羊草成熟胚诱导愈伤组织及植株再生系统的优化

doi:10.11983/CBB19223

摘要/Abstract

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

肖燕,王振兴,李东明,齐艳华,恩和巴雅尔. 羊草成熟胚诱导愈伤组织及植株再生系统的优化. 植物学报, 2020, 55(2): 192-198.

Yan Xiao,Zhenxing Wang,Dongming Li,Yanhua Qi, Enhebayaer. Optimization of Tissue Culture and Plant Regeneration System of Mature Embryo of Leymus chinensis. Chinese Bulletin of Botany, 2020, 55(2): 192-198.

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图/表 4

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

Figure 1 Induction efficiency of different 2,4-D concentra- tions in mature embryos of Leymus chinensis under light/dark conditions for 20 days * 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)

Table 1 Differentiation efficiency of Leymus chinensis callus under different concentrations of 6-BA and NAA (means±SE)

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。

Figure 2 Effect of different NAA concentrations on rooting of tissue culture seedlings in Leymus chinensis (A) Rooting of 2.0-3.0 cm of seedlings; (B) Rooting of 3.1-5.0 cm of seedlings; (C) Rooting of 5.1-7.0 cm of seedlings. All seedlings with (0.5±0.1) cm of primary root and 3-5 of adventitious roots were used to the related experiments.

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

Figure 3 Induction, subculture, differentiation and transplanting of mature embryos of Leymus chinensis (A) Mature embryo induction for 5 days; (B) Mature embryo induction for 20 days; (C) Subculture of callus; (D) Callus differentiation; (E) The differentiated 40-day seedlings; (F) Rooting culture for 14 days; (G) Plants transplanted for 14 days; (H) Plants transplanted for 2 months. Bars=1 cm

参考文献 7

[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]	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.