全 文 :书两个高羊茅品种成熟种子再生体系的建立
闫军辉1,赵智燕2,何亚丽1
(1.上海交通大学农业与生物学院,上海200240;2.上海市南汇区绿化管理所,上海201300)
摘要:以2个高羊茅品种(“Plantation”和“沪坪1号”)的成熟种子为外植体,在 MS培养基上分别添加不同浓度的2
种植物生长调节剂,探索其愈伤组织的诱导、继代和分化的最佳激素配比及其相互间的影响,以建立简便高效的再
生体系。结果表明,完整高羊茅种子最佳的愈伤诱导培养基为 MS+2,4D3mg/L,诱导率为71%;而把成熟种子
进行纵切后得到的半粒种子的较优的愈伤诱导培养基为MS+2,4D2.5mg/L,诱导率占半粒种子外植体的60%,
占完整种子(2个半粒种子)外植体的90%以上;在最优诱导培养基上产生的愈伤组织的最佳继代培养基为 MS+
2,4D3mg/L,其胚性愈伤诱导率为70%,而添加6BA则抑制2,4D对胚性愈伤组织的诱导;不同品种的最优的
分化培养基不同———“Plantation”的最优分化培养基为 MS+2,4D1mg/L+6BA1mg/L,而“沪坪1号”的最佳
组合是 MS+2,4D2mg/L+6BA1mg/L,分化率分别达到50%和56%。生根培养基采用已报道的组合1/2MS
+NAA0.5mg/L,生根率达100%。
关键词:高羊茅;成熟种子;再生体系
中图分类号:S543.03;Q945.39 文献标识码:A 文章编号:10045759(2011)02021009
高羊茅(犉犲狊狋狌犮犪犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪)是一种重要的多年生冷季型草,综合抗性较强,周年绿色期也相对较长,广泛
种植在气候过渡区和冷季型区的南部[1]。但是高羊茅在夏季高温高湿条件下易感病,如不及时进行病虫害防治,
会出现植株体死亡,草坪上产生斑秃。因此,进一步改良高羊茅草种特性,提高其耐热性、耐病性等越夏性能,对
于改善坪用或者饲用方面的经济特性有重要的意义。高羊茅属于异花授粉植物,各品种间及个体间基因型各异,
群体的遗传基础相当复杂,这一方面为进一步的选择育种提供了丰富的基因型,另一方面却增大了传统育种的难
度[1,2]。基因工程技术则为高效地改良高羊茅品种的特性提供了新的途径,它能快捷地将有用基因直接整合到
植物中,从而加快了育种进程,提高育种效率[35]。由于遗传转化发生在单个细胞水平上,再生植株的多少很大程
度上取决于转化细胞再生能力的大小[6]。因此,建立稳定而高效的再生体系是植物细胞水平遗传转化的基础。
从20世纪80年代开始,高羊茅组织培养方面的研究得到很大发展,所使用的受体材料涉及到成熟的种
子[612]、未成熟的胚[13]、幼穗[14,15]和下胚轴[16]等。再生体系建立中,未成熟的胚是愈伤组织诱导率最高的外植
体,在转化过程中效率也较高,但是,与成熟的种子作为外植体相比,存在实验设备要求高、耗时、成本高且受季节
限制等缺点[15]。而以成熟种子作为外植体,取材方便,周年都可以使用。已有的研究结果表明,不同品种之间存
在着基因型决定的差异,从而导致不同基因型适宜的再生体系中激素种类和激素浓度不同,几乎存在着一种基因
型对应一种最适培养体系的关系。例如:余桂红等[17]的研究结果表明,高羊茅“猎狗5号”和“野马2号”品种的
成熟种子在MS+2,4D10mg/L的培养基中愈伤组织诱导率最高(分别为54.80%和12.64%),而“新秀”和“颂
歌”品种的出愈率在 MS+2,4D8mg/L的培养基中最高(16.91%和25.14%)。似乎已报道的高羊茅再生体系
的条件并不能直接适用于其他品种。
“沪坪一号”(曾用名“沪青矮”)是上海交通大学培育的一个高羊茅草坪草新品种,于2009年通过全国草品种
审定委员会的审定。该品种的主要优点是矮生且质地细腻[18],但耐病性有待提高。“Plantation”是从美国引进
的一个普通型品种,综合抗性较强,但株型较高,生长迅速[19],需频繁修剪,因而需要矮化株型。本研究以各具特
210-218
2011年4月
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
第20卷 第2期
Vol.20,No.2
收稿日期:20100302;改回日期:20100720
基金项目:上海市农业委员会科技兴农重点攻关项目[沪农科攻字(2006)第45号]和国家科技部“十一五”科技支撑计划(2006BAD01A194
6)资助。
作者简介:闫军辉(1985),男,河南项城人,在读硕士。Email:junhuiyan@sjtu.edu.cn
通讯作者。Email:heyali@sjtu.edu.cn
色的“沪坪一号”和“Plantation”品种种子为外植体材料,以较小的水平间距在较宽的2,4D浓度内筛选适宜愈伤
诱导的浓度,并以来源相同的愈伤组织进行继代和分化培养基的筛选,以避免不同来源愈伤组织内源激素水平的
差异对试验结果带来较大的误差影响,从而优化高羊茅的再生体系,并为改良这2个特定品种进行的遗传转化提
供技术基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
本试验于2009年3月到11月进行。以高羊茅的2个品种“Plantation”和“沪坪一号”的成熟种子作为外植
体。经过脱皮消毒后种子的发芽率“Plantation”为97%,“沪坪一号”为92%。
1.2 培养基
基本培养基为 MS培养基[20],其中添加30g/L的蔗糖,7g/L的琼脂。pH值调为5.8,121℃下高压灭菌20
min。
1.2.1 诱导培养基 诱导试验1,以完整种子为外植体,在 MS基本培养基中分别添加1,2,…,11mg/L的
2,4D作为诱导培养基。
诱导试验2,以纵切后的半粒种子为外植体,在 MS基本培养基中分别添加2.5,5.0和7.5mg/L的2,4D
作为诱导培养基。
1.2.2 继代培养基 继代试验1,在 MS基本培养基中添加各3个不同浓度的2,4D和6BA两种激素,2,4D
的3个浓度为2.0,4.5和9.0mg/L,6BA的3个浓度为0,1和2mg/L,共9个处理组合。
继代试验2,由于继代试验1结果表明,6BA不利于愈伤组织形成体细胞胚,而2,4D影响显著,故在试验2
中进一步细化和拓宽2,4D的浓度水平,即在 MS基本培养基中分别添加0,1,2,……,13mg/L,共14个2,4D
浓度梯度处理,探索最佳处理组合。
1.2.3 分化培养基 分化培养基的组成为 MS+2,4D(0,1,2和3mg/L)+6BA(0,1,2和3mg/L),共16个
激素处理组合。
1.2.4 生根培养基 根据已有的报道[15],“1/2MS+萘乙酸(NAA)0.5mg/L”培养基上高羊茅的分化植株生根
率达100%,故本研究也采用这一生根培养基。
1.3 试验方法
1.3.1 材料消毒 采用稍加改进的Bai和Qu[6]介绍的方法,对高羊茅成熟种子外植体进行脱皮及消毒。取适
量的高羊茅成熟种子,在50%的硫酸溶液中磁力搅拌20min进行脱皮处理,然后大水冲洗除去硫酸。安替福民
溶液(活性氯>5.2%)磁力搅拌消毒15min,倒去安替福民溶液,再用75%酒精处理1min,放在超净工作台上,
无菌水冲洗6~8次后并浸没种子,备用。
1.3.2 发芽试验 取经过脱皮消毒后的2个品种的成熟种子,放入铺有湿润滤纸的直径9cm培养皿中,每皿
100粒,3个重复,随机完全区组试验设计。播种后培养皿置于组培室40μmol/(m
2·s)PAR(photosyntheticaly
activeradiation,光合有效辐射)16h/d和(25±2)℃条件下,4周后进行发芽率统计。
1.3.3 愈伤组织诱导 完整种子作为外植体(诱导试验1)用无菌的镊子从无菌水中取出适量的种子,接种在各
处理的诱导培养基中。每处理重复4次(4个100mL的三角瓶),每瓶接种20粒种子,随机完全区组试验设计。
半粒种子外植体(诱导试验2)参照Bai和Qu[13]的方法,用无菌的镊子从无菌水中取出适量的种子放在干
净的滤纸上纵切,将纵切后形成的半粒种子(简称为“半粒种子”)接种在各处理的诱导培养基中,以切面向下接触
培养基。每处理重复4次(4个100mL的三角瓶,下简称“三角瓶”),每重复(瓶)接种20个半粒种子,随机完全
区组试验设计。
接种后的三角瓶置于组培架上,(25±2)℃下暗培养4周后统计愈伤诱导率。
1.3.4 愈伤组织继代 采用诱导试验2得到的最优愈伤诱导培养体系诱导“沪坪一号”半粒种子的愈伤组织,以
此愈伤组织为试验材料进行继代培养基的筛选。首先把20个半粒种子接种到MS+2,4D2.5mg/L培养基上,
为继代试验1接种36瓶(诱导瓶),为继代试验2接种56瓶(诱导瓶),在(25±2)℃下暗培养4周。然后,将各诱
112第20卷第2期 草业学报2011年
导瓶中得到的愈伤组织分别全部转入盛有各继代培养基的三角瓶(继代瓶)中。2个继代试验都是4次重复,随
机完全区组试验设计。继代培养期间的培养条件为40μmol/(m
2·s)PAR,16h/d和(25±2)℃,培养4周。最
后,为了检测继代培养基上胚性愈伤诱导率,将各继代瓶中继代后的愈伤组织分别全部转入盛有同一种分化培养
基(MS+2,4D2mg/L+6BA1mg/L)[15]的各个三角瓶(分化瓶)中分化。分化期间的光温条件与继代期间的
相同。分化培养14d后,根据不定芽分化率来确定各继代处理的胚性愈伤组织诱导率。
1.3.5 愈伤组织分化 为了保证分化培养基筛选时所用的材料一致性,以高羊茅“Plantation”和“沪坪一号”的
半粒种子为外植体,在诱导试验2和继代试验2结果产生的最佳培养基上进行愈伤诱导和继代,以此相同来源的
继代后愈伤组织为试验材料,进行分化培养基的筛选。首先,在 MS+2,4D2.5mg/L诱导培养基上,每瓶接种
20个半粒种子,每品种分别接种64瓶,(25±2)℃下暗培养4周。然后,把各瓶中产生的愈伤组织分别全部接种
到盛有继代培养基的64瓶中,以每瓶为单位,将得到的愈伤组织转移到MS+2,4D3mg/L的继代培养基上,40
μmol/(m
2·s)PAR16h/d和(25±2)℃,培养4周。最后,将各瓶中继代后的愈伤组织分别接种盛有各分化培
养基的三角瓶中,每处理重复4次,随机完全区组试验设计。分化培养期间的培养条件与继代条件相同。培养
14d后出现绿点,30d左右逐渐形成无根幼苗(再生苗),统计每瓶中出现分化的愈伤组织数目与每块愈伤组织
上出现的不定芽数。
1.3.6 生根和移栽 将幼苗转移至生根培养基培养20~30d后,有大量不定根产生,打开瓶盖炼苗3d后,冲
洗除去培养基,移栽到装有营养土的盆钵中,置于温室内栽培30d后,移栽到大田。
1.4 数据统计与分析
发芽率=出芽的种子数÷发芽试验总种子数×100%
愈伤诱导率=愈伤组织块数÷进行愈伤组织诱导的外植体数÷发芽率×100%
胚性愈伤诱导率=胚性愈伤组织块数÷进行继代的愈伤组织块数×100%
每愈伤组织平均分化不定芽数=不定芽数÷进行继代的愈伤总块数×100%
分化率=分化出不定芽的愈伤组织块数÷进行分化的愈伤组织块数×100%
对于上述属于二项分布的试验数据中具有小于30%和大于70%的百分率(p)资料,根据方差分析的基本要
求,采用了反正弦数据转换[arcsin(p)1/2][21]。对于含有0(零)但都小于1的百分数(p)资料,采用(p+0.01)的反
正弦转换[arcsin(p+0.01)1/2]。采用转换后数据进行方差分析和平均数的LSD(最小显著差数)法多重比较。
最后将各处理的反正弦转换数据的平均数再转换成百分率,便于阅读理解[21]。
2 结果与分析
2.1 2,4D浓度对成熟种子诱导愈伤组织的影响
诱导试验1是以“Plantation”和“沪坪一号”成熟的完整种子为外植体,分别在添加了11个不同2,4D浓度
梯度(1,2,…,11mg/L)的 MS培养基上进行愈伤组织诱导。对各处理愈伤组织诱导率的方差分析结果表明,不
同2,4D浓度间和不同品种之间诱导率存在显著差异,但品种与2,4D浓度之间的互作不显著。“Plantation”的
愈伤诱导率平均为82%,比“沪坪一号”的平均出愈率显著高出14%。对不同2,4D浓度处理的愈伤组织诱导率
间进行差异显著性检验结果(图1)表明,随着2,4D浓度从3mg/L增加至11mg/L,出愈率均保持在较高水平,
愈伤诱导率在64%~78%,彼此间没有显著差异,显著高于1,2mg/L2,4D的处理。因此,对完整成熟种子的
愈伤诱导适宜又经济的培养基为 MS+3mg/L2,4D。
诱导试验2是采用“Plantation”和“沪坪一号”2个品种的纵切半粒种子为外植体材料,在3种2,4D浓度的
培养基上诱导愈伤组织。方差分析结果表明,不同品种的纵切半粒种子的愈伤组织诱导率间没有显著差异,不同
2,4D浓度处理之间存在显著差异,而品种与2,4D浓度间互作效应不显著。对不同2,4D浓度处理平均数的
多重比较结果(图2)表明,2.5和5.0mg/L都属于较好的浓度处理,愈伤组织诱导率分别为60%和57%。
比较完整种子和半粒种子愈伤诱导的结果,似乎纵切的半粒种子的出愈率不如完整种子的出愈率高。但是
半粒种子诱导的愈伤组织长到2~3mm的时间是成熟种子的一半,大约14d。且如果将纵切的2个半粒种子放
在一起作为一个考察单位,则1粒种子(2个半粒种子)的出愈率达到90%以上,高于1粒完整种子的愈伤组织诱
212 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.2
导率。采用完整种子耗时较长,不适宜在短时间得到大量愈伤组织。因此,高羊茅种子愈伤组织诱导的最佳体系
是以纵切的半粒种子作为外植体,在 MS+2.5mg/L2,4D的培养基上诱导愈伤组织。
图1 高羊茅“犘犾犪狀狋犪狋犻狅狀”和“沪坪一号”2个品种成熟种子在
添加不同浓度2,4犇的 犕犛培养基中
愈伤组织诱导率平均数的比较
犉犻犵.1 犆狅犿狆犪狉犪狋犻狏犲犿犲犪狀狊狅犳犪狉犮狊犻狀(狆)1/2狅犳犮犪犾狌狊
犻狀犱狌犮狋犻狅狀狉犪狋犲犪狏犲狉犪犵犲犱犻狀狋狑狅犮狌犾狋犻狏犪狉狊狅犳‘犎狌狆犻狀犵1’
犪狀犱‘犘犾犪狀狋犪狋犻狅狀’犻狀犕犛犿犲犱犻狌犿狊狌狆狆犾犲犿犲狀狋犲犱狑犻狋犺
犱犻犳犳犲狉犲狀狋犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀狊狅犳2,4犇
图2 高羊茅“犘犾犪狀狋犪狋犻狅狀”和“沪坪一号”2个品种的纵切半粒
种子在添加了不同浓度2,4犇的 犕犛培养基中
愈伤组织诱导率平均数的比较
犉犻犵.2 犆狅犿狆犪狉犪狋犻狏犲犿犲犪狀狊狅犳犪狉犮狊犻狀(狆)1/2狅犳犮犪犾狌狊
犻狀犱狌犮狋犻狅狀狉犪狋犲犪狏犲狉犪犵犲犱犻狀狋狑狅犮狌犾狋犻狏犪狉狊狅犳‘犎狌狆犻狀犵1’
犪狀犱‘犘犾犪狀狋犪狋犻狅狀’犻狀犕犛犿犲犱犻狌犿狊狌狆狆犾犲犿犲狀狋犲犱狑犻狋犺
犱犻犳犳犲狉犲狀狋犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀狊狅犳2,4犇
不同品种间差异和品种与2,4D浓度的互作效应不显著Theexplantswereslicedseedsoftalfescue;Differencesbetweencultivarsand
interactionsbetweencultivarsand2,4Dconcentrationswerenotsignificant
2.2 2,4D和6BA对胚性愈伤组织诱导的影响
对继代试验1胚性愈伤组织诱导率的方差分析结果表明,不同胚性愈伤出愈率在不同2,4D浓度间、不同
6BA浓度间差异显著,且两者的互作效应显著,因此需要对两因素不同水平组合平均数作多重比较。对9个不
同处理组合胚性愈伤组织的诱导率的多重比较结果(图3)表明,无论在哪种2,4D浓度(2.0,4.5和9.0mg/L)
下,胚性愈伤组织诱导率均随6BA浓度的升高而显著降低,当6BA浓度为2mg/L时,胚性愈伤组织诱导率为
0。随着2,4D浓度的增加,6BA对胚性愈伤组织诱导的抑制增强,当2,4D浓度达到9mg/L时,1mg/L6BA
对胚性愈伤组织诱导的抑制效应与2mg/L6BA一样(胚性愈伤组织诱导率为0);6BA浓度为0时,3个2,4D
浓度的胚性愈伤组织诱导率较高,彼此间没有显著差异。考虑到节约用量以及过高的2,4D浓度培育的愈伤组
织不利于以后的分化,还是以 MS+2mg/L2,4D为较好和较经济的继代培养基。
对继代试验2结果的方差分析表明,不同2,4D浓度处理的胚性愈伤组织诱导率间存在显著差异。进一步
多重比较结果(图4)表明,3mg/L的胚性愈伤组织诱导率最高,达到70%。因此,本试验得出 MS+3mg/L
2,4D为最佳继代培养基。
当继代试验1以较宽的2,4D浓度水平间距(2.5和4.5mg/L)在较窄的浓度范围(2.5~9.0mg/L)里筛选
适宜浓度时,得到2.0和4.5mg/L2,4D处理下的胚性愈伤组织诱导率较高,为50%。当进一步以较小的水平
间距(1mg/L)在较宽的浓度范围(0~13mg/L)里筛选适宜浓度(继代试验2)时,得到3mg/L2,4D处理下的
胚性愈伤组织诱导率最高,为70%,界于粗筛(继代试验1)的适宜浓度之间。综合2个继代试验结果可以看到
MS+3mg/L2,4D是高羊茅诱导胚性愈伤组织的最佳处理。
2.3 不同2,4D和6BA组合对愈伤组织分化率和每块愈伤组织平均不定芽数的影响
对分化试验愈伤组织分化率和每愈伤组织平均不定芽数的方差分析结果均表明,品种、2,4D浓度和6BA
浓度三因素的二级互作关系显著,因此,应主要对三因素不同水平组合的平均数间进行多重比较。多重比较结果
312第20卷第2期 草业学报2011年
表明,“Plantation”继代过的愈伤组织在 MS+2,4D1mg/L+6BA1mg/L培养基上的分化率最高,达到50%
(图5,6),在该培养基上“Plantation”的每愈伤组织平均不定芽分化数为第2,但与最优培养基 MS+2,4D
2mg/L+6BA1mg/L上的相比差异不显著。因此,对于“Plantation”而言最佳的分化培养基就是 MS+2,4D
1mg/L+6BA1mg/L;对于“沪坪一号”品种而言,最佳组合为MS+2,4D2mg/L+6BA1mg/L,此时分化率
达到56%,平均每块愈伤上面能够产生的不定芽数最多,为5.5个不定芽。在“Plantation”分化率最高的培养基
处理上,“沪坪一号”的分化率却只有20%,同样在适宜“沪坪一号”分化的最佳培养基上,“Plantation”分化率却
显著较低,为20%。每愈伤组织上平均分化不定芽数在2个品种与培养基间的互作关系上也表现出同样的趋势。
图3 “沪坪一号”纵切半粒种子在“犕犛+2,4犇2.5犿犵/犔”
培养基上诱导的愈伤组织转入各继代
培养基上的胚性愈伤诱导率
犉犻犵.3 犆狅犿狆犪狉犪狋犻狏犲犿犲犪狀狊狅犳犪狉犮狊犻狀(狆)1/2狅犳犲犿犫狉狔狅犵犲狀犻犮
犮犪犾狌狊犻狀犱狌犮狋犻狅狀狉犪狋犲(狆)犻狀犕犛犿犲犱犻狌犿狊狌狆狆犾犲犿犲狀狋犲犱狑犻狋犺
犱犻犳犳犲狉犲狀狋犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀狊狅犳2,4犇犪狀犱6犅犃犳狅狉狊狌犫犮狌犾狋狌狉犲
狅犳犮犪犾狌狊犻狀犱狌犮犲犱犳狉狅犿狊犾犻犮犲犱狊犲犲犱狊狅犳‘犎狌狆犻狀犵1’狅狀
“犕犛+2,4犇2.5犿犵/犔”犿犲犱犻狌犿
图4 “沪坪一号”纵切半粒种子得到的愈伤组织在添加
不同浓度2,4犇的 犕犛培养基中继代的
胚性愈伤组织出愈率
犉犻犵.4 犆狅犿狆犪狉犪狋犻狏犲犿犲犪狀狊狅犳犪狉犮狊犻狀(狆)1/2狅犳犲犿犫狉狔狅犵犲狀犻犮
犮犪犾狌狊犻狀犱狌犮狋犻狅狀狉犪狋犲(狆)犻狀犕犛狊狌狆狆犾犲犿犲狀狋犲犱狑犻狋犺
犱犻犳犳犲狉犲狀狋犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀狊狅犳2,4犇犳狅狉狊狌犫犮狌犾狋狌狉犲
狅犳犮犪犾狌狊犱犲狉犻狏犲犱犳狉狅犿狊犾犻犮犲犱犿犪狋狌狉犲
狊犲犲犱狊狅犳‘犎狌狆犻狀犵1’
图5 在添加不同浓度2,4犇和6犅犃的 犕犛培养基中“犘犾犪狀狋犪狋犻狅狀”(犃)和“沪坪一号”(犅)继代过的愈伤组织分化率
犉犻犵.5 犆狅犿狆犪狉犪狋犻狏犲犿犲犪狀狊狅犳犪狉犮狊犻狀(狆)1/2狅犳犮犪犾狌狊狉犲犵犲狀犲狉犪狋犻狅狀狉犪狋犲(狆)狅犳‘犘犾犪狀狋犪狋犻狅狀’(犃)犪狀犱‘犎狌狆犻狀犵1’(犅)
犻狀犕犛犿犲犱犻狌犿狊狌狆狆犾犲犿犲狀狋犲犱狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀狊狅犳2,4犇犪狀犱6犅犃
3 讨论和结论
3.1 诱导培养基与种子外植体
在植物的愈伤诱导阶段,2,4D的存在起着至关重要的作用。在诱导培养基中添加激动素(KT)[22]、水解酪
412 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.2
图6 “犘犾犪狀狋犪狋犻狅狀”(犃,犇)和“沪坪一号”(犅,犆)高羊茅愈伤组织在“犕犛+2,4犇1犿犵/犔+6犅犃1犿犵/犔”(犃,犅)
和“犕犛+2,4犇2犿犵/犔+6犅犃1犿犵/犔”(犆,犇)分化培养基上的分化苗
犉犻犵.6 犌狉犲犲狀狆犾犪狀狋犾犲狋狊狉犲犵犲狀犲狉犪狋犲犱犳狉狅犿犲犿犫狉狔狅犵犲狀犻犮犮犪犾狌狊狅犳‘犘犾犪狀狋犪狋犻狅狀’(犃犪狀犱犇)犪狀犱‘犎狌狆犻狀犵1’(犅犪狀犱犆)
狋犪犾犳犲狊犮狌犲狅狀狉犲犵犲狀犲狉犪狋犻狅狀犿犲犱犻狌犿狅犳‘犕犛+2,4犇1犿犵/犔+6犅犃1犿犵/犔’(犃犪狀犱犅)
犪狀犱‘犕犛+2,4犇2犿犵/犔+6犅犃1犿犵/犔’(犆犪狀犱犇)
蛋白[13,23]、脱落酸(ABA)[23]、NAA[23]和塞本隆(TDZ)[13]对愈伤诱导影响不显著。因此,本试验在 MS基本培养
基中仅添加2,4D作为诱导阶段植物生长调节剂。Bai和Qu[6]利用高羊茅 “Coronado”品种的完整种子作为外
植体,在愈伤诱导阶段添加不同浓度2,4D(2,5和9mg/L),发现其较优的诱导培养基为 MS+2,4D9mg/L,
能产生19%的愈伤诱导率。高丽美等[11]对高羊茅完整种子诱导愈伤的研究结果表明,在2,5,7,9和12mg/L
2,4D中,适宜愈伤诱导的培养基也为MS+2,4D9mg/L,但愈伤诱导率高达68.08% 。Bai和Qu[13]在对高羊
茅 “Coronado”品种的再生体系建立中首次使用纵切的方法处理成熟的高羊茅种子,在2,4D浓度为5mg/L
时,纵切后的种子(57.3%)是完整种子(14.7%)诱导率的4倍。即使是在适宜完整种子的最优诱导培养基2,4
D浓度为9mg/L,苄基腺嘌呤(BAP)浓度为0.1mg/L中,纵切处理(54.0%)的诱导率是完整种子(20.3%)的3
倍。郎春秀等[9]对高羊茅Cochise品种成熟种子进行不同切割方式的出愈率比较,发现纵切和切胚的出愈率最
高(分别是78.1%和66.5%),高于不切和横切的(26.7%和41.0%),而操作时相比切胚,纵切相对简单,效果
好。本研究结果也以纵切半粒种子的愈伤诱导效果较好。但是,无论是对完整种子还是对半粒种子的愈伤诱导,
本研究适宜的2,4D浓度(2.5和3.0mg/L)均低于前人报道的2倍,而诱导率(60%和71%)与已报道的结果相
当,这一方面可能是由于不同的高羊茅品种愈伤诱导所需要的适宜2,4D浓度不同,另一方面也是由于设置的水
平间距较小(1mg/L),试验浓度范围较宽(1~11mg/L),因此能够筛选到更适合、更经济的2,4D浓度。本研究
中适宜半粒种子愈伤诱导的最佳2,4D浓度也是该试验(诱导试验2)的最低水平(2.5mg/L),而低于该水平的
浓度(1和2mg/L)对半粒种子愈伤诱导的效果是否会更好,也可以进一步加以研究。
已有的报道认为,大多数植物的再生体系受到基因型、外植体种类的影响,一个高效再生体系只适用于有限
的特定几种基因型及外植体的类型[24,25]。高羊茅品种一般都是通过几个母系的杂交得到的综合品种,其遗传背
景复杂,杂合性强,这种遗传的多样性不仅存在于品种间,甚至品种内都存在,甚至每个种子之间都存在着遗传差
512第20卷第2期 草业学报2011年
异[6]。这将影响诱导率和再生率,也就为建立普适的再生体系增加了难度[6]。一些报道反映不同基因型适宜的
愈伤诱导植物生长调节剂有互作关系[6,17],但本研究结果表明,无论是完整成熟种子做外植体还是纵切后的半粒
种子,株高与抗性等性状上2个表现型截然不同的基因型(“Plantation”和“沪坪一号”)的愈伤诱导对2,4D浓度
的响应一致。因此,对特定基因型最佳再生体系的建立,对于其他基因型的再生体系建立工作也具有一定的指导
意义。
3.2 继代培养基
对愈伤组织进行继代培养的目的,除了要将愈伤组织扩繁外,还在于将非胚性愈伤转为胚性愈伤组织。高丽
美等[11]在高羊茅成熟种子再生体系建立的继代培养基中添加了6BA,能提高愈伤组织再分化的能力。Bai和
Qu[13]对高羊茅“Coronado”品种的成熟种子再生体系研究表明,在继代培养基中添加适当浓度的BAP能够提高
愈伤的再生率(添加0.1mg/L的BAP再生率为71.6%,而不加BAP时,再生率为38.6%)。而本研究结果表明
在继代培养基(MS+2,4D2~9mg/L)中添加6BA抑制“沪坪一号”胚性愈伤组织的形成,当6BA达到2
mg/L时,胚性愈伤率为0,而6BA为0mg/L和2,4D为2mg/L的处理组合较好,胚性愈伤组织诱导率达到
50%,这表明对于高羊茅“沪坪一号”的半粒种子,继代阶段不添加6BA有利于胚性愈伤组织的生成。
Zhang等[10]认为2,4D的存在有助于高羊茅的愈伤诱导和根的形成,但是在愈伤诱导之后,有必要适当降
低2,4D的浓度,提高KT浓度,这样有利于体细胞胚的形成及分化。Bai和Qu[13]在分析影响高羊茅再生体系
建立的因素时,对于完整的成熟种子,诱导培养基中添加9mg/L的2,4D,在继代培养基中使用的2,4D浓度是
2mg/L。高丽美等[11]使用高羊茅成熟的种子,将诱导培养基中 MS+2,4D9mg/L的浓度减少至继代时的1
mg/L,并且加入了0.5mg/L的6BA和1.25mg/L的CuSO4。本研究结果表明,以MS为基础培养基中适宜诱
导和继代培养基中2,4D浓度没有太大的差异,分别为2.5和3.0mg/L,且浓度较低。造成这方面差异的原因
仍然与各试验采用的基因型与试验设计的2,4D浓度水平的不同有关。
Zhang等[10]指出,在继代阶段培养基中添加5mg/L的2,4D没有体细胞胚的发生,但是,加入采用2mg/L
2,4D和0.2mg/LKT的激素配合,能产生较高的体细胞胚。王友生等[26]也发现KT对胚性愈伤组织的诱导有
重要作用,KT的作用值得进一步研究。还有些学者认为继代培养基中加入水解酪蛋白[27]和ABA[28,29]等有利于
胚性愈伤组织的诱导。余桂红等[17]将高羊茅成熟种子诱导得到的愈伤组织转移到继代基本培养基(MS+2,4D
5mg/L)上,用水晶洋菜代替琼脂作为凝固剂,发现有助于高羊茅无胚性愈伤组织向胚性愈伤组织转化。采用
MS以外的基础培养基,添加不同的植物生长调节剂,是否可以进一步提高本研究中两材料的胚性愈伤诱导率,
以及对其他基因型是否具有普遍效应,也值得进一步的探索。
3.3 分化培养基
愈伤组织再生能力很大程度上取决于体细胞胚的分化情况,2,4D浓度的升高有利于愈伤的生长速度,但是
却减少成为体细胞胚的可能性[10]。Bai和Qu[6]在对高羊茅“Coronado”品种完整种子诱导愈伤的再生体系中,
MS+2.5mg/L6BA的分化率达到33.1%,而在以半粒种子诱导愈伤的再生体系中以5mg/L2,4D+0.1
mg/L6BA培养条件下的分化率为51.9%。此后,Zhang等[10]将完整的高羊茅“Coronado”品种种子进行愈伤诱
导(MMS,改良的 MS+2,4D5.0mg/L+KT0.05mg/L),继代(MMS+2,4D4.5mg/L+KT0.2mg/L),体
细胞胚诱导(MMS+2,4D2.0mg/L+KT0.2mg/L)及再分化(MSH改良的SH+KT2mg/L),最终得到
94.3%的分化率。可见,同一基因型在不同的再生体系中再生效率是相差悬殊的。本研究首次报道在分化阶段
基因型与2,4D和6BA浓度间存在显著的互作关系,即不同的基因型在不同的2,4D和6BA浓度水平组合上
的愈伤组织分化率不同,“Plantation”为 MS+2,4D1mg/L+6BA1mg/L,而“沪坪一号”分化最优组合是 MS
+2,4D2mg/L+6BA1mg/L,得到的最后分化率分别为50%和56%。
影响愈伤组织分化阶段的因素还有很多。在培养基中,Cu2+浓度的提高,能够显著改善禾本科植物愈伤组
织的再生及胚性[30,31];适量TDZ的添加,能够提高高羊茅成熟种子愈伤组织再生率[13];提高蔗糖[4,32]及琼脂的
浓度[10,33],对于高羊茅再生体系中再生率的提高也有重要作用。何勇等[22]利用高羊茅(品种“王朝”)的成熟种子
作为外植体,放在诱导培养基N6+18mg/L2,4D中,诱导率达到95.6%,且分化率为100%(分化培养基与诱
612 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.2
导培养基的区别是没有添加任何植物生长调节剂)。本研究所采用的再生体系和得到的的分化率与Bai和
Qu[13]的研究结果相当,与100%的分化率相比还有提升空间。可进一步采用其他基础培养基,添加2,4D和6
BA及其以外的生长调节物质等方面加以进一步的探索。另外在分化阶段,对6BA的灭菌和加入方法的不同,
可能会导致不同文献报道的最佳用量有差异。
3.4 结论
本研究以形态和抗性差异较大的2个品种为研究材料,确保每次试验采用的组织材料来源一致,以常见的2
种植物生长调节剂浓度为培养基组分处理,发现在愈伤组织诱导与继代培养阶段高羊茅品种与“2,4D”浓度间的
互作效应不显著,预示着本研究得到的愈伤诱导的适宜培养基处理对不同品种的愈伤诱导具有共性和参考应用
价值。以纵切的半粒种子作为外植体,在 MS+2,4D2.5mg/L培养基上诱导愈伤组织,其愈伤诱导率最高,达
60%。在 MS+2,4D3mg/L培养基上继代,胚性愈伤诱导率最高,达70%。但是至分化阶段,品种与植物生长
调节剂浓度间的互作显著,表明不同的品种愈伤组织进行不定芽的诱导需要探索各自适宜的植物生长调节剂浓
度。本研究中“Plantation”品种的胚性愈伤组织在“MS+2,4D1mg/L+6BA1mg/L”上分化率最高,达50%;
而“沪坪一号”品种胚性愈伤组织在“MS+2,4D2mg/L+6BA1mg/L”培养基上分化,不定芽分化率最高,达
60%。
参考文献:
[1] MeyerWA,WatkinsE.Coolseasongrasses:Talfescue[A].In:MichaelDC,RonnyRD.TurfgrassBiology,Genetics,
andBreeding[M].NewJersey:JohnWiley&Sons,Inc,2003:107128.
[2] KasperbauerMJ.Plantregenerationandevaluation[A].In:KasperbauerMJ.BiotechnologyinTalFescueImprovement[M].Flori
da:ChemistryRubberCompanyPress,1990:5979.
[3] WangZY,GeYX.Recentadvancesingenetictransformationofforageandturfgrasses[J].犐狀犞犻狋狉狅Celular&Develop
mentalBiologyPlant,2006,42:118.
[4] DongS,QuR.Highefficiencytransformationoftalfescuewith犃犵狉狅犫犪犮狋犲狉犻狌犿狋狌犿犲犳犪犮犻犲狀狊[J].PlantScience,2005,168:
14531458.
[5] WangZY,GeYX.犃犵狉狅犫犪犮狋犲狉犻狌犿mediatedhighefficiencytransformationoftalfescue(犉犲狊狋狌犮犪犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪)[J].Journal
ofPlantPhysiology,2005,162(1):103113.
[6] BaiY,QuR.Anevaluationoncalusinductionandplantregenerationof25turftypetalfescue(犉犲狊狋狌犮犪犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪
Schreb.)cultivars[J].GrassandForageScience,2000,55:326330.
[7] ChoMJ,HaCD,LemauxPG.Productionoftransgenictalfescueandredfescueplantsbyparticlebombardmentofmature
seedderivedhighlyregenerativetissues[J].PlantCelReports,2000,19:10841089.
[8] BradleyDE,BaiY,TalurySP,犲狋犪犾.Scannningelectronmicroscopicstudyon犻狀狏犻狋狉狅somaticembryogenesisofperennial
ryegrassandtalfescue[J].InternationalTurfgrassSocietyResearchJournal,2001,9:146151.
[9] 郎春秀,吴关庭,胡张华,等.高羊茅成熟种子组织培养的影响因素研究Ⅰ.多种因素对愈伤组织诱导的影响[J].浙江农业
学报,2005,17(4):182186.
[10] ZhangWJ,DongJL,LiangBG,犲狋犪犾.Highlyefficientembryogenesisandplantregenerationoftalfescue(犉犲狊狋狌犮犪
犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪schreb.)frommatureseedderivedcali[J].InVitroCelular&DevelopmentalBiologyPlant,2006,42:114
18.
[11] 高丽美,徐子勤,张永彦,等.高羊茅组织培养再生体系及 GUS基因瞬间表达研究[J].西北植物学报,2001,25(1):
4045.
[12] 何阳鹏,于海涛.不同种胚及激素处理对高羊茅愈伤组织诱导的影响[J].安徽农业科学,2003,31(3):371374.
[13] BaiY,QuR.Factorsinfluencingtissuecultureresponsesofmatureseedsandimmatureembryosinturftypetalfescue[J].
PlantBreeding,2001,120:239242.
[14] EizengaGC,DahleenLS.Calusproduction,regenerationandevaluationofplantsfromculturedinflorescencesoftalfescue
(犉犲狊狋狌犮犪犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪Schreb.)[J].PlantCel,TissueandOrganCulture,1990,22:715.
712第20卷第2期 草业学报2011年
[15] 赵智燕,潘俊松,何亚丽,等.两种高羊茅无性系的营养器官组织培养及再生体系的建立[J].草业学报,2009,18(5):
168175.
[16] 支大英,韩晓光,赵军胜,等.8种基因型的高羊茅的组织培养与植株再生[J].山东大学学报(理学版),2004,39(4):
109114.
[17] 余桂红,马鸿翔,佘建明,等.草坪型高羊茅成熟种子胚性愈伤组织诱导及植株再生[J].江苏农业学报,2004,20(1):
3843.
[18] 郭金芳,何亚丽.在人工胁迫与上海自然条件下高羊茅草坪草品种和种质资源的特性评价[J].上海交通大学学报(农业科
学版),2008,26(3):188194.
[19] MeyerWA,StappR,HignightK,犲狋犪犾.Registrationof“plantation”talfescue[J].CropScience,2001,41:918919,66.
[20] MurashigeT,SkoogF.Arevisedmediumforrapidgrowthandbioassayswithtobaccotissuecultures[J].PlantPhysiology,
1962,15:473497.
[21] 盖均镒.试验统计方法[M].北京:中国农业出版社,1999:125127.
[22] 何勇,田志红,郑思琏.高羊茅成熟胚离体培养及高频植株再生[J].草业科学,2005,22(6):2329.
[23] AshokC,QuR.Somaticembryogenesisandplantregenerationofturftypebermudagrass:Effectof6benzyladenineincalus
inductionmedium[J].PlantCel,TissueandOrganCulture,2000,60:113120.
[24] WangZY,AndrewH,RoufM.Forageandturfgrassbiotechonology[J].CriticalReviewinPlantScience,2001,20(6):
573619.
[25] PrzetakiewiceA,OrczykW,NadolaskaOrczykA.Theeffectofauxinonplantregenerationofwheat,barelyandtriticale[J].Plant
Cel,TissueandOrganCulture,2003,73:245256.
[26] 王友生,王瑛,李阳春.三叶草愈伤组织诱导及分化的研究[J].草业学报,2009,18(2):212215.
[27] 王维飞,韩烈保,曾会明.高羊茅愈伤组织诱导剂植株再生的研究[J].草业科学,2006,23(6):99103.
[28] 于小红,朱祯,付志明,等.提高小麦愈伤组织分化频率的因素[J].植物生理学报,1999,25:388394.
[29] 徐春波,米福贵,王勇,等.影响冰草成熟胚组织培养再生体系频率的因素[J].草业学报,2009,18(1):8085.
[30] LynnSD.Improvedplantregenerationfrombarleycalusculturesbyincreasedcopperlevels[J].PlantCel,Tissueand
OrganCulture,1995,43:267269.
[31] LiuL,FanXL,ZhangJW,犲狋犪犾.Longtermculturedcalusandtheeffectfactorofhighfrequencyplantletregenerationand
somaticembryogenesismaintenancein犣狅狔狊犻犪犼犪狆狅狀犻犮犪[J].犐狀犞犻狋狉狅Celular&DevelopmentalBiologyPlant,2009,45:673
680.
[32] 吴关庭,胡张华,陈笑芸,等.高羊茅成熟种子组织培养的影响因素研究Ⅱ.不同因素对胚性愈伤组织继代发生的影响[J].浙
江农业学报,2006,18(5):36972.
[33] 李晓红,宗俊勤,佘建明,等.结缕草‘Zenith’离体培养植株再生体系优化研究[J].草业科学,2009,26(4):110116.
犜犻狊狊狌犲犮狌犾狋狌狉犲犪狀犱狆犾犪狀狋狉犲犵犲狀犲狉犪狋犻狅狀犳狉狅犿犿犪狋狌狉犲狊犲犲犱狅犳狋狑狅犮狌犾狋犻狏犪狉狊狅犳狋犪犾犳犲狊犮狌犲
YANJunhui1,ZHAOZhiyan2,HEYali1
(1.ColegeofAgricultureandBiologyScience,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240,
China;2.LandscapingStationofNanhuiDistrict,Shanghai201300,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Toobtainareliableandefficientregenerationsystemoftalfescue(犉犲狊狋狌犮犪犪狉狌狀犱犻狀犪犮犲犪),mature
seedsof‘SHED’and‘Plantation’wereculturedonmediumsupplementedwithcombinationsof6BAand2,
4D.Theoptimalinductionmediumforintactmatureseedexplantswas‘MS+2,4D3mg/L’,resultinginthe
highestinductionrateof71%,whilethatforlongitudinalyslicedseedexplantswas‘MS+2,4D2.5mg/L’
withahighestinductionrateof56%.Theoptimalsubculturemediumcontained3mg/L2,4D,givinganem
bryogeniccalusinductionrateof70%,andtheadditionof6BAtothismediumadverselyaffectedembryogenic
calusinduction.Theeffectofinteractionofgenotypeandplantgrowthregulatorconcentrationwassignificant.
Thehighestregenerationratesobtainedfromthemedium‘MS+2,4D1mg/L+6BA1mg/L’and‘MS+2,
4D2mg/L+6BA1mg/L’were50% (CV.‘SHED’)and56% (CV.‘Plantation’).Thereportedrooting
mediumof‘1/2MS+NAA0.5mg/L’gavearootingratioof100%.
犓犲狔狑狅狉犱狊:talfescue;matureseed;regenerationsystem
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