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Somatic cell embryogenesis of Acanthopanax senticosus

刺五加的体细胞胚胎发生研究



全 文 :中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第37卷第5期2006年5月·769·
表4色谱图相似性分析结果(参照模板:s2)
Table4 Resultsofcomparabilityofchromatogram(controltempla e:S2)
从色谱图上比较,虽各批样品成分的量有差异,
但色谱图概貌一致,说明该药材群体成分的一致性
(包括成分种类和相对质量分数的一致性),且稳定,
制定的指纹图谱可对白术药材组分群体特征的一致
性作出判断。白术指纹图谱有自身化学条码的特征,
是其内在化学成分种类与数量的反映。在白术药材
指纹图谱的共有特征峰中,整体分离度比较好;不同
批次药材指纹图谱概貌也有较好的一致性,能充分
反映白术药材化学成分的特征。
采用996PDA二级管阵列检测器,在分析时进
行全波长紫外扫描,同时得到不同波长下全数据。结
果显示,检测效果受波长影响较大,经比较后表明在
254nm色谱峰形最好,出峰数目适中,各色谱峰相
互之间分离度较好,故检测波长定在254nm。
在供试品溶液制备方法考察中,对提取条件
(溶媒、提取方法)及色谱条件(流动相、流速、进样
量)进行了单因素平行研究。不同溶媒(石油醚、氯
仿、甲醇、50%甲醇)中以石油醚提取物共有峰相
对稳定,绝对峰面积和总峰数均最高。故确定提取溶
剂为石油醚;超声提取较索氏提取、回流等方法操作
方便,提取时间短且效率高,但为了防止溶剂挥发和
有效成分损失,提取时应注意水浴温度不宜过高。
本研究首次将HPLC色谱法运用到自术药材
的鉴定与质量评价中,能更加有效地评价药材化学
成分的多样性与复杂性;通过使用国家药典委员会
2004年出版的中药色谱指纹图谱相似性分析软件
进行相似度评价,为指纹图谱研究成果运用于中药
材生产和市场流通中具体环节的质量检验,提供一
个新的方法。对科研与生产实践的结合,具有重要的
指导意义。
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刺五加的体细胞胚胎发生研究
邢朝斌1,沈海龙2,赵丽娜1,王明艳1,陈正恒1
(1.华北煤炭医学院生物科学系,河北唐山063000;2.东北林业大学林学院,黑龙江哈尔滨150040)
摘要:目的 用不同质量浓度2,4-D和外植体类型对刺五加体细胞胚胎诱导进行研究,为刺五加的资源保护和
遗传工程提供理论依据。方法 以刺五加的萌发3周幼苗和层积处理种子合子胚的胚根、下胚轴和子叶为外植体,
收稿日期:2005—07—01
基金项目:国家“十五”科技攻关子课题(2001BA51080801)
作者简介:邢朝斌(1975一),男,河北省定州市人,讲师,硕士,主要从事药用植物细胞工程的研究。
Tel:(0315)3725859E—mail:xingzhb@mail.edu.cn
万方数据
·770· 中草芮ChineseTraditionalandHerbalDrugs第37卷第5期2006年5月
考察不同激素对刺五加体细胞胚胎发生的影响。结果来自层积处理种子合子胚的外植体接种于附加0.5mg/L
2,4一D的MS或1/2MS培养基中体细胞胚胎诱导率(57.1%)和数量(3.3)最高。体胚在原培养基中即可发育成
熟,转入降低2,4一D质量浓度的培养基后更有利于新体胚的产生和原有体胚的成熟。刺五加体胚的发育历程与合
子胚相似。结论刺五加可以通过来自合子胚的外植体实现体细胞胚胎发生,体胚诱导率取决于2,4一D质量浓度
和外植体的发育程度。
关键词:刺五加;体细胞胚胎发生;2,4一D
中图分类号:R282.1 文献标识码:A 文章编号:0253—2670(2006)05—0769—04
SomaticcellembryogenesisofAcanthopanaxsenticosus
XINGZhao-binl,SHENHai-lon92,ZHAOLi—nal,WANGMing—yanl,CHENZheng—hen91
(1.DepartmentofBiologicalS ience,NorthChinaCoalMedicalCo lege,Tangshan063000,China;
2.CollegeofForestry,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)
Abstract:ObjectiveTostudysomaticcellembryogenesisofAcanthopanaxsenticosusinducedbydif—
ferentconcentrationof2,4-Dandtypeofexplants,whichprovidest eoreticv denceinprotectionofA.
senticosusresourcesandgeneticengineering.MethodsUsing3-weekseedlingsa dzygoticembryos
(cotyledon,hypocotyls,andro s)ofstratificatedseedsa explantsresearchestheffectofdifferenthor—
moneson omaticcellembryogenesisofA. enticosus.ResultsExplantsofzygoticembryosofstratificat—
edseedsculturedonMSand1/2MSmediacontaining0.5m /L2,4-Dgeneratedthhighestfrequency
(57.1%)andthemostnumber(3.3)ofsomaticcellembryos,whichcandevelopintomaturationinthe
initialmedium.Butitismoreb neficialtogeneratenewsomaticcellembryosandtodevelopprimarySO—
maticcellembryosintomaturationwhetransferredinto2,4-Dofdecreasedconcentration.Andthedeve—
lopmentprocessof omaticcellembryosofA.senticosusissimilartOthatofzygoticembryos.Conclusion
SomaticembryogenesisofA. enticosusisrealizedbyculturingexplantsofzygoticembryosandtheinduc—
tiverateofsomaticcellembryosiSrelatedOtheconcentrationof2,4一Dandevelopmentalstageofex,
plants.
Keywords:Acanthop口砚口zsenticosusHarms;somaticcellembryogenesis;2,4一D
刺五加AcanthopanaxsenticosusHarms是我国
医药珍品,根、茎、叶均可人药[1]。历代本草医药记
载,有益气健脾、补肾安神之功效。自20世纪70年
代末,以刺五加为原料生产的各种制剂和饮料等产
品远销国外,因而使刺五加资源消耗与日俱增n.2]。
在自然状态下刺五加有性生殖能力弱[2]、无性繁殖
困难[3“],1992年出版的《中国植物红皮书》已把刺
五加列为了渐危物种。
近年来利用植物组织、细胞培养快速繁殖刺五
加和生产其药用成分的研究成为热点。张喜春等[43
和张健夫等[53以刺五加茎尖为外植体,尝试过离体
培养,但繁殖系数低,不能满足生产需要。李学宝
等[63用农杆菌感染刺五加,获得了能在无生长调节
剂的培养基上生长的愈伤组织,但因不能再生而未
能获得转基因植株。体细胞胚胎发生作为植物快速
繁殖的方法之一,与茎尖培养相比具有繁殖速度快、
繁殖系数高等优点。笔者以刺五加的胚轴为外植体,
获得了体细胞胚胎,为刺五加快速繁殖和基因工程
等提供了可靠技术参考。
1材料与方法
1.1材料与培养条件
1.1.1材料处理:刺五加种子采自东北林业大学帽
儿山实验林场。将种子混拌2倍湿沙,放入花盆内,
在20℃左右温度下催芽3个月后,转入3℃以下
低温处层积3个月,期间保持种沙含水量在60%~
70%进行层积处理。处理结束后选取胚根即将伸
出、具有完全成熟胚的种子,在无菌操作台中,用
75%酒精消毒30S,无菌水冲洗3次,然后用10%
H。O:消毒15min,无菌水冲洗5次,用无菌纱布吸
干水分。将种子剖开取出胚,用解剖刀将胚切分成胚
根、胚轴、子叶3部分,分别水平放置在培养基中。
所用基本培养基为MS和1/2MS培养基,附加10
g/L蔗糖、6g/L琼脂,pH5.8,121℃灭菌15min。
1.1.2培养条件:光照强度为2000Ix,每日光照
16h,培养温度(25±1)℃。
1.2方法
1.2.1外植体材料的获得:取灭菌后经层积处理的
种子,接种于三角瓶中,经3周种子萌发后,分别切
取胚根、胚轴、子叶3部分作为外植体转入体细胞
胚胎诱导培养基中培养。
万方数据
中草芮ChineseTraditionalandHerbalDrugs第37卷第5期2006年5月·771·
1.2.2体细胞胚胎的发生:根据实验要求设置MS
和1/2MS基本培养基(对照);MS和1/2MS+6一
BA0.1、0.2、0.5、1.0、2.0mg/L;MS和1/2MS+
2,4一D0.1、0.2、0.5、1.0、2.0mg/L等不同组合,各
组合均重复6次,采用50mL三角瓶,每瓶20mL
培养基,来自同一胚的外植体接种于同一三角瓶。每
4周继代1次,共继代3次。外植体分为层积种子与
萌发幼苗的胚根、胚轴、子叶和未经层积处理种子。
待胚状体产生后转移至0.1mg/LMS培养基中光
培养,诱导胚状体发育成熟。
2结果与分析
2.1外植体材料的获得:未经层积处理的种子,经
8周培养后,全部未萌发,即使长期培养,仍没有任
何变化,解剖后发现这些种子中的绝大多数均具有
胚,但胚体的大小在培养前后并无显著差异。在未附
加任何激素的MS培养基中培养3周后,70%经层
积处理的种子不同程度地萌发。将获得的幼苗分成
胚根、下胚轴和子叶3种外植体,接种于体细胞胚
胎诱导培养基。
2.2体细胞胚胎的诱导:在未添加任何植物激素的
MS基本培养基上,外植体很少生长,基本保持原
样。在含6-BA的培养基上,胚只稍有增大但无体胚
或不定芽的形成。在使用生长素2,4一D的情况下,
外植体在培养基上培养l~2个月后,普遍肿大伸
展,并从肿胀的子叶及胚轴上直接分化出黄白色不
同发育时期的体细胞胚胎。
2.2.1体细胞胚胎的形态发生:刺五加外植体在试
管中培养2周后,自胚轴和胚根外植体的木质部与
韧皮部结合部,即形成层处和子叶外植体的形成层
迹线处开始产生突起,子叶、下胚轴和胚根外植体上
所产生的胚状体,最初为一些圆形突起,表面十分光
滑,产生数量较多,此为处于球形胚阶段的体细胞胚
胎(图1-a)。原胚纵向伸长后,先端两侧生长速度加
快,此为心形胚(图1-b)。进而子叶原基快速伸长生
长成为鱼雷形胚,并最终发育形成成熟的体胚(图
I-c)。从培养的第4周开始,在突起的周围产生淡黄
色愈伤组织。此愈伤组织经过两周的培养,颜色渐渐
变浅,从愈伤组织表层略下层次开始形成原胚突起,
继续培养后,原胚发育成为成熟胚。
2.2.22,4一D对体细胞胚胎诱导的影响:2,4-D对
体胚和愈伤组织的影响如表1所示。在未添加生长
素2,4-D的培养基中,经lo周培养后,所有外植体
均未见有体胚的产生。6周培养后0.5mg/L的2,
4一D使6.7%的外植体产生了体胚,显著高于
a一原胚b一心形胚c一成熟胚
a—primaryembryob-heart—shapeembryoc—matureembryo
图1刺五加体细胞胚胎的发生
Fig.1SomaticembryogenesisofA. enticosus
表1激素对体细胞胚胎和愈伤组织的影响(培养6周)
Table1 Effectofhormonesomaticcellembryos
andcallus(culturedfor6一week)
与0mg/L2,4一D比较:。P<0·05~P<0-01
+P<0.05。。P0.2、1.0,和2.0mg/L的体胚诱导率,后3者之间
的诱导率没有显著性差异,但显著高于0.1mg/L
处理的诱导率。在体胚的数量上,附加0.2或2.0
mg/L2,4-D的外植体上平均产生了1.0个体胚,
0.5mg/L2,4一D诱导产生的体细胞胚胎数量最多
(5.5个)。
愈伤组织的诱导率在试验设计的质量浓度梯度
内与2,4一D的质量浓度呈正相关,1.0与2.0mg/L
处理的诱导率均>90%,显著高于其他水平。但无论
何种质量浓度水平,产生的愈伤组织数量均很少,经
由愈伤组织产生的体胚也仅有1例。
2.2.3外植体对体细胞胚胎诱导的影响:经过3
周培养,首先从下胚轴外植体直接产生了体胚,随着
培养时间的推移,子叶和胚根外植体也先后产生了
体胚。6周培养后57.1%的下胚轴外植体产生了体
胚,体胚诱导率显著高于子叶和胚根外植体,后两者
间无显著差异,并且胚轴外植体产生的体胚数量最
多,是子叶的1.4倍,胚根的3.3倍(图2)。
2.2.4培养基和外植体发育程度:MS与1/2MS
培养基在体胚诱导率上没有显著差异。来自层积处
理种子直接剖取的合子胚外植体,有35.9%产生
了体胚,而来自萌发幼苗的所有外植体即便是长时
间培养也未见有体胚的产生,外植体始终维持原有
状态。
万方数据
·772· 中草芮ChineseTraditionalandHerbalDrugs第37卷第5期2006年5月

n体胚诱甘率/%
■体胚数量/个
188

14
盐几
子叶 下胚轴 胚根
图2不同外植体对体细胞胚胎诱导的影响
Fig.2Effectofvariousexplantsonsomatic
cellembryosinduction
2.3体细胞胚胎的诱导成熟:已经诱导产生体胚的
外植体在附加有相同质量浓度2,4一D的培养基中,
经2周左右发育成为成熟的体胚。若将上述外植体
整体继代入附加了0.1mg/L2,4一D的MS培养基
中,培养1周后,外植体在诱导培养基中未产生体
胚的区域逐渐产生数量不等的体胚,先前产生的体
胚随着培养时间的推移依次经心形、鱼雷形等阶段
后,渐次发育成熟。
3讨论
五加科药用植物的体细胞胚胎发生,在人参[7]、
西洋参[8]上已有成功报道。它们均为从外植体上先
产生愈伤组织,由愈伤组织再分化出体细胞胚胎。桂
耀林等[79,t0]认为刺五加与这些植物不同,在植物激
素作用下,不经过胚性愈伤组织阶段,而由外植体直
接产生体胚。在本实验中,虽然多数体胚直接产自外
植体,但也发现有来自胚性愈伤组织的体胚。在多数
植物中,2,4一D只对胚性细胞或细胞团的形成起到
诱导作用,而对体细胞胚胎的进一步发育与生长却
是抑制的因素[1¨。但对于刺五加而言,不管其体胚
发生途径如何,2,4一D对胚性细胞的诱导及体胚的
分化均起到了促进作用,像刺五加这样只需在培养
基中加入2,4一D一种植物激素,就足以保证大量体
细胞胚胎的产生,这一特点与在禾本科植物组织培
养中要求有较高质量浓度的2,4-D以诱导胚状体
产生的情况十分类似口]。笔者的研究表明,在来自刺
五加合子胚外植体的培养过程中,0.5mg/L2,4一D
对于体胚的诱导率和产生的体胚数量是最优的,来
自萌发3周幼苗的任何外植体,均不能产生体胚。
Choi等m101认为来自萌发1周幼苗的外植体(子
叶、下胚轴和胚根)在含1.0mg/L2,4一D的培养基
中培养,体胚诱导率和数量为最高。这说明来自合子
胚时期的外植体诱导产生体胚所需要的2,4一D质
量浓度比来自幼苗外植体的低,且萌发时间越久,成
胚能力越低。因此可以推论:若去除其他萌发抑制因
素后,种子成熟后具有未成熟胚的刺五加的未经层
积处理种子应该具有更高的成胚能力。
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m
O
万方数据
刺五加的体细胞胚胎发生研究
作者: 邢朝斌, 沈海龙, 赵丽娜, 王明艳, 陈正恒, XING Zhao-bin, SHEN Hai-long,
ZHAO Li-na, WANG Ming-yan, CHEN Zheng-heng
作者单位: 邢朝斌,赵丽娜,王明艳,陈正恒,XING Zhao-bin,ZHAO Li-na,WANG Ming-yan,CHEN Zheng-
heng(华北煤炭医学院,生物科学系,河北,唐山,063000), 沈海龙,SHEN Hai-long(东北林业
大学林学院,黑龙江,哈尔滨,150040)
刊名: 中草药
英文刊名: CHINESE TRADITIONAL AND HERBAL DRUGS
年,卷(期): 2006,37(5)
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