汁液做成的天然添加物,由于其绿色、安全和无毒,其在组织培养中可能具有良好的应用前景。”
  

  铁皮石斛是极具药用价值的兰花种类,位列“中华九大仙草”之首。方中明副教授介绍,我们比较了多种天然添加物发现,高浓度的马铃薯汁能够促进铁皮石斛类原球茎的增殖,并有利于铁皮石斛的生根,浓度使用分别是200g/L和 100g/L。(论文:天然添加物对铁皮石斛类原球茎增殖、分化及生根的影响,北方园艺,2015,(21) :107-110)。大花蕙兰色泽艳丽、花朵硕大,受到广大兰花爱好者的喜爱。在此基础上,科研人员进一步探讨了各种天然添加物对大花蕙兰快速繁殖的影响。结果表明,香蕉汁20g/L最有利于大花蕙兰类原球茎增殖,蛋白胨1.1g/L最有利于类原球茎分化。(论文:5种天然有机物对大花蕙兰类原球茎增殖与分化的影响,江苏科技大学学报,2016,30 (4) :384-389)。科研人员还以6-BA2.0mg/L +NAA0.1mg/L为组合时,以片状切割法接种类原球茎于1/2MS+蔗糖50g/L的培养基中并以液体振荡方式培养时利于类原球茎增殖;以片状切割法接种类原球茎于1/2MS+白糖30g/L的培养基添中并以固体方式培养时利于类原球茎分化成试管苗;以整体剥离法接种类原球茎3MS+蔗糖20g/L培养基中并以液体静置方式培养时利于类原球茎保存。结论为大花蕙兰试管苗快速繁殖与离体保存提供了有效的技术支持。(论文:大花蕙兰原球茎增殖、分化与离体保存的研究,安徽农业大学学报,2016,43(1): 67-72)
 
  为了更加深入系统地解析天然添加物对国兰快速繁殖的影响,科研人员研究了不同浓度的猕猴桃、香蕉、梨、苹果、白萝卜、胡萝卜、土豆、红薯等8种有机添加物及柠檬酸钠组合对春兰根状茎增殖及抗褐化效果的影响。结果表明,单独添加猕猴桃汁100.0 g/L、梨汁100.0 g/L或柠檬酸钠1.0g/L比对照能显著促进根状茎增殖,增殖中生长倍数分别为3.9、2.4和2.2。梨汁和猕猴桃汁处理中,根状茎中细胞分裂相关基因CgCki、CgCKS、CgClins、CgE2F和CgRb表达量显著提高。1/2MS+NAA 5.0 mg/L+活性炭1.0 g/L+猕猴桃汁100.0 g/L+柠檬酸钠1.0 g/L组合对春兰根状茎增殖及抗褐化效果最好,根状茎增殖的生长倍数为4.2,细胞分裂相关基因CgCDKS、CgCki、CgCKS、CgClins、CgE2F和CgRb表达显著提高。因此,在春兰组培快繁过程中猕猴桃汁+柠檬酸钠组合可以有效地促进根状茎增殖,并防止根状茎褐化。(国家发明专利:一种春兰根状茎组织培养快速繁殖方法,专利号2016105351287;论文:不同有机添加物及柠檬酸钠组合对春兰根状茎增殖的影响,安徽农业大学学报,2017,44(6): 1-7)
   
  此外,科研人员还从墨兰品种“企剑黑墨”中克隆了新的FT同源基因,并对其各组织部位的表达特性和生物学功能进行了分析。结果表明,墨兰FT基因c DNA全长序列为618bp,其中开放阅读框为531 bp,编码176个氨基酸。其氨基酸序列与拟南芥、水稻中FT基因的氨基酸序列有较高的同源性。墨兰FT同源基因在‘企剑黑墨’各器官中均有表达,营养生长期FT基因在腋芽中的表达量最高,生殖生长期FT基因在腋芽、花梗、花蕾等器官中的表达量较高,在根和叶中的表达量最低。在拟南芥中超表达墨兰FT同源基因,能显著促进拟南芥开花。(墨兰FT同源基因的时空表达及功能分析,安徽农业大学学报,2017,44(1): 135-141)
  
  该研究历时六年,得到了武汉市高校科学研究项目(2008K079);湖北省教育厅科学技术研究项目(B20094008、B2015392、B2015394和B2017287)和国家自然科学基金(31301250)的资助。研究结果申请国家发明专利1项,发表CSCD论文4篇,其他中文核心2篇。

图1 春兰根状茎在不同处理下增殖效果
  (A:对照处理的根状茎;B:梨汁100.0 g/L处理的根状茎;C:红薯汁200.0 g/L处理的根状茎;D:猕猴桃汁100.0 g/L处理的根状茎; E:猕猴桃汁100.0 g/L +柠檬酸钠1.0 g/L处理的根状茎;F:梨汁100.0 g/L +猕猴桃汁100.0 g/L +香蕉汁50.0 g/L处理的根状茎。) 
  
图2 异源超表达墨兰FT基因的拟南芥表型分析
  (A. T0代转基因拟南芥在Kan 抗生素的1/2 MS的筛选;B. T2代植株在正常种植条件(14 h L/10 h D)15 d表型;C. T2代植株在正常种植条件(14 h L/10 h D)30 d表型;D. T2代株系在长日照处理(16 h L/8 h D)和短日照处理((8h L/16 h D)培养15 d的表型。标尺为5mm。)


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