芍药花药愈伤组织诱导及体细胞胚发生

doi:10.11983/CBB20195

摘要/Abstract

摘要： 以芍药(Paeonia lactiflora)品种粉玉奴花药为外植体, 研究不同浓度2,4-D对愈伤组织诱导、体胚发生及植株再生的影响, 采用组织细胞学方法观察愈伤组织以及体细胞胚发育过程, 采用根尖染色体法鉴定再生植株倍性。结果表明, 芍药花药愈伤组织诱导的最适培养基为MS+1 mg·L^-12,4-D+1 mg·L^-1 NAA+0.1 mg·L^-1 KT+30 g·L^-1蔗糖+6.5 g·L^-1琼脂, 愈伤组织诱导率为14.7%。转入体细胞胚诱导培养基上, 历经球形胚、心形胚、鱼雷胚和子叶胚阶段, 体胚诱导率为52.1%; 在成苗培养基中能够长出真叶并得到完整植株, 成苗率为47.1%。经根尖染色体法鉴定出单倍体和二倍体植株。该研究初步建立了通过体细胞胚间接发生途径实现植株再生的培养体系, 可为芍药属其它品种的花药培养提供借鉴, 获得的再生植株是芍药遗传学研究和育种工作的重要材料。

关键词: 芍药, 花药培养, 愈伤组织, 体细胞胚, 再生植株

Abstract: The anthers of Paeonia lactiflora cv. ‘Fenyunu’ were used as explants to study the effects of different concentrations of 2,4-D on callus induction, somatic embryogenesis and plant regeneration. The cell composition of callus and the development process of somatic embryos were observed with cytohistological method, and the ploidy of regenerated plants was identified using root tip squash method. The results showed that the suitable medium for callus induction of P. lactiflora anther was MS+1 mg·L^-12,4-D+1 mg·L^-1NAA+0.1 mg·L^-1KT+30 g·L^-1sucrose+6.5 g·L^-1agar, and the callus induction rate was 14.7%. The callus was transferred to somatic embryo induction medium and underwent stages of spherical embryo, heart-shaped embryo, torpedo embryo and cotyledon embryo, and the somatic embryo induction rate was 52.1%. Genuine leaves germinated in seedling medium and complete plants were obtained, and the seedling rate was 47.1%. Haploid and diploid plants were identified using root tip squash method. The study preliminarily established a culture system to implement plant regeneration through somatic embryogenesis, which also provided reference protocol for anther culture of other varieties of Paeonia. Regenerated plants are important materials for genetic research and haploid breeding of P. lactiflora.

Key words: Paeonia lactiflora, anther culture, callus, somatic embryos, regenerated plants

李艳敏, 蒋卉, 符真珠, 张晶, 袁欣, 王慧娟, 高杰, 董晓宇, 王利民, 张和臣. 芍药花药愈伤组织诱导及体细胞胚发生. 植物学报, 2021, 56(4): 443-450.

Yanmin Li, Hui Jiang, Zhenzhu Fu, Jing Zhang, Xin Yuan, Huijuan Wang, Jie Gao, Xiaoyu Dong, Limin Wang, Hechen Zhang. Callus Induction and Somatic Embryogenesis in Anther Culture of Paeonia lactiflora. Chinese Bulletin of Botany, 2021, 56(4): 443-450.

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图/表 6

表1 2,4-D浓度对花药愈伤组织诱导的影响(平均值±标准差)

Table 1 Effects of 2,4-D concentration on anther callus induction (means±SD)

Medium number	2,4-D (mg·L^-1)	NAA (mg·L^-1)	KT (mg·L^-1)	Callus induction rate (%)	Callus state
M1	1	1	0.1	14.7±3.64 a	Light brown, loose
M2	1.5	1	0.1	16.7±2.33 a	Light brown, loose
M3	2	1	0.1	14. 8±3.70 a	Brown, loose

图1 芍药花药愈伤组织的类型 (A) 浅褐色疏松愈伤组织(I型); (B) 褐色疏松愈伤组织(II型); (C) I型愈伤组织的显微结构; (D) II型愈伤组织的显微结构。短箭头示非胚性细胞(a型), 长箭头示胚性细胞(b型)。(A), (B) Bars=1 cm; (C), (D) Bars=100 μm

Figure 1 Types of Paeonia lactiflora anther callus (A) Light brown loose callus (type I); (B) Brown loose callus (type II); (C) The microstructure of type I; (D) The microstructure of type II. Short arrows refer to non-embryonic cells (type a) and long arrows refer to embryonic cells (type b); (A), (B) Bars=1 cm; (C), (D) Bars=100 μm

图2 芍药花药体细胞胚发育过程 (A) 球形胚; (B) 心形胚; (C) 鱼雷胚; (D) 子叶胚; (E) 成熟胚; (F) 再生植株; (G) 发育不同步的体胚; (H) 胚根伸长; (I) 胚芽萌发; (J) 子叶畸形胚; (A)-(D) Bars=2 mm; (E)-(J) Bars=1 cm

Figure 2 Anther somatic embryo development process of Paeonia lactiflora (A) Spherical embryo; (B) Heart-shaped embryo; (C) Torpedo embryo; (D) Cotyledon embryo; (E) Mature embryo; (F) Regenerating plants; (G) Somatic embryos with unsynchronized development; (H) Radicle elongation; (I) Germ germination; (J) Malformed cotyledon embryo; (A)-(D) Bars=2 mm; (E)-(J) Bars=1 cm

图3 芍药不同来源愈伤组织的体胚诱导率及成苗率不同小写字母表示在P<0.05水平差异显著。

Figure 3 Somatic embryo induction rate and seedling rate of Paeonia lactiflora calli from different sources Different lowercase letters indicate significant differences at P<0.05 level.

图4 芍药再生植株根尖细胞染色体观察 (A) 单倍体; (B) 二倍体; (C) 非整倍体; (D) 染色体不对称分裂。Bars=2 μm

Figure 4 Chromosome observation of root tip cells from plant regeneration of Paeonia lactiflora (A) Haploid; (B) Diploid; (C) Aneuploid; (D) Asymmetric chromosome division. Bars=2 μm

图5 芍药单倍体与二倍体再生植株对比 (A) 单倍体植株; (B) 二倍体植株。Bar=10 mm

Figure 5 Comparison of haploid and diploid plants of Paeonia lactiflora (A) Haploid plants; (B) Diploid plants. Bar=10 mm

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