鎘超富集植物新種質(zhì)創(chuàng)制研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，重金屬污染問題引起了國內(nèi)外廣泛關(guān)注。以地上部重金屬積累量超過普通植物100倍以上的超積累植物及其根際微生物為核心的植物修復(fù)技術(shù)以其成本低、效果好、環(huán)境友好等特點(diǎn)，成為當(dāng)前國際生物修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，大多數(shù)天然重金屬超積累植物生長比較緩慢、生物量較小、受季節(jié)和地域影響大、機(jī)械化耕作困難、收獲物后續(xù)處理難度大，難以在實(shí)際修復(fù)工程中推廣應(yīng)用。因此，如何對這些超積累植物進(jìn)行遺傳改良或者對其相關(guān)基因進(jìn)行挖掘利用是植物

2、修復(fù)技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。本研究以我國原生的鋅/鎘超積累植物東南景天和生物量較大的鎘富集型油菜為材料，通過染色體加倍技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)分別對其進(jìn)行遺傳改良，以期獲得對鎘污染有較大修復(fù)潛力的新種質(zhì)。取得的主要研究結(jié)果如下:
　　1)以超積累生態(tài)型東南景天無菌苗為材料，用秋水仙素進(jìn)行染色體加倍處理，當(dāng)秋水仙素濃度為0.2％，處理24 h時，外植體變異率為23.3％，誘導(dǎo)效果最好。經(jīng)流式細(xì)胞儀鑒定，在形態(tài)發(fā)生較明顯變異的44株材料中，有12

3、株被鑒定為加倍植株。
　　2)在組織培養(yǎng)條件下，與對照相比，加倍植株生長形態(tài)存在明顯變異，主要表現(xiàn)為葉間距縮短、莖稈變粗、根系生長旺盛，同時葉片加厚、葉色加深、葉綠素含量增加，葉片下表皮氣孔數(shù)減少，氣孔保衛(wèi)細(xì)胞增大，保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)側(cè)壁的細(xì)胞壁明顯加厚。在添加0、50、100、200、400μM CdCl2的MS培養(yǎng)基中，與未加倍植株相比，加倍植株的生物量顯著增加，是未加倍植株的1.62-2.02倍;地上部鎘積累量顯著增加，是未加倍植株

4、的2.78-3.41倍。
　　3)大田試驗(yàn)條件下，加倍植株的“巨大化”特征得以保留，主要表現(xiàn)在莖稈粗壯、葉片厚實(shí)、等株高下葉片數(shù)量更多等。在礦山土上種植45 d后，與對照相比，加倍植株生物量、地上部鎘積累量顯著增加，分別是未加倍植株的1.68倍和2.92倍。說明通過染色體加倍技術(shù)不僅可以提高東南景天的生物量，而且可以增加其對重金屬的積累能力，是提高東南景天對鎘修復(fù)效率的有效措施。
　　4)為建立適合溪口花籽的遺傳轉(zhuǎn)化體系，研

5、究了外植體的選擇、預(yù)培養(yǎng)時間與濃度、激素配比等因素對油菜植株再生的影響，發(fā)現(xiàn)下胚軸產(chǎn)生愈傷組織的效果比帶子葉柄子葉好;預(yù)培養(yǎng)基中添加1 mg/L2，4-D培養(yǎng)5d時愈傷誘導(dǎo)效果最好，愈傷誘導(dǎo)率達(dá)到85％;分化培養(yǎng)基中添加3 mg/L6-BA和0.1 mg/L NAA，芽再生率可達(dá)35％。
　　5)通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法，將東南景天的SaNr amp3基因轉(zhuǎn)入溪口花籽中。經(jīng)PCR和RT-PCR鑒定，獲得了4個獨(dú)立轉(zhuǎn)化體。組織培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，

6、在0、25、50、100和200μM Cd處理水平下，SaNramp3過表達(dá)轉(zhuǎn)基因株系的苗高、根長和鮮重與非轉(zhuǎn)基因?qū)φ諢o顯著差異，但地上部鎘含量顯著高于對照。水培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在2.5μM和25μM Cd處理下，轉(zhuǎn)基因株系3生物量與對照無明顯差異，地上部鎘含量分別是對照的1.89倍和1.57倍，而根部鎘含量沒有明顯變化，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著增加，分別提高了149％和56％。表明將超積累植物東南景天鎘相關(guān)基因轉(zhuǎn)入到生物量大的能源植物油萊中是一條有效提