利用四倍体技术培育优良抗寒木薯新品种研究

木薯是我国在南方重点发展的能源作物，由于是典型的热带作物，抗寒能力差成为限制其扩大种植范围的重要因子，南方的寒潮、低温天气也会严重影响其产量、品质和种茎保存，培育高产抗寒木薯品系是目前木薯产业发展的重要任务。本研究利用秋水仙素等化学试剂诱导体细胞染色体加倍技术，以及PEG6000或者电融合方法，介导高产品种和抗寒品种原生质体融合，经染色体计数和流式细胞仪分析检测四倍体细胞系，结合组织培养技术，培育四倍体木薯新品种，期望得到高产、抗寒木薯新品种。对获得的不同四倍体品系进行光合作用分析、抗寒性检测，利用系统分析的理论方法研究木薯高淀粉积累的生理生化机理，了解木薯抗寒的主效机制，阐明植物抗低温胁迫的机理，为逆境植物生理学的发展提供实验支持，为木薯产业发展打下理论基础，提供优质抗寒的木薯新品种，并建立木薯抗性育种研究的科研平台。

课题组首先进行了木薯组培技术体系优化，发现木薯茎尖消毒以75%乙醇20 s+0.1%氯化汞4 min为最好，启动培养基以MS+2 μM 铜离子（CBM培养基）和3%蔗糖效果最好，CBM+0.5 mg/L BAP能高效诱导丛生芽，CBM+ 0.5 mg/L NAA能诱导生根，CBM+8 mg/L2,4-D或9 mg/L Picloram都可以诱导胚性愈伤组织，后者诱导效率更高。幼叶、茎尖及腋芽都能在CBM+12 mg/L Picloram培养基上诱导产生体细胞胚，CBM+0.3-0.4 mg/L BAP的培养基光照培养能促进体细胞胚成熟并再生植株。GD+10mg/L picloram可诱导形成脆性胚性愈伤组织（FEC），将FEC在SH+10 mg/L picloram+40g/L蔗糖的液体培养基中，2.3%接种量，继代周期为6天，可高效繁殖FEC。.秋水仙素溶液处理去顶的大田木薯腋芽可引起变异，镜检发现染色体加倍，流式细胞仪检测也证实染色体加倍，从而获得四倍体华南5号和华南8号木薯。原生质体融合创制多倍体技术的研究发现，28℃下用纤维素酶、离析酶和果胶酶酶解10 h木薯叶片或FEC可获得大量原生质体，培养在SH+60 g/L葡萄糖培养基中，培养密度5×105个/ml时，细胞分裂活跃。用电融合杯在交变电场强度100 v/cm，作用时间50 s，直流脉冲强度1500 v/cm，频率2次/s，作用时间45 µs的条件，适合木薯原生质体细胞成串并电击融合。但是我们获得融合细胞再生植株。.获得华南8号四倍体木薯（4-SC8）后，研究了它与二倍体华南8号木薯（2-SC8）的生理生化差异及抗寒性。发现无论组培苗还是大田苗，4-SC8叶片裂片变短扁圆，叶柄变长，茎秆变粗，气孔长度和宽度都变大，但单位面积气孔密度变小，株高变矮，茎粗增加，叶片变厚。低温胁迫下4-SC8叶片更容易受伤，叶片萎蔫卷曲，含水量下降，显示4-SC8抗冷性不如2-SC8。测定氧化胁迫状态发现，低温使四倍体木薯积累更多MDA，叶片电导率增大，显示细胞膜受到损伤；冷胁迫下，4-SC8叶片中可溶性蛋白质含量急剧增加，表面蛋白质受到损伤明显，而脯氨酸含量不如2-SC8，表明保护性机制不如2-SC8；抗氧化酶SOD在低温胁迫下急剧下降，又迅速上升，但4-SC8不如2-SC8变化快，表明4-SC8的抗氧化调节不如2-SC8。