向日葵轉(zhuǎn)化和再生的研究進展

蘇周

摘 要： 向日葵是一種非常重要的油料作物，其轉(zhuǎn)化和再生卻非常具有挑戰(zhàn)性，本文討論了向日葵的轉(zhuǎn)化和再生的幾個影響因素。

關(guān)鍵詞： 向日葵；組織培養(yǎng)；遺傳轉(zhuǎn)化

向日葵是世界上非常重要的油料作物之一，并且從轉(zhuǎn)化和再生的角度來說，它也是一種非常具有挑戰(zhàn)性的物種[1]。關(guān)于向日葵轉(zhuǎn)化和再生，國內(nèi)外都有許多嘗試，但是轉(zhuǎn)化效率都不高，并且可重復(fù)性較低[2]。向日葵的離體培養(yǎng)和轉(zhuǎn)化，大多通過器官發(fā)生和胚胎發(fā)生。向日葵的轉(zhuǎn)化和再生受到許多方面的影響，本文著重討論影響向日葵轉(zhuǎn)化和再生的幾個方面。

1.向日葵的再生

1.1向日葵品系的選擇

向日葵的品種眾多，在研究的過程中，不同的研究者選擇了不同的株系，有HA300B自交系、KBSH、Ha89等一系列株系。關(guān)于不同的株系的再生和轉(zhuǎn)化，劉海學(xué)選取了RHA266， HA300， 2603， 2736和PR29等五個株系研究向日葵的轉(zhuǎn)化，其中RHA266具有最高的轉(zhuǎn)化效率[1]，除此之外，在研究不同日齡未成熟胚的分化情況時，還選取了89B1、PR29、HA300、RHA265、RHA266、JK6（品系）、JK8（品系）和龍葵雜等株系，其實驗結(jié)果表明，89B1誘導(dǎo)分化的效率最高[3]；馬雪霞選取了936011、936012、No5B、926021× 6022、934002、956012、7961等幾個油用向日葵品系作為研究對象，其中只有956012在實驗中的一種培養(yǎng)基上成功誘導(dǎo)出芽，而且再生頻率非常低，僅有5%[4]。

1.2不同的外植體對向日葵再生的影響

向日葵離體再生現(xiàn)已從子葉、花藥、下胚軸、莖尖、原生質(zhì)體和未成熟胚等材料獲得成功。但是雖然這些外植體誘導(dǎo)成苗均有報道，但實際上很多材料都很難重復(fù)，即使可以重復(fù)，其分化效率都比較低。就目前研究結(jié)果來看，子葉、未成熟胚、下胚軸和莖尖這四種類型的外植體較易誘導(dǎo)分化出再生植株[2]。

1.2.1器官發(fā)生

向日葵的器官誘導(dǎo)在子葉、下胚軸、莖尖、真葉都在不同程度上誘導(dǎo)分化出成苗。其中，子葉、下胚軸和莖尖相對來說較易誘導(dǎo)出再生植株，但是誘導(dǎo)出不定芽的效率不高，僅有2.5%-12%[2]。衛(wèi)志明等人使用幼嫩子葉和下胚軸作為材料，誘導(dǎo)愈傷組織，并成功分化出芽，但下胚軸的愈傷的形成和分化明顯高于子葉[5]。并且，據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，就子葉、真葉和下胚軸而言，真葉不易誘導(dǎo)出芽，子葉在靠近生長點附近易形成單個植株，下胚軸離生長點越近越容易誘導(dǎo)出芽，這幾種外植體的誘導(dǎo)分化出不定苗的能力為：子葉節(jié)>下胚軸>子葉>真葉[4]。

1.2.2胚胎發(fā)生

最近的研究中關(guān)于使用未成熟胚作為組織培養(yǎng)材料并成功獲得離體植株的報道越來越多。從1990年開始，宋英凱就對未成熟胚誘導(dǎo)不定芽進行了研究。劉海學(xué)選擇了未成熟胚中的體細胞，并發(fā)現(xiàn)在胚胎大小小于2mm時，在含有 0.4 mg/l 2，4-D 和 120 g/l 蔗糖的MS培養(yǎng)基上具有高轉(zhuǎn)化率（45.5%）[1]。在此之前，他也曾嘗試過萌發(fā)用未成熟胚取子葉誘導(dǎo)分化，研究表明，對授粉后的10-12天的未成熟胚誘導(dǎo)分化時的分化率最高，可高達73%，如果幼胚過小，則無法發(fā)育成苗，但若幼胚過大，種子則很容易進入休眠[2]。

1.3不同激素對再生植株的影響

在植物的組織培養(yǎng)中，內(nèi)外源激素的比例是影響植物向日葵是一種內(nèi)源生長素較高的植物，所以添加外源細胞分裂素十分重要，只有細胞分裂素的濃度較高時，誘導(dǎo)出芽的可能性才更高[10]。對于誘導(dǎo)子葉和下胚軸分化，NAA與6-BA的組合，能夠分化成苗，IAA與KT和6-BA的組合均不可以，并且在NAA的濃度高于0.5mg時，分化率也很低[5]；而對于未成熟胚來說，6-BA與IAA的激素配比為40：1是，分化效率最高，可高達80%[4]。

2.向日葵的轉(zhuǎn)化

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是現(xiàn)代生物學(xué)和農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域非常重要的一種研究方法之一，對于研究特定的基因的功能以及改善植物的性狀都提供了有力的技術(shù)支持。1978年，Everett等人以下胚軸為外植體，通過農(nóng)桿菌的介導(dǎo)首次成功地將未知外源基因轉(zhuǎn)入向日葵的基因中，并用卡那霉素篩選出陽性再生植株[6]。目前，關(guān)于向日葵的遺傳轉(zhuǎn)化主要的方法有：農(nóng)桿菌介導(dǎo)、基因槍法、聚乙二醇（PEG）法等轉(zhuǎn)化方法，目前應(yīng)用較廣的是農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化方法。轉(zhuǎn)化效果可通過卡那霉素篩選、GUS瞬時表達篩選、PCR、將GFP作為報告基因和southren印記的方法來鑒定陽性植株。

小結(jié)

關(guān)于向日葵的轉(zhuǎn)化和再生，雖然已有成功案例，但是其再生能力有限和轉(zhuǎn)化效率較低仍是需要攻克的難題，有待進一步的實驗和探索。

參考文獻

[1]Liu H X， Xie D， Sun S J， et al. Optimization of Agrobacterium-mediated transformation of sunflower （Helianthus annuus L.） immature embryos.[J]. Australian Journal of Crop Science， 2011， 5（12）：349-376.

[2]劉海臣. 向日葵組織培養(yǎng)研究進展[J]. 內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2011， 26（2）：190-192.

[3]劉海學(xué)， 季靜， 王萍，等. 向日葵未成熟胚組織培養(yǎng)及再生芽的研究[J]. 內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版， 2003， 18（5）：411-414.

[4] 馬雪霞， 藍海燕， 宋榮. 向日葵（Helianthus annus）的組織培養(yǎng)及芽分化研究[J]. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2002， 39（1）：23-24.

[5] 衛(wèi)志明， 許智宏. 向日葵的組織培養(yǎng)和植株再生[J]. 植物生理學(xué)報， 1983（5）：44.

[6] Everett N P， Robinson K E P， Mascarenhas D. Genetic Engineering of Sunflower （Helianthus Annuus L.）[J]. Nature Biotechnology， 1987， 130（2-3）：1201-1204.