Phân tích các biến đổi hình thái học và sinh lý học trong các quá trình phát sinh cơ quan và phôi thể hệ ở một số giống chuối (Musa sp.)

150 609 4
Phân tích các biến đổi hình thái học và sinh lý học trong các quá trình phát sinh cơ quan và phôi thể hệ ở một số giống chuối (Musa sp.)

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN THANH HƯƠNG PHÂN TÍCH CÁC BIẾN ĐỔI HÌNH THÁI HỌC VÀ SINH LÝ HỌC TRONG CÁC QUÁ TRÌNH PHÁT SINH CƠ QUAN VÀ PHÔI THỂ HỆ Ở MỘT SỐ GIỐNG CHUỐI (Musa sp.) Chuyên ngành: Sinh lý Thực vật Mã số: 62 42 30 05 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. BÙI TRANG VIỆT 2. GS.TS. FENG TENG-YUNG Thành phố Hồ Chí Minh - 2011 i MỤC LỤC Trang CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH x MỞ ĐẦU. 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Sơ lược về cây chuối 3 1.2. Các nghiên cứu nhằm cải tiến giống chuối trên thế giới và ở Việt Nam 5 1.2.1. Sự nuôi cấy chồi và mô phân sinh ngọn chồi 5 1.2.2. Sự thu nhận phôi soma 6 1.3. Phát sinh hình thái thực vật, phát sinh cơ quan và phát triển phôi hợp tử 8 1.3.1. Phát sinh hình thái thực vật 8 1.3.2. Mô phân sinh ngọn chồi và sự phát triển chồi 8 1.3.3. Mô phân sinh ngọn rễ và sự phát triển rễ 11 1.3.4. Sự phát triển phôi hợp tử 13 1.4. Vai trò của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong phát sinh cơ quan và phát triển phôi hợp tử 14 1.4.1. Auxin 15 1.4.2. Cytokinin 18 1.4.3. Gibberellin và acid abscisic 19 1.5. Cơ sở phân tử của sự phát sinh hình thái 20 1.6. Sự phát sinh hình thái in vitro và các ứng dụng của vi nhân giống 23 1.6.1. Sự phát sinh cơ quan 23 1.6.2. Sự phát sinh phôi soma 24 ii CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. VẬT LIỆU 31 2.1.1. Vật liệu nuôi cấy 31 2.1.2. Vật liệu được dùng trong các sinh trắc nghiệm 31 2.2. PHƯƠNG PHÁP 34 2.2.1. Quan sát các biến đổi hình thái học, giải phẫu học 34 2.2.2. Đo cường độ hô hấp 35 2.2.3. Đo hàm lượng các chất điều hòa tăng trưởng thực vật 35 2.2.4. Nuôi cấy khúc cắt chồi và khúc cắt mô phân sinh ngọn chồi 39 2.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trên sự phát triển chồi 40 2.2.6. Áp dụng phối hợp các chất điều hòa tăng trưởng thực vật và sự hủy mô phân sinh ngọn chồi 40 2.2.7. Áp dụng phương pháp nuôi cấy khúc cắt mô phân sinh ngọn chồi trong vi nhân giống 41 2.2.8. Khảo sát ảnh hưởng của chất điều hòa tăng trưởng thực vật trên sự phát triển rễ bất định từ khúc cắt chồi 41 2.2.9. Tạo mô sẹo và dịch treo tế bào 42 2.2.10. Tạo phôi soma từ dịch treo tế bào 44 2.2.11. Áp dụng các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong sự phát triển phôi 47 2.2.12. Sự chuyển cây ra vườn ươm 48 2.2.13. Thử dùng dịch treo tế bào để cô lập, dung hợp và nuôi cấy tế bào trần 48 2.2.14. Xử lý thống kê kết quả thu được 50 iii CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ 51 3.1. Sự hình thành và phát triển chồi 51 3.1.1. Các biến đổi hình thái trong quá trình phát triển chồi 51 3.1.2. Mối liên hệ giữa kiểu gen, kích thước mô phân sinh ngọn chồi và sự phát triển chồi 62 3.1.3. Ảnh hưởng của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trên sự phát triển chồi 65 3.1.4. Sự thay đổi cường độ hô hấp của chồi 68 3.1.5. Sự thay đổi hàm lượng các chất điều hòa tăng trưởng thực vật nội sinh trong quá trình phát triển chồi 70 3.1.6. Áp dụng phối hợp các chất điều hòa tăng trưởng thực vật và sự hủy mô phân sinh ngọn trong sự phát triển chồi 73 3.1.7. Áp dụng phương pháp nuôi cấy khúc cắt mô phân sinh ngọn chồi trong vi nhân giống 77 3.2. Sự hình thành rễ bất định từ các khúc cắt chồi 79 3.2.1. Các biến đổi hình thái trong quá trình phát triển rễ bất định 79 3.2.2. Vai trò của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong quá trình phát triển rễ bất định 86 3.3. Sự tạo mô sẹo và dịch treo tế bào 86 3.3.1. Sự hình thành mô sẹo từ hoa đực non 86 3.3.2. Sự hình thành dịch treo tế bào từ mô sẹo có nguồn gốc hoa đực non 86 3.3.3. Sự hình thành dịch treo tế bào từ cụm chồi tăng sinh cao 86 3.3.4. Ảnh hưởng của pH và sự loại 2,4-D trên sự hình thành tế bào có khả năng sinh phôi 93 3.4. Sự sinh phôi soma ở chuối 96 3.4.1. Các thay đổi hình thái trong quá trình phát triển phôi 96 iv 3.4.2. Ảnh hưởng của mật độ tế bào ban đầu trên sự phát sinh phôi 104 3.4.3. Ảnh hưởng của pH và sự loại các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong các môi trường Ma 2 , Ma 3 trong sự phát sinh phôi 105 3.4.4. Ảnh hưởng của sự phối hợp auxin và cytokinin trên sự sinh phôi 105 3.4.5. Số lần cấy chuyền dịch treo tế bào và khả năng phát sinh phôi 109 3.4.6. Ảnh hưởng của acid abscisic trong sự trưởng thành của phôi 109 3.4.7. Ảnh hưởng của TIBA trong sự hình thành và phát triển phôi 111 3.4.8. Sự thay đổi hàm lượng các chất điều hòa tăng trưởng thực vật nội sinh trong quá trình phát triển phôi 115 3.4.9. Áp dụng các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong sự phát triển phôi 116 3.5. Sự chuyển cây ra vườn ươm 123 3.6. Sự cô lập, dung hợp và nuôi cấy tế bào trần 126 THẢO LUẬN 131 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 152 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 154 TÀI LIỆU THAM KHẢO 156 PHỤ LỤC v CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHP : Cultures Hautement Proliférante TLT : Trọng lượng tươi IAA : indol acetic acid IBA : indol butyric acid NAA : 1-naphtalene acetic acid 2,4-D : 2,4-dichlorophenoxyacetic acid TIBA : 2,3,5-triiodobenzoic acid TDZ : Thiadiazuron BA : 6-Benzylaminopurine KIN : kinetin 2-iP : 6-dimethylallylaminopurin ABA : abscisic acid GA 3 : gibberellic acid Fe-EDTA : Ferric Ethylen Diamintetraacetat PEG : Polyethylene glycol TTC : 2,3,5-Triphenyl Tetrazolium Chloride SCV : Settled cell volume SAM : Shoot apical meristem vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Kích thước của mô phân sinh ngọn chồi cây trong vườn thuộc một số giống trồng có kiểu gene khác nhau, ở giai đoạn 1 tháng tuổi 62 Bảng 2. Kích thước của mô phân sinh ngọn chồi cây in vitro 6 tuần tuổi, thuộc một số giống trồng có kiểu gene khác nhau, tăng trưởng từ khúc cắt chồi trên môi trường MS 63 Bảng 3. Sự phát triển chồi từ khúc cắt mô phân sinh ngọn chồi cây trong vườn, thuộc một số giống trồng có kiểu gene khác nhau, sau 6 tuần nuôi cấy trên môi trường CHP* có bổ sung IAA 0,17 mg/l và BA 2,5 mg/l. 64 Bảng 4. Sự phát triển chồi từ khúc cắt mô phân sinh ngọn chồi cây in vitro, thuộc một số giống trồng có kiểu gene khác nhau, sau 6 tuần nuôi cấy trên môi trường CHP* có bổ sung IAA 0,17 mg/l và BA 2,5 mg/l. 64 Bảng 5. Vai trò của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong sự hình thành và phát triển chồi từ khúc cắt chồi cây in vitro chuối Cau Mẵn sau 4 tuần nuôi cấy 66 Bảng 6. Ảnh hưởng của sự kết hợp auxin và cytokinin trong sự tăng sinh chồi từ khúc cắt mô phân sinh ngọn chồi cây in vitro, thuộc một số giống trồng có kiểu gene khác nhau, sau 6 tuần nuôi cấy 67 Bảng 7. Ảnh hưởng của sự kết hợp auxin và cytokinin trên sự phát triển chiều cao chồi từ khúc cắt mô phân sinh ngọn chồi cây in vitro, thuộc một số giống trồng có kiểu gene khác nhau, sau 6 tuần nuôi cấy 67 Bảng 8. Cường độ hô hấp của khúc cắt chồi từ cây trong vườn một tháng tuổi, thuộc một số giống trồng có kiểu gene khác nhau. 68 Bảng 9. Cường độ hô hấp của khúc cắt chồi từ cây in vitro 6 tuần tuổi tăng trưởng trên môi trường MS, thuộc một số giống trồng có kiểu gene khác nhau. 68 vii Bảng 10. Cường độ hô hấp của mẫu cấy phát triển từ khúc cắt mô phân sinh ngọn chồi cây in vitro, thuộc một số giống trồng có kiểu gene khác nhau, sau 4 tuần nuôi cấy trên môi trường CHP* có bổ sung IAA 0,17 mg/l, BA 2,5 mg/l và zeatin 1 mg/l 69 Bảng 11. Hàm lượng các chất điều hòa tăng trưởng thực vật dạng tự do (đo bằng phương pháp sinh trắc nghiệm) trong khúc cắt chồi cây trong vườn một tháng tuổi, thuộc một số giống trồng có kiểu gene khác nhau. 71 Bảng 12. Hàm lượng các chất điều hòa tăng trưởng thực vật dạng tự do (đo bằng phương pháp sinh trắc nghiệm) trong khúc cắt chồi cây in vitro 6 tuần tuổi tăng trưởng trên môi trường MS, thuộc một số giống trồng có kiểu gene khác nhau. 71 Bảng 13. Hàm lượng các chất điều hòa tăng trưởng thực vật dạng tự do trong mẫu cấy phát triển từ khúc cắt mô phân sinh ngọn chồi sau 4 tuần nuôi cấy trên môi trường CHP* có bổ sung IAA 0,17mg/l, BA 2,5 mg/l và zeatin 1 mg/l (đo bằng phương pháp sinh trắc nghiệm) 72 Bảng 14. Hàm lượng các chất điều hòa tăng trưởng thực vật dạng liên kết trong mẫu cấy phát triển từ khúc cắt mô phân sinh ngọn chồi sau 4 tuần nuôi cấy trên môi trường CHP* có bổ sung IAA 0,17 mg/l, BA 2,5 mg/l và zeatin 1 mg/l (đo bằng phương pháp sinh trắc nghiệm). 72 Bảng 15. Hàm lượng IAA và zeatin tổng cộng trong mẫu cấy phát triển từ khúc cắt mô phân sinh ngọn chồi sau 4 tuần nuôi cấy trên môi trường CHP* với IAA 0,17 mg/l, BA 2,5 mg/l và zeatin 1 mg/l (đo bằng phương pháp HPLC). 73 Bảng 16. Sự phát sinh chồi từ các mẫu cấy chịu các kiểu tác động lên mô phân sinh ngọn chồi khác nhau sau 3 tuần nuôi cấy trên môi trường CHP* có bổ sung IAA 0,17 mg/l, BA 2,5 mg/l và zeatin 1 mg/l. 74 viii Bảng 17. Sự phát triển chồi từ khúc cắt mô phân sinh ngọn chồi của một số giống chuối sau 6 tuần nuôi cấy trên môi trường CHP* có bổ sung IAA 0,17 mg/l, BA 2,5 mg/l và zeatin 1mg/l 77 Bảng 18: Ảnh hưởng của auxin trong sự hình thành sơ khởi rễ (quan sát dưới kính hiển vi) từ khúc cắt chồi sau 8 ngày nuôi cấy trên môi trường MSK với IAA, NAA hay 2,4-D ở các nồng độ khác nhau. 83 Bảng 19. Vai trò của auxin trong sự phát sinh hình thái rễ từ khúc cắt chồi chuối Cau Mẵn sau 5 ngày nuôi cấy trên môi trường MSK với IAA, NAA hay 2,4-D ở các nồng độ khác nhau 85 Bảng 20. Ảnh hưởng của mật độ tế bào ban đầu trên sự phát sinh phôi của dịch treo tế bào có nguồn gốc mô sẹo chuối Cau Mẵn sau 21 ngày nuôi cấy trên môi trường đặc Ma * 3 với kinetin 0,1 mg/l, 2-iP 0,2 mg/l, zeatin 0,05 mg/l và NAA 0,2 mg/l, ở pH 5,3 104 Bảng 21. Số phôi được tạo từ dịch treo tế bào có nguồn gốc mô sẹo chuối Cau Mẵn trên các môi trường có pH khác nhau, trong mỗi hộp Petri với 0,5 ml dịch treo tế bào ban đầu sau 21 ngày nuôi cấy. 105 Bảng 22. Ảnh hưởng của sự phối hợp auxin và cytokinin trong sự phát sinh phôi (giai đoạn hình cầu) từ dịch treo tế bào có nguồn gốc cụm chồi tăng sinh cao chuối Cau Mẵn sau 28 ngày nuôi cấy 106 Bảng 23. Mối liên hệ giữa số lần cấy chuyền dịch treo tế bào và khả năng phát sinh phôi sau 4 tuần nuôi cấy trên môi trường Ma * 3 có bổ sung kinetin 0,1 mg/l, 2-iP 0,2 mg/l và zeatin 0,05 mg/l 109 Bảng 24. Vai trò của TIBA trong sự phát sinh phôi sau 21 ngày nuôi cấy tế bào dịch treo chuối Cau Mẵn ở các thời điểm phát triển phôi khác nhau trên môi trường Ma * 3 có bổ sung kinetin 0,1 mg/l, 2-iP 0,2 mg/l, zeatin 0,05 mg/l và TIBA ở các nồng độ thay đổi. 111 ix Bảng 25. Tác động của TIBA trên phôi chuối Cau Mẵn ở các giai đoạn phát triển khác nhau sau 42 ngày nuôi cấy trên môi trường MS½ với BA 0,227 mg/l, IAA 1,5 mg/l và TIBA 1 mg/l 113 Bảng 26. Sự thay đổi hàm lượng chất điều hòa tăng trưởng thực vật tổng cộng trong quá trình hình thành và phát triển phôi soma từ tế bào dịch treo chuối Cau Mẵn có nguồn gốc cụm chồi tăng sinh cao (đo bằng phương pháp HPLC). 116 Bảng 27. Ảnh hưởng của sự phối hợp auxin và cytokinin trên sự phát triển phôi sau 42 ngày nuôi cấy các phôi chuối Cau Mẵn ở các giai đoạn phát triển khác nhau 118. [...]... sự sinh cơ quan và đặc biệt là sự sinh phôi soma được các nhà sinh học thực vật hết sức quan tâm và nghiên cứu dưới các khía cạnh phát sinh hình thái và sinh lý học cũng như ở mức độ tế bào và phân tử, nhằm ứng dụng có hiệu quả trong sự vi nhân giống thực vật ở quy mô lớn 2 Đề tài Phân tích các biến đổi hình thái học và sinh lý học trong các quá trình phát sinh cơ quan và phôi soma ở một số giống chuối. .. vai trò của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong các quá trình phát sinh cơ quan và phôi soma; - Thu nhận cây in vitro của một số giống chuối trồng và hoang dại Về mặt khoa học, luận án giải đáp một số vấn đề liên quan tới sự phát sinh hình thái ở cây chuối: các biến đổi hình thái học và sinh lý học của quá trình phát sinh cơ quan (chồi và rễ) và phôi soma ở chuối xảy ra như thế nào? ở vùng tế... chuối (Musa sp.) được thực hiện nhằm tìm hiểu cơ sở sinh lý học và phát sinh hình thái cho việc vi nhân giống một số giống chuối trồng hay hoang dại ở các tỉnh phía nam Việt Nam, tập trung vào các vấn đề sau: - Tạo các hệ thống tế bào để dùng trong vi nhân giống thực vật; - Phân tích các quá trình phát sinh hình thái in vitro (chồi, rễ và phôi soma), đặc biệt dưới khía cạnh hình thái học và sinh lý học; ... sinh cơ quan và phát sinh phôi, bao 8 gồm sự phát triển của các tế bào và mô chuyên biệt thành các mô phôi, cần được thực hiện như một vấn đề lý thuyết và đồng thời giúp gia tăng hiệu quả của việc vi nhân giống thực vật và áp dụng các công nghệ sinh học thực vật [150] 1.3 Phát sinh hình thái thực vật, phát sinh cơ quan và phát triển phôi hợp tử 1.3.1 Phát sinh hình thái thực vật Sự phát sinh hình thái. .. vật là quá trình phát triển một cấu trúc hình thái mới thông qua sự phân chia, tăng trưởng và phân hóa tế bào Sự phát sinh hình thái được nghiên cứu ở nhiều mức độ tổ chức: cơ quan, mô, tế bào và phân tử, và dưới nhiều khía cạnh: sinh lý học, di truyền học, sinh học tế bào và sinh học phân tử [17], [70] Sự phát sinh hình thái phụ thuộc vào hai quá trình căn bản: điều hòa hướng kéo dài tế bào và kiểm... nhận ở Musa spp [43], [86], [92], [122] Tuy nhiên, chưa có nhiều công bố chi tiết về các quá trình phát triển phôi soma, cũng như sự tạo các sơ khởi rễ, sự hình thành chồi với các sơ khởi lá, đặc biệt dưới các khía cạnh phát sinh hình thái và sinh lý học Hơn nữa, ở một vài giống chuối, sự phát sinh phôi có thể bị giới hạn ở các giai đoạn phát triển nào đó [80] Vì vậy, các nghiên cứu về quá trình phát sinh. .. mặt phẳng phân chia tế bào Để nghiên cứu sự phát sinh hình thái cần tìm hiểu nguồn gốc phát sinh và các yếu tố liên quan trong các biến đổi hình thái và cấu trúc Hai phương pháp thường được áp dụng để nghiên cứu sự phát sinh hình thái là: cắt bỏ một vùng mô phân sinh và theo dõi các biến đổi phát triển sau đó; và nuôi cấy in vitro các phần tách rời của cơ thể thực vật cùng với sự áp dụng các hormone... mg/l và zeatin 0,05 mg/l 110 Hình 3.75 Sự phát triển phôi từ các phôi hình cầu chuối Cau Mẵn sau 1 tuần nuôi cấy trên môi trường MS với ABA 0,5 mg/l 110 Hình 3.76 Các nhóm tế bào ở thời điểm ngày 0 112 Hình 3.77 Các nhóm tế bào ở ngày 14 của quá trình phát sinh phôi 112 Hình 3.78 Các nhóm tế bào ở ngày 28 của quá trình phát sinh phôi 112 Hình 3.79 Sự phát triển phôi từ các phôi chuối. .. suất cao và ổn định…) rất được quan tâm Sự phát sinh cơ quan (organogenesis) và phát sinh phôi soma (phát sinh phôi thể hệ, somatic embryogenesis) là hai quá trình phát sinh hình thái thực vật (plant morphogenesis) có ý nghĩa quan trọng trong sinh học thực vật Các quá trình này chịu sự tác động của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó vai trò của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật là đặc biệt quan trọng... sự hình thành diệp tiêu, mô phân sinh ngọn chồi và sơ khởi rễ mầm bắt đầu sau giai đoạn hình cầu Khác biệt chính với song tử diệp là rễ đầu tiên của các loại ngũ cốc hình thành ở sâu bên trong phôi [57], [144] 1.4 Vai trò của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong phát sinh cơ quan và phát triển phôi hợp tử Phần lớn các nghiên cứu về sự phát sinh phôi đi sâu vào phân tích các thay đổi hình thái

Ngày đăng: 26/08/2015, 10:47

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan