全 文 ：武汉植物学研究 ,
石刁柏愈伤组织根和芽分化过程中
和 活性的变化
‘
赵 洁 程井辰 熊 进 何亚文 杨晓红
华中师范大学生命科学学院 武汉
提 要 研究了石刁 柏愈伤组织根和芽分化过程中可溶性蛋 白质含量 、 过氧化物酶 、
超氧物歧化酶 和非特异性醋酶 活性变化的规律 。 结果表明 ①在根和芽分化过
程中 , 可溶性蛋 白质含量增加 , 第 增至高峰时 , 分别为愈伤组织 的 倍 根 和
倍 芽 随着根和芽进一步生长 , 可溶性蛋白质含量下降 。 ②在根 第 和芽 第
形成时 , 活性达到最高水平 , 分别为 和 △ · 一 ’ · 一 ’。 根和芽分化
过程中 活性变化规律基本相似 。 ③在根和芽分化过程中 均出现 个活性峰 , 前者
分别为第 和第 , 后者分别为第 和第 。 其中第 和第 的峰值与根和芽形
成有关 。 ④根分化过程中 活性变化与 相似 , 而芽分化过程中 活性出现 个峰
值 , 分别在第 和第 。
关键词 石刁柏 , 愈伤组织 , 根和芽分化 , 可溶性蛋 白质 , 酶活性
在石刁柏组织培养研究工作中 , 我们对石刁柏下胚轴 、 幼茎 、 幼根等外植体愈伤组织
形成 , 器官发生进行过详细的细胞组织学研究 〔, 〕, 并对茎段脱分化过程中 种酶活性和同
工酶谱带的变化进行了研究 , 表 明脱分化过程 中外部形态变化与细胞 内部生理生化变化
有一定的相关性 〔 〕。 本文试图以石刁柏器官发生型愈伤组织为材料 , 研究根和芽分化过程
中可溶性蛋 白质含量 、 、 和 活性的变化规律 , 探讨植物形态发生与生物大
分子动态变化之间的关系 , 为植物细胞分化理论提供分子基础 。
材料与方法
飞 材料及其处理
以本实验室继代培养的石刁柏 所‘ 吞 器官发生型愈伤组织作为
诱导根和芽的试验材料 。 将石刁柏愈伤组织接种到生芽培养基 一 和生根培养
收稿 日 一 一 , 修 回 日 一 一 。 第一作者 女 , 岁 , 副教授 。
, 国家 自然科学基金资助项 目 。 。
武 汉 植 物 学 研 究 第 巧 卷
基 中 , 置恒温培养室 内培养 , 温度为 士 ℃ , 光照强度为 一 ,
每 日光照 。
样品制备
在根和芽分化过程 中 , 从培养的第 起每 取 次样 , 直到根和芽长到 为
止 。 称取 材料 , 加入 样品缓冲液 , 用匀浆器在冰浴中匀浆 , 以 的速
度离心 , 取上清液备用 。
可溶性蛋白质含量测定 , 、 和 活性测定
测定方法同前 〔 〕。 每一材料重复 次取样 , 每一样品重复 次测定 , 取其平均值绘图 。
结果与讨论
门 根和芽分化过程
将石刁柏器官发生型愈伤组织转入分化培养基中 , 当转入芽分化培养基时 , 第 愈
伤组织上 出现 肉眼可见的绿色芽点 , 第 一 长至 一 的芽 当转入根分化培
养基时 , 第 出现 肉眼可见的白色根点 , 第 长至 的根 , 其上有根
毛 , 见前文 〔 〕。
根和芽分化过程中可溶性蛋白质含量变化
在石刁柏愈伤组织芽分化过程中 , 从第 到第 可溶性蛋 白质含量呈上升趋势 ,
由 · 一 ‘ 上升到 · 一 ‘ , 即第 芽分化时 , 可溶性蛋 白质含量是
第 愈伤组织的 倍
。
当芽进一步生长时 , 即第 后可溶性蛋 白质含量呈下降趋势
图 。
在根分化过程中 , 可溶性蛋 白质含量的变化与芽分化过程有相 同的趋势 , 即从第
的 · 一 ‘ 逐渐增至第 的 · 一 ‘ , 第 是第 的 倍 ,
然后下降 图 。 上述结果表明 , 在芽和根分化过程中可溶性蛋 白质含量的变化规律基本
一致 , 说明根和芽分化之前 , 在外界 因子的影响下 , 细胞内导致根和芽分化的某一基因被
开启 , 继而进行转录 、 翻译 、合成大量的蛋 白质 , 因而可溶性蛋 白质含量增加 , 在形态上表
现为根原基和芽原基形成 。 因此 , 可溶性蛋白质含量的变化可作为愈伤组织分化形成根和
芽的大分子指标之一 。 我们的实验结果与构祀愈伤组织再生芽时可溶性蛋 白质含量的增
加相一致 〔 〕。 据王亚馥等人报道 , 拘祀愈伤组织再分化形成组织和器官时 , 蛋 白质含量的
上升为形态发生提供了必要的物质基础 。
根和芽分化过程中 活性变化
在石刁柏愈伤组织芽和根分化过程中 , 从第 △ · 一 ‘
· 一 ’ 开始 ,
活性逐渐上升 , 分别在第 △
· 一 ‘ · 一 ‘ 和第 △ ·
一 ‘ · 一 ’ 达到最高峰 , 与芽点和根点出现相吻合 。 当芽和根继续生长时 , 活
性开始下降 图 。 在芽和根分化过程中 , 活性变化趋势基本相似 , 但是 , 芽分化中的
活性都低于根分化中的 活性
。
表明在体细胞根和芽分化过程 中 , 虽然 活
性变化的规律基本一致 , 但在变化的幅度上有一定的差异 。
在植物组织中 , 过氧化物同工酶的研究最多 , 认为它普遍存在于各种植物 的组织 中 ,
具有多种生理功能 , 它与植物生长发育
、
器官分化 、 生理代谢 、 环境条件等方面都有着密切
第 期 赵洁等 石刁柏愈伤组织根和芽分化过程中 和 活性的变化
的关系〔 , 。 我们的实验结果表明 , 过氧化物酶活性的变化与石刁柏体外器官发生 即根和
芽产生 呈芷相关性 , 即当根和芽原基开始分化时 , 活性逐渐上升 当肉眼可见的根
点 、 芽点出现时 , 活性达到最高值 , 出现 个活性高峰 随着器官的进一步生长发育 ,
活性开始下降 。 这种变化反映了在分化过程中 活性变化与形态发生的关系 , 同
时也暗示着在发育过程中 , 相应基因在时间和空间上的顺序表达 〔 ”〕 , 因而导致细胞 内进
行着旺盛的代谢活动 , 最终体现外部形态发生变化 , 产生不同的器官 。
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培养时间
—芽分化 一根分化
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匕 —培养时间图 石刁柏愈伤组织根和芽分化过程中 活性的变化图 石刁柏愈伤组织根和芽分化过程中可溶性蛋白质含 的变化
一
关 ,
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图 和 图 还表明 , 在石刁柏愈伤组织根和芽分化过程中 , 可溶性蛋 白质含量和过氧
化物酶活性的变化曲线基本相似 , 二者都可反映器官分化过程中的形态变化 。 因此 , 作者
认为二者均可作为根和芽分化过程中的生化指标之一 。
根和芽分化过程中 活性变化
石刁柏愈伤组织根和芽分化过程中 , 活性变化与根和 芽形成有一定的关系 图
, 二者均出现 个活性峰 。 在芽分化中 , 个活性峰分别出现在第 和第 在根分化
中 , 个活性峰分别出现在第 和第 。 第 根 和第 芽 活性峰出现与接
种时切割愈伤组织块 , 引起细胞组织损伤 , 从而导致 活性增高有关 而第 芽 和
第 根 活性峰值与肉眼可见的芽点和根点产生有关 。 但是 , 在芽分化过程中
活性变化幅度大于根分化中的 活性 , 这可能是愈伤组织在不 同生长调节物质
分化培养基中诱导产生不同器官所致 , 反映了在植物离体培养条件下外界因素 、 形态发生
和生理生化三者之 间的密切关系 。
自 年 和 〔‘〕报道了超氧物歧化酶 的酶学特性 以来 , 对
生理功能方面的研究进展很快 。 大量的研究表明 , 活性氧清除剂能有效地清除
植物体内过量的活性氧 超氧物阴离子 自由基 万 , 维持活性氧代谢平衡 , 保护生物膜结
构的功能 , 使植物能在大气污染 、 低温 、 干旱 、 盐分 、 强光辐射等逆境胁迫及器官衰老进程
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
中 , 具有一定程度的忍耐 、 减缓或抵抗能力 〔, , 。 我们曾对石刁柏愈伤组织增殖和茎段脱分
化过程中 活性变化进行过研究 〔,
· ’〕, 表明植物细胞的增殖和脱分化与 活性变化
具有一定的相关性 。 作者通过对石刁柏愈伤组织根和芽分化过程中 活性变化的研
究 , 表明植物细胞分化与 活性变化也具有一定的相关性 。 因此 , 不仅与植物抗
逆性和抗衰老有关 , 而且与植物细胞分裂增殖 、脱分化和再分化有关
。
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培养时间
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培养时间
图 石刁柏愈伤组织根和芽分化
过程中 活性的变化
,
·
图 石刁柏愈伤组织根和芽分化
过程中 活性的变化
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根和芽分化过程中 活性变化
图 表 明 , 在 根 分 化 过 程 中 , 活 性 逐 渐 上 升 , 在 根 点 产 生 时 达 到 高 峰
· 一 ’ , 随着根进一步生长 , 活性下降
。 活性这一变化规律与 相
似 。在芽分化过程中 , 活性从第 。 到第 呈上升趋势 , 出现第 个峰值
·
又’ 第 产生芽时下降 , 随后又 出现第 个峰值 · 一 ‘ 。 在芽点产生
前后 出现 个峰值 , 其意义何在有待深入研究
。
石刁柏愈伤组织再生根和芽是以分生细胞的分化为细胞学基础 , 而分生细胞的分化
又是以细胞 内生理生化变化为前提 。 本实验表 明 , 石刁柏根和芽分化与可溶性蛋 白质含
量 、 、 及 活性变化有一定相关性 , 说明在外界条件 特别是外源生长调节物
质 的影响下 , 植物细胞 内导致根或芽分化的基因开启 , 并转录 、 翻译 , 产生根或芽的特异
蛋 白和酶 , 表现出细胞 内生理生化代谢的旺盛进行 , 最终导致细胞分裂 、器官分化 、根或芽
原基形成 。但是 , 这仅仅只能反映细胞内部生理生化变化与愈伤组织外部形态发生之间的
关系 , 而更深层次地探讨不同外源生长调节物质影响“ 基因开启 ” , 导致同一愈伤组织产生
不同的器官 根或芽 , 需从基 因水平加以深入研究 , 从而揭示植物体外形态发生的调控机
理 。
第 期 赵洁等 石刁柏愈伤组织根和芽分化过程中 和 活性的变化
参 考 文 献
赵洁 , 程井辰 石刁柏愈伤组织形态发生能力及器官发生的研究 武汉植物学研究 , , 一
赵洁 , 程井辰 石刁柏茎段脱分化过程中三种同工酶变化的研究 华中师范大学学报 , , 一
赵洁 , 程井辰 光因子对石 刁柏愈伤组织生长过程中蛋 白质含量及酶活性变化的影响 武汉植物学研究 , ,
一
王亚馥 , 王仑山 , 陆卫等 构祀组织培养中过氧化物酶和可溶性蛋 白质的变化 实验生物学报 , ,
梅慧生 植物同工酶研究的某些进展 植物生理学通讯 ,
,
, ‘ , , 一
,
, 卫 , ,
,
,
尸泞 , ,
王建华 , 刘鸿先 , 徐同 超氧物歧化酶 在植物逆境和衰老生理 中的作用 。 植物生理学通讯 , 一
尸
,夕 。 , 舒
,
, , 。 , ,
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, 一
之 刀
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