全 文 :·生物技术· 北方园艺2014(02):104~107
第一作者简介:于娜(1979-),女,山西阳城人,硕士,助教,研究方
向为草地资源与草地管理。E-mail:yuna1023@126.com.
责任作者:董宽虎(1956-),男,博士,教授,博士生导师,研究方向
为草地资源与草地管理。E-mail:dongkuanhu@126.com.
基金项目:山西省科技攻关资助项目(20120311011-1);山西省科
技基础条件平台建设资助项目(2012091004-0101);教育部高等学
校博士学科点专项科研基金资助项目(20101403110002)。
收稿日期:2013-09-10
白羊草成熟种子组织培养再生体系研究
于 娜1,董 宽 虎2
(1.山西省林业职业技术学院 园林系,山西 太原030009;2.山西农业大学 动物科技学院,山西 太谷030801)
摘 要:以白羊草成熟种子为外植体,采用组织培养的方法,研究不同种子处理方法对愈伤
组织诱导差异的影响。结果表明:手工剥去外稃为较好的处理方式,在愈伤组织诱导阶段,以
MSB+2,4-D 2.0mg/L和MSB+2,4-D 2.0mg/L+KT 0.5mg/L诱导效果较好,愈伤诱导率达
到70%和75%,经继代后,分化率明显提高。
关键词:白羊草;成熟种子;继代;愈伤组织;植株再生
中图分类号:S 543.9 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2014)02-0104-04
白羊草(Bothriochloa ischaemum)属禾本科孔颖草
属多年生草本植物,又名白草、茎草,其生长势强、产草
量高、抗旱、耐盐碱、适应性广,以其营养价值高而在牧
草生产中具有广阔的前景[1]。白羊草在世界各暖温带
都有分布,我国主要分布于华北和西北的南部、中南区
北部的山区坡地和黄土高原[2]。为充分利用这一广布
建群优势种,培育优良的白羊草品种,课题组在以其成
熟种子、真叶、茎段不同外植体为研究对象的基础上[3-6],
进一步研究以白羊草成熟种子为外植体,完善相应组培
快繁的技术措施和培养基配方。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试白羊草种子于2006年10月采自山西省太谷
县凤山,海拔1 100m,植被为喜暖灌草丛类草地,建群
种 为 白 羊 草 (Bothriochloa ischaemum),千 粒 重
0.6975g[7]。
以MSB培养基加3%蔗糖,加5%琼脂粉制备基础
培养基,pH值调至5.8;在参考大量资料基础上设计在
基本培养基上附加不同水平的激素。
MSB培养基:MS无机盐+B5有机成分。
1.2 试验方法
1.2.1 白羊草种子的处理 取充分成熟,结构完整的供
试白羊草种子;先用无菌水浸泡15min,然后用75%酒
精浸泡40s,期间不断摇动,用无菌水冲洗3遍,再用
0.1%升汞溶液消毒15min,用无菌水冲洗4~5次后,用
滤纸吸干水渍。然后接种到诱导愈伤组织培养基上;拨
去外稃,先用无菌水浸泡10min,去除杂质并使其沉淀,
然后用75%酒精浸泡30s,期间不断摇动,用无菌水冲
洗3次,再用0.1%升汞溶液消毒15min,用无菌水冲洗
4~5次后,用滤纸吸干水渍。然后接种到诱导愈伤组织
培养基上。
1.2.2 以成熟种子为外植体的组培体系 以成熟种子
为外植体时,试验基本可以不受季节限制,也不受采样
数量限制,所以在试验时可以有更多的选择。该试验共
设计了9种愈伤诱导培养基进行愈伤诱导和组织培养,
1种继代培养基,8种分化培养基,pH均为5.8。愈伤诱
导培养基:1~9号培养基是以 MSB培养基内加入不同
组合的生长调节物质。1号培养基:MSB+2,4-D
1.6mg/L;2号培养基:MSB+2,4-D 1.8mg/L;3号培养
基:MSB+2,4-D 2.0mg/L;4号培养基:MSB+2,4-D
2.2mg/L;5号培养基:MSB+2,4-D 2.4mg/L;6号培养
基:MSB+2,4-D 1.0mg/L+KT 0.5mg/L;7号培养基:
MSB+2,4-D 2.0mg/L+KT 0.5mg/L;8号培养基:
MSB+2,4-D 4.0mg/L+KT 0.5mg/L;9号培养基:
MSB+2,4-D 6.0mg/L+KT 0.5mg/L。11种继代培养
基:F1培养基:6-BA 0.1mg/L+NAA 0.04mg/L;F2培
养基:6-BA 0.1mg/L+NAA 0.06mg/L;F3培养基:
6-BA 0.05mg/L+NAA 0.05mg/L。分化培养基:F4
培养基:MSB+6-BA 0.1mg/L+NAA 0.02mg/L;F5
培养基:MSB+6-BA 0.1mg/L+NAA 0.03mg/L;F6
培养基:MSB+6-BA 0.1mg/L+NAA 0.04mg/L;F7
培养基:MSB+6-BA 0.1mg/L+NAA 0.05mg/L;F8
培养基:MSB+6-BA 0.1mg/L+NAA 0.06mg/L;F9
培养基:MSB+6-BA 0.1mg/L+NAA 0.07mg/L;F10
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培养基:MSB+6-BA 0.1mg/L+NAA 0.08mg/L;F11
培养基:MSB+6-BA 0.1mg/L+NAA 0.10mg/L。生
根培养基:分化出绿芽的小苗在15~25d内迅速生长为
小植株,并伴有纤细的根状物,转入生根培养基(无附加
成分)1周后便产生根,形成完整小植株。
1.2.3 培养条件 诱导愈伤为黑暗、室温25±2℃;分
化、生根培养光照为16h/d、室温25±2℃、光照强度
2 000~3 000lx。
1.2.4 练苗与移栽 将壮根后的白羊草幼苗进行移栽。
移栽前先去掉封口膜在培养室中锻炼2~3d后,把幼苗
基部的残留琼脂洗净,移栽至小盆内,移栽基质为腐殖
质、细沙和菜园土以1∶1∶1的比例混匀配制而成。
1.3 数据分析
出芽率(%)=出芽种子数/接种种子数×100%;出
愈率(%)=产生愈伤组织块数/接种种子数×100%;污
染率(%)=污染种子数/接种种子数×100%;胚性愈伤
组织诱导率(%)=产生胚性愈伤组织块数/接种愈伤组
织数×100%;分化率(%)=出芽愈伤数/接种愈伤
数×100%。
2 结果与分析
2.1 白羊草种子去稃种子与未去稃种子的比较
有研究表明白羊草组织培养均用去稃完整种子或
幼穗作外植体[1,3,8],鉴于白羊草种子太小,千粒重只有
0.6g左右[7],在肉眼下手工剥离内外稃费时费力,因此
对其成熟种子在愈伤组织诱导阶段进行去稃、不去稃的
对比试验。从表1可知,去稃后种子愈伤组织出现早,
后期诱导率高,完整种子愈伤组织迟5d才出现,与胚芽
鞘结合紧密,使愈伤组织不易与之分离,这直接影响分
化率(图1A、B)。
表1 白羊草去稃种子与未去稃种子愈伤组织诱导情况
Table 1 Comparison of calus induction from whole seeds and disposed seeds
出愈速度
Calus induction speed
培养基表面
Surface of the culture medium
愈伤质量
Calus quality
愈伤诱导率
Induction rate of calus
未去稃种子
Whole seeds
接种7d左右能
看到部分长出
表面干燥,干净
颜色发白或发黄,结
构较紧密,表面干燥
低
去稃种子
Disposed seeds
接种2d左右能
看到部分长出
表面较湿,干净
颜色透明或发白,结构疏松,
表面湿润,少许胚性愈伤
高
2.2 愈伤组织的诱导
2.2.1 2,4-D浓度和培养基组合对白羊草愈伤组织诱
导的影响 肖辅珍等[8]指出2,4-D 2.0mg/L出愈率最
好,课题组以前的试验中也得到证明[3-4]。从表2可以看
出,2,4-D浓度在1.6~2.2mg/L时对白羊草种子发芽
率、出愈率没有显著差异,以2,4-D 2.0mg/L的出芽率、
出愈率最高。只有当2,4-D 2.4mg/L时发芽率、出愈率
具有显著降低(P<0.05)。可见在2,4-D浓度在1.6~
2.4mg/L时,种子出芽率、出愈率随2,4-D浓度增高而
递减的趋势,在2.0mg/L时出愈率最高。在出愈率最
高的2,4-D 2.0mg/L浓度条件下研究不同培养基对愈
表2 不同2,4-D浓度对发芽率和
愈伤组织诱导率的影响
Table 2The efect of diferent 2,4-D concentration on
rate of buds and calus induction
培养基
Medium
2,4-D浓度
Concentration of 2,4-D
/mg·L-1
出芽率
Number of
buds/%
愈伤组织诱导率
Induction rate of
calus/%
1 1.6 69.56±1.56a 68.89±1.10ab
2 1.8 71.33±4.06a 66.00±6.40ab
3 2.0 72.33±3.71a 70.67±5.36a
4 2.2 65.00±2.89ab 65.00±2.89ab
5 2.4 56.67±1.67bc 56.67±1.67c
注:同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。
Note:Means in the same column with diferent smal letters are significantly difer-
ence(P<0.05).The same below.
伤组织诱导的影响。由表3可知,在相同2,4-D浓度下,
白羊草愈伤组织诱导以MSB培养基表现较好,比MS培
养基愈伤组织诱导率高16.6个百分点。
表3 相同2,4-D浓度下不同培养基对
愈伤组织诱导率的影响
Table 3 Efect of diferent medium on calus induction
培养基
Medium
接种数
Inoculate
/个
形成愈伤
Number of calus
induced/块
愈伤组织诱导率
Induction rate
of calus/%
愈伤状态
Induction condition
MS 117 68 58.1b
透明或发白,疏松,少许
胚性愈伤
MSB 119 89 74.7a
透明或发白,疏松较软,
表面湿润,少许胚性愈伤
2.2.2 不同2,4-D和KT浓度组合对愈伤组织诱导的
影响 由表4可知,在含2,4-D培养基中加入KT后,对
愈伤组织诱导率的影响显著,随着2,4-D浓度的增加愈
伤诱导率下降,在2,4-D浓度2.0mg/L时加入 KT
0.5mg/L,愈 伤 组 织 诱 导 率 显 著 高 于 其 它 处 理
(P<0.05),同时它对愈伤组织的质量也起着重要作用,
与只添加2,4-D的各处理比较,愈伤组织致密,量大。
2.2.3 愈伤组织的继代改造 种子经过30d的暗培养
后,形成的愈伤组织大多为白色透明状,质地较柔软,有
的呈水浸棉絮状,这种愈伤组织在各种分化培养基中很
难分化成苗,为初生愈伤组织。把这些愈伤组织转继到
继代培养基上,经过2次(10d1次)的继代培养,部分愈
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·生物技术· 北方园艺2014(02):104~107
表4 不同2,4-D和KT浓度组合对
愈伤组织诱导的影响
Table 4 Efect of diferent level 2,4-D and
KT concentrations on calus induction
培养基
Medium
激素浓度
Hormone concentrations/mg·L-1
2,4-D KT
出芽率
Rate of buds
/%
出愈率
Rate of induction
/%
6 1.0 0.5 64.32±12.23a 54.91±4.31d
7 2.0 0.5 72.47±5.43a 75.01±13.53a
8 4.0 0.5 69.31±8.93a 71.51±6.28ab
9 6.0 0.5 69.21±21.72a 58.61±4.09bc
伤组织发生转变,可转化为淡黄色、质地致密、颗粒状愈
伤组织,在分化培养基中可分化成苗,为胚性愈伤组织
(图1C)。经过15~20d继代培养才能产生致密的胚性
愈伤组织。由表5可知,继代后分化率显著高于不继
代,同时褐化率降低,与不继代差异显著。
表5 继代培养对胚性愈伤组织褐化率及
分化率的影响
Table 5 The efect of subculture on
calus browning and diferentiation rate
培养基
Medium
激素浓度
Hormone concentrations
/mg·L-1
分化率
Diferentiation
rate/%
褐化率
Browning rate/%
F1 6-BA 0.10+NAA 0.04 64.18±5.93a 17.32±13.04b
继代 F2 6-BA 0.10+NAA 0.06 54.44±4.75ab 2.78±2.78b
F3 6-BA 0.05+NAA 0.05 40.14±2.17abc 0b
F1 6-BA 0.10+NAA 0.04 29.88±13.63bc 64.06±9.82a
不继代 F2 6-BA 0.10+NAA 0.06 23.23±7.31c 67.34±13.42a
F3 6-BA 0.05+NAA 0.05 36.67±13.71abc 56.67±11.71a
2.3 不同激素配比对胚性愈伤组织分化的影响
将胚性愈伤组织置于 MSB附加不同浓度6-BA和
NAA的F4~F11培养基上,研究不同组合对愈伤组织
分化的影响。非胚性愈伤组织,在使用各种激素配比的
分化培养基中只有极少量能分化出植株;而胚性愈伤组
织在含有适宜浓度6-BA和NAA的培养基上,多数能分
化出绿色小苗(图1D)。
在6-BA保持0.1mg/L不变的情况下,NAA从
0.02~0.10mg/L浓度比例来促进白羊草愈伤组织的分
化。从表6可以看出,NAA在8个水平中胚性愈伤组织
保持均较好,但在F4、F11号培养基中愈伤组织质地显
著差于其它培养基,相应的在F4、F11号培养基中分化
率也显著低于其它培养基,说明NAA浓度过低过高都
不利于胚性愈伤组织的保持和分化。随着NAA浓度的
增加,愈伤组织分化率呈现先上升后下降的趋势,F6、F7
显著高于其它激素组合(P<0.05),F8次之,F9、F10、F5
显著高于F4,说明NAA 0.04、0.05mg/L时分化达到最
高,且胚性愈伤保持最高,说明这2个激素组合在以白
羊草成熟种子为外植体分化中作用最好。F5、F9、F10
分化率差异不显著(P<0.05),当 NAA 浓度降到
0.02mg/L时分化率差异显著,只有2.56%。
2.4 生根与移栽
分化出绿色小苗待芽长到6~7cm左右,根长3~
4cm时转到没有激素培养基上壮根(图1E)。将壮根后
的白羊草幼苗进行移栽即可成活并生长良好(图1F)。
图1 白羊草植株再生过程
注:A.完整成熟种子诱导出的非胚性愈伤组织;B.手工剥去外稃种子诱导出的非胚性愈伤组织;C.继代后干燥、紧密、颗粒状的愈伤组织;D.分化
培养基上分化的簇生苗;E.壮根阶段;F.再生植株。
Fig.1 The course of plant regeneration in Bothriochloa ischaemum
Note:A.Nonembryogenic calus induced from whole nature seeds;B.Nonembryogenic calus induced from disposed nature seeds;C.Calus of dry,com-
pact,smal pelet after calus subculture;D.Shoots regenerated in regeneration medium;E.Stage of rooting;F.Regenerated plants.
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北方园艺2014(02):104~107 ·生物技术·
表6 不同培养基对白羊草成熟种子为
外植体愈伤分化的影响
Table 6 Efect of diferent medium on
calus diferentiation from mature embryo
培养基
Medium
激素浓度
Hormone concentrations/mg·L-1
6-BA NAA
胚愈率
Rate of embryogenic
calus/%
分化率
Diferentiation
rate/%
F4 0.1 0.02 66.35±1.48c 2.56±2.56e
F5 0.1 0.03 92.59±3.70a 17.61±4.63cd
F6 0.1 0.04 96.97±3.03a 64.18±5.93a
F7 0.1 0.05 88.89±11.11ab 54.44±4.75a
F8 0.1 0.06 83.81±5.32ab 38.88±7.33b
F9 0.1 0.07 82.22±9.69ab 22.73±3.67c
F10 0.1 0.08 85.35±4.83ab 17.93±5.47cd
F11 0.1 0.10 66.16±9.19c 7.04±3.53de
3 讨论与结论
尽管早在20世纪50年代植物细胞的全能性理论
就已确立,但是细胞全能性的表达在各种植物之间甚至
不同属种之间的植物都有很大差别,植物的再生性由它
们的基因型决定。白羊草不同组织或器官来源的外植
体再生能力也有很大差别。可能因为它们对激素等外
源信号的感应程度不同,须改变培养条件,提高其再生
能力。
成熟种子与真叶、茎段相比,易于获取,且不受季
节、植株发育时期等因素限制,具备取材方便、操作简单
等优点,同时愈伤组织诱导率、分化率都比另2种外植
体要高,故认为成熟种子是较好的外植体。
外植体有无去稃处理对诱导愈伤组织的结果有很
大差异,可能是由于去稃后对培养基敏感度增强的原
因。去稃后种子愈伤组织出现早、质量优、诱导率高,完
整种子愈伤组织多在第7天左右才出现,且较硬、干燥、
与胚芽鞘结合紧密,使愈伤组织不易与之分离,这直接
影响分化率。根据以上结果,以手工剥离成熟种子内外
稃,颖果消毒后为外植体进行愈伤组织诱导情况较优。
除了以上因素外,其它因素如所用的基本培养基、培养
基的碳源、维生素、pH值以及培养温度等都对白羊草愈
伤组织的形成和变化都有一定程度的影响。
植物生长调节剂的诱导作用对植物的脱分化有着
重要的意义,不同的植物生长调节剂及其配比可能对愈
伤组织的诱导作用不同。从不同的诱导培养基上形成
的愈伤组织,愈伤组织的生长情况明显不同。KT对于
白羊草愈伤组织继代和分化效果明显,在附加KT的培
养基上白羊草成熟种子愈伤组织诱导率高,生长较快,
当2,4-D的浓度保持在2.0mg/L,KT的浓度保持在
0.5mg/L时,成熟种子愈伤组织就会有较高诱导率,良
好的结构,同时保持较高的增殖速度。加低浓度的细胞
分裂素6-BA,能有效的提高植物细胞诱导愈伤组织的再
生能力。6-BA作为外源激素,能改善细胞内源生长素和
细胞分裂素的比例,调节细胞生理生化状态,有利于胚
性愈伤组织的发生,从而增加分化频率。
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Research on Tissue Culture of Regeneration System of the
Mature Seeds of Bothriochloa ischaemum
YU Na1,DONG Kuan-hu2
(1.Department of Landscape,Shanxi Forestry Vocational Technical Colege,Taiyuan,Shanxi 030009;2.Colege of Animal Science and
Veterinary Medicine,Shanxi Agricultural University,Taigu,Shanxi 030801)
Abstract:Using the seeds of Bothriochloa ischaemumas the explants,with the method of tissue culture,the efect of
diferent treatments of seeds on induction medium were studied.The results showed that hand stripping lemma for better
processing method,during the calus induction phase,the culture medium of calus induction was MSB +2,4-D
2.0mg/L and MSB+2,4-D 2.0mg/L+KT 0.5mg/L combined complete darkness culture that calus induction reached
70%and 75%;calus diferentiation were improved evidence in the calus subculture medium.
Key words:Bothriochloa ischaemum;mature embryo;subculture;embryogenic calus;plant regeneration
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