一種提高擬南芥莖尖超低溫保存後再生率的方法與流程

2023-09-16 10:24:25 2

本發明屬於冷凍再生技術領域，尤其涉及一種提高擬南芥莖尖超低溫保存後再生率的方法。

背景技術：

植物超低溫保存(cryopreservation)是在液氮溫度下(-196℃)保存植物材料的方法。由於在液氮溫度下所有的細胞活動都暫時停止，所以理論上植物材料可以在不發生變化的情況下無限期保存。植物莖尖分生組織具有再生完整植株的能力，是植物超低溫保存的主要對象。植物超低溫技術發展的一個重要瓶頸是對超低溫處理過程細胞水平的研究非常有限。超低溫處理的主要對象是離體莖尖(分生組織)等具有再生能力的植物組織。在處理過程中，離體莖尖將經受預培養，滲透保護，脫水，液氮處理，解凍，復水和恢復培養等劇烈的人工處理。上述過程中，植物細胞膜系統和細胞骨架等將發生劇烈的變化和響應，這些變化及其恢復是超低溫處理方案成敗的關鍵。但是，植物莖尖超低溫保存過程中細胞骨架的變化模式是怎樣的，微管結構狀態與植物莖尖超低溫保存後的再生率的關係等問題尚不清楚。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的是在於提供一種提高擬南芥莖尖超低溫保存後再生率的方法，旨在解決超低溫保存植物材料的問題。本發明以擬南芥莖尖為研究對象，解析了超低溫保存過程中細胞的微管變化模式，並通過加入微管穩定劑紫杉醇和促進微管解聚的藥物oryzalin來改變微管狀態，進而驗證微管結構對超低溫保存後植株再生率的影響。本發明方法彌補了超低溫保存技術中有關細胞學變化方面的研究空白，同時為提高植物莖尖超低溫保存再生率提供了方法支持，對研究超低溫保存技術有重要意義。

為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案予以實現。

一種提高擬南芥莖尖超低溫保存後再生率的方法，該方法包括以下步驟：

(1)將消毒處理過的擬南芥種子播種在MS培養基上，經4-6℃低溫處理之後在22-25℃12h/12h晝夜周期的培養條件下培養一周獲得擬南芥幼苗，隨後在解剖鏡下切割莖尖；

(2)選取90個莖尖，平均分成三組，每組30個莖尖，第一組加入20μmol/L的紫杉醇並處理20分鐘，標記為T組；第二組加入20μmol/L的黃草消oryzalin處理20分鐘，標記為O組；第三組的莖尖直接標記為C組。

(3)加載處理，將T組、O組和C組莖尖同時放在加載溶液中，25℃下處理18-25分鐘；

(4)植物微滴玻璃化處理，在加載溶液處理結束以後，將三組莖尖同時轉入預冷的PVS2溶液，在冰上處理25-30分鐘；

(5)超低溫保存，將經過PVS2處理的莖尖轉移到無菌鋁箔條上並插入液氮中，待不再有氣泡產生時將鋁箔條轉入凍存管，並放置在液氮中保持30分鐘；

(6)解凍和卸載處理，將鋁箔條從液氮中移出並直接轉入卸載溶液中，並在25℃下處理20-30分鐘；

(7)恢復培養，將解凍後的莖尖轉移到恢復培養基上進行恢復培養，恢復培養的前7天為暗培養；暗培養之後，繼續在光照下培養，並定期統計南芥莖尖成活率。

進一步地，所述步驟(3)中加載溶液是含有2M甘油和0.4M蔗糖的MS培養液。

進一步地，所述步驟(4)中PVS2溶液是含有30％(w/v)甘油、15％(w/v)乙二醇、15％(w/v)DMSO和0.4M蔗糖的MS培養液。

進一步地，所述步驟(6)中卸載溶液是含有1.2M蔗糖的MS培養液。

進一步地，所述步驟(7)中恢復培養基是含有30g/L蔗糖、1.0mg/L BA和3g/L植物凝膠的MS固體培養基。

相比於現有技術的缺點和不足，本發明具有以下有益效果：

(1)解析了超低溫保存過程中細胞微管結構的變化，填補了超低溫保存過程中細胞學方面的研究空白；

(2)在裝載處理前加入微管穩定劑有利於提高植株的再生率，改進了現有的植物莖尖超低溫保存技術；

(3)在裝載處理前加入微管解聚試劑降低了植物莖尖超低溫保存的再生率。

附圖說明

圖1為微管試劑對擬南芥莖尖超低溫保存後再生率的影響，其中：a、超低溫保存後擬南芥莖尖再生情況；b、再生後植株；

圖2為擬南芥莖尖超低溫保存後再生率統計情況；

圖3為超低溫保保存過程中微管結構變化情況；

圖4為微管試劑對超低溫保存過程中微管結構的影響；

具體實施例

下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明，但本發明不限於這些實施例。

實施例1

(1)擬南芥莖尖的獲取

將表達α-tublin-GFP融合蛋白的擬南芥種子經消毒處理之後播種在MS培養基上，經4-6℃低溫處理，在22-25℃12h/12h晝夜周期的培養條件下培養一周獲得擬南芥幼苗，並在解剖鏡下切割莖尖；

(2)微滴玻璃化超低溫保存

取90個莖尖，平均分成三組，每組30個莖尖，第一組加入含有20μmol/L的紫杉醇的微管固定劑(微管固定劑含有50mmol/L Pipes、2mmol/L EGTA、2mmol/L 0.05％MgSO4)處理20分鐘，標記為T組；第二組加入含有20μmol/L的黃草消oryzalin的微管固定劑(微管固定劑含有50mmol/L Pipes、2mmol/L EGTA、2mmol/L 0.05％MgSO4)處理20分鐘，標記為O組；第三組的莖尖直接標記為C組，等T組和O組處理完之後，三組莖尖同時做後續處理。

將三組莖尖轉入凍存管中加入1mL加載溶液，在25℃下處理20分鐘。加載溶液為含有2M甘油和0.4M蔗糖的MS培養液。在加載溶液處理結束以後，用1mL冰上預冷的PVS2溶液替換加載溶液，並在冰上處理25-30分鐘。PVS2溶液是含有30％(w/v)甘油、15％(w/v)乙二醇、15％(w/v)DMSO和0.4M蔗糖的MS培養液。在PVS2處理結束前1分鐘，將莖尖和一滴PVS2溶液(15μL)轉到一個8×25mm的無菌鋁箔條上。在PVS2處理結束後，用一把細鑷子將鋁箔條直接插入液氮中，待不再有氣泡產生時(約5-20秒鐘)，將鋁箔條轉入放置在液氮中的凍存管，並保持在液氮中30分鐘。解凍時，將鋁箔條從液氮中取出，並快速插入6釐米直徑培養皿中的10mL卸載溶液裡，並在25℃下處理20分鐘。卸載溶液是含有1.2M蔗糖的MS培養液。在卸載溶液處理結束後，將莖尖轉入恢復培養基。恢復培養基為含有30g/L蔗糖、1.0mg/L BA和3g/L植物凝膠的MS培養基。恢復培養的前7天為暗培養。暗培養之後，繼續在光照下培養，並定期統計成活率。

(3)微滴玻璃化超低溫保存過程中微管結構變化及微管試劑對超低溫保存過程中微管結構的影響

通過雷射掃描共聚焦顯微鏡來檢測擬南芥莖尖的GFP(綠色螢光蛋白)信號，進而觀測不同處理條件下的擬南芥莖尖的微管結構(488nm激發光和520nm發射光)。

鏡檢取樣點安排如下：

C組：裝載處理之前，裝載處理之後，PVS2處理之後，卸載處理之後，共計四個檢測點；

T組：裝載處理之後，PVS2處理之後，卸載處理之後，共計三個取樣點；

O組：裝載處理之後，PVS2處理之後，卸載處理之後，共計三個取樣點；

每個取樣點10個莖尖，放在載玻片上，鏡檢。

本發明中，測試了微滴玻璃化途徑中在裝載處理之前用微管穩定劑紫杉醇和促進微管解聚的藥物Oryzalin預處理莖尖20分鐘對超低溫保存莖尖的存活率和再生率的影響。結果表明：T組、O組和C組對應的再生率為分別為77.2％、32.3％和39.5％(參照圖1、圖2)。可見，相對於C組來說，T組的微管穩定劑紫杉醇的加入有利於提高超低溫保存莖尖的存活率和再生率，而O組促進微管解聚的藥物oryzalin的加入降低了超低溫保存莖尖的存活率和再生率。在超低溫保存過程中，在裝載處理和PVS2溶液處理之後，微管完全解聚，恢復培養之後微管又開始聚合(參照圖3)；在超低溫保存過程中，在裝載處理之前加入微管穩定劑紫杉醇之後微管解聚狀況較未加紫杉醇的處理明顯緩解；在超低溫保存過程中，在裝載處理之前加入促進微管解聚試劑黃草消oryzalin之後微管解聚狀況較未加黃草消的處理明更為劇烈(參照圖4)。

以上所述，僅是本發明的較佳案例，並不對本發明做出任何限制，凡是針對本發明技術內容對以上實施案例所做的任何簡單修改、變更、模仿均屬於本發明技術方案的保護範圍。