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A study on callus induction and redifferentiation of clover

三叶草愈伤组织诱导及分化的研究



全 文 :书三叶草愈伤组织诱导及分化的研究
王友生1,王瑛2,李阳春3
(1.定西市农业技术推广站,甘肃 定西743000;2.东莞植物园,广东 东莞523086;3.甘肃农业大学草业学院,甘肃 兰州730070)
摘要:以4个三叶草品种的胚轴、叶片和子叶为外植体,研究了不同激素浓度配比对愈伤组织诱导和分化的影响。
结果表明,不同品种不同外植体愈伤诱导率差异较大,杂三叶下胚轴为较适宜的外植体,其愈伤组织诱导率和体细
胞胚形成率最高可达96.7%和33.4%;改良SH+2,4D4.0mg/L+KT1mg/L为最佳胚性愈伤组织诱导培养
基,MSO培养基适宜三叶草胚状体的形成及植株再生。
关键词:三叶草;外植体;胚性愈伤组织;胚状体;植株再生
中图分类号:S541+.201;Q945.3  文献标识码:A  文章编号:10045759(2009)02021204
  三叶草(犜狉犻犳狅犾犻狌犿犺狔犫狉犻犱狌犿)是温带地区优良的豆科牧草,具有品质优良,营养丰富,适应性强,适口性好
等特点;另外,三叶草有固氮能力,可提高土壤肥力、增加地面覆盖、控制杂草生长、保持土壤温度、减少土壤侵蚀,
防风固沙,是土壤改良的重要作物[1]。但是它不耐干旱、盐碱和长期积水,耐酸性也较差,限制了其在我国北方和
南方一些地区的使用[2]。因此,需要利用传统育种和转基因等手段来改良性状。从20世纪80年代起,对三叶草
植株再生的研究已有一些报道[3,4],但国内还未有适宜于基因转化的高频再生组织培养体系的报道。本试验的
目的在于建立三叶草高频再生组织培养体系,为今后基因转化改良三叶草性状打下基础。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验于2005年进行,供试材料为普通杂三叶和白三叶(犜狉犻犳狅犾犻狌犿狉犲狆犲狀狊)的不同品种:胡依阿、瑞文德、海
法,由北京克劳沃集团提供。
1.2 试验方法
1.2.1 无菌苗的获得 种子在流水下冲洗20min,用70%酒精振荡45s,无菌水冲洗3次后,放入0.1%升汞
振荡灭菌12~15min,无菌水冲洗3~5遍,灭菌滤纸吸水,然后接种到 MS培养基上。培养条件为白天温度(25
±2)℃,夜间温度(18±2)℃,光照16h/d。
1.2.2 不同部位外植体愈伤组织的诱导 分别选取三叶草4个品种无菌种子萌发10d的下胚轴(3~5mm长)
和子叶(3~5mm2)以及4周龄无菌苗叶片(3~5mm2),置于改良SH[改良SH培养基为N6 大量元素+SH微
量元素、维生素(肌醇为100mg/L)+EDTAFe140mg/L]+5mg/L2,4D(2,4二氯苯氧乙酸)+0.2mg/L
6BA(6苄基氨基嘌呤)的培养基上进行愈伤组织的诱导,每处理6瓶,每瓶放置7块外植体。培养条件为白天温
度(25±2)℃,夜间(18±2)℃,暗培养,经过25d后继代1次。
1.2.3 不同激素种类及其浓度配比对胚性愈伤组织的诱导 取杂三叶无菌种子萌发的下胚轴接种于不同激素
种类及其浓度配比(KT、BA)的改良SH+2,4D4.0mg/L培养基上;取杂三叶下胚轴接种于不同浓度的2,4D
的改良SH+KT(激动素)1.0mg/L培养基上,进行胚性愈伤组织的诱导,每处理3瓶,每瓶放置7块外植体,培
养条件同上,经过25d的愈伤组织诱导培养后,将在不同处理培养基中形成的愈伤组织块分别转入成分相同的
培养基中进行继代。
1.2.4 胚状体的诱导及生根成苗 把形成的胚性愈伤组织转入MSO(MS大量、微量元素、铁盐+B5有机)培养
基中进行胚状体的诱导。培养条件为白天温度(25±2)℃,夜间(18±2)℃,光照时间为16h/d、光照强度为1000
~2500lx。各阶段所用培养基的pH值均为5.8,蔗糖为30g/L,琼脂为6.5g/L。
212-215
2009年4月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第18卷 第2期
Vol.18,No.2
 收稿日期:20080620;改回日期:20080908
作者简介:王友生(1981),女,甘肃定西人,硕士。
通讯作者。Email:wangying8302871@126.com
2 结果与分析
2.1 不同品种不同外植体脱分化的差异
图1 不同品种和外植体对愈伤组织诱导率的影响
犉犻犵.1 犐狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犮狌犾狋犻狏犪狉狊犪狀犱犲狓狆犾犪狀狋狊
狅狀犮犪犾狌狊犻狀犱狌犮狋犻狅狀狉犪狋犲
A:杂三叶Alsikeclover;B:胡依阿Huia;C:瑞文德Rivendel;D:海法Haifa  
基因型是愈伤组织诱导的制约因素[5,6],研究
发现不同外植体的脱分化能力在不同品种间存在着
明显差异,杂三叶胚轴、子叶、叶片都表现出较高的
诱导率(图1)。相同品种的不同外植体之间也有差
异,4个品种的下胚轴出愈率明显高于子叶和叶片,
在80%~96.7%,试验中观察发现,下胚轴开始出
愈时间较叶片和子叶早5d左右,这说明三叶草的胚
轴有很强的脱分化能力。杂三叶胚轴表现出了最高
的愈伤组织诱导率。
2.2 不同浓度KT、BA与2,4D组合对胚性愈伤组织的诱导
胚轴在培养基中接种5d,可见两端切口处开始膨大隆起,随后在切口处产生肉眼可见的淡黄色愈伤组织。
生长素和分裂素对保持愈伤组织的快速生长是非常必要的,特别是二者有效结合时,能更强烈地刺激胚性愈伤组
织的形成[7]。KT、6BA与2,4D配合均能诱导出胚性愈伤组织,最高诱导率分别为33.4%和28.6%。KT的
最高诱导率为33.4%,大于6BA的最高诱导率28.6%,但差异并不显著(表1)。在供试处理中诱导胚性愈伤组
织以附加4.0mg/L2,4D和1.0mg/LKT为宜。
当KT浓度大于1.0mg/L时,胚性愈伤组织的诱导率反而下降,浓度在1.0~1.5mg/L差异不显著;在6
BA各浓度的处理下,0.5mg/L6BA的胚性愈伤组织的诱导率最高,随着浓度的增加,胚性愈伤组织的诱导率
也开始下降,愈伤组织也呈现干燥易脆的无组织结构,并有毛状根产生。单独使用2,4D时,诱导率低,与其他处
理之间差异极显著,愈伤组织松软粘连、无组织结构。愈伤组织在原培养基中继代2次后,选出胚性愈伤组织进
行胚状体诱导培养。
2.3 不同浓度2,4D胚性愈伤组织的诱导
本试验以改良SH培养基为基本成分,在不同的2,4D和1.0mg/LKT配比研究2,4D对杂三叶胚性愈伤
组织形成的影响(表2)。
试验结果表明,4mg/L的2,4D和KT组合,有利于愈伤组织的形成,且愈伤组织质量较高;在不加2,4D
时,诱导不出愈伤组织,但当2,4D浓度大于4mg/L时,诱导率下降,且愈伤组织质地变差,呈白色或浅黄色无
组织结构。愈伤组织在原培养基中继代2次后,选出胚性愈伤组织进行胚状体诱导培养。
表1 不同激素对杂三叶胚轴胚性愈伤组织诱导的影响
犜犪犫犾犲1 犐狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳犺狅狉犿狅狀犲犾犲狏犲犾狊狅狀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犳狉狅犿犺狔狆狅犮狅狋狔犾狊狅犳犜.犺狔犫狉犻犱狌犿
处理Treatment 激素组合 Hormonecombination 胚性愈伤诱导率Embryogeniccalusinductionrate(%) 愈伤状态Stateofcalus
1 4mg/L2,4D 4.8c A
2 0.5mg/LKT+4mg/L2,4D 23.8ab B
3 1.0mg/LKT+4mg/L2,4D 33.4a B
4 1.5mg/LKT+4mg/L2,4D 28.6a B
5 2.0mg/LKT+4mg/L2,4D 12.1bc C
6 0.5mg/L6BA+4mg/L2,4D 28.6a B
7 1.0mg/L6BA+4mg/L2,4D 23.8ab B
8 1.5mg/L6BA+4mg/L2,4D 12.0bc C
9 2.0mg/L6BA+4mg/L2,4D 9.7bc C
 注:表中数据是3个重复的平均值,显著性水平犘<0.05。愈伤组织的类型A表示乳白色,松软粘连、无组织结构;B表示表面不光滑,白色至浅黄
色,结构紧密;C表示浅黄色,表面为细小突出颗粒,无组织结构,干燥易脆。
 Notes:Aldatainthetableisaverageofthreereplication,significantlevelat犘<0.05.TypesofcalusA:Ivorywhiteandnonstructuredwatery
calus;B:Roughsurfaceandwhitetobuffcalusandmoderatelycompact;C:Nonstructuredbuffandfriablecalus,withsmalgranule.
312第18卷第2期 草业学报2009年
2.4 胚状体的诱导及再生
将产生的胚性愈伤组织转入 MSO培养基中,诱导胚状体产生。在愈伤组织转入 MSO培养基后,最初有绿
色的球状芽点产生,继而发育成子叶状或瓶状的胚状体,最后发育成具有3小叶的小苗,成苗的植株大部分能形
成根系(图3)。其中有些愈伤组织没有产生胚状体,而是逐渐变成褐色,甚至死亡。
表2 不同2,4犇浓度对胚性愈伤组织诱导的影响
犜犪犫犾犲2 犐狀犳犾狌犲狀犮犲狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋2,4犇犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀狊狅狀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
2,4D浓度
Concentration
(mg/L)
胚性愈伤组织诱导率
Embryogeniccalus
inductionrate(%)
愈伤组织状态及大小
Stateandsizeofcalus
0 0d
2 23.8ab 表面不光滑,浅黄色,结构紧密,3~5mmRoughsurfaceandyelowcalus,moderatelycompact,3-5mm
4 33.9a 表面不光滑,浅黄色,结构紧密,3~5mmRoughsurfaceandyelowcalus,moderatelycompact,3-5mm
6 16.8bc 白色至浅黄色,松散无结构,5~7mmWhiteandbuff,nonstructuredcalus,5-7mm
8 9.6cd 白色至浅黄色,干燥易脆,0.7~1.0cmWhiteandbuff,friablecalus,0.7-1.0cm
图2 胚性愈伤组织
犉犻犵.2 犈犿犫狉狔狅犵犲狀犻犮犮犪犾狌狊
图3 愈伤上萌发的胚状体
犉犻犵.3 犈犿犫狉狔狅犻犱犵犲狉犿犻狀犪狋犲犱犳狉狅犿犮犪犾狌狊
3 讨论
3.1 关于愈伤组织的诱导
三叶草是具有体细胞胚胎发生途径的植物[8],在三叶草组织培养中,愈伤组织及体细胞胚胎发生、发育受多
方面的影响,包括生理[9,10]、形态[11]、生化[12]等因子,其中营养成分、植物激素和基因型是关键的制约因素,植物
体细胞胚胎发生过程中,在外植体培养的初期,植物组织处于感受态,极易接受诱导信号,导致进一步愈伤组织的
产生和体细胞胚的形成。在大多数豆科植物培养中,这种诱导信号是生长素类。本研究中,不同品种不同外植体
产生愈伤组织的能力是不同的,杂三叶下胚轴的愈伤诱导率最高而且所需的时间最短,并且产生的愈伤组织大多
数为胚性愈伤组织,这说明了下胚轴具有很强的脱分化能力。另外,不同浓度的激素配比所产生的效应不同,在
改良SH+4mg/L2,4D+1mg/LKT的作用下,外植体产生愈伤组织以及进一步发育的趋势较强。
3.2 关于植物激素诱导时间与胚状体的形成
一旦诱导的外植体脱分化后,将培养物移入无生长素的培养基中进一步发育又是一个关键的步骤,长时间的
植物激素刺激反而不利于胚的进一步发育,导致球状胚脱分化,愈伤组织继续增殖、扩大或形成次级胚[13,14]。在
适宜的培养时期及时除去生长素的刺激,使胚状体继续向器官分化、生长的方向发育而不是持续的单一的细胞增
殖。探索出合适的转移时期和分化培养基是植株再生过程中非常重要的环节。在试验过程中,将经过2次继代
的愈伤组织转接到不加任何激素的 MSO培养基中就能诱导出胚状体,但是否是最佳的转移时期还需要进一步
的探讨。
412 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.2
3.3 关于胚状体分化及植株再生
在体细胞胚进一步的分化产生胚状体以及植株再生过程中,不同培养基对成苗率的影响有一定差异。胚状
体具有双极性的结构,即具有胚根和胚芽,置于适宜的培养基上,应能够发育成一棵完整的植株。但试验结果表
明,胚状体成苗率较低,可能是由于胚内部的生理原因,内源 ABA导致的休眠等因素,使得胚不能萌发或即使打
破休眠,也由于生理上的某些不协调而萌发不正常[15]。在试验中发现,将胚性愈伤组织转接到胚状体诱导培养
基 MSO上培养一段时间后,会出现浆糊状浅黄色的胚状体,其上镶嵌着许多绿色小颗粒,将来会发育成单个的
植株。当成团状的胚状体长得较大时,可将其分割培养,有利于体胚分化,同时不断继代,防止褐化。而且 MSO
培养基可直接诱导体胚生根,也是较为理想的成苗培养基。
4 结论
在试验所选取的杂三叶和白三叶几个品种中,杂三叶愈伤组织诱导率高于其他品种;所选取的外植体中,胚
轴的愈伤组织诱导率高于其他外植体,是三叶草愈伤组织诱导的最佳外植体。三叶草胚性愈伤组织诱导中植物
激素的合理配比,是胚性愈伤组织诱导的最主要因素,试验表明在附加4.0mg/L2,4D和1.0mg/LKT的改良
SH培养基上杂三叶下胚轴的胚性愈伤组织诱导效果最好。将产生的胚性愈伤组织转入 MSO培养基中,大部分
能产生胚状体,继而发育成完整的植株。
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犃狊狋狌犱狔狅狀犮犪犾狌狊犻狀犱狌犮狋犻狅狀犪狀犱狉犲犱犻犳犳犲狉犲狀狋犻犪狋犻狅狀狅犳犮犾狅狏犲狉
WANGYousheng1,WANGYing2,LIYangchun3
(1.DingxiAgricuturalTechnologyExtensionalStation,Dingxi743000,China;2.DongguanBotanical
Garden,Dongguan523000,China;3.GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Thehypocotyls,leafandcotyledonoffourvarietiesofclover(Trifolum)wereusedtostudythe
effectofhormoneconcentrationsoncalusinductionandredifferentiation.Differentvarietiesandexplantseach
haddifferentinductionrequirements.Thehypocotylcalusinductionrateof犜狉犻犳狅犾犻狌犿犺狔犫狉犻犱狌犿 washigh
(96.7%),whilethatofsomaticembryogenesiswas33.4%.Thebestmediumforembryogeniccalusinduction
wasmodifiedSH+2,4D4.0mg/L+KT1mg/L,whileforembryoidredifferentiationandplantregeneration
itwasMSO.
犓犲狔狑狅狉犱狊:clover;explants;embryogeniccalus;embryoid;plantregeneration
512第18卷第2期 草业学报2009年