欧洲百合愈伤组织诱导及植株再生体系的建立

doi:10.11983/CBB17208

植物学报 ›› 2018, Vol. 53 ›› Issue (6): 840-847.DOI: 10.11983/CBB17208

欧洲百合愈伤组织诱导及植株再生体系的建立

张旭红^1,², 王頔², 梁振旭^1,², 孙美玉², 张金政², 石雷^1,^2,^*()

¹西北农林科技大学风景园林艺术学院, 杨凌 712100
²中国科学院植物研究所北方资源植物重点实验室/北京植物园, 北京 100093

收稿日期:2017-11-07 接受日期:2018-02-05 出版日期:2018-11-01 发布日期:2018-12-05
通讯作者: 石雷
作者简介:
作者简介:白克智, 1959年开始在中国科学院植物研究所工作, 先后任助理研究员、研究员, 长期从事植物生长发育及其调控的研究。1986年,其主持的“满江红生物学特性研究”荣获中国科学院科技进步二等奖。曾任《植物生理学报》编委、《植物学报》常务编委、中国植物生长调节剂协会主任等职。
基金资助:
中国科学院重点部署项目(No.KFZD-SW-313)和国家重要野生植物种质资源共享平台开放共享后补助经费项目

Callus Induction and Establishment of a Plant Regeneration System with Lilium martagon

Zhang Xuhong^1,², Wang Di², Liang Zhenxu^1,², Sun Meiyu², Zhang Jinzheng², Shi Lei^1,^2,^*()

¹College of Landscape Architecture and Arts, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China
²Key Laboratory of Plant Resources and Beijing Botanical Garden, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China

Received:2017-11-07 Accepted:2018-02-05 Online:2018-11-01 Published:2018-12-05
Contact: Shi Lei

摘要/Abstract

摘要： 以欧洲百合(Lilium martagon)无菌苗鳞片为外植体, 探讨不同植物激素组合及光暗培养条件对愈伤组织诱导、增殖和再生不定芽的影响, 进而建立欧洲百合高效再生体系。结果显示, 诱导愈伤组织的最佳培养基为MS+0.2 mg?L^-1TDZ+0.5 mg?L^-1NAA, 诱导率为77.14%。在添加TDZ和NAA组合的培养基中进行继代培养, 愈伤组织极易褐化, 胚性活性下降; 采用添加6-BA和NAA组合的培养基可改善愈伤组织的褐化现象, MS+0.5 mg?L^-16-BA+0.1 mg?L^-1NAA是愈伤组织增殖的最佳培养基, 增殖指数为2.93, 表明6-BA在愈伤组织状态维持中起关键作用。暗培养条件下愈伤组织的诱导率、增殖指数和芽再生系数最高, 分别可达77.14%、2.93和5.43, 且愈伤组织生长状态较好, 不定芽生根正常。研究建立的欧洲百合高效再生体系对于百合种质资源保存、基因工程育种及在国内的推广应用具有重要意义。

关键词: 愈伤组织诱导, 光暗培养条件, 欧洲百合, 植物生长调节子, 再生体系

Abstract: We studied the effectiveness of different combinations of plant growth regulators and the light/dark condition on callus induction, proliferation and differentiation of bulb scales in Lilium martagon and established a high-frequency regeneration system. The optimal medium for callus induction was MS+0.2 mg?L^-1 TDZ+0.5 mg?L^-1 NAA, with embryogenic callus induced from 77.14% bulb scales. For callus proliferation, MS medium containing TDZ and NAA produced a browning appearance with the callus lost embryogenic ability quickly; therefore, 6-BA was applied instead of TDZ. Generation of buds from callus was reduced with 6-BA concentration increasing, which indicates that 6-BA plays a key role in keeping meristematic cells of callus from differentiating. The optimal medium for callus proliferation was MS+0.5 mg?L^-1 6-BA+0.1 mg?L^-1 NAA, with the proliferation coefficient 2.93. Dark treatment led to the highest callus induction rate, proliferation coefficient and number of buds/callus (77.14%, 2.93 and 5.43, respectively); callus showed good growth and the buds could grow roots and develop complete plants, which suggests that the dark condition is more appropriate for in vitro regeneration than the light condition. The rapid propagation system of L. martagon established in this study offers insights into germplasm protection, genetic transformation and application of L. martagon in China.

Key words: callus induction, light/dark condition, Lilium martagon, plant growth regulator, regeneration system

张旭红, 王頔, 梁振旭, 孙美玉, 张金政, 石雷. 欧洲百合愈伤组织诱导及植株再生体系的建立. 植物学报, 2018, 53(6): 840-847.

Zhang Xuhong, Wang Di, Liang Zhenxu, Sun Meiyu, Zhang Jinzheng, Shi Lei. Callus Induction and Establishment of a Plant Regeneration System with Lilium martagon. Chinese Bulletin of Botany, 2018, 53(6): 840-847.

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图/表 9

表 1 欧洲百合愈伤组织诱导和增殖的培养基设计

Table 1 Media design for callus induction and proliferation of Lilium martagon

No.	Concentrations of plant growth regulator (mg·L^-1)
No.	TDZ	PIC	NAA	6-BA
CK	0.00	0.00	0.00	0.00
1	0.20	0.01	0.00	0.00
2	0.60	0.01	0.00	0.00
3	0.20	0.10	0.00	0.00
4	0.60	0.10	0.00	0.00
5	0.20	0.00	0.50	0.00
6	0.60	0.00	0.50	0.00
7	0.20	0.00	1.00	0.00
8	0.60	0.00	1.00	0.00
9	0.00	0.00	0.10	0.10
10	0.00	0.00	0.10	0.50
11	0.00	0.00	0.10	1.00

图 1 欧洲百合愈伤组织的诱导和增殖(A), (B) 在暗培养条件下, 添加TDZ和PIC的培养基中诱导的愈伤组织(Bar=5 mm); (C) 在暗培养条件下, 添加TDZ和NAA的培养基中诱导的愈伤组织(Bar=5 mm); (D) 在光培养条件(光周期为16小时光照/8小时黑暗)下, 添加TDZ和NAA的培养基中诱导的愈伤组织(Bar=5 mm); (E), (G) 在光培养条件(光周期为16小时光照/8小时黑暗)下增殖的愈伤组织((E) Bar=5 mm; (G) Bar=100 μm); (F), (H) 在暗培养条件下增殖的愈伤组织((F) Bar=5 mm; (H) Bar=200 μm)

Figure 1 The callus induction and proliferation of Lilium martagon(A), (B) Callus induction in MS medium containing TDZ and PIC in the dark (Bar=5 mm); (C) Callus induction in MS medium containing TDZ and NAA in the dark (Bar=5 mm); (D) Callus induction in MS medium containing TDZ and NAA under 16/8 h light/dark photoperiod (Bar=5 mm); (E), (G) Callus proliferation under 16/8 h light/dark photoperiod ((E) Bar=5 mm; (G) Bar=100 μm); (F), (H) Callus proliferation in the dark ((F) Bar=5 mm; (H) Bar=200 μm)

表 2 不同激素组合对欧洲百合愈伤组织诱导的影响(暗培养)

Table 2 Effects of different plant growth regulators combi- nation on the callus induction of Lilium martagon (in the dark)

No.	Rate of callus induced (%)	Number of buds/explant
CK	0.00 Dc	1.09±0.25 Bc
1	63.34±7.46 AB	1.13±0.33 AB
2	66.67±7.86 A	0.69±0.24 C
3	34.44±12.67 C	1.49±0.29 A
4	54.45±8.24 B	1.16±0.23 AB
5	77.14±7.82 a	1.46±0.28 bc
6	48.57±7.82 b	1.57±0.29 b
7	45.72±6.39 b	1.74±0.26 ab
8	68.57±15.65 a	2.00±0.35 a

表 3 不同浓度TDZ和NAA对欧洲百合愈伤组织诱导的影响(光周期为16小时光照/8小时黑暗)

Table 3 Effects of TDZ and NAA on the callus induction of Lilium martagon (under 16/8 h light/dark photoperiod)

No.	Rate of callus induced (%)	Number of buds/explant
CK	0.00 c	0.90±0.15 b
5	32.86±12.64 a	1.17±0.37 ab
6	16.67±11.78 b	1.37±0.48 a
7	13.34±7.46 bc	1.00±0.26 ab
8	20.00±13.94 ab	0.46±0.22 c

表 4 光暗培养条件对欧洲百合愈伤组织增殖的影响

Table 4 Effects of light/dark condition on callus proliferation of Lilium martagon

Light/dark condition	Proliferation coefficient
Photoperiod	1.39±0.21 b
Dark condition	1.86±0.30 a

表 5 不同浓度6-BA和NAA对欧洲百合愈伤组织增殖的影响(暗培养)

Table 5 Effects of 6-BA and NAA on callus proliferation of Lilium martagon (in the dark)

No.	Proliferation coefficient	Number of buds/callus
9	2.24±0.17 b	2.37±0.39 a
10	2.93±0.51 a	1.65±0.38 b
11	1.86±0.30 b	0.88±0.41 c

表 6 光暗培养条件对欧洲百合愈伤组织再生不定芽的影响

Table 6 Effects of light/dark condition on the callus differen- tiation of Lilium martagon

Light/dark condition	Differentiation rate of callus (%)	Number of buds/callus
Photoperiod	74.00±13.42 a	2.86±0.88 b
Dark condition	81.11±10.68 a	5.43±1.60 a

图 2 光暗培养条件下欧洲百合愈伤组织再生不定芽的动态变化(A) 再生率; (B) 不定芽再生系数

Figure 2 Dynamic change of callus differentiation of Lilium martagon cultured under different light/dark condition(A) Differentiation rate of callus; (B) Number of buds/callus

图 3 欧洲百合体胚发生和生根移栽(A)-(E) 暗培养条件下体胚的发育过程(Bar=0.5 mm); (F) 光培养条件下愈伤组织的再生(Bar=1 mm); (G)-(I) 光培养条件下分化的不定芽生根培养第1天、第5天和第15天(Bar=2 mm); (J)-(L) 暗培养条件下分化的不定芽生根培养第1天、第5天和第15天(Bar=2 mm); (M) 光培养条件下分化的不定芽生根(Bar=5 mm); (N) 暗培养条件下分化的不定芽生根(Bar=5 mm); (O) 完整植株(Bar=1 cm); (P) 移栽(Bar=2 cm)

Figure 3 Somatic embryogenesis and rooting of Lilium martagon(A)-(E) Developmental process of somatic embryos generated from callus cultured in the dark (Bar=0.5 mm); (F) Embryo-like structures obtained from callus under 16/8 h light/dark photoperiod (Bar=1 mm); (G)-(I) Day 1, 5 and 15 of rooting buds differentiated under 16/8 h light/dark photoperiod (Bar=2 mm); (J)-(L) Day 1, 5 and 15 of rooting buds differentiated in the dark (Bar=2 mm); (M) Rooting buds differentiated under 16/8 h light/dark photoperiod (Bar=5 mm); (N) Rooting buds differentiated in the dark (Bar=5 mm); (O) Plantlets (Bar=1 cm); (P) Transplantation (Bar=2 cm)

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