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Main influential factors for efficient plant regeneration system established from leaf-disc of Pogostemon cablin

广藿香叶盘法高效再生体系主要影响因素的研究



全 文 :广 西 植 物 Guihaia Oct.2015,35(5):715-720           http://journal.gxzw.gxib.cn 
DOI:10.11931/guihaia.gxzw201409036
莫小路,欧阳蒲月,曾庆钱,等.广藿香叶盘法高效再生体系主要影响因素的研究[J].广西植物,2015,35(5):715-720
MoXL,OuyangPY,ZengQQ,etal.MaininfluentialfactorsforeficientplantregenerationsystemestablishedfromleafGdiscofPogostemoncablin[J].
Guihaia,2015,35(5):715-720
广藿香叶盘法高效再生体系主要影响因素的研究
莫小路1∗,欧阳蒲月2,曾庆钱1,黄珊珊1
(1.广东省中药研究所,广州510520;2.广东食品药品职业学院,广州510520)
摘 要:广藿香是重要的芳香药用植物,利用基因工程技术对广藿香进行品种改良,需要建立一个高效的广
藿香植株再生体系.该研究以广藿香无菌苗叶片为材料,将叶盘外植体分别置于不同条件下培养,观察、统计
其再生植株的数量及生长状况.通过研究15~50d的苗龄、第2~4节上的叶及培养基中2,4GD、NAA、BA
和KT的浓度和配比等因素对广藿香叶盘再生植株的影响,在此基础上优化培养条件,建立广藿香高效再生
体系.结果表明:广藿香无菌苗的苗龄、叶片在茎上的着生位置以及培养基中的植物生长调节物质浓度和配
比都对广藿香的植株再生有显著影响;优化培养条件为以培养30d的广藿香无菌苗顶芽下第2对展开叶片切
割的叶盘为外植体,在含0.1mg􀅰LG1NAA和0.5mg􀅰LG1BA的 MS培养基中培养28d,叶盘的不定芽发生
频率达到100%,单个叶盘的平均再生芽数为96.5个,经生根培养及温室炼苗,再生植株的移栽成活率达到
96%.广藿香叶盘植株再生体系的建立为其基因转化研究及优良品种的快速繁育奠定了基础.
关键词:广藿香;叶盘;植株再生
中图分类号:Q943.1,Q945.39  文献标识码:A  文章编号:1000G3142(2015)05G0715G06
Maininfluentialfactorsforefficientplantregeneration
systemestablishedfromleafGdiscofPogostemoncablin
MOXiaoGLu1∗,OUYANGPuGYue2,ZENGQingGQian1,HUANGShanGShan1
(1.GuangdongResearchInstituteofTraditionalChineseMedicine,Guangzhou510520,China;
2.GuangdongFoodandDrugVocationalCollege,Guangzhou510520,China)
Abstract:Pogostemoncablinsyn.P.patchouli,isaperennialbushyherbintroducedfromSoutheastAsiaandhas
beenextensivelycultivatedinSouthChina,forbothutilizationinpharmaceuticalandperfumeindustry.PatchouliculG
tivatedindiferentregionshasdiversemorphologicalcharacteristicsandessentialoilconstituents,whichinfectits
therapeuticpropertiesdirectly.Itisnecessarytoestablishedacultivarwithhighqualityofessentialoil.Thisstudy
aimstoestablishaneficientsystemofplantregenerationfromtheleafGdiscofPogostemoncablin.Theleavesofin
vitropatchouliseedlingswereusedasmaterials.Theeffectsofdonorplant’sage,leafpositionandtheconcentration
ofplantgrowthsubstancesusedsingleorcombinedonplantregenerationofP.cablinwerestudied.Theresults
showedthatlowconcentration’sbenzylaminopurine(BA)combinedwithnaphthaleneaceticacid(NAA)inducedthe
highfrequencyofprolificadventitiousshootsregenerationdirectlyfromleafwithlessorwithoutcalus,theageofdoG
norplantandpositionofleafonstembothefectedthefrequencyofshootregenerationandthemeannumberof
shoots.Thehigheficientplantregenerationsystemwasestablishedfromleafdiscexplantspreparedfromtheleaves
收稿日期:2014G11G29  修回日期:2015G01G22
基金项目:广东省科技厅粤港关键领域重点突破项目(2009A030901011);广州市科技计划基础研究项目(2009J1GC201);广东食品药品职业学院
自然科学研究项目(2012YZ002).
作者简介:莫小路(1967G),女(壮族),广西柳州人,博士,教授,从事生物技术与药用植物资源研究,(EGmail)moxl@gdyzy.edu.cn.
∗通讯作者
ofthesecondnodesofthirtyGdayoldGinvitroplant.TheculturemediumfortheprolificshootinducingwasMSculG
turemediumsupplementedwith0.1mg􀅰LG1NAAand0.5mg􀅰LG1BA.Theregenerationfrequencywas100%and
themaximummeannumberofshootperleafdiscwas96.5.Regeneratedshootswereelongatedandrootedonthehalf
strengthMSmediumwith0.5mg􀅰LG1GA3and0.1mg􀅰LG1NAA.Therootingfrequencywas100%.Theplantlets
withwelGdevelopedrootsweresuccessfulyacclimatizedinthegreenhouse,andplantedinthefieldwithasurvival
rateof96%.TheestablishedplantregerationsystemfromleafGdiscofP.cablinwouldlayfoundationforthegene
transformationofP.cablinanditsfastbreedingforgoodcultivars.
Keywords:Pogostemoncablin;leafGdisc;plantregeneration
  广藿香(Pogostemoncablin)为唇形科刺蕊草
属植物,原产于菲律宾、马来西亚等东南亚国家,现
在我国广东、海南和云南等地都有栽培,因在广东栽
培供药用的历史最为悠久,故名“广藿香”.广藿香
是广东道地药材之一,具有芳香化湿、温中止呕、发
表解暑(国家药典委员会,2010)及抑菌抗病毒
(Yangetal.,2013;莫小路等,2011)等功效,是“藿
香正气丸(水)”、“抗病毒口服液”和“藿胆丸”等中成
药的主要原料;从广藿香中提取的精油除用于医药
原料外,还广泛应用于香料和化妆品工业,近来还应
用于绿色农药的生产开发上(莫小路等,2004).
广藿香主产于广东的肇庆、阳春和湛江地区以
及海南省,各产地的广藿香品质差异较大(Wuet
al.,2010;罗集鹏等,2002),广藿香主要靠扦插繁殖
育苗,长期的无性繁殖带来的品种退化、病虫危害等
问题日趋严重,而广藿香罕见开花,难以用传统遗传
育种方法培育优质品种.运用基因工程技术进行品
种改良是现代农业的发展趋势之一,通过基因工程
技术可以将其药用成分合成的控制基因转化到生长
快速的广藿香品种中,从而获得高产、高药效成分的
改良品种.在植物基因转化方法中,农杆菌介导的
叶盘法转化是使用最广、最有效的方法之一,而通过
叶盘外植体建立高效的植株再生体系是实现叶盘法
转化的前提条件(Wedzonyetal.,2014).尽管国内
外通过广藿香叶片、茎段外植体获得再生植株的研
究有诸多报道(Swamyetal.,2014;林小桦等,
2007;莫小路等,2008),而针对叶片转化的高效植株
再生体系的研究则少有报道.因此,本项目对广藿
香叶盘再生植株的影响因素进行研究,为叶盘法转
化和优质广藿香品种的快速繁育奠定基础.
1 材料与方法
1.1材料
1.1.1植物材料 按莫小路等(2008)培养广藿香无
菌苗,每隔50d继代培养1次,培养基为附加0.1
mg􀅰LG1NAA的 MS培养基.培养条件为(26±1)
℃,16h光照/8h黑暗.
1.1.2 试剂 萘乙酸(NAA)、2,4G二氯苯氧乙酸
(2,4GD)、激动素(KT)、6G苄氨基腺嘌呤(BA)、吲哚
丁酸(IBA)、赤霉素(GA3)、蔗糖及 MS培养基配制
所需的各种大量、微量元素均购自广州威佳生物科
技有限公司,琼脂粉购自广州环凯生物科技有限
公司.
1.2方法
1.2.1培养基制备 以 MS为基本培养基,按实验设
计添加不同的植物生长物质,加入3%的蔗糖、
0.65%的琼脂粉,调整pH 为5.8,加热搅拌至沸腾
后,将培养基以每瓶约30mL的量分装至300mL
容量的组培瓶中,121℃,0.1MPa灭菌20min,冷
却后备用.
1.2.2不同植物生长物质对广藿香叶盘的愈伤组织
生成和植株再生的影响 分别添加不同植物生长物
质,配制10组愈伤组织诱导培养基(表1).取继代
培养30d的广藿香无菌苗顶芽下的第3对展开叶
片(面积约15mm×10mm),在无菌条件下切成5
mm×5mm大小的叶盘,分别置于各组诱导培养基
上,每组10瓶,每瓶放置5个叶盘,于(26±1)℃黑
暗培养.每隔7d观察1次,不定芽萌出后移至16h
光照/8h黑暗培养.30d后统计愈伤组织形成和不
定芽形成的外植体数,计算愈伤组织的发生频率、不
定芽再生频率及每叶盘的平均出芽数.
愈伤组织发生频率=形成愈伤组织的叶盘数/
接种的叶盘数×100%
不定芽再生频率=产生不定芽的叶盘数/接种
的叶盘数×100%
每叶盘的平均出芽数=所有叶盘生成的不定芽
总数/接种的叶盘数量
1.2.3广藿香苗龄、叶片外植体的位置对不定芽再生
617 广 西 植 物                  35卷
表1 植物生长物质对广藿香叶盘愈伤组织形成及植株再生的影响
Table1 EffectsofplantgrowthsubstancesoncalusinductionandplantregenerationofPogostemoncablin
培养基
编号
No.of
medium
植物生长物质及浓度
Plantgrowthsubstances
andtheirconcentrations
(mg􀅰LG1)
愈伤组织颜色
Colorofcali
愈伤组织质地和生长状态
Statusandqualityofcali
愈伤组织发生的频率
Calusinduction
frequency
(%)
不定芽发生频率
Shootregeneration
frequency
(%)
A 2,4GD0.05+KT0.5 黄色
Yelow
中间较硬,外部疏松;愈伤覆盖叶盘,生长旺盛
Fragileappearance,compactheart;caluscover
wholeleafdisc
96 0
B 2,4GD0.2+KT0.5 黄白色
YelowGwhite
疏松;仅在叶盘边缘生成
Fragile;calusformedinleafdiscedge
84 0
C 2,4GD0.2+BA0.5 白色
White
疏松、表面湿润;覆盖叶盘,生长旺盛
Fragileandwet;caluscoverwholeleafdisc
96 0
D NAA3.0+KT2.0 黄白色
YelowGwhite
疏松;在叶盘边缘生成,量少
Fragile;alittlecalusformedinleafdiscedge
54 0
E NAA2.0+BA0.5 黄白色
YelowGwhite
表面颗粒状;叶盘边缘生成,量少;有不定芽
Granularappearance;alittlecalusformedin
leafdiscedge,withadventitiousbud
56 0
F NAA1.0+BA0.5 黄白色
YelowGwhite
颗粒状、较紧密;有少量不定芽
Granularandcompact;withafew
adventitiousbud
70 28
G NAA0.5+BA0.5 黄色
Yelow
较紧密;愈伤量少;有不定芽
Compact;alittlecali,withadventitiousbuds.
72 66
H NAA0.1+BA0.5 黄绿色
YelowGgreen
湿润,极少量;有大量不定芽
Alittlewetcali,withlargeamountofadventiG
tiousbuds
24 94
I BA0.5 黄色
Yelow
未见愈伤组织
Nocalusformed
0 84
J NAA0.1+BA1.0 灰褐色
Grey
较硬,紧密;有少量不定芽
Hardandcompact;withafewadventitiousbuds
12 23
图1 植物生长物质对广藿香愈伤组织的形成和植株再生的影响 A.在 H培养基上培养15d的叶盘愈伤组织;B.在C培养
基上培养30d的叶盘愈伤组织;C.在F培养基上培养30d的叶盘愈伤组织;D.在G培养基上培养30d的叶盘愈伤组织;E.在E培养基
上培养30d的叶盘愈伤组织及不定芽;F.在 H培养基上培养30d的叶盘上的不定芽;G.在I培养基上培养40d的叶盘上的不定芽.
Fig.1 EfectsofplantgrowthsubstancesoncalusinductionandplantregenerationofPogostemoncablin A.fifteenGdayGoldcalus
inmediumH;B.ThirtyGdayGoldcalusinmediumC;C.ThirtyGdayGoldcalusinmediumF;D.ThirtyGdayGoldcalusinmediumG;E.ThirtyGdayGoldcalG
lusandadventitiousbudsinmediumE;F.adventitiousshootsfromThirtyGdayGoldleafdiscinmediumH;G.AdventitiousshootsfromFortyGdayGoldleaf
discinmediumI.
的影响 分别以继代培养15~50d的广藿香无菌
苗茎上第2~4对叶片为外植体,在无菌条件下切成
5mm×5mm 大小的叶盘,置于含0.1mg􀅰LG1
NAA和0.5mg􀅰LG1BA的 MS培养基上,于(26±
1)℃,黑暗培养21d后,移至光照培养7d后,统计
有不定芽分化的叶盘数及每个叶盘生成的不定芽数
量,同2.2方法计算叶盘不定芽的萌发频率、每叶盘
的平均出芽数.采用SPSS(17.0)软件进行数据统
7175期        莫小路等:广藿香叶盘法高效再生体系主要影响因素的研究
计及数据间的差异显著性分析.
1.2.4再生植株的壮苗及生根培养 待叶盘上长出
的不定芽高1.5~2cm时,分别转移至含0.5mg􀅰
LG1GA3、0.1mg􀅰LG1IBA和0.1mg􀅰LG1NAA的
1/2MS培养基上,于(26±1)℃,16h光照/8h黑暗
条件下培养35d,统计再生苗的高度,计算生根率.
生根率=生根的无菌苗数量/接种的无菌苗数
量×100%
1.2.5再生植株移栽试验 经壮苗、生根后,将苗高
3~5cm的广藿香再生植株从培养瓶中取出,洗净
根部的固体培养基,种植于温室内带自动感应喷水
设备的珍珠岩基质育苗床进行炼苗.前2周每天喷
施稀释5倍的 MS液体培养基1次,接着2周每天
喷施稀释10倍的 MS液体培养基1次,之后只喷
水,4周后移栽大田,计算移栽成活率.
移栽成活率=移栽大田的株数/移栽的瓶苗株
数×100%
2 结果与分析
2.1植物生长物质对广藿香叶盘愈伤组织的形成和
植株再生的影响
AGJ组培养基上的广藿香叶盘在培养后第15
天有了明显变化,其中A和C组的大部分叶盘及B
组的少量叶盘周围开始有黄白色的愈伤组织形成;
F、G和H组的部分叶盘边缘也有少量愈伤形成,但
多为黄绿色,结构较紧密(图1:A),D和J组的部分
叶盘褐化,J组有少量形成愈伤组织但很快褐化;30
d时A和C组的愈伤组织旺盛,大部分愈伤团直径
在2cm以上(图1:B),F和G组叶盘形成的愈伤组
织结构相似,呈明显颗粒状,在愈伤团中有少量的不
定芽萌出(图1:C,D),而E组叶盘只在边缘有少量
颗粒状愈伤,同时有不定芽萌出(图1:E),H组叶盘
仅有极少量愈伤组织,叶盘大部分被密集的不定芽
覆盖(图1:F);而I组叶盘几乎未见愈伤组织分化,
而是在叶盘边缘分化出大量不定芽(图1:G);H和
I组的不定芽发生频率都很高,但I组单个叶盘再生
的不定芽数量较少,为15~25个,且不定芽发育不
整齐;而H组中每个叶盘上的不定芽密集整齐,单
个叶盘再生的不定芽数量最多,在120个以上;J组
仅少量叶盘有愈伤组织生成且都褐化.各组的愈伤
组织和再生芽的情况见表1.
2.2外植体植株的培养时间和叶片位置对广藿香叶
盘不定芽分化的影响
每个不同时期的叶片分别接种了10瓶,每瓶3
个叶盘,表2数据为30个叶盘的统计和计算结果,
结果显示:作为外植体材料的广藿香苗的培养时间
和叶片在茎上的位置对叶盘不定芽分化的影响极显
著,培养30d的广藿香无菌苗的不定芽发生率及单
个叶盘上的不定芽数量都高于15d和50d的广藿
香苗;而对于茎上不同位置的叶片,则是顶芽下第
2、3对展开叶的不定芽的发生频率都很高,但第2
对叶片平均每个叶盘上的不定芽数量(95.5)却显著
高于第3对叶片(64.5).
表2 无菌苗的培养时间及叶片位置对
广藿香叶盘不定芽分化的影响
Table2 Effectsofageofdonorplantandleafpositionon
adventitiousshootproliferationofPogostemoncablin
项目
Item
叶片外植体在茎上的位置
(自顶芽以下)
Leafpositiononthenode
ofplant(fromshootapex)
苗龄
Ageofdonor
plant(d)
15 30 50
不定芽发生频率
Regeneration
frequency(%)
第2节
The2ndnode
23.3 100 46.7
第3节
The3rdnode
36.7 93.3 50
第4节
The4thnode
40 53.3 16.7
不定芽的
平均数量/
叶盘∗
Meannumber
ofshoot/
LeafGdisc∗
第2节
The2ndnode
1.7±
0.36Bc
96.5±
1.26Aa
6.3±
0.78Ab
第3节
The3rdnode
3.4±
0.83Ab
64.5±
1.55Ba
5.27±
0.91Ab
第4节
The4thnode
4.5±
0.37Ab
22.6±
0.64Ca
1.13±
0.46Bc
 注:∗ 数据为30个重复的平均值±标准误,大写字母不同表示同列中各组
数据的差异极显著(P<0.01),小写字母不同表示同行中各组数据的差异极
显著(P<0.01)
 Note:Datashownaremeanvalues±standarderrorsfrom measurementsof
30leafdiscs.Incolumns,differentcapitalsindicatesignificantdifferences(P<
0.01)betweenleafpositions,lowercasesindicatesignificantdifferences(P<
0.01)betweenagesofdonorplants.
2.3广藿香再生植株的壮苗及生根培养
将叶盘诱导生成的高度约为2cm的无根苗转
移至添加植物生长物质的各组培养基中,培养约15
d,无根苗开始分化出根,35d统计生根率及再生植
株的高度,结果见表3,图2.结果显示:广藿香无根
苗在添加了0.5mg􀅰LG1GA3 和0.1mg􀅰LG1IBA、
NAA的1/2MS培养基上的生根率达到100%,每
株分化出的根数量都在10条以上,在未添加植物生
长物质的1/2 MS培养基上的生根率也能达到
96.7%,但每株生根数量较少,为3~5条.培养基
中添加0.5mg􀅰LG1GA3 能有效促进茎的生长,添
817 广 西 植 物                  35卷
表3 添加植物生长物质对广藿香再生苗生根的影响
Table3 Effectsofplantgrowthsubstanceon
therootinducingofPogostemoncablin
植物生长物质及浓度
Plantgrowthsubstances
andtheirconcentrations
(mg􀅰LG1)
再生苗的生根率
Frequencyof
rooting
(%)
再生苗的平均高度
Meanheightof
regeneratedseedling
(cm)
GA30.5+IBA0.1 100 3.2
GA30.5+NAA0.1 100 3.8
GA30.5 93 2.8
— 96.7 2.3
图2 生根培养初期(A)及培养35d后(B)的广藿香
Fig.2 RootinductionofPogostemoncablininthe
beginning(A)andafter35Gdayculture(B)
加0.5mg􀅰LG1GA3 和0.1mg􀅰LG1NAA的1/2
MS培养基是广藿香的最适壮苗及生根培养基.
2.4再生植株移栽试验
采用带自动喷淋系统的育苗床进行广藿香的温
室炼苗,试验3批共300株瓶苗,在育苗床炼苗期
间,有12株苗未能成活.主要原因是在自动喷淋的
育苗温室里的湿度较大,育苗床内的部分弱小瓶苗
会因烂根等原因而死亡,8周的温室炼苗后,成活率
为96%,苗高达15cm.经炼苗后,移栽至大田的广
藿香苗成活率达100%(图3).
3 讨论与结论
植物生长调节剂BA能促进植物细胞分裂、诱
图3 炼苗4周(A)和移栽大田3周后
的广藿香再生植株(B)
Fig.3 RegeneratedplantletofPogostemoncablinplanted
ingreenhousefor4weeks(A)andinfieldfor3weeks(B)
导组织分化,在植物离体培养中广泛应用于愈伤组
织不定芽分化诱导和芽增殖培养.在本研究10组
培养基中,在添加了BA的培养基上大部分叶盘有
一定的不定芽分化;此外,在A、B、C组以及E、F组
培养基上形成的愈伤组织在转移到含0.5mg􀅰LG1
BA的培养基后20~30d,也有不定芽分化.但在
仅含有BA的培养基上,叶盘外植体分化的不定芽
数量较少.在仙茅(Tomas,2007)、石竹(Kantiaet
al.,2002)以及产精油植物野薄荷(Phataketal.,
2002)和罗勒(Dodeetal.,2003)等植物离体培养
中,在含BA的培养基中添加 NAA都能促进叶外
植体的不定芽分化.本研究E、F、G、H和J组培养
基均含有 NAA 和 BA,但只有低浓度的 BA 与
NAA配合能促进广藿香叶盘不定芽发生,在含BA
0.5mg􀅰LG1和NAA0.1mg􀅰LG1的 MS培养基上,
叶盘的不定芽发生率达100%.Sugimuraetal.
(2005)报道提高培养基中的NAA浓度会降低广藿
香的芽分化频率,而BA浓度过高(1.6mg􀅰LG1)则
抑制不定芽的数量.本研究中,最低浓度的 NAA
(0.1mg􀅰LG1)与BA(0.5mg􀅰LG1)配合,能获得最
高的叶盘不定芽诱导频率,而 NAA的浓度提高至
9175期        莫小路等:广藿香叶盘法高效再生体系主要影响因素的研究
1.0~2.0mg􀅰LG1时,则促进叶盘的脱分化,形成愈
伤组织,与Sugimuraetal.(2005)的研究结果一致.
建立高效的植株再生体系是叶盘法转化的一个
先决条件.植株再生可以通过直接器官发生的途径
或间接器官发生途径(经过愈伤组织)获得再生器官
(芽或根),再经诱导培养发育成完整植株.国内外
报道的广藿香离体培养研究,大部分植株再生都是
通过间接器官发生途径,即需要经过愈伤组织的培
养,再将愈伤组织转移至分化培养基上诱导芽分化
和植株再生(Misra,1996;Sugimuraetal.,2005).
直接器官发生途径与间接发生途径相比,其优势首
先表现在培养周期上,其次是能保持原植物的遗传
稳定性,因为不经过愈伤组织再分化的阶段,再生植
株产生变异的几率更小.本研究中,在 H组培养基
上的叶盘获得高频的再生芽即是通过直接器官发生
途径,叶盘上只有极少量的愈伤组织生成,大大缩短
了再生植株的培养周期.
植物的器官发生与植物的发育时期和细胞所处
的生理状态有直接关系.本研究的结果表明,广藿
香的苗龄和叶片的生长状态(部位)对叶盘的不定芽
再生能力都有显著影响.继代培养时间太短或者太
长,都会降低广藿香无菌苗的叶盘不定芽再生频率;
而同一时期植株中,幼嫩叶片的不定芽再生频率以
及单个叶盘的不定芽数量都要比较老的叶片高,这
可能是因为幼嫩器官对培养基中的生长调节剂更为
敏感.此外,我们在分离第2节上叶盘的再生芽时,
观察到有少量的苗已长出细根,因此推测这些再生
苗可能是通过体细胞胚的途径直接发育成的,而体
胚直接发育的植株再生途径用于植物转化将更为有
效,可以避免多细胞起源的再生带来的假阳性转化,
但要明晰这些体细胞胚形成的原因及控制条件还需
要做进一步的研究.
通过本研究确定的广藿香叶盘法高效植株再生
体系是以继代培养30d的广藿香无菌苗的顶芽下
第2对展开叶为叶盘外植体,在含0.1mg􀅰LG1
NAA和0.5mg􀅰LG1BA的 MS培养基上培养30d
(暗培养,至不定芽萌发后转移至16h光照/8h黑暗
培养),再转移至生根培养基上培养35d,经温室炼
苗,移栽成活率达96%.
参考文献:
BoardofPharmacopoeiaofChina(国家药典委员会).2010.PharG
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