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Study on Somatic Embryogenesis and Plant Regeneration of Immature Zygotic Embryo of Cinnamomum camphora

香樟未成熟合子胚体胚发生及植株再生研究


以香樟的未成熟幼胚为外植体进行诱导体胚发生影响因素的研究。成功地从香樟幼胚中诱导出胚状体并获得再生植株,MS为基本培养基,蔗糖是最佳的碳源。经2年对初生胚的继代培养,获得胚性愈伤组织;胚性愈伤组织经体胚诱导、体胚成熟、体胚萌发3个过程的诱导后能够获得再生植株。

Somatic embryogenesis was successfully induced from immature embryos of Cinnamomum camphora. The best carbohydrate form was sucrose under the condition of MS+1.0 mg·L-1 BA + 0.1 mg·L-1 2,4-D + 700 mg·L-1 CH. After subculture of 2 years, embryogenic calli were observed on the somatic embryos. Embryogenic calli were transferred onto induction medium for somatic embryos initiation, maturation medium for somatic embryo maturing, and then to germination medium for shoot induction. The embryogenic calli could be induced to develop into plantlet and successfully transferred to outdoor environment.


全 文 :第 wu卷 第 y期
u s s y年 y 月
林 业 科 学
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香樟未成熟合子胚体胚发生及植株再生研究 3
杜 丽t ou 叶要妹t 包满珠t
kt q华中农业大学园艺林学学院 园艺植物生物学教育部重点实验室 武汉 wvsszs ~
u q南阳师范学院 中英#南阳洛桑昆虫生物学联合实验室 南阳 wzvsssl
摘 要 } 以香樟的未成熟幼胚为外植体进行诱导体胚发生影响因素的研究 ∀成功地从香樟幼胚中诱导出胚状体
并获得再生植株 o≥为基本培养基 o蔗糖是最佳的碳源 ∀经 u年对初生胚的继代培养 o获得胚性愈伤组织 ~胚性愈
伤组织经体胚诱导 !体胚成熟 !体胚萌发 v个过程的诱导后能够获得再生植株 ∀
关键词 } 香樟 ~未成熟合子胚 ~胚状体 ~胚性愈伤组织 ~植株再生
中图分类号 }≥zt{1wy ~±|wv1t 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussylsy p ssvz p sv
收稿日期 }ussw p tt p t| ∀
3 包满珠为通讯作者 ∀
Στυδψ ον Σοµατιχ Ε µ βρψογενεσισ ανδ Πλαντ Ρεγενερατιον οφ
Ιµ µατυρε Ζψγοτιχ Ε µ βρψο οφ Χινναµοµυµ χαµπηορα
⁄∏¬tou ≠¨ ≠¤²°¨ ¬t …¤² ¤±½«∏t
kt qΚεψΛαβ οφ Ηορτιχυλτυραλ Πλαντ Βιολογψοφ Μινιστρψοφ Εδυχατιον Χολλεγε οφ Ηορτιχυλτυρε ανδ Φορεστρψ Σχιενχεσo Ηυαζηονγ Αγριχυλτυραλ Υνιϖερσιτψ Ωυηαν wvsszs ~
u qΧηιναpΥΚ Νανψανγ Νορµαλ ΥνιϖερσιτψpΡοτηαµστεδ Ρεσεαρχη ϑοιντ Λαβ οφ Ινσεχτ Βιολογψ Νανψανγ Νορµαλ Υνιϖερσιτψ Νανψανγ wzvsssl
Αβστραχτ } ≥²°¤·¬¦ °¨¥µ¼²ª¨ ±¨ ¶¬¶ º¤¶¶∏¦¦¨¶¶©∏¯¯ ¼ ¬±§∏¦¨§©µ²° ¬°°¤·∏µ¨ °¨¥µ¼²¶²© Χινναµοµυµ χαµπηοραq ׫¨ ¥¨¶·
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Κεψ ωορδσ} Χινναµοµυµ χαµπηορα~¬°°¤·∏µ¨ ½¼ª²·¬¦ °¨¥µ¼²~¶²°¤·¬¦ °¨¥µ¼²~ °¨¥µ¼²ª¨ ±¬¦¦¤¯ ¬¯~³¯¤±·µ¨ª¨ ±¨ µ¤·¬²±
香樟k Χινναµοµυµ χαµπηοραl因含有特殊的香气和挥发油 o且耐湿 !抗腐 !祛虫 !保存期长 o是贵重家具 !
高级建筑 !造船和雕刻等的理想用材 ∀近年来 o香樟在园林绿化中的应用越来越多 ∀香樟组织培养再生途
径 o无论是器官发生还是胚状体再生都没有成功报道 ∀因为体胚发生途径有材料一致 !容易处理 !不受季节
和植物发育阶段的限制等优点k贺红等 ot||{l o因此也就成为农杆菌介导的基因转化体系中常用的再生手段
k²±§¤¯ ετ αλqousst ~⁄¤¶ ετ αλqoussul ∀体胚发生已有较多研究k• ¬¨§¬¥²¼°pפ¯¯¨ ∏¬ ετ αλqot||| ~≤¤±«²·² ετ
αλqot||| ~Š¤µ¬± ετ αλqot||| ~  µ¨®¯¨ ετ αλqousss ~∂ ±¨§µ¤°¨ ετ αλqousst ~闫国华等 oussul o其中诱导未成熟
合子胚的体胚发生较为常见 ∀本文以香樟未成熟果实中的幼胚为材料 o对体胚发生作了系统的研究 o同时初
步探讨了从胚性愈伤组织诱导植株再生的方法 o为建立体胚再生系统及应用生物技术改良香樟奠定基础 ∀
t 材料与方法
111 材料
z月中旬选取华中农业大学校园中 t株性状优良 !植株健壮香樟上的未成熟果实 o直径约 t ¦°左右 o经
zs h酒精浸泡 wx ¶o再用 s1t h ‹ª≤¯ u 溶液浸泡 ts °¬±后 o用无菌水冲洗 v ∗ x次 o在无菌条件下切开果实 o取
出幼胚 o接种于培养基上 ∀
112 体胚发生诱导方法
将幼胚接种于培养基 t≈ ≥ n t1s °ª#pt …„ n s1t °ª#pt u ow2⁄n zss °ª#pt ≤‹k水解酪蛋白l  o另加
琼脂粉 z1x ª#pt o蔗糖 vs ª#pt o诱导幼胚产生子叶状体胚 ∀培养基保持 tut ε 灭菌 us °¬±之前 ³‹调至
y1s ∀kuw ? ul ε o暗培养 ∀
113 香樟体胚的增殖 !继代培养 !诱导胚性愈伤组织及植株再生
由香樟幼胚在培养基 t诱导所得的体细胞胚 o切割分离后转到与培养基 t相同的继代培养基上培养 o每
w ∗ y周转 t次 o在黑暗中继代培养 ∀将胚性愈伤组织转入培养基 u≈ ≥ n t sss °ª#pt ∞k麦芽提取物l n
t1s °ª#pt ‘„„ o蔗糖 vs ª#pt o琼脂粉为 z1x ª#pt 进行体胚诱导 oy周之后将培养物转入促使其发育的培
养基 vk≥ n s1t ª#pt ‘„„ n v1s ª#pt …„ n t °#ptŽ°2{³有机物l ow周之后将长大的体胚转入培养
基 wk≥ n s1t °ª#pt ‘„„ n t1s °ª#pt …„ n t1s °ª#pt Š„vl o诱导不定芽的生长 ∀培养 w周之后将诱导
出的不定芽切离母体转入培养基 xk≥ n s1t °ª#pt ‘„„ n s1x °ª#pt …„ n s1x °ª#pt Š„vl诱导其生
长 o之后将茎切段k长度为 u ∗ v ¦°l转入培养基 yk≥ n t1s °ª#pt Œ…„l诱导生根 o形成完整植株 ∀培养温
度为kuw ? ul ε o每天光照 ty «o光照强度为 t sss ¬¯左右 ∀
u 结果与分析
211 香樟幼胚体胚的发生
将幼胚接种于培养基 t上 o接种 ts §左右 o环绕幼胚胚轴开始直接形成白色子叶状的结构 o一个月后统
计体胚诱导率为 zy1z h o平均体胚诱导数为 v1s| ∀香樟幼胚诱导获得的体胚的子叶大都多于 u个 o甚至 v ∗
x个子叶聚合生长在一起 o不容易分离开来k图版 ´ p tl ∀
表 1 不同碳源对香樟幼胚诱导胚状体的影响 ≠
Ταβ .1 Εφφεχτ οφ διφφερεντ χαρβοηψδρατεφορµσ ον ινδυχτιον οφ σοµατιχ
εµ βρψοσ (Σ .Ε .) φροµ ιµ µατυρε ζψγοτιχ εµ βρψοσιν Χ . χαµπηορα
碳源种类
≤¤µ¥²«¼§µ¤·¨
©²µ°
外植体数
‘∏°¥¨µ²©
¬¨³¯¤±·
体胚诱导率
ƒµ¨ ∏´¨ ±¦¼ ²©≥ q∞q
¬±§∏¦·¬²±Πh
每个外值体平均体胚数
‘∏°¥¨µ²©≥ q∞q
³¨µ ¬¨³¯¤±·
蔗糖 ≥∏¦µ²¶¨ ys zy1z v1s|
葡萄糖 Š¯ ∏¦²¶¨ ys ys u1sx
麦芽糖 ¤¯·²¶¨ ys vv1v t1xs
山梨醇 ≥²µ¥¬·²¯ ys ws t1zx
≠所有数据均在接种 w周后统计 ~所有碳水化合物的浓度均为 vs ª#pt o基
本培养基都是 ≥ ∀ ⁄¤·¤ º µ¨¨ ¦²¯¯¨ ¦·¨§¤©·¨µw º¨¨ ®¶¬± ¦∏¯·∏µ¨ ~·«¨ ¦²±¦¨±·µ¤·¬²± ²©
§¬©©¨µ¨±·¦¤µ¥²«¼§µ¤·¨¶¬¶vs ª#pt o¤±§·«¨ ¥¤¶¤¯ °¨ §¬∏° ²©¤¯¯¦²°¥¬±¤·¬²±¶¬¶≥ q
212 碳源种类对香樟幼胚体胚发生的影响
在进行碳源种类对体胚影响试验中 o不
同碳源浓度都是 vs ª#pt o基本培养基是
≥ o激素和有机附加物为 t1s °ª#pt …„ n
s1t °ª#pt u ow2⁄ n zss °ª#pt ≤‹ ∀在本
试验中 o蔗糖的体胚诱导率和平均体胚数分
别为 zy1z h和 v1s| ~麦芽糖对于香樟体胚发
生的诱导效果不如蔗糖 o诱导率只有
vv1v h ~山梨醇和麦芽糖一样无论是体胚诱
导率还是平均体胚数都低于蔗糖 o平均体胚
数不足 uk表 tl ∀在培养的过程中 o接种在以山梨醇和麦芽糖作为碳源的培养基上的外植体 o容易褐化死亡 o
不适于香樟幼胚的体胚发生 o而 • ¬¨§¬¥²¼°pפ¯¯¨ ∏¬等kt|||l在野樱桃k Πρυνυσ αϖιυµl诱导体胚发生中报道麦
芽糖能够促进体胚发生和萌发 o这与本试验的结果不相符 o可能是碳源种类对于不同物种的体胚诱导作用并
不相同 ∀结果表明 o蔗糖是香樟体胚诱导的最佳碳源 ∀
213 香樟体胚的增殖及次生胚 !胚性愈伤组织的获得
将子叶状结构切割分离继代后 o次生胚不但可以从体胚切割伤口形成 o而且从子叶的各个位置都有次生
胚的出现k¶¨¦²±§¤µ¼¶²°¤·¬¦ °¨¥µ¼²ª¨ ±¨ ¶¬¶l o继代 ts个月后 o其中一部分的子叶状结构逐渐由白色的较大颗粒
结构k图版 ´ p ul代替 o白色颗粒的形成随着继代次数的增加 o颗粒越来越小 o结构越来越紧密 ∀同样培养基
继代 t ∗ u年后 o一部分颗粒开始体积膨大愈伤化 o并逐渐在这些雪花状愈伤组织的表面形成细小分散的黄
色颗粒状结构k图版 ´ p vl ~这种雪花状的愈伤组织不能进行多次继代增殖 o容易褐化 ~黄色颗粒k图版 ´ p
wl则可以通过每隔 tx §继代到培养基 t上使状态得到保持 o如果黄色颗粒长时间不继代 o一个月后 o大多数
黄色颗粒中会出现较大的白色颗粒k图版 ´ p xl o这些白色颗粒又会发育成白色子叶状结构k图版 ´ p yl ∀
香樟的胚性材料k胚性愈伤组织和次生子叶胚l通过这种途径可以相互转化 ∀x个胚性系k °¨¥µ¼²ª¨±¬¦ ¬¯±¨ l
就这样从同一来源的未成熟合子胚上多次增殖后建立并命名为 | ott otw ouu和uv k来源于记号为 | !
tt !tw !uu和 uv的高产合子胚l ∀其中 |胚性细胞系有子叶胚和胚性愈伤组织 u种状态 o其余的 w个胚性系
均保持在子叶胚阶段 ∀
214 诱导胚性愈伤组织再生植株
将胚性愈伤组织k图版 ´ p wl转入培养基 u进行体胚诱导 ou周之后愈伤组织中开始逐渐有白色的颗粒
出现 o颗粒进一步发育形成较细小子叶状体胚 oy周之后 oxs h以上的培养物可以诱导出体胚 o将诱导获得的
细小的体胚转入培养基 v ow周之后将长大的体胚转入培养基 w o这时观察到体胚再生的 u种途径 o在体胚子
{v 林 业 科 学 wu卷
叶间的胚芽经诱导后能够直接萌发k图版 ´ p zl o另外体胚同时能够诱导产生丛生芽k图版 ´ p {l o总共诱导
萌发率可达 tz1x h ∗ vv1v h k数据未列出l ∀培养 w周之后将诱导出的不定芽切离母体转入培养基 x进一步
生长k图版 ´ p |l o之后转入生根诱导 o形成完整植株 ∀
在光学显微镜下观察体胚发生过程的组织切片 o发现香樟的体胚发生和合子胚的发育过程很为相似 ∀
原胚起源于孤立的 !核质稠密的细胞k图版 ´ p tsl o逐渐分化成为球形胚 !心形胚k图版 ´ p ttl !鱼雷胚 o并
最终形成具有子叶结构的子叶胚k图版 ´ p tul ∀不过在观察中 o香樟的体胚发生 o多为多个kv ∗ x个l子叶的
结构 o这种不正常的胚状体也可能是香樟的胚状体再生频率低的原因之一 ∀
v 讨论
在本研究中发现 o诱导胚性材料再生 o无论起始材料是子叶阶段的体胚还是胚性愈伤组织 o都必须体胚
达到完全成熟 o才能诱导体胚萌发 o否则体胚只会形成一些没有茎的畸形肉质化叶片 o或者褐化死亡 o或者
在上面重新形成次生胚 o这种现象被定义为早熟萌发k³µ¨¦²¦¬²∏¶ª¨µ°¬±¤·¬²±l ∀由于早熟萌发中的体胚试图
跳过正常体胚发育的某些阶段 o故而形成畸形的苗子k• ¤¨ °¤®¨µ¶ ετ αλqot||xl ∀幼小的体胚不经过成熟培
养 o直接转入培养基 w o只是诱导出更多的次生胚 o如果使用活力更强的细胞分裂素如 ×⁄ o就会诱导体胚畸
形萌发 ∀只有经过长时间的成熟培养 o体胚完全长大 !成熟 o才有可能出现体胚萌发 ∀
促进体胚成熟通常有以下一些手段 o如 o增加培养基中的渗透压k•¤°¤µ²¶¤±§µ¤·¤±¤ ετ αλqousstl o添加乙
烯抑制剂k¤±§¤¯ ετ αλqousstl o添加 „…„kײµµ¨¶ ετ αλqousstl o干燥处理kŠ²µ¥¤·¨±®² ετ αλqousstl和饥饿处
理k¨¨ ετ αλqousstl ∀在本试验中是添加足量的有机成分kŽ°2{³有机物l o使得体胚在充足的养分下能够充
分发育 o然后转入萌发培养基中就可诱导体胚的萌发 ∀
本试验通过对香樟幼胚的诱导成功地得到胚状体和胚性愈伤组织 o多次继代后 o胚性材料都能保持很高
的增殖速度 o同时胚性愈伤组织经过体胚诱导 !体胚成熟 !体胚萌发等步骤的处理 o成功地诱导获得了体胚的
再生植株 ∀利用胚性材料进行基因转化体系的构建 o尚待进一步研究 ∀
参 考 文 献
贺 红 o潘瑞炽 o韩美丽 o等 qt||{1 红江橙体胚发生及影响因素的研究 q广西植物 ot{kwl }vwv p vwy
闫国华 o周 宇 qussu1 桃幼胚离体培养再生植株的研究 q园艺学报 ou|kxl }w{s p w{u
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k责任编辑 徐 红l
|v 第 y期 杜 丽等 }香樟未成熟合子胚体胚发生及植株再生研究