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华北蓝盆花再生体系的建立及其黄酮类化合物研究



全 文 :2015年
第35卷 第4期
河北大学学报(自然科学版)
Journal of Hebei University(Natural Science Edition)
2015
Vol.35No.4
DOI:10.3969/j.issn.1000-1565.2015.04.008
华北蓝盆花再生体系的建立及其黄酮类化合物研究
郭萌,许东婷,王俊丽,张荣荣,黄婧婧
(中央民族大学 生命与环境科学学院,北京 100081)
  摘 要:为了有效保护和利用野生华北蓝盆花(Scabiosa tschiliensis Grunning)资源,通过离体培养技术
建立了华北蓝盆花再生体系.研究结果表明:以子叶为外植体,诱导愈伤组织较适宜的培养基为 MS+TDZ
1.0mg/L,诱导率达82.74%;诱导不定芽的培养基为 MS+6-BA 4.0mg/L,诱导率为86.30%;生根培养
基为 MS+IBA 2.0mg/L,生根率为73.85%.愈伤组织、野生植株总黄酮含量较高,其醇提物具有较强的抗
氧化活性,对DPPH自由基具有很高的清除率.
关键词:华北蓝盆花;愈伤组织诱导;植株再生;总黄酮;抗氧化活性
中图分类号:Q945   文献标志码:A   文章编号:1000-1565(2015)04-0379-06
Establishment of regeneration system and flavonoids analysis of
Scabiosa tschiliensis Grunning
GUO Meng,XU Dongting,WANG Junli,ZHANG Rongrong,HUANG Jingjing
(Colege of Life and Environmental Sciences,Minzu University of China,Beijing 100081,China)
Abstract:For protection and utilization of the wild Scabiosa tschiliensis Grunning,apropagation sys-
tem in vitro was established by using leaf explants from aseptic seedlings of S.tschiliensis.The results
showed that the optimal medium for calus induction was MS+TDZ 1.0mg/L,and induction rate was a-
bout 82.74%.Adventitious shoots developed when explants were cultured on MS+6-BA 4.0mg/L and
induction frequency was as high as 86.30%.MS+IBA 2.0mg/L was the best medium for rooting and
73.85%of the regenerated shoots formed complete plantlets.Quantitative analysis of flavonoids showed
that the phytochemical profiles of caluses were similar to that of wild-type plants.The 2,2-diphenyl-1-
picrylhydrazyl(DPPH)assay revealed that the flavonoid extracts of caluses and wild-type plants had
strong antioxidant activities.
Key words:Scabiosa tschiliensis Grunning;calus induction;plant regeneration;flavonoids;antioxi-
dant activity
 收稿日期:2014-12-23
 基金项目:高等学校学科创新引智计划项目(B08044);一流大学一流学科建设项目(YLDX01013)
 第一作者:郭萌(1989-),女,河北保定人,中央民族大学在读硕士研究生.E-mail:monica10717@126.com
 通信作者:王俊丽(1964-),女,河北新乐人,中央民族大学教授,博士生导师,主要从事植物细胞工程及资源利用等方面研
究.E-mail:wangjunli1698@163.com
华北蓝盆花(Scabiosa tschiliensis Grunning)是川续断科(Dipsacaceae)蓝盆花属(Scabiosa)植物,该植
河北大学学报(自然科学版) 第35卷
物主要分布于西北、东北和华北地区.华北蓝盆花的干燥花序入药,是一种重要的蒙药材(蒙药名为套森-套
日麻)[1].
目前有关华北蓝盆花研究较少,相关研究工作多为化学成分的提取,尤其是黄酮类化合物的研究[2].由
于华北蓝盆花植物资源量较少,并且入药的部位仅为花序,再加之人们对植物天然药物的需求越来越多,使
得华北蓝盆花这一药用植物资源日渐匮乏.本研究的目的在于探索华北蓝盆花愈伤组织和不定芽诱导条件,
建立高效离体繁殖体系,为华北蓝盆花的种质保存提供有效途径.
1 植物材料
研究所用材料为华北蓝盆花种子,其成熟果实采自北京市门头沟区的灵山,采样地的海拔高度为
1 400~1 900m.
2 实验方法
2.1 无菌苗的培养
选用 MS作为基本培养基,附加质量分数为3%的蔗糖和质量分数为0.7%的琼脂,pH值均为5.8,经
121℃高压灭菌20min.消毒后的种子接种于 MS培养基中,接种后将培养物置于(25±2)℃、光照强度为
2 000~3 000lx、光照时间为每天16h的条件下进行培养,30d后即可获得无菌苗.
2.2 愈伤组织的诱导
研究所用基本培养基为 MS培养基,其内分别添加2,4-D和TDZ,其质量浓度分别为0,0.5,1.0,2.0,
4.0mg/L.将无菌苗的叶片剪成大小为0.5cm×0.5cm的切块,接种于培养基内,每处理外植体接种56块,
实验重复3次,30d后观察统计愈伤组织的诱导率.
2.3 不定芽的诱导
以 MS为基本培养基,培养基内添加质量浓度分别为0,0.5,1.0,2.0,4.0mg/L的6-BA或KT,将大小
为0.5cm×0.5cm的叶片切块接种于配置好的培养基内,每处理外植体接种56块,实验重复3次,30d后
观察统计不定芽的诱导率.
2.4 不定根诱导培养
在 MS基本培养基中附加IBA作为生根培养基,IBA的质量浓度分别为0,0.5,1.0,2.0,4.0mg/L.选
取生长良好且高度为3~5cm的不定芽接入生根培养基进行不定根的诱导培养,每处理接种50个不定芽,
实验重复3次,30d后观察统计不定芽的生根率.
2.5 再生苗移栽
将生根培养45d后的三角瓶的瓶塞打开,在培养室内炼苗1周,然后将再生苗小心从瓶中取出,用自来
水冲洗根部的培养基后,移栽到由泥炭土、珍珠岩、沙混合而成的基质中,三者的体积比为4∶3∶2.
2.6 总黄酮的提取与含量测定
实验材料分别为愈伤组织、再生植株及野生植株,先将其在自然条件下晾干,然后用粉碎机进行粉碎.取
各干燥样品5.0g,置于回流装置中,加入体积分数为60%的乙醇50mL,回流提取2次,抽滤提取液,在旋
转蒸发仪上分别将不同样品的提取液减压浓缩到50mL.在25mL容量瓶内分别加入2.5mL浓缩液、5mL
体积分数为60%的乙醇和1mL质量分数为5%的NaNO2,摇匀后放置6min;之后加入质量分数为10%的
Al(NO3)31mL,放置6min后,再加入质量分数为4%的NaOH 10mL,混合均匀,用体积分数为60%的乙
醇定容,15min后采用分光光度计分别测出其吸光度值,测定波长为486nm.
2.7 乙醇提取物的抗氧化活性测定
称取8.0mg的醇提物干燥样品和维生素 C(Vc),将其分别溶于甲醇溶液中,使其质量浓度为
800μg/mL,再用甲醇将其稀释为质量浓度分别为400,200,100,50,25,10,5μg/mL的溶液.准确称取
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0.473mg 2,2-二苯基-1-苦基肼(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl,DPPH)溶于甲醇溶液中,配成终质量浓度为
60μg/mL的溶液.将100μL样品液按质量浓度由低到高的顺序加入96孔板的孔内,每孔加入100μL DP-
PH溶液,对照孔加入100μL甲醇,在避光、室温条件下放置40min后,用酶标仪测定其吸光值,测定波长为
517nm.
3 结果与分析
3.1 愈伤组织的诱导
将华北蓝盆花叶片外植体接种于添加不同质量浓度2,4-D培养基内,7d后在伤口处诱导出淡黄绿色
愈伤组织,随着培养时间的延长,愈伤组织由淡黄绿色变成黄褐色,并且愈伤组织增殖不明显.由表1可知,
2,4-D质量浓度为0.5mg/L时,诱导率为53.57%.将叶片外植体接种于附加不同TDZ质量浓度的培养基
内,7d后在叶片边缘和刻伤处出现深绿色颗粒状愈伤组织.当TDZ的质量浓度为1.0mg/L时,诱导率最
高,达到82.74%(图1a).
表1 2,4-D,TDZ对华北蓝盆花愈伤组织诱导的影响
Tab.1 Effects of 2,4-D and TDZ on calus induction of Scabiosa tschiliensis
ρ(2,4-D)/(mg·L
-1) 诱导率/%
0  0e
0.5  53.57±3.09a
1.0  47.02±1.03b
2.0  41.07±1.78c
4.0  37.74±1.78d
ρ(TDZ)/(mg·L
-1) 诱导率/%
0  0c
0.5  77.38±1.03b
1.0  82.74±1.03a
2.0  75.00±1.79b
4.0  77.98±2.06b
  数据以x±SD表示,n=3,P<0.05.
3.2 不定芽的诱导
将叶片外植体接种于附加不同质量浓度6-BA的培养基中,除对照组外,10d后出现丛生不定芽,30d
后丛生不定芽的高度可达1~3cm(图1b).在实验质量浓度范围内,随着6-BA质量浓度升高,不定芽的诱
导率也升高(表2),当6-BA质量浓度为4.0mg/L时,其不定芽的诱导率达到最高(86.3%).
表2 6-BA,KT对华北蓝盆花不定芽诱导的影响
Tab.2 Effects of 6-BA and KT on adventitious shoots induction of Scabiosa tschiliensis
ρ(6-BA)/(mg·L
-1) 诱导率/%
0  0e
0.5  33.93±1.79d
1.0  66.07±3.57c
2.0  73.21±1.78b
4.0  86.30±1.03a
ρ(KT)/(mg·L
-1) 诱导率/%
0  0d
0.5  4.17±1.03c
1.0  39.28±1.79a
2.0  5.35±1.79bc
4.0  7.14±0.00b
  数据以x±SD表示,n=3,P<0.05.
与6-BA相比,KT对不定芽诱导效应不及6-BA,当KT质量浓度为1.0mg/L时,不定芽的诱导率仅为
39.28%,明显低于6-BA的诱导率.研究还发现,高浓度KT抑制不定芽的诱导.
3.3 生根培养
将不定芽接种到含有不同质量浓度IBA的培养基中,10d后开始出现白色根尖,30d后可分化出辐射
分布的2~5条不定根(图1c),最长根可达10cm以上.从图2中可看出,当IBA质量浓度为2.0mg/L时,
生根率最高,达到73.85%(图2a),平均根数最多,为3.25条,平均根长最长,达到6.98cm(图2b).因此,
最佳诱导生根培养基为 MS+IBA 2.0mg/L.
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河北大学学报(自然科学版) 第35卷
a,愈伤组织;b,不定芽;c,再生植株.
图1 华北蓝盆花愈伤组织诱导及植株再生
Fig.1 Calus induction and plant regeneration of Scabiosa tschiliensis
  
a.生根率;b.平均生根数和根长.
图2 IBA对华北蓝盆花不定根诱导的影响
Fig.2 Effect of IBA on adventitious roots induction of Scabiosa tschiliensis
3.4 炼苗与移栽
经过1周的炼苗,将华北蓝盆花再生苗进行移栽,并将移栽的植株置于相对湿度较高(80%~90%)、温
度为20~25℃的环境中遮阴培养30d后,成活率可达85%.
3.5 华北蓝盆花总黄酮含量
通过分光光度法测定的不同样品的总黄酮含量如表3所示.
表3 不同愈伤组织、再生及野生植株的总黄酮含量(干重)及清除DPPH自由基的IC50值
Tab.3 Total flavonoid contents and IC50values of DPPH free radical scavenging
activities from caluses,and regenerated and wild-type plants of Scabiosa tschiliensis
培养基 材料类型 w(总黄酮)/(mg·g-1) IC50/(μg·mL
-1)
MS+TDZ 0.5mg/L 愈伤组织 12.60±0.11d 23.94±0.58e
MS+TDZ 1.0mg/L 愈伤组织 15.03±0.25a 27.95±1.74d
MS+TDZ 2.0mg/L 愈伤组织 14.24±0.14b 50.86±1.22b
MS+TDZ 4.0mg/L 愈伤组织 13.43±0.19c 37.23±0.93c
— 再生植株 1.51±0.12f 151.51±2.16a
— 野生植株 9.21±0.15e 26.50±0.63d
— 维生素C — 5.41±0.33f
  数据以x±SD表示,n=3,P<0.05.
从表3中可以看出,培养基中添加TDZ时,诱导出的愈伤组织中的总黄酮含量为12.60~15.03mg/g,
显著高于野生植株(9.21mg/g),当TDZ质量浓度为1.0mg/L时,总黄酮含量最高,达到15.03mg/g,这
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第4期 郭 萌等:华北蓝盆花再生体系的建立及其黄酮类化合物研究
表明不同质量浓度的TDZ对细胞中黄酮类化合物积累有一定的影响,1.0mg/L TDZ最有利于细胞中黄酮
类化合物积累.再生植株与野生植株相比,总黄酮含量很低,仅为1.51mg/g.
3.6 华北蓝盆花乙醇提取物的抗氧化活性
根据不同样品的DPPH自由基清除率,计算IC50,结果如表3.IC50值越大,抗氧化活性越弱.各样品的
IC50与对照维生素C(Vc)相比,虽然没有Vc的抗氧化活性强,但除再生植株外,其他样品均表现出较强的抗
氧化活性,IC50为23.944~50.861μg/mL,其中 MS+TDZ 1.0mg/L培养基诱导的愈伤组织的抗氧化活性
与野生植株相当,MS+TDZ 0.5mg/L培养基诱导的愈伤组织的抗氧化活性强于野生植株.
4 讨论
本研究发现,在培养基中只添加2,4-D时,愈伤组织的诱导率低,并且诱导出的愈伤组织生长状态较差.
Tan等[3]研究发现,培养基中附加2,4-D,对凹唇姜进行愈伤组织诱导培养时,愈伤组织诱导率不高,并且高
质量浓度2,4-D对愈伤组织的诱导有抑制作用.这一结果与本研究相一致.
6-BA对于华北蓝盆花不定芽的诱导效果最好,当6-BA质量浓度为4.0mg/L时,其不定芽的诱导率达
到86.3%.Mahendra等[4]研究发现,培养基中附加6-BA对美花狸尾豆的叶片进行不定芽诱导培养时,诱导
率也很高.许多研究表明,生长素与细胞分裂素配合使用时能促进植物细胞的分化,但在本研究中发现,当
6-BA与NAA配合使用时,华北蓝盆花不定芽的诱导率很低,并且有大量毛状根的形成.Dai等[5]对山楂的
研究也得到相类似的结果,他们用17.76μmol/L的6-BA和12.89μmol/L的NAA配合使用,诱导率仅为
30.5%.
本研究还发现,采用单独添加TDZ的 MS培养基进行愈伤组织诱导培养时,其愈伤组织中总黄酮含量
(12.60~15.03mg/g)均明显高于野生植株,说明TDZ对总黄酮的积累效果显著.高丽华等[6]采用分光光
度法对雪莲细胞培养物的黄酮含量进行测定,发现其质量分数为12.24%±0.07%,是天然雪莲黄酮含量的
30倍左右.
赵宗孝等[7]通过对5种蒙药材比较研究发现,蓝盆花清除自由基的能力较好,对超氧阴离子消除作用较
强,其IC50为34.27μg/mL;在对·OH清除的实验中发现,加入5mg的样品时,羟自由基的清除率高达
97.4%.本研究也证实野生植株、TDZ诱导的愈伤组织的抗氧化活性都比较好.
目前,通过离体培养建立再生体系的药用植物已有几百种.如胭脂花[8]、雪莲[9]、半夏[10]、华北八宝[11]、
华北大黄[12]等.建立华北蓝盆花快速繁殖体系,并且对其培养条件进行优化,可为华北蓝盆花的资源保护和
可持续开发利用奠定基础.
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