植物学报 ›› 2020, Vol. 55 ›› Issue (2): 192-198.doi: 10.11983/CBB19223

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羊草成熟胚诱导愈伤组织及植株再生系统的优化

肖燕1,王振兴1,李东明2,齐艳华2,恩和巴雅尔1()   

  1. 1 内蒙古师范大学生命科学与技术学院, 呼和浩特 010022
    2 内蒙古大学生命科学学院, 牧草与特色作物生物技术教育部重点实验室, 呼和浩特 010000
  • 收稿日期:2019-11-17 接受日期:2020-02-26 出版日期:2020-03-01 发布日期:2020-02-26
  • 通讯作者: 恩和巴雅尔 E-mail:nmsdenhe@imnu.edu.cn
  • 基金资助:
    内蒙古大学骏马计划高层次人才启动经费(21400-5195108)

Optimization of Tissue Culture and Plant Regeneration System of Mature Embryo of Leymus chinensis

Xiao Yan1,Wang Zhenxing1,Li Dongming2,Qi Yanhua2, Enhebayaer1()   

  1. 1 College of Life Science and Technology, Inner Mongolia Normal University, Huhehot 010022, China
    2 Key Laboratory of Herbage and Endemic Crop Biotechnology, Ministry of Education, School of Life Sciences, Inner Mongolia University, Huhehot 010000, China
  • Received:2019-11-17 Accepted:2020-02-26 Online:2020-03-01 Published:2020-02-26
  • Contact: Enhebayaer E-mail:nmsdenhe@imnu.edu.cn

摘要:

羊草(Leymus chinensis)为异源四倍体禾本科牧草, 利用成熟胚诱导愈伤组织获得再生植株的效率极低, 难以运用遗传转化方法进行品种改良。我们以羊草成熟胚为外植体, 使用适宜羊草愈伤组织生长的新型培养基配方, 筛选诱导愈伤组织、不定芽分化及生根阶段的最适植物激素浓度、光照和温度条件, 从而优化羊草成熟胚的组织培养方案。研究结果表明, 羊草成熟胚诱导阶段2,4-D的最适浓度为2.0 mg·L -1, 变温暗培养, 诱导率可达74.1%; 分化阶段6-BA和NAA的最适浓度均为1.0 mg·L -1, 分化率可达57.1%; 生根阶段NAA的最适浓度为0.25 mg·L -1, 移栽后成活率为100%。

关键词: 成熟胚, 羊草, 愈伤组织, 植物激素, 植株再生

Abstract:

Leymus chinensis is a heterotetraploid grass. It is hard to use genetic transformation method for improving breeding since the efficiency of regeneration using callus induced from mature embryo is very low. In this study, we optimized the protocol of culturing mature embryo with L. chinensis as explants by screening optimum plant hormone concentrations, light conditions and culturing temperatures at different culturing stages including callus induction, differentiation, rooting and transplanting. Our results showed at the callus induction stage, the induction rate could reach up to 74.1% under 2.0 mg·L -12,4-D, variable temperature and dark culture. The differentiation rate could reach up to 57.1% with optimum condition of 1.0 mg·L -16-BA and 1.0 mg·L -1NAA. In the rooting stage, the survival rate was 100% when cultured with 0.25 mg·L -1NAA.

Key words: mature embryo, Leymus chinensis, callus, plant hormone, plant regeneration

图1

羊草成熟胚在光照/黑暗条件下不同2,4-D浓度诱导20天的诱导率 * P<0.05; ** P<0.01; ****P<0.0001"

表1

不同浓度6-BA和NAA配比下羊草愈伤组织的分化率(平均值±标准误)"

6-BA/NAA (mg·L-1) Callus number The number of adventitious buds in proliferation The number of roots in reproduction Differentiation
efficiency (%)
0.5/0.25 21 0 0 0
1.0/0.25 21 1A 4+ 4.8±4.8 ab
2.0/0.25 21 0 0 0
3.0/0.25 21 3AB 0 14.3±8.3 abcd
4.0/0.25 21 8AB 0 38.1±4.8 efgh
5.0/0.25 21 4A 0 19.1±4.8 abcde
0.5/0.5 21 0 0 0
1.0/0.5 21 7BC 6+ 33.3±9.5 defg
2.0/0.5 21 10BC 5+ 47.6±9.5 gh
3.0/0.5 21 7AB 4 33.3±4.8 defg
4.0/0.5 21 10AB 0 47.6±9.5 gh
5.0/0.5 21 3BC 0 14.3±0 abcd
0.5/1.0 21 2A 8+ 9.5±4.8 abc
1.0/1.0 21 12AB 4 57.1±4.8 h
2.0/1.0 21 9A 0 42.9±8.3 fgh
3.0/1.0 21 5AC 3 23.8±8.3 bcdef
4.0/1.0 21 4A 1+ 19.1±4.8 abcde
5.0/1.0 21 5A 0 23.8±12.6 bcdef
0.5/2.0 21 5ABC 9+ 23.8±4.8 bcdef
1.0/2.0 21 1A 5 4.8±4.8 ab
2.0/2.0 21 0 0 0
3.0/2.0 21 2A 1+ 9.5±4.8 abc
4.0/2.0 21 2AB 4 9.5±4.8 abc
5.0/2.0 21 0 0 0
0.5/3.0 21 1A 3 4.8±4.8 ab
1.0/3.0 21 4A 3 19.1±4.8 abcde
2.0/3.0 21 7AB 3 33.3±4.8 defg
3.0/3.0 21 10ABC 1 47.6±9.5 gh
4.0/3.0 21 0 0 0
5.0/3.0 21 0 0 0
0.5/4.0 21 6A 3 28.6±8.2 cdefg
1.0/4.0 21 0 0 0
2.0/4.0 21 8AB 2 38.1±4.8 efgh
3.0/4.0 21 0 0 0
4.0/4.0 21 3AB 5 14.3±8.2 abcd
5.0/4.0 21 6AB 0 28.6±8.2 cdefg

图2

不同浓度NAA对羊草组培苗生根的影响 (A) 株高2.0-3.0 cm幼苗的生根; (B) 株高3.1-5.0 cm幼苗的生根; (C) 株高5.1-7.0 cm幼苗的生根。所有数据均是在幼苗具有3-5个不定根及主根长为(0.5±0.1) cm时测定。"

图3

羊草成熟胚的诱导、继代、分化和移栽 (A) 成熟胚诱导5天; (B) 成熟胚诱导20天; (C) 愈伤组织的继代; (D) 愈伤组织的分化; (E) 分化培养40天的幼苗; (F) 生根培养14天的幼苗; (G) 移栽14天的植株; (H) 移栽2个月的植株。Bars=1 cm"

[1] 崔秋华, 张玉珍, 朴铁夫, 顾德峰, 张为群, 许耀奎, 孙振雷, 刘海学 ( 1990). 羊草胚性愈伤组织的形成及植株再生. 吉林农业大学学报 12(3), 1-5.
[2] 韩德复 ( 1996). 羊草组织培养的研究. 吉林农业大学学报 18(S1), 140-141.
[3] 孔祥军, 梁正伟 ( 2007). 羊草分子生物学研究进展. 生命科学研究 11, 289-294.
[4] 孔祥军, 梁正伟, 马红媛, 刘淼 ( 2008). 变温培养对羊草胚性愈伤组织诱导率的影响. 生物技术 10(5), 60-62.
[5] 李艳波, 李凤芹 ( 1998). 松嫩盐碱草地羊草群落的产量动态. 黑龙江大学自然科学学报 15(2), 103-106.
[6] 刘滨硕, 康春莉, 王鑫, 包国章 ( 2014). 羊草对盐碱胁迫的生理生化响应特征. 农业工程学报 30(23), 166-173.
[7] 刘公社, 汪恩华, 刘杰, 齐冬梅, 李芳芳 ( 2002). 羊草幼穗离体培养诱导植株再生的研究. 草地学报 10, 198-202.
[8] 马红媛, 梁正伟 ( 2007). 不同pH值土壤及其浸提液对羊草种子萌发和幼苗生长的影响. 植物学通报 24, 181-188.
[9] 孟宪宝 ( 2010). 优质饲草羊草栽培技术. 黑龙江畜牧兽医 13, 97-98.
[10] 曲同宝 ( 2004). 羊草遗传转化受体系统的建立及转BADH基因的研究. 硕士论文. 吉林: 吉林农业大学. pp.12-25.
[11] 曲同宝, 孟繁勇, 张友民, 王丕武 ( 2010). 影响羊草愈伤组织分化因素的研究. 安徽农业科学 38, 6125-6127, 6130.
[12] 曲同宝, 王丕武, 关淑艳, 刘玲芝 ( 2004). 羊草组织培养及再生系统的建立. 草业学报 13(5), 91-94.
[13] 汪恩华 ( 2002). 羊草繁殖生物学特性的研究.硕士论文. 北京: 中国科学院植物研究所. pp.39-45.
[14] 魏琪, 胡国富, 李凤兰, 胡宝忠 ( 2005). 羊草种子愈伤组织的诱导及植株再生. 东北农业大学学报 36, 41-44.
[15] 张莹, 李晓峰, 刘公社, 陈耀锋 ( 2007). 羊草愈伤组织状态的调控. 西北农林科技大学学报(自然科学版) 35(5), 111-114.
[16] 张玉芬, 周道玮 ( 2002). 羊草分化及育种研究进展. 中国草地 24(2), 54-58, 74.
[17] 周道玮, 李强, 宋彦涛, 王学志 ( 2011). 松嫩平原羊草草地盐碱化过程. 应用生态学报 22, 1423-1430.
[18] 邹吉祥 ( 2012). 羊草高频再生体系建立及转CodA基因的初步探索. 硕士论文. 吉林: 延边大学. pp.3-4.
[19] Hiei Y, Ohta S, Komari T, Kumashiro T ( 1994). Efficient transformation of rice ( Oryza sativa L.) mediated by Agrobacterium and sequence analysis of the boundaries of the T-DNA. Plant J 6, 271-282.
[20] Liu BS, Kang CL, Wang X, Bao GZ ( 2015). Tolerance mechanisms of Leymus chinensis to salt-alkaline stress. Acta Agric Scand Sect B-Soil Plant Sci 65, 723-734.
[21] Mathur S, Tomar RS, Jajoo A ( 2019). Arbuscularmycorrhizal fungi (AMF) protects photosynthetic apparatus of wheat under drought stress. Photosyn Res 139, 227-238.
[22] Olson RE, Rudney H ( 1983). Biosynthesis of ubiquinone. Vitam Horm 40, 1-43.
[23] Zhu TC, Li JD, Yang DC ( 1981). A study of the ecology of Yang-cao (Leymus chinensis) grassland in Northern China. In: Proceedings of the 14th International Grassland Congress. Lexington: Westview. pp. 429-431.
[1] 谢道昕. 独脚金内酯信号途径的新发现——抑制子也是转录因子[J]. 植物学报, 2020, 55(4): 0-0.
[2] 徐佳慧 代宇佳 罗晓峰 舒凯 谭伟明. 植物激素研究中的化学生物学思路与应用[J]. 植物学报, 2020, 55(3): 0-0.
[3] 赖先军,张义正,古英洪,颜朗. 转昆虫抗冻蛋白基因增强甘薯抗冻能力[J]. 植物学报, 2020, 55(1): 9-20.
[4] 张文婷,何燕红,舒宁,邢景景,刘宝骏,包满珠,刘国锋. 金黄花滇百合植株再生与离体快繁技术体系的建立[J]. 植物学报, 2019, 54(6): 773-778.
[5] 冯莹, 钱莲文, 林庆良. 不同激素对青钱柳外植体和愈伤组织褐化的影响[J]. 植物学报, 2019, 54(5): 634-641.
[6] 郭佳, 李衍素, 贺超兴, 闫妍, 于贤昌. 南瓜高效再生体系的建立[J]. 植物学报, 2019, 54(4): 539-546.
[7] 范业赓, 丘立杭, 黄杏, 周慧文, 甘崇琨, 李杨瑞, 杨荣仲, 吴建明, 陈荣发. 甘蔗节间伸长过程赤霉素生物合成关键基因的表达及相关植物激素动态变化[J]. 植物学报, 2019, 54(4): 486-496.
[8] 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[J]. 植物学报, 2018, 53(6): 840-847.
[9] 张天鹏, 杨兴洪. 番茄果实早期发育的分子生理机制研究进展[J]. 植物学报, 2018, 53(6): 856-866.
[10] 刘铭, 刘霞, 孙然, 李玉灵, 杜克久. 多氯联苯促进毛白杨不定根分化的效应[J]. 植物学报, 2018, 53(6): 764-772.
[11] 郑云凤, 张晓曼, 刘晓. 红宝石球花报春腋芽再生体系的建立[J]. 植物学报, 2018, 53(5): 686-692.
[12] 李瑞雪, 李纪强, 蒲腾飞, 张晓丽, 赵喜亭, 李俊华, 李明军. 怀山药类原球茎的诱导形成与植株再生[J]. 植物学报, 2018, 53(3): 334-340.
[13] 张璐, 郝匕台, 齐丽雪, 李艳龙, 徐慧敏, 杨丽娜, 宝音陶格涛. 草原群落生物量和土壤有机质含量对改良措施的动态响应[J]. 植物生态学报, 2018, 42(3): 317-326.
[14] 王宏亮, 郭思义, 王棚涛, 宋纯鹏. 植物气孔发育机制研究进展[J]. 植物学报, 2018, 53(2): 164-174.
[15] 帅海威, 孟永杰, 陈锋, 周文冠, 罗晓峰, 杨文钰, 舒凯. 植物荫蔽胁迫的激素信号响应[J]. 植物学报, 2018, 53(1): 139-148.
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  Discussed   
[1] 周荣汉 李家升. 植物资源利用与开发(三)[J]. 植物学报, 1994, 11(03): 50 -54 .
[2] 陈馥衡 范浚深. 新型切花保鲜剂氨氧基乙酸[J]. 植物学报, 1988, 5(02): 127 .
[3] 贺锋 陈辉蓉 吴振斌. 植物间的相生相克效应[J]. 植物学报, 1999, 16(01): 19 -27 .
[4] 强科斌. 苍耳花的形态解剖学研究[J]. 植物学报, 1994, 11(专辑): 66 .
[5] 周广胜 邢雪荣 王辉民. 植被在全球气候变化中的作用[J]. 植物学报, 1995, 12(专辑2): 190 -194 .
[6] 周青 杨静 邵爱华 王雅玲. NaHSO3 对水稻幼苗根系生长及生理活性影响的研究[J]. 植物学报, 1998, 15(03): 51 -53 .
[7] 韩燕来 徐芳森 段海燕 石磊 王运华. 拟南芥养分离子转运蛋白研究进展[J]. 植物学报, 2003, 20(01): 23 -35 .
[8] 吴杰, 赵鑫, 宁伟. 东北地区蒲公英属瘦果微形态特征及其分类学意义[J]. 植物学报, 2011, 46(4): 437 -446 .
[9] 董淼, 黄越, 陈文铎, 徐涛, 郎秋蕾. 降解组测序技术在植物miRNA研究中的应用[J]. 植物学报, 2013, 48(3): 344 -353 .
[10] 夏奕生 邵廷富. 果实成熟的生理生化研究进展[J]. 植物学报, 1989, 6(01): 5 -8 .