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紫龙角愈伤组织诱导与植株再生的研究



全 文 :·生物技术· 北方园艺2012(06):118~121
第一作者简介:董社琴(1958-),女,硕士,教授,硕士生导师,研究
方向为植物基因和细胞工程。E-mail:sheqindong@163.com。
责任作者:田志宏(1966-),男,博士,教授,硕士生导师,研究方向
为植物基因和细胞工程。E-mail:zhtian@yangtzeu.edu.cn。
基金项目:湖北省教育厅重大资助项目(99Z007)。
收稿日期:2011-11-16
紫龙角愈伤组织诱导与植株再生的研究
董 社 琴,杨 亚 珍,杨 德 良,叶 开 温,田 志 宏
(长江大学 生命科学学院,湖北 荆州434025)
  摘 要:以紫龙角的不同器官为试材,研究不同植物生长调节剂浓度及组合、培养基、光照、
外植体等因素对其愈伤组织诱导和植株再生的影响。结果表明:愈伤组织诱导的最佳外植体是
不带腋芽茎块,在麦基1号+CH+6-BA 1.0~1.8mg/L+2,4-D 0.5~2.0mg/L的培养基上,暗
培养6d时诱导率高达90%以上;质地紧密,有一定疏松度,是建立细胞无性系的优良材料。带腋
芽茎块是直接诱导丛生芽的理想外植体,H+TDZ 4mg/L+NAA 0.4mg/L培养基适合丛生芽
生长、增殖诱导率达到91%。复壮增殖不定芽的培养基为改良的 H+TDZ 4mg/L+NAA 0.4
mg/L;1/2MS+NAA 2.5mg/L是最佳生根培养基,每个不定芽平均有效根数最高为6.17个。
关键词:紫龙角;愈伤组织;植株再生;外植体
中图分类号:S 682.1+9 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2012)06-0118-04
  紫龙角(Caraluma hesperidum)是萝摩科水牛掌属
中的一种多年生草本肉质植物,开着五星状黑紫色小
花,有极高观赏价值。由于生理特殊,也是珍贵的药用
植物,具有极大的商业开发价值。紫龙角用常规繁殖方
法繁殖效率低,而且国内外还未曾有紫龙角组织培养的
研究报道。该试验研究涉及到外植体的选择、愈伤组织
的诱导、继代增殖、直接诱导丛生芽、丛生芽的继代增
殖、再生根的诱导等诸多方面,目的是建立高效稳定的
再生体系,为紫龙角快速繁殖及育种提供一条快捷有效
的途径[1],为新甾类药物的开发与生产提供离体培养技
术平台[2],为以后通过基因工程改良紫龙角的药用成分
奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试材取自长江大学特种植物园。取带有紫褐色斑
纹和不带紫褐色斑纹的植株上带腋芽茎块、不带腋芽茎
块、刺突共6种外植体。
1.2 试验方法
1.2.1 培养基筛选 选用 MS、H、White为基本培养
基[3],细胞分裂素为TDZ 2.0mg/L,生长素NAA 0.4
mg/L,培养条件为:pH为6,温度(23±2)℃,光周期为
14h,光照强度为2 000lx,光质为日光灯。3次重复,确
定带腋芽茎块植株再生的最佳培养基。
1.2.2 供试材料及细胞分裂素的筛选 将带有紫褐色
斑纹和不带紫褐色斑纹的植株,以腋芽为中心,横切茎
干,切下约0.5cm厚的茎段即为带腋芽茎块外植体,接
种于H培养基上,细胞分裂素为6-BA、TDZ、2iP,生长素
NAA[4]各设4个水平,弱散射光培养5d后,转入光下正
常培养,30d后统计不定芽数。
1.2.3 不定芽的增殖复壮及再生根培养 再生的不定
芽转至改良的 H(降低 H培养基中NH4NO3 浓度,用
Ca(NO3)2·4H2O代替CaCl2·4H2O,硝态氮的总量基
本不变,铵态氮的总量降低)培养基上,添加 TDZ
4mg/L+NAA 0.4mg/L和6-BA 6mg/L+NAA 0.4
mg/L,30d后统计增殖不定芽数,再生的不定芽经增殖
复壮后切割分离再转接到1/2MS+不同浓度的NAA培
养基上[5],30d后统计生根率和有效根数量。
1.2.4 暗培养和培养基对其愈伤组织生长的影响 将
不带腋芽茎段的外植体接种于 MS、H、麦基1号+CH
培养基上,(25±2)℃暗培养2、4、6、8、10、12d后,转入正
常光下培养,30d后统计出愈率。
1.2.5 不同外植体对其愈伤组织培养的影响 取已处
理的植株茎干,去其两端,沿茎干表面纵横垂直切下刺
突,即为刺突外植体,再横切茎干,切下约0.5cm厚的不
带腋芽茎段的外植体,接种于不同生长调节剂组合的麦
基1号+CH培养基上。先暗培养6d再转入光下培
养,30d后统计出愈率。
1.2.6 生长调节剂组合水平对其愈伤组织生长影响 
811
北方园艺2012(06):118~121 ·生物技术·
将不带腋芽茎段的外植体接种于不同浓度组合的愈伤
组织培养基中,30d后统计出愈率。
1.3 数据处理
按照试验设计,随时记录不定芽的生长状态以及愈
伤组织的形态,质地,再生不定芽率(%)=(再生不定芽
外植体数/接种外植体数)×100。出愈率(%)=(出愈外
植体数/接种外植体数)×100。数据处理采用SAS 8.1
统计分析软件进行。
2 结果与分析
2.1 带腋芽茎块植株再生
2.1.1 不同培养基的影响 将2种腋芽茎块分别接种
至MS、H、White培养基上,培养条件同上,30d后统计
不定芽数,计算再生率。由表1、2可知,不论所加的细胞
分裂素是TDZ还是6-BA,在3种培养基中,H培养基上
再生不定芽率均为最高,White培养基上最低,说明 H
为紫龙角腋芽茎块再生植株的较适宜培养基。
表1 腋芽块茎培养中不同培养基对再生芽的影响
  Table 1 Efects of diferent medium in stem tuber of axilary
  bud culture on the regeneration rate
培养基
Medium
TDZ
/mg·L-1
NAA
/mg·L-1
紫褐色斑纹的腋芽茎块
Purple brown strip base
of axilary bud
不带紫褐色斑纹的
腋芽茎块
Strip base of axilary bud
MS  2  0.4  26.13±3.88b 21.11±5.22b
H  2  0.4  53.00±3.12a 51.12±2.71a
White  2  0.4  7.56±3.14c 9.46±4.11c
  注:同一列中不同字母表示邓肯氏转复极差测验在P<0.05水平下差异显著。
下同。
Note:Diferent letters in the same column mean significance at P<0.05level by
Duncan’s SSRtest.The same below.
表2 腋芽茎块培养中不同培养基对再生率的影响
  Table 2 Efects of diferent medium in stem tuber of arilary
   bud culture on the regeneration rate
培养基
Medium
6-BA
/mg·L-1
NAA
/mg·L-1
紫褐色斑纹的腋芽茎块
Purple brown strip base
of axilary bud
不带紫褐色斑纹的
腋芽茎块
Strip base of axilary bud
MS  4  0.4  20.10±1.56b 21.33±1.22b
H  4  0.4  50.11±4.23a 49.96±3.88a
White  4  0.4  6.49±2.98c 6.11±1.96c
2.1.2 不同外植体及细胞分裂素的影响 由表3可知,
带有紫褐色斑纹和不带有紫褐色斑纹植株带腋芽茎块
的外植体,再生不定芽能力差异不大,只是带有紫褐色
斑纹的腋芽茎块启动时间晚1~3d,30d后,统计不定
芽的形态和数量,几乎没有差异,再生率均为89%。细
胞分裂素TDZ对腋芽再生作用明显高于6-BA、2iP,
TDZ为4mg/L时,2种腋芽的再生率都达到90%以上,
再生不定芽最高可达6个(图1-1),但是随着用量的加
大,再生不定芽的质量和数量越来越差;6-BA次之,随着
用量的加大,再生不定芽数量逐渐增多,在6mg/L时,
再生率可达到85%以上,再生不定芽最高也达6个(图
1-2);2iP效果最差。
表3 带腋芽茎块培养中细胞分裂素
对再生率的影响
  Table 3 Efects of diferent cytokinins in stem tuber of
axilary bud culture on regeneration rate
细胞分裂素 紫褐色斑纹的腋芽茎块 不带紫褐色斑纹的腋芽茎块
Cytoknin/mg·L-1 Purple brown strip base of axilary bud Strip base of axilary bud
6-BA  2  7.89±2.11e 8.90±1.56e
4  49.68±5.10c 50.19±4.11c
6  85.77±3.92a 88.76±5.32a
8  68.30±1.01b 67.14±4.22b
TDZ  2  70.00±1.12b 70.17±4.33b
4  90.75±3.10a 91.00±1.28a
6  66.33±2.17b 68.12±1.40b
8  41.00±2.94c 40.01±3.17c
2iP  2  0  0
4  0  0
6  4.36±2.11f 3.11±1.06f
8  22.36±1.95d 20.19±3.11d
2.1.3 不定芽增殖复壮与生根培养 再生的不定芽转
至增殖培养基 H、改良的 H 后,再分别添加 TDZ
4mg/L+NAA 0.4mg/L和6-BA 6mg/L+NAA 0.4
mg/L。由表4可知,改良 H培养基中不论是加TDZ
4mg/L+NAA 0.4mg/L还是6-BA 6mg/L+NAA
0.4mg/L,茎相对粗些,这说明氮源的不同对不定芽复
状有影响,铵态氮的相对浓度低有利于不定芽的茎增
粗,这与紫龙角所处的生长环境和条件以及与其内生激
素水平变动有关[6]。不定芽在改良的H+TDZ 4mg/L
+NAA 0.4mg/L培养基上增殖效果最好,平均每个不
定芽可增殖3~6个,且色鲜绿,部分高达2~4.5cm左
右(图1-3),改良的 H添加6-BA 6mg/L+NAA 0.4
mg/L效果次之。从试验过程来看,可用6-BA代替
TDZ。将增殖复壮得到的不定芽接种至生根培养基上
(表5)生根率可达90%以上。NAA浓度为2.5mg/L
时,每个不定芽平均有效根数最高为6.17个(图1-4、5),
与NAA 0.5和1.5mg/L处理差异极显著。NAA浓度
表4 不同氮源对不定芽复壮的影响
  Table 4 The efect of diferent nitrogen source on
adventitious bud strong
培养基
Medium
TDZ 4mg/L+NAA 0.4mg/L  6-BA 6mg/L+NAA 0.4mg/L
平均不定芽数
Means of number
ofadventitious
bud/个
平均茎粗
Means of
thickness of
stem/cm
平均不定芽数
Means of number
of adventitious
bud/个
平均茎粗
Means of
thickness of
stem/cm
H  2.5  0.28  1.9  0.25
改良H  5.3  0.45  5.0  0.46
  注:各处理取30个样本,取其平均数。
Note:Al above treatments are means of 30specimen.
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·生物技术· 北方园艺2012(06):118~121
为3.0mg/L时,每个不定芽平均有效根数也达到6.09
个,但是根特别脆。
表5 不同浓度NAA对不定芽生根的影响
  Table 5 Efects of diferent NAA concentration on rooting of shoots
培养基
Medium
NAA
/mg·L-1
平均生根数
Means of root number of shoot
生根率
Rate of rooting/%
1/2MS  0.5  3.42±0.50C 91.5
1/2MS  1.0  5.88±0.49CBA  91.9
1/2MS  1.5  4.17±0.21C 95.4
1/2MS  2.0  5.67±0.39CBA  92.5
1/2MS  2.5  6.17±0.34A 100
1/2MS  3.0  6.09±0.31AB  100
  注:表中平均值后不同字母表示邓肯氏转复极差测验差异极显著(P<0.01)。
Note:Diferent letters in the same column mean significance at P<0.01level by
Duncan’s SSR test..
2.2 愈伤组织形成的条件
2.2.1 不同培养基的影响 将不带腋芽茎块分别接种
至MS、H、麦基1号+CH培养基上,培养条件为:温度
(25±2)℃,光周期为14h,光强为2 000lx,光质为日光
灯。30d后统计发生愈伤组织的外植体数,计算出愈
率。由表6可知,在3种培养基中,麦基1号+CH培养
基上出愈率最高,H培养基上最低,说明麦基1号+CH
为培养愈伤组织比较适合的培养基。
表6 不带腋芽茎块培养中不同培养基
对出愈率的影响
  Table 6 Efects of diferent medium in stem tuber of
non-axilary bud culture on cali rate
培养基
Medium
6-BA
/mg·L-1
2.4-D
/mg·L-1
不带腋芽茎块
stem tuber of non-axilary bud
MS  4  2  28.15±3.11b
麦基1号+CH  4  2  65.00±5.11a
H  4  2  25.33±4.10b
2.2.2 紫龙角的不同部位形成愈伤组织能力的差异 
在麦基1号+CH的培养基中,4种外植体的诱导率都
较高,在90%~100%,100%的诱导率居多,愈伤组织发
生时间在4~7d,6d居多,生长都较快,刺突外植体的
愈伤组织发生时间最早(4d),诱导率达100%,但愈伤组
织为黄褐色,结构致密,出愈10~12d时开始老化、衰败
(图1-6),这部分愈伤组织可早期收获,用来做有效成分
分析[7-8]。紫褐色斑纹和不带紫褐色斑纹植株茎块,诱
导愈伤组织的生长状况基本一致。愈伤组织刚开始为
淡黄色,之后渐渐转至淡绿加点黄色,结构较紧密,增殖
很快,没有老化现象(图1-7、8),这部分愈伤组织继代培
养后,可用来选择建立优良的细胞无性系。
2.2.3 不同暗培养时间的影响 将不带腋芽茎块接种
于麦基1号+CH培养基上,暗培养2d时,茎块基部仅
仅变黄,稍膨大,暗培养到4d时划伤处出现明显膨大,
先出愈,至6d时外植体出愈越来越多,而且黄白带点
绿,增殖很快,7、8d时基本维持原状,到10d和12d时
又有新愈出现,但长势不好,说明暗培养时间过长也不
利于愈伤组织生长,因此暗培养时间初步确定为6d。
图1 愈伤组织诱导与植株再生
注:1.TDZ 4mg/L诱导丛生芽。2.6-BA 6mg/L诱导丛生芽。3.改良
的H+TDZ 4mg/L+NAA 0.4mg/L不定芽增殖。4、5.1/2MS+
2.5mg/L培养基上的生根。6.刺突外植体的愈伤组织生长情况。7.
紫褐色斑纹植株茎块的愈伤组织生长情况。8.不带紫褐色斑纹植株茎
块的愈伤组织生长情况。9、10、11.浓度组合为6-BA 1.0~1.8mg/L+
2,4-D 0.5~2.0mg/L愈伤组织生长情况。12.气生根生长情况。
Fig.1 Induced cali and plant regeneration
Note:1.TDZ 4mg/L induced bundle gemmulation.2.6-BA 6mg/L
induced bundle gemmulation.3.Adventitious bud proliferation on improved
culture medium H+TDZ 4mg/L+NAA 0.4mg/L.4,5.Development of
rootage on the culture medium 1/2MS+2.5mg/L.6.Calus growing of the
spike explant.7.Calus growing of the purple brown stripe base of the
plant.8.Calus growing of the stripe base of the plant.9,10,11.Calus
growing during the concentration combination range 6-BA 1.0~1.8mg/L
+2,4-D 0.5~2.0mg/L.12.Growing of aerial root.
2.2.4 生长调节剂组合对愈伤组织生长的影响 6-BA
浓度设定为0、0.5、1.5、2.0、3.0、4.0、4.5mg/L,2,4-D浓
度设定为0、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、3.0mg/L,共8个处
理,3次重复,之后对理想的生长调节剂组合进一步验
证,从试验结果来看,除2,4-D浓度为0的组合没有产生
愈伤组织以外,其它组合都诱导出了愈伤组织,诱导率
在80%~100%,以100%的诱导率居多。6-BA浓度为0
时,2,4-D浓度只要不为0都可以诱导出愈伤组织,只是
6-BA浓度为0的组合产生愈伤组织时间比较晚(18~
20d),其它组合都在5~8d后产生了愈伤组织。说明
生长素对愈伤组织的诱导是主因子。6-BA有协同效用,
在6-BA浓度不变的情况下,随着2,4-D的浓度增大愈
021
北方园艺2012(06):118~121 ·生物技术·
伤组织的生长速度增快,颜色由黄褐色→黄色→黄绿色
转变,愈伤组织结构由蓬松向紧密转变,但当2,4-D浓度
大于2.0mg/L后结构反向转变。由紧密转向蓬松,说
明2,4-D浓度过高及较低都不能使愈伤组织结构和质
地达到理想的状态,在2,4-D浓度不变的情况下,随着
6-BA浓度的增大,愈伤组织的结构先变紧密,然后再由
紧密转向蓬松,也说明6-BA浓度过高及较低时不能使
愈伤组织的结构和质地达到理想的状态,植物激素有抑
制和促进的“二重性”,二者比值适中时,才能促进愈伤
组织生长[9],综合考虑理想的浓度组合范围应为6-BA
1.0~1.8mg/L+2,4-D 0.5~2.0mg/L(图1-9、10、11)。
在整个诱导过程中,出愈时间无明显规律。
3 结论与讨论
该研究表明,愈伤组织诱导的最佳外植体是不带腋
芽茎块,在麦基1号+CH+6-BA 1.0~1.8mg/L+
2,4-D 0.5~2.0mg/L的培养基上,暗培养6d时诱导率
高达90%以上。而且质地紧密,有一定疏松度,是建立
细胞无性系的优良材料;带腋芽茎块是直接诱导丛生芽
的理想外植体,H+TDZ 4mg/L+NAA 0.4mg/L培养
基适合丛生芽生长,增殖诱导率达到91%;复壮增殖不
定芽的培养基为改良的 H+TDZ 4mg/L+NAA
0.4mg/L;1/2MS+NAA 2.5mg/L是最佳生根培养
基,每个不定芽平均有效根数最高为6.17个。
在直接诱导丛生芽的过程中,先是从基部膨大长出
愈伤组织,然后才有丛生芽的产生。最多生产3~6个
不定芽,这里产生的愈伤组织呈绿色,结构致密,生长较
快,但一直未见分化出芽,这种现象可能是由于产生的
再生芽抑制了下面的愈伤组织分化。丛生芽复壮试验
时,有一部分培养瓶内,在再生芽的中下部极易从空中
直接长出根,根细长,生长较快,如气生根一般(图1-12)。
这种现象说明湿度、温度、光照强度、光照时间均对再生
根的发生产生较大的影响,这部分培养瓶内由于湿度较
大,温差也大,光照强度又比较弱,光照时间短,容易长
出这种根,镜检时绝大多数没有形成维管束,既使有维
管束也不发达,这种不是由腋芽处发生的,又在无菌条
件下空中生长的,是很好的无菌材料,可用来做其它方
面的诱导和转化研究。生长调节剂组合是影响愈伤组
织诱导、增殖的主因子,所有组合的愈伤组织长势良好,
但生长速度差别较明显,2,4-D对促进愈伤组织的增殖
效用明显,对其质地和颜色改变也有效;6-BA对愈伤组
织的质地效用显著,对其生长效用不明显,对愈伤组织
颜色和结构基本不起作用。
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Studies on Induced Cali and Plant Regeneration of Caralumahesperidum
DONG She-qin,YANG Ya-zhen,YANG De-liang,YE Kai-wen,TIAN Zhi-hong
(Colege of Life Science,Yangtze University,Jingzhou,Hubei 434025)
Abstract:The axilary bud of a stem tuber,non-axilary bud of astem tuber and spiked,were cultured in order to study the
factors afecting their regeneration and cali,such as density and combination of plant growth regulator,culture medium,
days of dark culture and explant.The results showed that the best explant to induced cali was non-axilary bud of astem
tuber,and the cali rato was 90% when they were cultured with No.1.Maijin+CH+6-BA 1.0~1.8mg/L+2,4-D
0.5~2.0mg/L and 6dof days in the dark,besides,compact quality and a certain extent looes,were built up best
material of cel asexual line.The best explant to induced clumped bud was axilary bud of a stem tuber,and the bud rato
was 91%when the axilary bud of astem tuber were cultured with H+TDZ 4mg/L+NAA 0.4mg/L.The best culture
medium of adventitious bud strong was improved H+TDZ 4mg/L+NAA 0.4mg/L.The best culture medium rooting
was 1/2MS+NAA 0.5mg/L.
Key words:Caraluma hesperidum;cali;plant regeneration;explant
121