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The relevant factors of callus induction of early spring ephemeral Lachnoloma lehmannii (Brassicaceae)

早春短命植物绵果荠愈伤组织诱导相关因素研究



全 文 :书早春短命植物绵果荠愈伤组织诱导相关因素研究
曼苏尔·那斯尔,谭敦炎,廖康
(新疆农业大学,新疆 乌鲁木齐830052)
摘要:绵果荠是分布在新疆北部准噶尔荒漠中的十字花科一年生早春短命植物。本研究为探讨绵果荠愈伤组织诱
导条件,以无菌苗子叶为外植体,研究了不同苗龄、培养基种类、蔗糖浓度和培养条件对愈伤组织的诱导及其生长
的影响。结果表明,1)愈伤组织诱导的最佳条件为:苗龄14d、培养基为 MS+1.0mg/LIBA+0.1mg/LBAP、含
糖量3%、温度25℃和光照为黑暗。2)愈伤组织生长的适宜条件是光照16h/d和温度25℃。
关键词:早春短命植物;绵果荠;愈伤组织
中图分类号:Q944.6  文献标识码:A  文章编号:10045759(2012)02011607
  短命植物是生长在干旱荒漠地带的一类生活周期或年生长期很短的特殊植物类群的总称[13],是一类光合效
率高、物质积累快、营养周期短的植物资源,是一类优良的春季牧草、花卉和中药药材[4,5]。绵果荠(犔犪犮犺狀狅犾狅犿犪
犾犲犺犿犪狀狀犻犻)是十字花科绵果荠属,该属为单种属。该物种分布于亚洲中部的干旱、半干旱沙荒地和盐碱地的一年
生早春短命植物,在我国仅分布于新疆北部准噶尔盆地周缘。一般于每年4月上旬开始种子萌发,5月上旬进入
花期,6月上旬进入果实成熟期,生活周期达60~70d,植株小,全珠多毛,果皮厚而硬且具绵毛[6]。具有生活周
期短、萌发期早、染色体数少(2狀=2x=14)、较强的抗盐、耐旱及耐高温等特性,是一种潜在的特殊遗传资源,可
作为筛选模式植物的物种。因此,其愈伤组织诱导条件的研究对于细胞水平探讨该物种对准噶尔荒漠环境适应
的机制和演变规律具有重要的理论价值,采用现代生物技术开发特殊遗传资源和种质保存具有十分重要意义。
组织培养是植物生物技术的必要前提和手段。它一方面可为遗传工程提供理想的受体材料,另一方面可为
常规的植物改良程序提供一种新的手段,从而使很多用传统方法难以解决的问题迎刃而解,可更快更好地创造出
各种新品种、新类型,是资源开发利用和种质资源保存的重要手段[7,8]。愈伤组织的诱导是植物离体培养的启动
子,影响愈伤组织诱导及其生长的因素有很多,如植物基因型、外植体、植物生长调节物质、培养基种类、糖浓度、
培养条件等,这些综合因素存在于每一个培养步骤,每一个单因子都可能导致培养的失败[914]。到目前为止还没
有关于绵果荠组培的报道,本实验在前期实验基础上,以绵果荠无菌苗子叶为外植体,开展了培养条件、蔗糖浓
度、培养基种类和无菌苗的苗龄对愈伤组织的诱导及其生长的影响研究,为绵果荠植株再生体系的建立提供技术
基础。
1 材料与方法
1.1 实验材料
种子采集地:2008年6月,在新疆阜康彩南的自然种群(44°22′24.7″N,88°08′30.1″E,海拔459m)采集成
熟的绵果荠果实,在室温下贮藏备用。
采集地基本概况:阜康彩南位于新疆准噶尔盆地东部沙漠覆盖区,进入古尔班通古特沙漠腹地,受西风带及
北冰洋水汽的影响,是内陆冷荒漠,为典型的温带荒漠气候。年平均气温是6.4℃,最高温是40.9℃,最低温是
-40.3℃,年降水量是134.3mm,年潜在蒸发量为1965mm,无霜期为175d[15]。
无菌苗的获得:先用流水冲洗种子1~2min后,在无菌条件下用无菌水清洗4次,然后再用70%酒精浸泡1
min和0.1% HgCl2 消毒1.5min,最后用无菌水清洗4次,接种于不添加任何生长调节剂的 MS基本培养基上,
116-122
2012年4月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第21卷 第2期
Vol.21,No.2
 收稿日期:20110113;改回日期:20110419
基金项目:新疆维吾尔自治区高技术研究与发展计划项目(200810102)资助。
作者简介:曼苏尔·那斯尔(1983),男,维吾尔族,新疆阿克苏人,在读硕士。Email:mansur813@163.com
通讯作者。Email:liaokang01@163.com
温度为15℃白天/5℃晚上、光照为16h/d、湿度为70%~80%的培养箱中培养4~5d,种子萌发后再转移到温度
为(25±1)℃的培养室内培养。
1.2 方法
1.2.1 愈伤组织诱导苗龄的筛选 将不同苗龄(6,8,10,12,14,16,18,20及22d)的无菌苗子叶分别切成0.5
cm×0.3cm小块,接种在附加1.0mg/LIBA(吲哚丁酸)+0.1mg/LBAP(6苄基腺嘌呤)的 MS培养基上,培
养25d。培养基中含有3%蔗糖和0.6%琼脂粉,pH值为6.0,在灭菌器中,1.2×104kg/m2 下灭菌20min[10]。
培养条件为:温度为(23±1)℃、湿度为70%~80%的黑暗条件下培养[1618](培养条件下同)。25d后分别统计愈
伤组织诱导率,并进行质量分析。实验中同一处理为5瓶,每瓶10块,全部实验重复做3次(下同)。
1.2.2 愈伤组织诱导培养基的筛选 将无菌苗的子叶分别切成0.5cm×0.3cm小块,并分别接种于附加1.0
mg/LIBA+0.1mg/LBAP+3%蔗糖+0.6%琼脂粉的B5[19]、H[20]、MS[21]、N6[22]和 White[23]5种固体培养基
上,培养25d后分别统计愈伤诱导率,并进行质量分析。
1.2.3 蔗糖浓度对愈伤组织诱导的影响 将无菌苗的子叶分别切成0.5cm×0.3cm小块,并分别接种到附加
2%,3%,4%,5%和6%蔗糖的1.0mg/LIBA+0.1mg/LBAP的 MS培养基上。培养25d后统计愈伤组织诱
导率和分析质量。
1.2.4 温度对愈伤组织诱导的影响 将无菌苗的子叶分别切成0.5cm×0.3cm小块,接种到1.0mg/LIBA+
0.1mg/LBAP的 MS培养基,并分别置于15,20,25和30℃的光照培养箱内,培养25d后统计愈伤组织诱导率
和分析质量。
1.2.5 光照对愈伤组织诱导的影响 将无菌苗的子叶分别切成0.5cm×0.3cm小块,接种到附加1.0mg/L
IBA+0.1mg/LBAP的 MS培养基,并分别置于全黑暗和周期性光照的培养箱内,培养25d后统计愈伤组织诱
导率和分析质量。
1.2.6 温度对愈伤组织生长的影响 将愈伤组织块切成0.5cm×0.5cm小块,接种到附加1.0mg/LIBA+
0.1mg/LBAP的 MS培养基,并分别置于15,20,25和30℃的光照培养箱内进行培养。每隔5d测定1次愈伤
组织的鲜重,并观察其生长状况,直至第25天后进行统计比较。
1.2.7 光照对愈伤组织生长的影响 将愈伤组织块切成0.5cm×0.5cm小块,接种到附加1.0mg/LIBA+
0.1mg/LBAP的MS培养基,并分别置于全黑暗和周期性光照的培养箱内进行培养。每隔5d测定1次愈伤组
织的鲜重,并观察其生长状况,直至第25天后进行统计比较。
1.3 数据分析
数据采用SPSS16.0软件进行分析和绘图。图表
图1 绵果荠无菌苗的苗龄对其子叶出愈率的影响
犉犻犵.1 犈犳犳犲犮狋狅犳狊犲犲犱犾犻狀犵犪犵犲狅狀狋犺犲犻狉犮狅狋狔犾犲犱狅狀
犮犪犾狌狊犻狀犱狌犮狋犻狅狀狅犳犔.犾犲犺犿犪狀狀犻
中的数值均为平均值±标准误,同列内不同的小写字
母表示在犘<0.05水平下差异显著,不同的大写字母
表示犘<0.01差异极显著。
2 结果与分析
2.1 苗龄对愈伤组织诱导的影响
无菌苗培养11~13d后真叶开始出现,随着真叶
的出现子叶开始逐渐变黄。不同苗龄的无菌苗子叶出
愈率有极显著的差异(犘<0.01)(图1)。随着苗龄的
增大子叶出愈率呈先上升后下降趋势。苗龄以12~
14d为宜,苗龄14d的出愈率最高(100.0%),愈伤组
织的质地松脆、绿色、产生量大、产愈时间早(6~9d);
其次为苗龄12d,其愈伤组织诱导率为(90.0±
3.2)%。而苗龄10d以下和16d以上的出愈率均低,
苗龄22d后的出愈率均为0%。
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2.2 培养基对愈伤组织诱导的影响
在添加IBA1.0mg/L+BAP0.1mg/L的条件下,5种培养基对子叶愈伤组织的诱导效应各不相同,存在极
显著差异(犘<0.01)(表1)。其中,MS培养基的诱导效率最高(100.0%),质量最好(产量高、松脆、绿色),出愈
时间早(6~9d),其次是B5和N6,而 White诱导率最低,质量最差,出愈时间晚。
表1 培养基种类对绵果荠愈伤组织诱导的影响
犜犪犫犾犲1 犈犳犳犲犮狋狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犮狌犾狋狌狉犲犿犲犱犻犪狅狀犮犪犾狌狊犻狀犱狌犮狋犻狅狀狅犳犔.犾犲犺犿犪狀狀犻
培养基
Media
愈伤起始时间
Daystocalusinitiation(d)
出愈率
Percentageofcalusing(%)
生长势
Degreeofcalusing
颜色
Colour
质地
Texture
B5 6~9 98.0±2.0Aa !! 绿色 Green 松脆Friable
H 12~16 76.0±5.1BCb !! 黄绿色 Yelowishgreen 松脆Friable
MS 6~9 100.0±0.0Aa !!! 绿色 Green 松脆Friable
N6 10~14 92.0±3.7ABa !! 绿色 Green 松脆Friable
White 12~25 62.0±8.6Cb ! 奶油色Creamy 软Spongy
 +:少量愈伤、++:中等愈伤、+++:大量愈伤,下同。
 +:Slightcalus,++:Moderatecalus,+++:Massivecalus,thesamebelow.
2.3 蔗糖浓度对愈伤组织诱导的影响
培养基中附加蔗糖2%~6%都可诱导愈伤组织,但不同浓度处理之间存在极显著差异(犘<0.01)(表2)。
愈伤组织诱导率随着蔗糖浓度的升高而下降,愈伤出现时间推迟,持续时间延长,质地变得柔软。培养基含浓度
2%~4%的蔗糖时诱导率显著高于5%和6%的蔗糖量。最佳含糖量为3%,且蔗糖含量以不超过4%为宜,超过
4%时诱导率急剧下降。
表2 蔗糖浓度对绵果荠愈伤组织诱导的影响
犜犪犫犾犲2 犈犳犳犲犮狋狅犳犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀狅犳狊狌犮狉狅狊犲狅狀狋犺犲犮犪犾狌狊犻狀犱狌犮狋犻狅狀狅犳犔.犾犲犺犿犪狀狀犻
蔗糖浓度
Sucroseconcentration(%)
愈伤起始时间
Daystocalusinitiation(d)
出愈率
Percentageofcalusing(%)
生长势
Degreeofcalusing
颜色
Colour
质地
Texture
2 6~9 100.0±0.0Aa !! 绿色 Green 坚硬Compact
3 6~9 100.0±0.0Aa !!! 绿色 Green 松脆Friable
4 8~16 94.0±4.0Aa !! 绿黄色 Greenishyelow 松脆Friable
5 10~17 62.0±3.7Bb ! 褐色Brown 软Spongy
6 13~25 24.0±6.8Cc ! 褐色Brown 软Spongy
2.4 温度对愈伤组织诱导的影响
子叶愈伤组织的诱导率随温度梯度的升高呈先升高后下降趋势,不同处理之间存在极显著差异(犘<0.01)
(图2)。在25℃条件下出愈率达到了100.0%,愈伤组织的起始时间较早(6~9d)、质量好(产量高、绿色、易碎);
其次为20℃,愈伤组织的起始时间为9~15d、出愈率为(88.0±3.7)%;在30℃的条件下产生愈伤量少,且从6d
起愈伤组织和外植体开始出现褐变死亡的现象。
2.5 光照度对愈伤组织诱导的影响
子叶愈伤组织诱导起始时间在黑暗或光照条件下均为6~9d,愈伤组织的质量也没有明显的差异(图3),但
黑暗条件下的子叶出愈率达到100.0%,而光照条件下为(88.0±4.1)%,两者之间差异极显著(犘<0.01)。
2.6 温度对愈伤组织生长的影响
愈伤组织的生长对不同温度的响应有极显著的差异(犘<0.01)。愈伤组织在25℃的条件下生长最快,生物
811 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.2
量积累最多,25d的鲜重为(1.00±0.03)g,在10d时进入对数生长期(图4);其次为20℃,25d的鲜重为(0.95
±0.04)g;而15℃最慢。同时观察发现,在30℃培养条件下,刚开始的阶段生长较快,但从10d起愈伤组织开始
出现褐变死亡的现象。
2.7 光照对愈伤组织生长的影响
光照对愈伤组织生物量积累没有明显的影响(图5),黑暗或光照条件下愈伤组织生长呈“S”曲线,在10d时
进入对数生长期,25d后黑暗和光照条件下的愈伤组织鲜重分别为(0.99±0.03)g和(0.97±0.03)g,之间没有
显著差异;但它们产生的愈伤组织的质量有些差异,即黑暗条件下生长的愈伤组织的手感很松散、颜色为浅绿色
或绿色及基本上没有胚性愈伤;而在光照条件下的手感较硬而易碎、颜色为深绿或绿色及产生大量的胚性愈伤,
适合分化使用。
图2 温度对绵果荠愈伤组织诱导的影响
  犉犻犵.2 犈犳犳犲犮狋狅犳狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀犮犪犾狌狊犻狀犱狌犮狋犻狅狀狅犳犔.犾犲犺犿犪狀狀犻
图3 光照对绵果荠愈伤组织诱导的影响
犉犻犵.3 犈犳犳犲犮狋狅犳犾犻犵犺狋狅狀犮犪犾狌狊犻狀犱狌犮狋犻狅狀狅犳犔.犾犲犺犿犪狀狀犻
图4 温度对绵果荠愈伤组织生长的影响
犉犻犵.4 犈犳犳犲犮狋狅犳狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅狀犮犪犾狌狊犵狉狅狑狋犺狅犳犔.犾犲犺犿犪狀狀犻
图5 光照对绵果荠愈伤组织生长的影响
犉犻犵.5 犈犳犳犲犮狋狅犳犾犻犵犺狋狅狀犮犪犾狌狊犵狉狅狑狋犺狅犳犔.犾犲犺犿犪狀狀犻
3 讨论
周俊等[24]对非洲菊(犌犲狉犫犲狉犪犼犪犿犲狊狅狀犻犻)4种外植体进行了愈伤组织诱导实验,结果表明,叶片已伸展的幼叶
叶柄,愈伤组织诱导能力最强,舒展,深绿的老叶最弱。本实验结果发现,随着无菌苗苗龄的延长子叶出愈率呈先
升高后下降的趋势,苗龄14d的出愈率最高(100.0%),而苗龄22d的为0%,说明绵果荠子叶愈伤组织诱导还
受幼苗年龄性变化的内源激素的影响。
在离体培养条件下,不同种植物的组织对营养有不同的要求,只有满足了它们各自的特殊要求,它们的生长
911第21卷第2期 草业学报2012年
才能尽如人意[25]。本实验中,以绵果荠无菌苗子叶为外植体,研究 MS、B5、N6、H和 White等5种固体培养基对
其愈伤组织诱导率的影响,结果发现,高盐的 MS培养基子叶愈伤组织诱导率最高且诱导出愈伤组织质量好,其
次为高硝酸钾的B5,而中等无机盐含量的H培养基和低无机盐含量的 White的子叶出愈率及其质量最差,这个
结论在细胞水平再次证明绵果荠是一类耐盐性植物。这个结果与Summart等[12]的研究结果一致。
糖是碳源,提供营造新细胞、新的化合物的碳骨架,也为组织呼吸代谢提供底物及能源,还能维持培养物所需
渗透压,是培养物渗透压环境的主要调节者。因此,培养基含有的糖源浓度直接影响培养效果[26,27]。本实验结
果发现,培养基含蔗糖2%和3%时的诱导率均为100%,但产生的愈伤组织质量蔗糖3%的明显优于蔗糖2%;蔗
糖含量超过4%时愈伤组织诱导率随着蔗糖浓度的升高而急剧下降,愈伤起始时间推迟,持续时间延长,质地变
得柔软。因此,蔗糖浓度过高,培养基的渗透压升高,致使培养物含水量减少,渗透压降低,培养的组织对离子的
吸收受到阻碍。反而含量过低,因培养基含有的能源和碳源不够,从而引起培养效果不佳。这个结果与前
人[28,29]的有关研究结果基本上一致。
温度、光照和湿度是构成植物离体培养环境的三大因素,对组织培养有调控作用。在植物组织培养中,一般
采取最适温度,并保持恒温培养,通常采用(25±2)℃的温度,对大多数植物是合适的,低于15℃培养的组织生长
停滞,而高于35℃对生长不利[30],但也因植物的种类不同,要求温度不同,差异较大。如烟草愈伤芽的形成以
10℃为最好[31],而台湾青枣(犣犻狕犻狆犺狌狊犿犪狌狉犻狋犻犪狀犪)愈伤组织生长的最适温度为31℃[32]。本实验结果发现,绵果
荠的愈伤组织诱导及其生长在25℃下最好,而较高(30℃)和较低(15℃)的温度下均较差。
由于植物材料是培养在含糖的培养基上,因此光照作用主要是在形态建成的诱导方面,它涉及到植物细胞分
化的若干重要过程[30]。Kiong等[18]的研究结果发现,黑暗条件下的愈伤组织诱导比光照好;但唐建军等[33]对杜
仲(犈狌犮狅犿犿犻犪狌犾犿狅犻犱犲狊)研究表明,在持续黑暗的条件下,以茎段、叶片为外植体,均不能获得愈伤组织,而周期
性光照下则可以获得愈伤组织。本实验结果发现,绵果荠愈伤组织的诱导在黑暗条件下比光照好,而它的生长在
光照比黑暗好,即光照条件下能产生胚性愈伤组织,说明绵果荠愈伤组织的生长需要一定强度的光照。从这个结
果可知,不同基因型植物的离体培养对光照的响应有明显差异。
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121第21卷第2期 草业学报2012年
犜犺犲狉犲犾犲狏犪狀狋犳犪犮狋狅狉狊狅犳犮犪犾狌狊犻狀犱狌犮狋犻狅狀狅犳犲犪狉犾狔狊狆狉犻狀犵犲狆犺犲犿犲狉犪犾犔犪犮犺狀狅犾狅犿犪犾犲犺犿犪狀狀犻 (犅狉犪狊狊犻犮犪犮犲犪犲)
MANSURNasir,TANDunyan,LIAOKang
(XinjiangAgriculturalUniversity,rümqi830052,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:犔犪犮犺狀狅犾狅犿犪犾犲犺犿犪狀狀犻犻isanannualearlyspringephemeralBrassicaceaespeciesintheJunggarDesert
ofnorthernXinjiang.Theprimaryaimsofthisstudyweretoresearchtheconditionsforcalusinductionin犔.
犾犲犺犿犪狀狀犻犻.Usingtheaspectseedlingcotyledonasexplants,theeffectofseedlingage,media,sucroseconcen
trationandthecultureconditiononcalusinductionandtheirgrowthwasinvestigated.Themostsuitablecon
ditionforcalusinductionwasseedlingsofoptimalage(14days)onanMSculturemediumcontaining1.0
mg/LIBA+0.1mg/LBAP,withasuitableconcentrationofsucrose(3%),atatemperatureof25℃inthe
dark.Thebestconditionforcalusgrowthwasatemperatureof25℃inthelightwithaphotoperiodof16
h/day.
犓犲狔狑狅狉犱狊:earlyspringephemeral;犔犪犮犺狀狅犾狅犿犪犾犲犺犿犪狀狀犻犻;calus
221 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.2