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Establishment of high frequency regeneration system for Eustoma grandiflorum cv. Excalibur Blue Picotee and determination of kanamycin sensitivity

圣剑‘洋桔梗植株高频再生体系建立及卡那霉素敏感性测定



全 文 :广 西 植 物 Guihaia Jan.2014,34(1):120-125           http://journal.gxzw.gxib.cn 
DOI:10.3969/j.issn.1000G3142.2014.01.023
韦银凤,王瑞鑫,阮春燕,等.‘圣剑’洋桔梗植株高频再生体系建立及卡那霉素敏感性测定[J].广西植物,2014,34(1):120-125
WeiYF,WangRX,RuanCY,etal.EstablishmentofhighfrequencyregenerationsystemforEustomagrandiflorumcv.ExcaliburBluePicoteeand
determinationofkanamycinsensitivity[J].Guihaia,2014,34(1):120-125
‘圣剑’洋桔梗植株高频再生体系
建立及卡那霉素敏感性测定
韦银凤,王瑞鑫,阮春燕,梅谱成,严振亚,陈崇顺∗
(南京师范大学生命科学学院 江苏省生物多样性与生物技术重点实验室,南京210023)
摘 要:洋桔梗是国际上十分流行的盆花和切花种类.以洋桔梗‘圣剑’无菌苗叶片为外植体,研究了6GBA
与NAA不同浓度组合对其不定芽再生的影响,并分别比较了不同浓度IBA和NAA诱导其生根的效果,测定
了该品种在不定芽再生时对卡那霉素(Km)的敏感性.结果表明:MS+0.5mg􀅰LG16GBA+0.01mg􀅰LG1
NAA为不定芽再生最适培养基,不定芽再生率达91%;1/2MS+0.2mg􀅰LG1IBA为不定根再生的最适培养
基,生根率达89%;抑制叶片不定芽再生的Km最低浓度为25mg􀅰LG1.建立了‘圣剑’洋桔梗植株高频再生
体系,并确定了其对卡那霉素的敏感性,为该品种的基因工程研究奠定了基础.
关键词:洋桔梗‘圣剑’;植株高频再生体系;卡那霉素敏感性
中图分类号:Q943.1  文献标识码:A  文章编号:1000G3142(2014)01G0120G06
Establishmentofhighfrequencyregenerationsystemfor
Eustomagrandiflorumcv.ExcaliburBluePicotee
anddeterminationofkanamycinsensitivity
WEIYinGFeng,WANGRuiGXin,RUANChunGYan,MEIPuGCheng,
YANZhenGYa,CHENChongGShun∗
(JiangsuKeyLaboratoryofBiodiversityandBiotechnology,CollegeofLifeSciences,
NanjingNormalUniversity,Nanjing210023,China)
Abstract:Eustomagrandiflorumisapopularcutflowerandpotflowerintheworld.Inthisstudy,usingleavesof
sterileplantletsofE.grandiflorumcv.ExcaliburBluePicoteeasexplants,theefectsofdiferentconcentrationcomG
binationsof6GBAandNAAonadventitiousbudregenerationwereinvestigated.TheefectsofdiferentconcentraG
tionsofIBAandNAAonrootingwerestudied,respectively.Thesensitivitytokanamycinupontheregenerationof
adventitiousbudswasdetermined.TheresultsshowedthatthemediumwithMS+0.5mg􀅰LG16GBA+0.01mg􀅰LG1
NAAwastheoptimummediumforadventitiousbudregeneration,with91%regenerationrate.Meanwhile,themediG
umwith1/2MS+0.2mg􀅰LG1IBAwastheoptimummediumforrooting,andtherootingratereached89%.Besides,
theminimumconcentrationofKminhibitingtheregenerationofadventitiousbudswas25mg􀅰LG1.Thisstudylaid
animportantfoundationfortheresearchofgeneticengineeringonthiscultivarofE.grandiflorum.
Keywords:Eustomagrandiflorum ‘ExcaliburBluePicotee’;highfrequencyplantregenerationsystem;kanamycin
sensitivity
收稿日期:2013G06G07  修回日期:2013G09G02
基金项目:江苏省高校优势学科建设工程项目
作者简介:韦银凤(1990G),女,陕西铜川人,硕士研究生,主要从事植物生物技术与分子生物学研究,(EGmail)weiyinfeng90@126.com.
∗通讯作者:陈崇顺,博士,硕士生导师,主要从事植物生物工程与分子生物学研究,(EGmail)chenchongshun@njnu.edu.cn.
  洋桔梗(Eustomagrandiflorum),原产于美国
南方和墨西哥,又名草原龙胆,为龙胆科草原龙胆属
多年生宿根草本花卉,生产上常作一、二年生栽培
(李竹英等,2011).它的许多性状通过传统育种技
术改良(Thiruvengadametal.,2009)后,如今的商
用植株株态轻盈潇洒,花色典雅明快,花形别致可
爱,已成为国际上时尚的盆花和切花种类(Chenet
al.,2010),并跻身世界十大切花之列(ThiruvengadG
ametal.,2009;李军萍等,2013).‘圣剑’(ExcaliG
burBluePicotee)洋桔梗,花复色,白底紫边,2007
年开始推出,现已成为秋季主要品种.
有性杂交是洋桔梗传统的主要育种方法,而植
物基因工程可在基因水平上改变植物的遗传物质,
能定向、高效地改造植物遗传性状,从而改变传统花
卉的种类、颜色、品质,创造新奇的变异品种(崔兴
国,2011).对于植物基因工程育种研究,大多需要
建立优良的植株再生体系(董福双等,2011).有关
洋桔梗叶片离体再生体系建立的研究表明,其基因
型依赖性强,不同品种间差异大,再生频率低(陈奇
等,2010).另一方面,在进行遗传转化时,最常用的
遗传标记基因为NPTII基因,该基因编码的新霉
素磷酸转移酶能使植物产生抗卡那霉素特性(吕梦
雨等,2010).因此,对转化体的筛选一般需要确定
受体植物对抗生素的敏感性,其中大多涉及不定芽
再生的卡那霉素最低浓度的测定(王玉华等,2009;
刘苗霞等,2011).本研究以‘圣剑’洋桔梗品种叶片
作为外植体,建立其植株高频再生体系,并确定抑制
不定芽再生的卡那霉素最低浓度,为进一步开展相
关基因工程研究奠定重要基础.
1 材料与方法
1.1材料
1.1.1植物材料 洋桔梗‘圣剑’(EustomagrandiG
florum )包衣种子,购于昆明缤纷园艺种子公司.
1.1.2生化试剂 6G苄氨基嘌呤(6GBenzylaminopuG
rine,6GBA)、αG萘 乙 酸 (Naphthaleneaceticacid,
NAA)、吲哚丁酸(IndoleG3Gbutyricacid,IBA),均购于
中国医药(集团)上海化学试剂公司;卡那霉素(KanaG
mycin,Km),购于南京丁贝生物科技有限公司.
1.2方法
1.2.1无菌苗的获得 参照金雪花等(2009)的方法,
将‘圣剑’包衣种子置于用细纱布制成的纱布袋中,
在10g􀅰LG1洗衣粉溶液(200mL)中浸泡8min,在
自来水下冲洗8min;在超净台中用70%乙醇浸泡
60s后,再于浓度为0.1% 的HgCl2中浸泡10min;
最后用无菌水冲洗5次,每次3min.用无菌滤纸
吸干包衣种子表面水滴,然后将其播于 MS基本培
养基(含3%蔗糖,0.6%琼脂,灭菌前pH 值调为
6.0;在0.1Mpa,121℃下,灭菌20min)上,置于培
养室萌发生长.培养室温度(25±2)℃,光照强度
60μmol􀅰mG2sG1,光周期16h/8h.如无特殊说明,
以下培养基配制及培养条件则均与此相同.
1.2.2不定芽的再生 参照杨燕燕等(2007)的方法,
以上述生长4~5个月的无菌苗为试材,自上而下取
其第三对及以下的叶片,切去四边,即按照“五刀切”
法,将叶片切成5mm×5mm的叶块.将叶块背面
朝下接种于含6GBA(0、0.1、0.5、1.0mg􀅰LG1)和
NAA(0、0.01、0.05、0.10mg􀅰LG1)完全组合共16
种处理的 MS培养基上,并用镊子轻轻按压叶块,使
其与培养基充分接触.每种处理8瓶,每瓶5个叶
块,试验重复3次.以星期为单位定期观察,在培养
7周时,记录再生不定芽生长状态,统计各处理的不
定芽再生率.不定芽再生率=(再生不定芽叶块总
数/接种叶块总数)×100%.
1.2.3芽苗的增殖 将再生不定芽接于 MS基本培养
基,进行均一化生长.将长高的芽苗切成带一对叶片
的茎段,转接于 MS+0.1mg􀅰LG16GBA+0.05mg􀅰
LG1NAA培养基中进行增殖(杨燕燕等,2007).4周
后,再将获得的芽苗切下,转接于 MS基本培养基中;
过渡培养2周后,进行不定根的诱导.
1.2.4不定根的诱导 将培养在上述 MS基本培养基
中、高度3cm左右的芽苗,接入1/2MS基本培养基
并分别附加IBA(0.2、0.4、0.6、0.8mg􀅰LG1)或NAA
(0.2、0.4、0.6、0.8mg􀅰LG1)的完全培养基中,进行不
定根的诱导(以1/2MS基本培养基为对照).共9种
处理,每处理接10瓶,每瓶接3个芽苗,试验重复
3次.以星期为单位定期观察,在培养7周时,记录
再生不定根生长状态,统计各处理中各重复的芽苗生
根率.进一步研究了较低浓度 NAA(0、0.02、0.04、
0.06、0.08、0.1mg􀅰LG1)对诱导芽苗再生不定根的影
响,试验设计同上,观测芽苗生根率、平均每芽苗生根
数量、根平均长度、根生长状态等指标;芽苗生根率=
(生根芽苗总数/接种芽苗总数)×100%;平均每芽苗
生根数量=芽苗生根总数/生根芽苗总数;根平均长
度=芽苗根长度总和/芽苗生根总数.
1211期      韦银凤等:‘圣剑’洋桔梗植株高频再生体系建立及卡那霉素敏感性测定
1.2.5卡那霉素敏感性的测定 参照相关文献(杨燕
燕等,2007;郑阳霞等,2009),在 MS+0.5mg􀅰LG1
6GBA培养基中,分别加入0、5、10、15、20、25、30、35
mg􀅰LG1的Km,以测定抑制不定芽再生的Km最低
浓度.为避免叶片大小不一而造成误差,如上所述,
采用“五刀切”将叶片切成5mm×5mm左右的叶
块.每个处理接6瓶,每瓶接5个叶块,试验重复
3次.以星期为单位定期观察,在6周时,统计各处
理的不定芽再生率、每叶块平均不定芽数(再生不定
芽总数/再生不定芽叶块数).
1.2.6试验数据的统计分析  利用SPSS17.0软件,
对研究所得数据分别进行单因素方差分析或双因素
方差分析(对于百分数类型的数据,在进行方差分析
前先进行适当的变换).在分析结果中,标有不同小
写字母的处理间差异显著(α=0.05).
2 结果与分析
2.1不同浓度6GBA与NAA的组合对不定芽再生的
影响
在培养1周左右,叶块切口处开始膨大;在培养
2~3周时,叶块切口处开始出现不定芽;在7周时,
不定芽再生率及不定芽生长状态如表1和图1所
示.双因素方差分析结果显示:添加6GBA和0.05
~0.1mg􀅰LG1NAA能明显提高不定芽再生率,且
6GBA的作用比NAA更为显著.综合表1结果,6G
BA0.5mg􀅰LG1+ NAA0.01mg􀅰LG1为‘圣剑’叶
片不定芽再生最适培养基.
表1 不同浓度6GBA与NAA的组合对不定芽再生的影响
Table1 Effectsofdifferentcombinationsof6GBAandNAAonadventitiousbudregeneration
处理 Treatment
(6GBA,NAA)
(mg􀅰LG1)
平均不定芽再生率 (%)
Averageregenerationrate
ofadventitiousbuds
    不定芽生长状态
    Growthofadventitiousbuds
1:(0.0,0.00) 2.5±1.44d 不定芽极少、小、黄绿色,易与叶块分离
2:(0.0,0.01) 5.0±1.44d 不定芽很少、小、黄绿色、玻璃化;有少量不定根
3:(0.0,0.05) 15.0±2.50c 不定芽在不定根后生出,部分正常、叶片舒展;部分黄绿色;较多不定根
4:(0.0,0.10) 32.0±3.00b 不定芽在不定根后生出,大部分为黄绿色、玻璃化;
5:(0.1,0.00) 89.2±1.67a 不定芽由叶盘突起直接生出,叶片舒展,不定芽大;少部分为玻璃化
6:(0.1,0.01) 86.7±3.63a 大部分不定芽从愈伤组织上生出,较大,叶片偏黄绿色;部分为玻璃化
7:(0.1,0.05) 93.3±1.67a 不定芽从愈伤组织上生出,多为丛生状,大部分玻璃化,较脆;有的为正常芽
8:(0.1,0.10) 91.7±2.20a 不定芽从愈伤组织上生出,多为丛生状,大部分为黄绿色、玻璃化,较脆
9:(0.5,0.00) 90.0±2.89a 部分不定芽较分散,叶片舒展;部分为愈伤组织上生出,丛生、黄绿色、玻璃化
10:(0.5,0.01) 90.8±1.67a 不定芽多为叶块突起直接生出,分散,叶片舒展,少部分玻璃化
11:(0.5,0.05) 92.5±1.44a 不定芽为愈伤组织上生出,芽丛生状,几乎全部为黄绿色、玻璃化
12:(0.5,0.10) 93.3±0.83a 不定芽为愈伤组织上生出,芽丛生状,几乎全部为黄绿色、玻璃化
13:(1.0,0.00) 89.2±3.00a 不定芽为愈伤组织上生出,芽丛生状,小,黄绿色,玻璃化
14:(1.0,0.01) 93.3±3.00a 不定芽为愈伤组织上生出,芽丛生状,小,黄绿色,玻璃化
15:(1.0,0.05) 90.0±0.83a 不定芽为愈伤组织上生出,丛生状,很小,与愈伤组织很难分离,黄绿色,玻璃化
16:(1.0,0.10) 91.7±3.63a 不定芽为愈伤组织上生出,丛生状,很小,与愈伤组织很难分离,黄绿色,玻璃化
 注:标注不同小写字母的处理间具有显著性差异(在α=0.05水平).下同.
 Note:Differentlowercaselettersshowsignificantdifferenceatα=0.05.Thesamebelow.
2.2不同浓度NAA与IBA对芽苗不定根再生的影响
NAA四种不同浓度(0.2、0.4、0.6、0.8mg􀅰
LG1)的处理中(图2:AGD),芽苗基部均先形成大量
愈伤组织,而后由愈伤组织生出不定根,且不定根空
脆、易断,整个植株玻璃化现象严重,不能正常生长.
由此可见,较高浓度 NAA不利于‘圣剑’芽苗不定
根再生及植株正常生长.因此,设计较低浓度(0、
0.02、0.04、0.06、0.08、0.1mg􀅰LG1)的 NAA处理,
从平均生根率、单株均根数、平均根长及再生根生长
状态等方面,进一步研究了 NAA对诱导芽苗生根
的影响(表3,图2:ⅠGⅥ).结果表明,就生根率而
言,0.04~0.10mg􀅰LG1的NAA处理,生根率明显
高于对照;0.02mg􀅰LG1的NAA处理,生根率与对
照组差异不显著.就单株平均根数而言,0.06mg􀅰
LG1NAA比其它浓度处理及对照能诱导再生更多的
根(13.3条/株).就平均根长而言,以0.02mg􀅰LG1
NAA处理效果为最好.就根生长状态而言,较低
浓度NAA处理诱导的不定根均表现出先端锐尖、
空脆、易断的特点.由此可见,NAA浓度高或低均
不适于植株进一步的生长.
IBA四种不同浓度(0.2、0.4、0.6、0.8mg􀅰
LG1)的 处 理 中(图2:EGH,表2),芽 苗 平 均
221 广 西 植 物                  34卷
图1 不同浓度6GBA与NAA的组合对不定芽再生的影响 1~16号:6GBA(0、0.1、0.5、1.0mg􀅰LG1)分别与 NAA(0、0.01、
0.05、0.1mg􀅰LG1)的完全组合.
Fig.1 Efectsofdiferentcombinationsof6GBAandNAAonadventitiousbudregeneration 1-16:Completecombinationof6G
BA(0,0.1,0.5,1.0)andNAA(0,0.01,0.05,0.1mg􀅰LG1).
图2 不同浓度NAA与IBA对芽苗不定根再生的影响 A~D:NAA为0.2、0.4、0.6、0.8mg􀅰LG1;E~H:IBA为0.2、0.4、0.6、
0.8mg􀅰LG1;I为对照;I~VI:各处理NAA浓度分别为0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10mg􀅰LG1.
Fig.2 EfectsofdiferentconcentrationsofNAAandIBAonrooting AGD:NAA0.2,0.4,0.6,0.8;EGH:IBA0.2,0.4,0.6,0.8mg􀅰
LG1;I:Thecontrol;IGVI:NAAineachtreatmentis0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10mg􀅰LG1.
表2 IBA对芽苗不定根再生的影响
Table2 EffectsofdifferentconcentrationsofIBAonrooting
IBA浓度
ConcentrationofIBA(mg􀅰LG1)
平均生根率
Averagerootingrate(%)
    不定根生长状态
    Growthofadventitiousroot
0.2 88.9±2.23a 根由茎部直接发出,根分散,粗细均匀,附生根毛
0.4 90.0±1.91a 根由茎部直接发出,根分散,较短簇,附生根毛
0.6 91.1±1.10a 根部有少量愈伤组织,根较粗,有根毛,少部分透明状,较易断
0.8 88.9±2.23a 根部有少量愈伤组织,根较粗,部分透明状,较易断
0(CK) 81.1±2.94b 根由茎部直接发出,根较细长、附生根毛
生根率(88.9%~91.1%)均显著高于对照,但不同
浓度间差异不显著.当IBA浓度为0.2mg􀅰LG1
时,芽苗再生的不定根与茎直接相连,粗细均匀,数
量多,韧性好,植株明显比在其它处理下长得高,长
得好.当IBA为0.6和0.8mg􀅰LG1时,芽苗基部也
出现形成愈伤组织的现象,再生的不定根也变得较
脆、易断.因此,‘圣剑’最适生根培养基为1/2MS
+0.2mg􀅰LG1IBA.
2.3抑制不定芽再生的卡那霉素最低浓度的确定
不同浓度Km对不定芽再生的影响,见图3和
表4.在 Km 浓度为0时,平均不定芽再生率为
95.6%;随着Km浓度不断升高,叶块不定芽再生受
3211期      韦银凤等:‘圣剑’洋桔梗植株高频再生体系建立及卡那霉素敏感性测定
图3 不同浓度Km对不定芽再生的影响 a~h:各处理Km浓度为0,5,10,15,20,25,30,35mg􀅰LG1.
Fig.3 EfectsofdifferentconcentrationsofKmontheregenerationofadventitiousbuds
aGh:Kmineachtreatmentis0,5,10,15,20,25,30,35mg􀅰LG1.
表3 NAA对诱导芽苗生根的影响
Table3 Effectsofdifferentlowerconcentrations
ofNAAonrooting
NAA浓度
Concentration
ofNAA
(mg􀅰LG1)
平均生根率
Averagerooting
rate(%)
单株均根数
No.ofroots
perplant
平均根长
Averageroot
length
(cm)
0(CK) 74.4±4.82b 3.0±0.41c 0.55±0.19c
0.02 80.0±3.87ab 2.3±0.63c 1.64±0.32a
0.04 88.9±2.20a 9.0±1.08b 0.92±0.18b
0.06 90.0±3.87a 13.3±1.11a 0.83±0.19bc
0.08 88.9±2.94a 8.0±1.29b 0.68±0.20bc
0.10 91.1±1.10a 9.3±1.31b 0.58±0.11c
表4 不同浓度Km对不定芽再生的影响
Table4 EffectsofdifferentconcentrationsofKm
onregenerationofadventitiousbud
Km浓度
Concentrationof
Km(mg􀅰LG1)
平均不定芽再生率
Averageregeneration
rateofadventitious
buds(%)
平均不定芽数/叶块
No.ofadventitious
budsperleaf
0(CK) 95.6±2.23a 11.88±0.64a
5 73.3±5.77b 5.20±0.96b
10 36.7±3.83c 1.42±0.68c
15 10.0±1.90d 0.20±0.19d
20 4.4±2.94de 0.07±0.11d
25 0±0.00e 0±0.00d
30 0±0.00e 0±0.00d
35 0±0.00e 0±0.00d
抑制程度也逐渐加深,叶块边缘变黄、变褐,而且逐
渐向叶块中央扩展(图3).当Km浓度为25mg􀅰
LG1(图3中的f)时,只有极少数叶块出现小的芽点,
但最终未见不定芽的形成;而当 Km ;30mg􀅰LG1
时,则完全没有不定芽的再生.统计分析结果(表
4)显示:随着 Km浓度逐渐升高,平均不定芽再生
率和平均不定芽数/叶块的值都逐渐下降,且各处理
间存在显著差异.表4结果显示,抑制‘圣剑’洋桔
梗叶片不定芽再生的最低 Km浓度为25mg􀅰LG1.
3 结论与讨论
植物生长物质能以极微小的量影响植物的各项
生理生化活动,对植物离体培养起决定性作用(袁学
军等,2011).通常将细胞分裂素与生长素以不同浓
度进行组合诱导不定芽再生,且二者之间存在平衡
关系,一旦打破这种平衡,就会明显减弱再生效果
(龚明霞等,2008;刘冰等,2011).本研究结果与此
相吻合.通常,较低浓度的6GBA能有效促进不定
芽的再生和增殖;而过高浓度的6GBA则促使不定
芽过度再生,并呈矮簇状和玻璃化状态.相较于其
他相关研究(金雪花等,2009;钟波,2012),本研究不
仅以“平均不定芽再生率”作为评价指标,而且以“不
定芽生长状态”作为检测指标,以能否进一步正常生
长为评价标准,筛选适宜的培养基.
NAA和IBA广泛用于诱导生根.一般生长素
浓度低时,能促进生根;生长素浓度高时,往往先诱
导形成愈伤组织,而后从愈伤组织上生根.这样的
不定根,一般不与茎的导管相通,吸收的营养物质难
以运输,不利于植株生长(杨永刚等,2001).因此,
本研究在利用生长素诱导生根时,不仅考虑到平均
生根率,而且考虑到不定根的生长状态.张子学等
(2005)研究所得NAA最适生根浓度对于‘圣剑’洋
桔梗来说偏高而不利其生根.进一步研究较低浓度
NAA对诱导芽苗生根的影响,发现再生出的不定
根也均表现出某种程度的先端锐尖、空脆、易断的特
421 广 西 植 物                  34卷
点.而利用较低浓度IBA处理时,生出的根则粗细
均匀,略呈绿色,较为坚韧.因此,本研究认为IBA
诱导洋桔梗生根的效果优于 NAA,这与毛元荣等
(2004)的研究结果一致.而对于其它洋桔梗品种,
是否也存在此规律,有待深入探讨.
不同种植物的不同外植体对卡那霉素的敏感程
度不同,即使同种植物的不同品种对其敏感性也存
在差异.本研究得出25mg􀅰LG1 Km 为抑制‘圣
剑’洋桔梗叶片不定芽再生的最低浓度,这与
‘DoubleMariachiPink’洋桔梗相同(杨燕燕等,
2007).而抑制‘DeepBlue’洋桔梗叶片不定芽再生
的Km最低浓度为45mg􀅰LG1(郑阳霞等,2009).
因此,对受体植物进行抗生素敏感性测定是遗传转
化的必要先行步骤.
本研究建立了‘圣剑’洋桔梗的高频再生体系,
为后期介导基因转化、品种改良,进而实行商品化生
产奠定重要基础.
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5211期      韦银凤等:‘圣剑’洋桔梗植株高频再生体系建立及卡那霉素敏感性测定