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假俭草侧芽愈伤诱导和植株再生



全 文 :书假俭草侧芽愈伤诱导和植株再生
袁学军1,2,王志勇1,郭爱桂1,宗俊勤1,刘建秀1,佘建明1
(1.江苏省中国科学院植物研究所草业中心,江苏 南京210014;2.南京农业大学生命科学院,江苏 南京210095)
摘要:以中国优良品系E126假俭草的侧芽为外植体建立高效的再生体系。试验结果显示,1)适宜于侧芽生长的
培养基为 MS+BAP2.0mg/L+NAA0.8mg/L;2)在最佳诱导培养基 MS+2,4D1.0mg/L+BAP0.1mg/L
上,侧芽愈伤诱导率达93%。较强的光照能提高愈伤组织的诱导率;3)在最佳分化培养基 MS+KT2.0mg/L上,
绿苗分化率为12.6%;4)试管苗最佳生长培养基为 MS+BAP2.0mg/L+NAA0.8mg/L;5)在最佳生根培养基
MS+NAA0.6mg/L上,试管苗的生根率达98%,植株移栽成活率为94%。本试验为假俭草体细胞筛选和遗传
转化提供依据。
关键词:假俭草;侧芽;愈伤组织;植株再生
中图分类号:S543+.9;Q945.39  文献标识码:A  文章编号:10045759(2008)06012806
  假俭草(犈狉犲犿狅犮犺犾狅犪狅狆犺犻狌狉狅犻犱犲狊)是禾本科蜈蚣草属多年生草本植物,也是蜈蚣草属中唯一可用作草坪草的
物种[1,2]。它具有强壮的匍匐茎,蔓延力强而迅速,秆斜升,其叶形优美,植株低矮,养护水平低,耐贫瘠,病虫害
少,可广泛地用于庭院草坪、休憩草坪以及水土保持草坪建设中[3,4]。
采用常规杂交技术选育新品种,不仅周期长,工作量大,而且受育种材料自身变异的限制,改良幅度有限。随
着生物技术的发展,转基因技术日趋成熟,可以把目的基因直接导入材料,提高育种效率。
开展植物转基因工作的基础条件之一,是建立高效的植株再生体系。到目前为止,国内外关于假俭草再生体
系建立的研究报道较少,Krans和Blanche[5]以成熟种子和幼穗为材料,研究了假俭草愈伤组织诱导和植株再
生;马生健等[6]和Yoshikazu等[7]分别以简报和摘要的形式,报道了以假俭草的种子为材料建立了再生体系。至
今尚未见到以假俭草的侧芽为外植体建立植株再生体系的报道。
考虑到假俭草具有发达的营养繁殖的特性及其取材不受季节限制的优点,在多年来对中国假俭草165份资
源连续3年动态评价的基础上,首次以优良国产假俭草E126的侧芽为外植体材料,建立了假俭草再生体系,为
今后开展假俭草遗传转化工作奠定良好的试验基础。
1 材料与方法
1.1 材料
假俭草种质E126,来源于江苏省中国科学院植物研究所草坪草种质资源基地,根据对165份种源连续3年
的动态评价,其综合坪用价值为营养繁殖假俭草中最高。
1.2 方法
1.2.1 侧芽无菌系建立 2005年5月在江苏省中国科学院植物研究所草坪草种质资源基地用假俭草匍匐茎进
行自然繁殖,常规管理。在9月从试验地里选择无病虫害、健壮的嫩茎,冲洗干净,剪成每段都含有节、节间和侧
芽的小段,去掉老的叶鞘和叶片,用0.2%洗衣粉浸泡20min,流水冲洗1h,75%的酒精消毒50s,0.2%升汞消
毒15min,最后再用无菌水冲洗5次。
每个梯度设置3个重复,每个重复接种20个茎段。消毒后的茎段接种到含33mL侧芽生长培养基的塑料
瓶中培养18d。侧芽生长培养基为 MS+BAP(2.0或3.0mg/L)+NAA(0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,2.0,3.0,4.0
或5.0mg/L)。培养室温度为(25±1)℃,光照强度100μmol/(m
2·s),光照12h/d。所有培养基在灭菌之前将
128-133
12/2008
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第17卷 第6期
Vol.17,No.6
 收稿日期:20080526;改回日期:20080627
作者简介:袁学军(1967),男,山东济宁人,副教授,博士。Email:yuanxuej@163.com
通讯作者。Email:turfunit@yahoo.com.cn
pH值调至6.5,121℃灭菌20min。18d时统计新叶长。
1.2.2 愈伤组织诱导 每个梯度设置3个重复,每个重复接种40个无菌侧芽。侧芽接种到愈伤组织诱导培养
基 MS上,其添加不同浓度的2,4D(0.5,1.0,2.0,3.0和4.0mg/L)和BAP(0,0.1,0.2,0.3和0.5mg/L),侧
芽在温度(25±1)℃、光照强度100μmol/(m
2·s)、光照12h/d的条件下培养28d,28d时观察激素组合对愈伤
组织诱导的影响,并通过倒置显微镜(OlympusCK210×4)检查细胞的特点。选择出最佳的愈伤组织诱导培养
基。
设置3个光照强度:黑暗、50和100μmol/(m
2·s),培养条件同上,28d时观察光照强度对愈伤组织诱导的
影响。
1.2.3 愈伤组织分化 每个梯度设置3个重复,每个重复接种40块愈伤。愈伤组织转接到分化培养基:MS+
KT(0.5,1.0,2.0和3.0mg/L)上,28d时统计分化的愈伤块数,选择出最佳分化培养基。
1.2.4 绿芽的生长 每个梯度设置3个重复,每个重复接种20个绿芽,将绿芽转接到绿苗生长培养基 MS+
BAP(2.0和3.0mg/L)+NAA(0.2,0.4,0.6,0.8和1.0mg/L)和包括最佳分化培养基上,在强光下进行培养,
温度和光周期条件同上,56d时统计试管苗的长度,选出最佳绿苗生长培养基。
1.2.5 试管苗生根和移栽 每个梯度设置3个重复,每个重复接种10株试管苗,选择3~4cm高的试管苗转接
到生根培养基MS+NAA(0,0.3,0.6和0.9mg/L)上,观察根源基产生的时间,14d时测量长度和粗度,统计根
的数量和生根率,选出最佳生根培养基。
将100株生根的试管苗移栽到内含消毒菜园土、直径6cm的塑料营养钵中,然后放在温室中培养。温室的
温度为(25±1)℃,相对湿度为80%~85%。2周后苗转移到带有菜园土的土盆中,在自然光下进行培养,其他条
件同上。
1.3 数据处理和分析
用SAS软件对数据进行处理和分析。
2 结果与分析
2.1 BAP和NAA对侧芽生长的影响
侧芽接种到培养基上5~6d后开始长出新叶,在15~18d时侧芽质量最佳。当BAP2.0,3.0mg/L和
NAA0.2~0.6,2.0~4.0mg/L时侧芽生长不良。促进侧芽生长的最佳培养基为 MS+BAP2.0mg/L+NAA
0.8mg/L。
2.2 2,4D和BAP对侧芽愈伤组织诱导的影响
2,4D和BAP的浓度对愈伤组织诱导具有明显的相关性(表1和图1a)。试验结果显示,2,4D0.5mg/L
和BAP0.5mg/L时能诱导出带芽点的愈伤组织,而在2,4D0.5~1.0mg/L+BAP0~0.5mg/L培养基上,都
能从侧芽诱导产生出愈伤组织;但是2,4D的浓度大于或等于2.0mg/L时均未能诱导产生愈伤组织。根据愈
伤诱导率和愈伤质量,最佳愈伤诱导培养基为 MS+2,4D1.0mg/L+BAP0.1mg/L。在最佳诱导培养基上,
11~12d后侧芽就开始产生愈伤组织,28d后愈伤组织覆盖侧芽的基部。通过微检发现,愈伤组织的细胞具有
细胞壁薄、汁浓、核大等分生能力的特点(图1b)。结果还显示,只有侧芽基部诱导产生愈伤组织,而茎的截面、
节、节间和叶片都没有愈伤组织发生。随着继代次数的增多,黄色愈伤组织逐渐变为白色、粘状愈伤组织。
2.3 光照强度对愈伤组织诱导的影响
在最佳愈伤组织诱导培养基MS+2,4D1.0mg/L+BAP0.1mg/L上培养28d,研究不同的光照强度对侧
芽愈伤组织诱导的影响(表2)。结果显示,光照强度对产生愈伤组织的时间没有影响,均为11d;而对愈伤组织
诱导率影响较明显,在100μmol/(m
2·s)光照条件下,愈伤组织的总诱导率、有效愈伤诱导率均显著高于50
μmol/(m
2·s)和黑暗条件的相应值。在黑暗和50μmol/(m
2·s)光照条件下,愈伤组织的总诱导率基本一致,
但是,有效愈伤组织的诱导率50μmol/(m
2·s)高于黑暗。由此可见,强光有利于提高愈伤组织的诱导率。
2.4 不同激素对愈伤组织分化的影响
BAP浓度0.5~3.0mg/L时,愈伤组织未能分化出绿芽。KT2.0mg/L可显著促进绿芽的形成(表3和图
921第17卷第6期 草业学报2008年
1c、d、e),绿苗分化率达到12.6%,其效果显著好于KT3.0mg/L。最佳分化培养基为 MS+KT2.0mg/L。在
所有的分化培养基上,白色、粘状愈伤组织未能分化出任何器官,但能继续增大。
2.5 不同激素对绿芽生长的影响
BAP、NAA和KT对绿芽生长的影响如表4。BAP、NAA浓度过大、过小均不利于芽生长,最佳绿芽生长培
养基为MS+BAP2.0mg/L+NAA0.8mg/L,而且此培养基还有利于丛生芽的增殖,再通过1次继代培养试管
苗可达3~4cm,并且绿芽可大量增殖(图1f)。
表1 2,4犇和犅犃犘对侧芽愈伤诱导的影响(28犱)
犜犪犫犾犲1 犈犳犳犲犮狋狅犳2,4犇犪狀犱犅犃犘狅狀犮犪犾狌狊犻狀犱狌犮狋犻狅狀(28狋犺犱犪狔)
2,4D
(mg/L)
BAP
(mg/L)
产生愈伤时间
Primarytimeofcalusinduction(d)
总愈伤诱导率
Rateoftotalcalusinduction(%)
有效愈伤诱导率
Rateofpeletcalusinduction(%)
0.5 0.5 14 73±1.15a 12.0±0.23e
1.0 0 10 25±0.58bc 12.5±0.17ed
1.0 0.1 11 93±0.58a 52.0±1.15a
1.0 0.2 12 93±1.15a 30.0±0.58b
1.0 0.3 12 83±0.58a 24.0±0.29c
1.0 0.5 12 83±0.58a 24.0±0.29c
2.0 0.1 - 0c 0f
2.0 0.5 - 0c 0f
3.0 0.1 - 0c 0f
3.0 0.5 - 0c 0f
4.0 0.5 - 0c 0f
 注:显著性比较限于同列同因素的不同处理间。不同小写字母表示差异达0.05水平显著,下同。
 Note:Values(%±SD)withincolumnfolowedbythedifferentlettersaresignificantlydifferentat犘<0.05,thesamebelow.
表2 光照强度对愈伤诱导的影响(28犱)
犜犪犫犾犲2 犈犳犳犲犮狋狅犳犾犻犵犺狋犻狀狋犲狀狊犻狋狔狅狀犮犪犾狌狊犻狀犱狌犮狋犻狅狀(28狋犺犱犪狔)
光照强度
Lightintensity(μmol/m2·s)
愈伤产生时间
Primarytimeofcalusinduction(d)
总愈伤诱导率
Rateoftotalcalusinduction(%)
有效愈伤诱导率
Rateofpeletcalusinduction(%)
100 11 93±1.73a 52±1.15a
50 11 75±0.58b 50±0.58ab
0 11 75±1.15b 48±0.58b
表3 犅犃犘和犓犜对愈伤分化的影响(28犱)
犜犪犫犾犲3 犈犳犳犲犮狋狅犳犅犃犘犪狀犱犓犜狅狀犮犪犾狌狊犱犻犳犳犲狉犲狀狋犻犪狋犻狅狀(28狋犺犱犪狔)
生长调节剂类型 Hormonetype 生长调节剂浓度Concentrationof6BAorKT(mg/L) 愈伤分化率Differentiationrateofshoot(%)
BAP
0.5 -
1.0 -
2.0 -
3.0 -
KT
0.5 -
1.0 -
2.0 12.6±0.23a
3.0 11.0±0.17b
031 ACTAPRATACULTURAESINICA(Vol.17,No.6) 12/2008
图1 假俭草侧芽愈伤的植株再生过程
犉犻犵.1犉狅狉犿犪狋犻狅狀狆狉狅犮犲狊狊狅犳狉犲犵犲狀犲狉犪狋犻狅狀狆犾犪狀狋犳狉狅犿犪狓犻犾犪狉狔犫狌犱犱犲狉犻狏犲犱犮犪犾狌狊
 a:侧芽诱导的愈伤Calusinducedfromaxilarybud;b:在倒置显微镜下观察到的愈伤细胞Calussubculture;c:愈伤继代培养Shootdifferentia
tion;d:芽的分化Shootformation;e:芽的形成Regeneratedplantlets;f:芽继代培养Plantletsdifferentiantion;g:试管苗生根Rooting;h:试管苗移栽
Transplantingplants.b的放大倍数为10×4Themultipleof10×4
2.6 试管苗生根和移栽
  在所有的生根培养基上试管苗的生根率均高于
96%,但是根的质量差别很大(表5)。当 NAA 浓度
为0.6mg/L时,试管苗的根数和根粗均显著高于对
照;其根数、根粗和根长均高于 NAA 浓度为0.3
mg/L和0.9mg/L的相应值,因此试管苗最佳生根培
养基为 MS+NAA0.6mg/L。5~7d后在最适培养
基MS+NAA0.6mg/L上试管苗开始生根,2周后平
均每株生根7~8条,根长0.6cm,根粗2.0mm(图
1g)。
试管生根苗先移栽到营养钵,2周后再移栽到土
盆(图1h),移栽存活率达到94%。
3 讨论
在本试验中,侧芽接种到培养基 MS+2,4D1.0
mg/L+BAP0.1mg/L上,8~9d后,侧芽基部开始
产生环状裂痕,并且裂痕不断加深;11~12d后,在裂
痕表面诱导产生愈伤组织。从侧芽基部能高频率地诱
表4 犅犃犘、犓犜和 犖犃犃对植株生长长度的影响(56犱)
犜犪犫犾犲4 犈犳犳犲犮狋狅犳犅犃犘,犓犜犪狀犱犖犃犃狅狀狆犾犪狀狋
犾犲狀犵狋犺(56狋犺犱犪狔)
生长调节剂Combinationofhormone(mg/L)
BAP NAA KT
植株长度
Plantlength(cm)
2.0 0.2 0 1.8±0.05i
0.4 0 2.3±0.06g
0.6 0 3.4±0.06c
0.8 0 3.8±0.02a
1.0 0 3.6±0.02b
3.0 0.2 0 2.0±0.02h
0.4 0 2.2±0.06g
0.6 0 2.8±0.06f
0.8 0 3.5±0.06bc
1.0 0 3.2±0.02d
0 0 2.0 3.0±0.06e
131第17卷第6期 草业学报2008年
表5 犖犃犃对假俭草生根的影响(14犱)
犜犪犫犾犲5 犈犳犳犲犮狋狅犳犖犃犃狅狀狉狅狅狋犻狀犵(14狋犺犱犪狔)
NAA浓度
ConcentratinofNAA(mg/L)
生根时间
Primarytimeofcalusformation(d)
根的直径
Rootdiameter(mm)
根的长度
Rootlength(cm)
每株的根数
No.ofroot
生根率
Rateofrooting(%)
0 5 1.0±0.06b 1.9±0.06a 1.8±0.01c 97±0.58a
0.3 7 1.8±0.09a 0.5±0.03bc 1.0±0.02d 96±1.73a
0.6 6 2.0±0.28a 0.6±0.01b 7.8±0.12a 98±1.15a
0.9 7 1.6±0.02a 0.4±0.01c 3.5±0.06b 98±1.73a
导产生愈伤组织,而茎的截面、节、节间和叶片未能诱导产生愈伤组织,其原因可能是由不同的外植体材料的内源
激素水平差异造成的。
Krans和Blanche[5]以花序为材料和Yoshikazu等[7]以假俭草种子为材料报道的诱导愈伤组织最佳激素浓
度均为2,4D1.0mg/L;马生健等[6]以种子为材料,诱导愈伤组织最佳浓度为2,4D4.5mg/L。本试验最佳激
素浓度除2,4D1.0mg/L外,还需要添加BAP0.1mg/L。由此可见,愈伤组织的诱导发生与外植体的类型有
关,不同类型的外植体,愈伤组织诱导发生所需要的激素种类和浓度各不相同。在诸多植物上观察到类似的结
果,如止泻木(犎狅犾犪狉狉犺犲狀犪犪狀狋犻犱狔狊犲狀狋犲狉犻犮犪)[8]和橙桑(犕犪犮犾狌狉犪狋犻狀犮狋狅狉犻犪)[9]。
Krans和Blanche[5]以花序和种子为材料报道的愈伤组织分化最佳激素浓度为不添加激素或 KT0.5
mg/L,Yoshikazu等[7]以种子为材料报道的愈伤组织分化最佳激素浓度为KT1.0mg/L,而本试验愈伤组织分
化最佳激素浓度为KT2.0mg/L,明显高于前者,这与马生健等[6]以种子为材料报道的BAP2.0mg/L+NAA
1.0mg/L+TDZ0.5mg/L激素类型和浓度差别更大。
在本试验中黄色、致密愈伤组织能进行绿苗分化,但是白色、粘性愈伤组织未能分化出器官。愈伤组织分化
培养过程中产生形态的变化在不同的植物上也有不少报道,如沼泞碱茅(犘狌犮犮犻狀犲犾犾犻犪犾犻犿狅狊犪)[10]、芸苔属(犅狉犪狊狊犻
犮犪)[11]、非洲菊(犌犲狉犫犲狉犪犼犪犿犲狊狅狀犻犻)[12]、灯心草(犑狌狀犮狌狊犪犮犮狌犿犻狀犪狋狌狊)[13]、德国甘菊(犆犺犪犿狅犿犻犾犾犪狉犲犮狌狋犻狋犪)[14]、乌
拉尔甘草(犌犾狔犮狔狉狉犺犻狕犪狌狉犪犾犲狀狊犻狊)[15]、香根草(犞犲狋犻狏犲狉犻犪狕犻狕犪狀犻狅犻犱犲)[16]、柱花草(犛狋狔犾狅狊犪狀狋犺犲狊犵狌犻犪狀犲狀狊犻狊)[17]和
黄花苜蓿(犕犲犱犻犮犪犵狅犳犪犾犮犪狋犲)[18],关于 NAA 促进植物生根的结果在其他植物上也有报道[19,20]。Krans和
Blanche[5]以花序为材料和Yoshikazu等[7]以种子为材料报道的生根培养基均为无激素 MS培养基,马生健等[6]
以种子为材料报道的最佳生根培养基为NAA0.5mg/L+IAA0.5mg/L。本试验生根培养基中最佳的激素浓
度为NAA0.6mg/L,虽然试管苗在无激素培养基上也能生根,但是根的数量和质量远远低于NAA0.6mg/L。
总之,以假俭草的侧芽为外植体材料首次成功地建立起植株再生体系,为假俭草体细胞筛选和遗传转化的研
究创造了基础条件。本试验建立的植株再生体系,愈伤组织的诱导率、试管苗的生根率和移栽成活率都较高,但
愈伤组织的绿苗分化率仅为12.6%,进一步提高愈伤组织的绿苗分化率是需要继续深入探讨和研究的问题。
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犆犪犾狌狊犻狀犱狌犮狋犻狅狀犪狀犱狆犾犪狀狋犾犲狋狉犲犵犲狀犲狉犪狋犻狅狀犳狉狅犿犪狓犻犾犪狉狔犫狌犱狊狅犳犈狉犲犿狅犮犺犾狅犪狅狆犺犻狌狉狅犻犱犲狊
YUANXuejun1,2,WANGZhiyong1,GUOAigui1,ZONGJunqin1,LIUJianxiu1,SHEJianming1
(1.GrassResearchCentre,InstituteofBotany,JiangsuProvince&ChineseAcademyofSciences,
Nanjing210014,China;2.ColegeofLifeScience,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:TheobjectiveofourstudywastoestablishaplantregenerationsystemusingtheaxilarybudsofChi
neseselection“E126”of犈.狅狆犺犻狌狉狅犻犱犲狊asexplants.Theresultsshowthat:1)Asuitablegrowingmedium
foraxilarybudswasMSmediumwithBAP2.0mg/LandNAA0.8mg/L.2)Therateofcalusinductionwas
ashighas93%fromtheaxilarybudsontheoptimumMSmediumplus2,4D1.0mg/LandBAP0.1mg/L.
Strongerlight(100μmol/m
2·s)significantlyimprovedtherateofcalusinduction.3)Therateofshootdif
ferentiationwas12.6%ontheoptimum MSmediumwithKT2.0mg/L.4)Theoptimum MSmediumfor
shootgrowthwasBAP2.0mg/LandNAA0.8mg/L.5)Therateofplantletsrootingwasupto98%onMS
mediumsupplementedwithNAA0.6mg/L.Thesurvivalrateoftransplantedplantletswasupto94%.In
conclusion,aplantregenerationsystemwassuccessfulydevelopedtoprovideabasicreferenceforscreeningof
somaticvariantsandgenetictransformationof犈.狅狆犺犻狌狉狅犻犱犲狊.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犈狉犲犿狅犮犺犾狅犪狅狆犺犻狌狉狅犻犱犲狊;axilarybud;calus;plantregeneration
331第17卷第6期 草业学报2008年