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Effect of medium components on callus induction and contents of polysaccharides in calli from Achyranthes bidentata

培养基成分对怀牛膝愈伤组织诱导及牛膝多糖含量的影响



全 文 :SuitabilityevaluationofPanaxquinquefolium’sproducingarea
basedonTCMGISⅠ
CHENShilin1,ZHOUYingqun1,2,XIECaixiang1,ZHAORunhuai2,SUNChengzhong3,WEIJianhe1,
LIUZhaoqin3,GAOWeiwei1
(1.InstituteofMedicinalPlantDevelopment,ChineseAcademyofMedicalSciences,PekingUnionMedicalColege,
Beijing100094,China;
2.ChinaNationalGroupCorp.ofTraditional&HerbalMedicine,Beijing100094,China;
3.ChineseAcademyofSurveyingandMapping,Beijing100039,China)
[Abstract] Objective:Tosupplythescientificdataforthechoiceofmedicinalplants’producingareathroughanalyzingthe
suitableareaforPanaxquinquefolium’growth.Method:TCMGISⅠ(Suitabilityevaluationgeographicinformationsystemoftradition
alChinesemedicineproducingarea)wasdevelopedandusedtoanalyzethesuitableproducingareaofP.quinquefoliumWisconsin
stateofUSA,oneoftheoriginproducingareaofthegeoauthenticcrudedrugs,wasselectedasthestandardanalyticalareaandsome
keyfactorsrelatedtoplantgrowthsuchasaveragetemperature,altitude,soiltype,precipitationwerechosentobeconsidered.Re
sult:TheresultshowedthatthesuitableareaforP.quinquefolium’growthinChinaissimilartothepresentstatus.Itconcentratesin
thenortheastandthenorthofChina,andpartofShanxiprovinceisalsosuitablebutthefieldareaissmal.Conclusion:Thedevelop
mentofP.quinquefoliuminChinashouldconcentrateinthenortheastandthenorthofChina.TheTCMGISⅠisvaluabletotheanaly
sisofsuitableproducingareaandintroductionofmedicinalplant.
[Keywords] TCMGISⅠ;suitabilityofproducingarea;Panaxquinquefolium [责任编辑 张宁宁]
[收稿日期] 20070127
[基金项目] 河南省重点科技攻关项目(0623030700,0524420001)
[通讯作者] 李明军,Tel:(0373)3328189,Email:limingjun2002@263.net
培养基成分对怀牛膝愈伤组织诱导及
牛膝多糖含量的影响
李明军1,2,李 萍1,3,张晓丽1,赵喜亭1
(1.河南师范大学 生命科学学院,河南 新乡 453007;
2.华中农业大学 园艺植物生物学教育部重点实验室,湖北 武汉 430070;
3.佐今明药业集团,河南 新乡 453000)
[摘要] 目的:研究培养基成分对怀牛膝愈伤组织诱导形成及牛膝多糖含量的影响。方法:以怀牛膝无菌苗
的叶片、茎段为材料,采用正交设计研究基本培养基,碳源,2,4二氯苯氧乙酸(2,4D)、6苄基腺嘌呤(6BA)、N苯
基N′噻二唑5脲(TDZ)、水解酪蛋白(CH)对愈伤组织诱导和多糖含量的影响。结果:诱导叶片愈伤组织形成的
适宜培养基为B5+2mg·L
-12,4D+05mg·L-16-BA+30g·L-1葡萄糖+1g·L-1CH,诱导茎段愈伤组织形
成的适宜培养基为B5+2mg·L
-12,4D+1mg·L-16BA+30g·L-1葡萄糖 +05g·L-1CH;有利于叶片愈伤
组织中多糖含量提高的培养基是LS+1mg·L-16BA+1mg·L-1TDZ+30g·L-1蔗糖,有利于茎段愈伤组织中多
糖含量提高的培养基是LS+1mg·L-12,4D+05mg·L-16BA+1mg·L-1TDZ+30g·L-1葡萄糖。结论:初步
建立了怀牛膝叶片、茎段诱导愈伤组织的适宜培养条件,为通过植物组织细胞培养途径生产牛膝多糖提供了依据。
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    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
Vol.33,Issue 7
April,2008
[关键词] 怀牛膝;愈伤组织;多糖;培养基成分;正交设计
[中图分类号]R284.1,S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)07074505
  怀牛膝 AchyranthesbidentataBl.为苋科牛膝属
植物,主产于河南省的温县、武陟、博爱等地(古怀
庆府所辖),是我国著名的“四大怀药”之一。其根
含有多种化学成分,包括多糖类、皂苷类、植物甾酮
类、黄酮类、生物碱及香豆素等,具有补肝肾、强筋
骨、通血脉、降血压及镇痛、引药下行和泻浊通淋等
功效[1]。牛膝多糖(Achyranthesbidentatapolysac
charides,ABPS)是一种免疫调节剂,具有抗肿瘤和
抗凝血的作用,临床应用前景十分看好[2]。
国内外对怀牛膝的研究主要集中于成分分析、
药理作用、栽培措施等方面[35],关于组织培养方面
的研究报道较少[6]。近年来,本研究室对怀牛膝的
愈伤组织诱导、分化及植株再生进行了研究[7,8],本
实验在前期研究工作的基础上进一步就培养基成分
对怀牛膝愈伤组织诱导形成及愈伤组织中 ABPS含
量的影响进行研究,以期筛选出适宜的愈伤组织诱
导和提高ABPS含量的培养基,为建立高效的 ABPS
离体生产体系提供技术基础。
1 材料
怀牛膝种子来自河南省温县农业科学研究所,
经温县农科所王天亮高级农艺师鉴定为怀牛膝1号
品种。
2 方法
2.1 无菌体系的建立 参照文献[7]中的方法,建
立怀牛膝的无菌培养体系。
2.2 培养基的设计 采用 L18(3
7)正交设计,研究
基本培养基,碳源,2,4D,6BA,TDZ,CH6种因素3
个水平对怀牛膝叶片、茎段愈伤组织诱导形成和
ABPS含量的影响(表1)。培养基中碳源为30g·
L-1,冷凝脂7g·L-1,pH58~62。
表1 因素水平
水平

基本
培养基

碳源
 

2,4D
/mg·L-1

6BA
/mg·L-1

TDZ
/mg·L-1

CH
/g·L-1
1 MS 蔗糖  0 0 0 0
2 LS 葡萄糖 1 05 01 05
3 B5 白砂糖 2 1 1 1
2.3 愈伤组织的诱导 将无菌苗的叶片切成05
cm×05cm的小块,茎段切成05cm长的切段,根
据试验设计安排18组培养基,每组培养基接种15
个外植体,重复3次。培养室温度为(25±2)℃,光
照强度为2000lx,光周期为14h·d-1。定期观察
愈伤组织开始形成的时间,进行出愈率和形态指标
如愈伤组织的颜色、生长势的统计。出愈率(%)=
形成愈伤组织的外植体数/接种的外植体数 ×
100%。
2.4 ABPS含量的测定 在叶片、茎段愈伤组织形
成高峰期(即诱导培养23d)时提取多糖并测定含
量。ABPS的提取方法为:称取01g愈伤组织加水
研磨呈匀浆状,加入1mL2mol·L-1NaOH溶液于
75~80℃下水浴30min,离心取上清,加入2倍体
积的80% C2H5OH溶液沉淀过夜,离心得沉淀,加
水溶解后即得样品液,每组重复3次。ABPS含量测
定采用蒽酮硫酸比色法[9]。
2.5 数据处理 运用 Excel,SPSS软件对试验数据
进行极差分析、方差分析和最小显著差数(LSD)法
多重比较。
3 结果与分析
3.1 培养基成分对叶片和茎段愈伤组织诱导影响
叶片培养7d时,大部分叶缘微微向上翘起;8
d时,1,7,12,14,18号培养基中开始产生雪花状、
无色透明的愈伤组织,分布在叶片背面;12d时,2,
5,6,8,12,14号培养基中形成块状愈伤组织,呈白
色、黄色、黄绿色,多分布在叶片切口及叶缘处;茎
段诱导培养6d时,出现不同程度的膨大,1,9,11,
12,8,17号培养基中茎段切口处相继形成块状愈
伤组织,呈白色、黄色、绿色;20d时,13,16,18号
培养基中分化出绒毛状幼根;23d时,愈伤组织的
生长均达到高峰,2,6,7,8,10,11,12,13,14,16,18
号培养基中叶片出愈率均为100%,其中8,12,14
号培养基出愈量最大;2,7,9,10,12,14,16,17,18
号培养基中茎段出愈率均为 100%,其中 2,8,17
号培养基中出愈量最大(表2);27d时,愈伤组织
开始褐化。
采用极差分析、方差分析研究6种因素对怀牛
膝叶片和茎段出愈率的影响效应及其差异显著性
(表3,4)。结果表明,其影响效应依次为2,4D>
基本培养基 >CH>碳源 >6BA>TDZ和基本培养
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  表2 培养基成分对叶片和茎段愈伤组织诱导的
影响(培养23d)
No
开始出愈时间/d
叶片 茎段
出愈率/%
叶片 茎段
出愈量
叶片 茎段
1 8 6 733 933 + 
2 9 8 100 100  
3 10 7 9375 867 + +
4 9 7 733 60 + +
5 9 7 80 80  
6 9 7 100 533  
7 8 8 100 100  
8 9 7 100 941  
9 10 6 867 100 + 
10 9 7 100 100  
11 9 6 100 933  
12 8 7 100 100  
13 9 7 100 80  
14 8 6 100 100  
15 10 7 80 60 + +
16 8 6 100 100  
17 11 6 91 100  
18 8 6 100 100  
  注:+表示愈伤组织量少;表示多;表示较多;表示很多
基>碳源 >CH>2,4D>TDZ>6BA;各因素对叶
片出愈率影响差异不显著;基本培养基对茎段出愈
率影响达到显著水平,其他各因素影响不显著。对
3种基本培养基进行LSD法多重比较,B5与LS对茎
段出愈率的影响达到了极显著差异,MS与 LS达到
显著差异。
综上分析得到各因素的最适水平组合即叶片和
茎段诱导愈伤组织形成的适宜培养基分别为 B5+2
mg·L-12,4D+05mg·L-16BA+30g·L-1葡
萄糖+1g·L-1CH和B5+2mg·L
-12,4D+1mg
·L-16BA+30g·L-1葡萄糖+05g·L-1CH。
3.2 培养基成分对怀牛膝叶片和茎段愈伤组织中
ABPS含量的影响
叶片和茎段愈伤组织生长23d时测定愈伤组
织中ABPS含量(图1)。其中叶片以4号培养基愈
伤组织中ABPS含量最多,达到(712±072)mg·
g-1,5,9,16,17号培养基中较多;茎段以5号培养
基中最多,达到(609±053)mg·g-1,2,14,16号
培养基中较多。
表3 叶片和茎段出愈率的极差分析
均值
叶片
A B C D E F
茎段
A B C D E F
珋x1 9451 9110 8405 9555 9405 9000 9555 8888 8443 8998 8678 9457
珋x2 8888 9517 9667 9222 9333 9517 7222 9457 9333 8568 9333 8555
珋x3 9628 9341 9896 9191 9229 9451 9902 8333 8902 9112 8667 8667
极差 740 407 1491 364 176 517 2680 1124 890 544 666 902
表4 叶片和茎段出愈率的方差分析
方差来源 自由度
叶片 茎段
离差平方和 方差 F 离差平方和 方差 F P
A 2 17910 8955 083 254941 127471 1166 <005
B 2 4992 2496 023 37859 18930 173 >005
C 2 77338 38669 357 23771 11886 109 >005
D 2 4894 2447 023 9860 4930 045 >005
E 2 938 467 004 17473 8737 080 >005
F 2 9491 4746 044 28992 14496 133 >005
误差 5 54089 10818   54672 10934
总变异 17 169652     427568    
  注:F005=579,F001=1327;各因素对叶片出愈率影响的差异不显著
  采用极差分析、方差分析研究6种因素对怀牛
膝叶片和茎段愈伤组织中ABPS含量的影响效应及
其差异显著性(表5,6)。结果表明,其影响效应依
次为碳源>6BA>2,4D>基本培养基 >CH>TDZ
和2,4D>CH>6BA>TDZ>碳源 >基本培养基;
各因素对叶片愈伤组织中ABPS含量影响差异不显
著;6BA,TDZ,CH3因素对茎段愈伤组织中 ABPS
含量的影响显著,2,4D达到极显著水平,其他因素
影响不显著。分别对2,4D,6BA,TDZ,CH的3个
水平进行LSD法多重比较,添加2,4D,6BA与不
添加时对茎段愈伤组织中ABPS含量的影响均达到
显著差异;添加1mg·L-1TDZ与不添加时差异显
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著;不添加CH与添加1g·L-1CH时差异达到  
图1 不同培养基中叶片和茎段愈伤组织中
ABPS含量(培养23d)
显著,其他差异不显著。
综合以上分析得到各因素的最适水平组合即利
于叶片和茎段愈伤组织中ABPS含量提高的适宜培
养基分别为 LS+1mg·L-16BA+1mg·L-1
TDZ+30g·L-1蔗糖和LS+1mg·L-12,4D+05
mg·L-16BA+1mg·L-1TDZ+30g·L-1葡萄
糖。
4 讨论
4.1 基本培养基对愈伤组织诱导和多糖含量影响
表5 叶片和茎段愈伤组织中ABPS含量的极差分析
均值
叶片
A B C D E F
茎段
A B C D E F
珋x1 408 524 511 407 427 496 299 312 230 248 261 367
珋x2 503 400 400 444 476 434 353 357 370 353 317 316
珋x3 469 456 469 528 476 450 284 266 336 335 357 253
极差 095 124 111 121 049 062 069 091 140 105 096 114
表6 叶片和茎段愈伤组织中ABPS含量的方差分析
方差来源 自由度
叶片茎段
离差平方和 方差 F 离差平方和 方差 F P
A 2 27923 13962 146 16140 08070 378 >005
B 2 46438 23219 242 24494 12247 574 >005
C 2 37689 18844 196 64163 32081 15031) <001
D 2 45526 22763 237 37575 18787 8802) <005
E 2 09517 04759 050 28013 14006 6562) <005
F 2 12526 06263 065 39368 19684 9222) <005
误差 5 47963 09593   10670 02134
总变异 17 227581     220423
  注:F005=579,F001=1327;各因素对叶片愈伤组织中ABPS含量影响的差异不显著
  杨世海等[10]发现 B5较 MS更利于甘草愈伤组
织的诱导,本研究也发现B5较MS,LS利于怀牛膝叶
片和茎段诱导形成愈伤组织,这可能与 B5中烟酸含
量较多有关,而烟酸能够起到刺激愈伤组织生长的
作用[11]。本研究还发现在这3种培养基中LS有利
于愈伤组织中多糖含量的提高。这表明适宜于愈伤
组织诱导和多糖含量提高的基本培养基是不同的,
要得到高含量ABPS的愈伤组织需要分步进行。
4.2 碳源对愈伤组织诱导和多糖含量的影响
王晓玲等[12]用葡萄糖作碳源比蔗糖更有利于
苎麻下胚轴愈伤组织的诱导。本研究也发现有利于
怀牛膝叶片、茎段愈伤组织诱导和茎段愈伤组织中
ABPS含量提高的碳源均为葡萄糖。这表明葡萄在
愈伤组织诱导方面较其他碳源更为有效,其原因可
能是葡萄糖为单糖,较二糖(蔗糖等)更利于细胞吸
收。
4.3 植物生长调节剂及水解酪蛋白对愈伤组织诱
导和多糖含量的影响
2,4D是常用的、作用较强的生长素类植物生
长调节剂,其主要作用是诱导愈伤组织的形成、胚状
体的产生等。6BA,TDZ同属细胞分裂素类,其主
要作用是促进细胞分裂,与生长素配合使用时,能更
好的诱导愈伤组织的形成[13]。CH是多种氨基酸的
混合物,作为有机氮源,对愈伤组织的生长有促进作
用[14]。本研究中发现这几种因素对怀牛膝叶片和
茎段愈伤组织诱导的影响程度不同,分别为 2,4
D>CH>6BA>TDZ和 CH>2,4D>TDZ>6BA,
其中2mg·L-12,4D与05~1g·L-1CH是诱导
愈伤组织的适宜浓度;刘君等[15]在草地早熟禾芽愈
伤组织诱导中发现,各因素的影响程度为2,4D>
CH>6BA,其中1mg·L-12,4D与1g·L-1CH
是其最适浓度。这表明2,4D与CH对愈伤组织的
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诱导均有重要的作用,6BA与 TDZ则有一定的作
用,它们的影响效应因材料及外植体选择的不同而
又有差异。本研究还发现2,4D,6BA与TDZ对怀
牛膝茎段愈伤组织中 ABPS的含量有重要影响,与
不添加时均有显著差异。
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Efectofmediumcomponentsoncalusinductionandcontentsof
polysaccharidesincalifromAchyranthesbidentata
LIMingjun1,2,LIPing1,3,ZHANGXiaoli1,ZHAOXiting1
(1.ColegeofLifeScience,HenanNormalUniversity,Xinxiang453007,China;
2.KeyLaboratoryofHorticulturalPlantBiologyofMinistryofEducation,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China;
3.ZuojinmingPharmaceuticalGroup,Xinxiang453000,China)
[Abstract] Objective:Tostudytheefectofmediumcomponentsonthecalusinductionandthecontentsofpolysaccharidesin
califromAchyranthesbidentata.Method:Leavesandstemswereselectedasexplants.Theefectsofsixkindsoffactorsincluding
basalculturemedium,carbonsource,2,4D,6BA,TDZ,CHonthecalusinductionandthecontentsofABPSincalionthehigh
growthpointwerestudiedbyorthogonaldesignmethod.Thedatawereanalyzedwithrangeanalysisandvarianceanalysis.Result:To
leaf,theoptimalmediumofcalusinductionwasB5with2mg·L-12,4D,0.5mg·L-16BA,30g·L-1glucoseand1g·L-1
CH;tostem,theoptimalonewasB5with2mg·L-12,4D,1mg·L-16BA,30g·L-1glucoseand0.5g·L-1CHInorderto
obtainhighercontentsABPS,toleafcali,theoptimalmediumwasLSwith1mg·L-16BA,1mg·L-1TDZand30g·L-1su
crose;tostemcali,theoptimalonewasLSwith1mg·L-12,4D,0.5mg·L-16BA,1mg·L-1TDZand30g·L-1glucose.
Conclusion:TheoptimalmediaofcalusinductionwereestablishedwithstemsandleavesofA.bidentataasexplantsandwithaview
toanindustrialproductionofpolysaccharidesbytissueandcelculture.
[Keywords] Achyranthesbidentata;calus;polysaccharides;mediumcomponent;orthogonaldesignmethod
[责任编辑 张宁宁]
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第33卷第7期
2008年4月
         
    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
Vol.33,Issue 7
April,2008