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浮萍生物学特性、遗传转化及对汞的生理响应研究
杨晶晶
Subtype博士
Thesis Advisor侯宏伟
2018
Degree Grantor中国科学院水生生物研究所
Abstract浮萍(Lemnoideae)是天南星科的水生高等植物,广布于各种淡水生境,共5个属,包括紫萍属(Spirodela)、斑萍属(Landoltia)、青萍属(Lemna)、扁无根萍属 (Wolffiella)、芜萍属(Wolffia),37个种,其中研究和应用最多的是紫萍(Spirodela polyrhiza)、两种青萍(Lemna minor、Lemna gibba)和芜萍(Wolffia globosa)。浮萍个体微小(仅0.5-15 mm),其中芜萍拥有地球上最小的个体;形态结构退化;通常以富含淀粉的休眠芽进行冬眠,并以无性繁殖的方式大量累积生物量。浮萍在生长发育和应用方面具有一系列优势:快速繁殖、易于培养、与水面直接接触、环境适应能力强、能吸收水体中污染物质等,使其在研究植物形态建成、遗传和进化,以及各种生物技术应用方面具有极大的潜力。要深入研究浮萍,需要详细了解其生物学特性,建立高效的遗传转化体系。因此,本研究对四种浮萍的形态和解剖结构进行深入研究,并建立S. polyrhiza的稳定遗传转化体系。此外,还分析了浮萍应对不同浓度汞胁迫的响应,为利用浮萍进行汞污染监测和修复提供参考。得到研究结果如下:1、利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM),对四种浮萍(S. polyrhiza、L. minor、L. gibba、W. globosa)的形态和解剖结构进行了研究。扫描电镜结果显示,四种浮萍的气孔均分布于背部,W. globosa的母芽具一生殖袋,子芽生长于其中。透射电镜结果显示,四种浮萍具有高等植物所有的细胞器,最显著的特征是含有大量的叶绿体,叶绿体富含淀粉。还利用半薄切片观察了四种浮萍的显微结构,结果显示,四种浮萍均由上皮细胞和叶肉细胞组成,叶肉细胞之间形成了大量的细胞间隙;S. polyrhiza、L. minor和L. gibba的上表皮和叶肉细胞中含有叶绿体,W. globosa所有表皮细胞和叶肉细胞都含有叶绿体。2、研究了不同植物激素(2,4-D、NAA、6-BA、TDZ)和碳源(蔗糖、麦芽糖、山梨醇、葡萄糖)对S. polyrhiza愈伤组织诱导的影响。结果表明,当生长素的浓度等于或高于细胞分裂素的浓度时,才能诱导S. polyrhiza形成愈伤组织。2,4-D和6-BA处理组,5 mg/L 2,4-D和2 mg/L 6-BA处理下S. polyrhiza愈伤组织诱导效率最高,高于90%;NAA和TDZ处理组,2.5 mg/L NAA和1 mg/L TDZ的诱导率最高,为63%。1%蔗糖是S. polyrhiza愈伤组织诱导的最佳碳源,约80%,明显优于其它碳源。最后研究了细胞分裂素(6-BA、TDZ)对S. polyrhiza芽再生的影响,结果表明细胞分裂素单独作用下即可诱导芽再生,1 mg/L TDZ处理组,S. polyrhiza的芽再生效率最高;6-BA处理也能诱导紫萍愈伤组织再生出芽,1 mg/L 6-BA处理组的芽再生率为83%。3、以S. polyrhiza的愈伤组织为侵染材料,根癌农杆菌LBA4404作为载体,建立了农杆菌介导的S. polyrhiza遗传转化体系,并成功将生长素报告基因(DR5::GUS)和细胞分裂素报告基因(TCS::GUS)转入S. polyrhiza中。我们对影响转化效率的主要因素,包括共培养培养基的pH值,以及乙酰丁香酮的浓度进行了摸索。结果表明,pH值为5.2的共培养培养基中添加100 μM的乙酰丁香酮时,获得的转化效率最高,为13%。4、利用GUS染色观察了S. polyrhiza叶状体不同发育时期生长素和细胞分裂素的表达。结果显示,细胞分裂素在叶状体的萌发阶段表达最为强烈;随着叶状体的成熟,细胞分裂素的表达逐渐下降直到消失。生长素开始分布在叶状体的顶端,随着叶状体的生长,生长素逐步蔓延到整个叶状体,最后随着叶状体的衰老而消失。组织切片结果显示,细胞分裂素和生长素在S. polyrhiza叶状体中的分布具有明显的组织特异性,,细胞分裂素主要分布在上表皮和叶肉细胞中;生长素主要分布在叶状体的下表皮,维管组织和叶肉细胞中。5、研究了不同浓度的汞(0、0.25、0.5、1、2、4、8 mg/L)对S. polyrhiza、L. minor和L. gibba三种浮萍的生长指标(叶状体数目、鲜重、相对生长速率)和生化指标(淀粉含量、叶绿素水平、可溶性蛋白含量、抗氧化酶活力)的影响。结果显示,不同浓度汞处理下L. gibba(6745)的EC50值(半数效应浓度,Median Effect Concentration)最低,为4.4 mg/L,表明L. gibba(6745)对汞污染最为敏感,具有应用于汞污染监测的潜力;S. polyrhiza(6745)的EC50值最高,为7.5 mg/L,且S. polyrhiza 的BCF(生物富集因子,Bioconcentration factor)值超过1000,表明S. polyrhiza(6745)对汞的耐受性和富集能力最高,具有应用于汞污染修复的潜力。淀粉含量、叶绿素水平、可溶性蛋白含量以及抗氧化酶活力均受到汞的影响而变化,可以用作污染监测中的生物标志物。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/38995
Collection学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
杨晶晶. 浮萍生物学特性、遗传转化及对汞的生理响应研究[D]. 中国科学院水生生物研究所,2018.
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