全 文 :SuitabilityevaluationofPanaxquinquefolium’sproducingarea
basedonTCMGISⅠ
CHENShilin1,ZHOUYingqun1,2,XIECaixiang1,ZHAORunhuai2,SUNChengzhong3,WEIJianhe1,
LIUZhaoqin3,GAOWeiwei1
(1.InstituteofMedicinalPlantDevelopment,ChineseAcademyofMedicalSciences,PekingUnionMedicalColege,
Beijing100094,China;
2.ChinaNationalGroupCorp.ofTraditional&HerbalMedicine,Beijing100094,China;
3.ChineseAcademyofSurveyingandMapping,Beijing100039,China)
[Abstract] Objective:Tosupplythescientificdataforthechoiceofmedicinalplants’producingareathroughanalyzingthe
suitableareaforPanaxquinquefolium’growth.Method:TCMGISⅠ(Suitabilityevaluationgeographicinformationsystemoftradition
alChinesemedicineproducingarea)wasdevelopedandusedtoanalyzethesuitableproducingareaofP.quinquefoliumWisconsin
stateofUSA,oneoftheoriginproducingareaofthegeoauthenticcrudedrugs,wasselectedasthestandardanalyticalareaandsome
keyfactorsrelatedtoplantgrowthsuchasaveragetemperature,altitude,soiltype,precipitationwerechosentobeconsidered.Re
sult:TheresultshowedthatthesuitableareaforP.quinquefolium’growthinChinaissimilartothepresentstatus.Itconcentratesin
thenortheastandthenorthofChina,andpartofShanxiprovinceisalsosuitablebutthefieldareaissmal.Conclusion:Thedevelop
mentofP.quinquefoliuminChinashouldconcentrateinthenortheastandthenorthofChina.TheTCMGISⅠisvaluabletotheanaly
sisofsuitableproducingareaandintroductionofmedicinalplant.
[Keywords] TCMGISⅠ;suitabilityofproducingarea;Panaxquinquefolium [责任编辑 张宁宁]
[收稿日期] 20070127
[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,Email: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(2,4D)、6苄基腺嘌呤(6BA)、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
-12,4D+05mg·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
-12,4D+1mg·L-16BA+30g·L-1葡萄糖 +05g·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-16BA+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-12,4D+05mg·L-16BA+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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[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]10015302(2008)07074505
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[35],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,2,4D,6BA,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,pH58~62。
表1 因素水平
水平
A
基本
培养基
B
碳源
C
2,4D
/mg·L-1
D
6BA
/mg·L-1
E
TDZ
/mg·L-1
F
CH
/g·L-1
1 MS 蔗糖 0 0 0 0
2 LS 葡萄糖 1 05 01 05
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05
cm×05cm的小块,茎段切成05cm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01g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2,4D>
基本培养基 >CH>碳源 >6BA>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 6 733 933 +
2 9 8 100 100
3 10 7 9375 867 + +
4 9 7 733 60 + +
5 9 7 80 80
6 9 7 100 533
7 8 8 100 100
8 9 7 100 941
9 10 6 867 100 +
10 9 7 100 100
11 9 6 100 933
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>2,4D>TDZ>6BA;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-12,4D+05mg·L-16BA+30g·L-1葡
萄糖+1g·L-1CH和B5+2mg·L
-12,4D+1mg
·L-16BA+30g·L-1葡萄糖+05g·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(712±072)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(609±053)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 9451 9110 8405 9555 9405 9000 9555 8888 8443 8998 8678 9457
珋x2 8888 9517 9667 9222 9333 9517 7222 9457 9333 8568 9333 8555
珋x3 9628 9341 9896 9191 9229 9451 9902 8333 8902 9112 8667 8667
极差 740 407 1491 364 176 517 2680 1124 890 544 666 902
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 17910 8955 083 254941 127471 1166 <005
B 2 4992 2496 023 37859 18930 173 >005
C 2 77338 38669 357 23771 11886 109 >005
D 2 4894 2447 023 9860 4930 045 >005
E 2 938 467 004 17473 8737 080 >005
F 2 9491 4746 044 28992 14496 133 >005
误差 5 54089 10818 54672 10934
总变异 17 169652 427568
注:F005=579,F001=1327;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>6BA>2,4D>基本培养基 >CH>TDZ
和2,4D>CH>6BA>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;6BA,TDZ,CH3因素对茎段愈伤组织中 ABPS
含量的影响显著,2,4D达到极显著水平,其他因素
影响不显著。分别对2,4D,6BA,TDZ,CH的3个
水平进行LSD法多重比较,添加2,4D,6BA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-16BA+1mg·L-1
TDZ+30g·L-1蔗糖和LS+1mg·L-12,4D+05
mg·L-16BA+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 408 524 511 407 427 496 299 312 230 248 261 367
珋x2 503 400 400 444 476 434 353 357 370 353 317 316
珋x3 469 456 469 528 476 450 284 266 336 335 357 253
极差 095 124 111 121 049 062 069 091 140 105 096 114
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 27923 13962 146 16140 08070 378 >005
B 2 46438 23219 242 24494 12247 574 >005
C 2 37689 18844 196 64163 32081 15031) <001
D 2 45526 22763 237 37575 18787 8802) <005
E 2 09517 04759 050 28013 14006 6562) <005
F 2 12526 06263 065 39368 19684 9222) <005
误差 5 47963 09593 10670 02134
总变异 17 227581 220423
注:F005=579,F001=1327;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
2,4D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。6BA,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>6BA>TDZ和 CH>2,4D>TDZ>6BA,
其中2mg·L-12,4D与05~1g·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2,4D>
CH>6BA,其中1mg·L-12,4D与1g·L-1CH
是其最适浓度。这表明2,4D与CH对愈伤组织的
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诱导均有重要的作用,6BA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2,4D,6BA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
LIMingjun1,2,LIPing1,3,ZHANGXiaoli1,ZHAOXiting1
(1.ColegeofLifeScience,HenanNormalUniversity,Xinxiang453007,China;
2.KeyLaboratoryofHorticulturalPlantBiologyofMinistryofEducation,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China;
3.ZuojinmingPharmaceuticalGroup,Xinxiang453000,China)
[Abstract] Objective:Tostudytheefectofmediumcomponentsonthecalusinductionandthecontentsofpolysaccharidesin
califromAchyranthesbidentata.Method:Leavesandstemswereselectedasexplants.Theefectsofsixkindsoffactorsincluding
basalculturemedium,carbonsource,2,4D,6BA,TDZ,CHonthecalusinductionandthecontentsofABPSincalionthehigh
growthpointwerestudiedbyorthogonaldesignmethod.Thedatawereanalyzedwithrangeanalysisandvarianceanalysis.Result:To
leaf,theoptimalmediumofcalusinductionwasB5with2mg·L-12,4D,0.5mg·L-16BA,30g·L-1glucoseand1g·L-1
CH;tostem,theoptimalonewasB5with2mg·L-12,4D,1mg·L-16BA,30g·L-1glucoseand0.5g·L-1CHInorderto
obtainhighercontentsABPS,toleafcali,theoptimalmediumwasLSwith1mg·L-16BA,1mg·L-1TDZand30g·L-1su
crose;tostemcali,theoptimalonewasLSwith1mg·L-12,4D,0.5mg·L-16BA,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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