林业科学  2005, Vol. 41 Issue (2): 178-181   PDF    
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郭长禄, 陈力耕, 何新华, Syed Asgar Tori, 袁海英.
Guo Changlu, Chen Ligeng, He Xinhua, Syed Asgar Tori, Yuan Haiying.
银杏胚轴、子叶诱导胚状体发生及成苗的研究
Study on Somatic Embryogenesis of Embryonic Axis and Cotyledon in Ginkgo biloba and Plantlet Formation
林业科学, 2005, 41(2): 178-181.
Scientia Silvae Sinicae, 2005, 41(2): 178-181.

文章历史

收稿日期:2003-10-31

作者相关文章

郭长禄
陈力耕
何新华
Syed AsgarTori
袁海英

银杏胚轴、子叶诱导胚状体发生及成苗的研究
郭长禄1,2, 陈力耕1, 何新华1,3, Syed Asgar Tori1, 袁海英1     
1. 浙江大学农业部园艺植物生长发育与生物技术重点开放实验室 杭州 310029;
2. 哈尔滨工业大学海洋学院 威海 264209;
3. 广西大学农学院 南宁 530005
关键词: 银杏    胚轴    子叶    胚状体发生    植株再生    
Study on Somatic Embryogenesis of Embryonic Axis and Cotyledon in Ginkgo biloba and Plantlet Formation
Guo Changlu1,2, Chen Ligeng1, He Xinhua1,3, Syed Asgar Tori1, Yuan Haiying1     
1. Key Laboratory of Ministry of Agriculture for Growth Development and Biotechnology of Horticultural Plant, Zhejiang University Hangzhou 310029;
2. School of the Ocean, Harbin institute of technology Weihai 264209;
3. Agricultural College of Guangxi University Nanning 530005
Abstract: Embryonic axis and cotyledon of immature and mature embryos were induced as explants for embryogenesis in Ginkgo biloba. Results showed somatic embryos could be induced only through embryonic axis and cotyledon of immature embryos. MK + NAA 1 mg·L-1 + 6-BA 1 mg·L-1 was the best medium for somatic embryogenesis from embryonic axis, and somatic embryogenesis rate was 45.28%. MK + NAA 1.5 mg·L-1 + 6-BA 1 mg·L-1 was the best medium for somatic embryogenesis from cotyledon, and somatic embryogenesis rate was 12.9%. The growth and development of somatic embryos were promoted by adding 10% coconut milk into MK, and 34.48% somatic embryos could develop into plants.
Key words: Ginkgo biloba    embryonic axis    cotyledon    somatic embryogenesis    plant generation    

银杏(Ginkgo biloba)素有裸子植物“活化石”之称,在植物学上具有重要的研究价值;同时银杏的经济价值也很高,既可作为园林绿化树种,也是优良用材树种,且其种子、叶片富含营养与药用成分,用途广泛。然而银杏是雌雄异株植物,实生苗定植后一般需要20~30 a才能开花结果、分出雌雄,常规育种时间长、效率低。栽培过程中结实晚,早期收益低。因此应用生物技术改良品种和进行优良品种的快繁,前景都十分广阔。20世纪30年代以来,银杏组织培养主要以胚(Li,1934)、配子体(Tulecke,1957Rohr,1980)及营养器官(罗紫娟,1985)为材料,对胚胎学、形态发生及离体培养等进行研究,但由于银杏离体培养分化特别困难,均未得到丛生芽和胚状体;直到90年代,才相继采用不同的外植体,如花粉(Laurain et al., 1993a)、雌配子体(Laurain et al., 1993b)、未成熟胚(Laurain et al., 1996)、成熟胚(吴元立等,1998),成功地诱导出胚状体,但是这些胚状体最多也只是生长到显微结构上的子叶期,最长不过1 mm,便不再生长,褐化死亡。本研究从银杏未成熟胚的胚轴和子叶中得到胚状体,并获得完整植株。

1 材料与方法 1.1 材料

佛手银杏种子:9月中旬(未成熟胚)和10月下旬(成熟胚)采集于浙江大学华家池校区果园内。

1.2 方法

愈伤组织和胚状体的诱导:取银杏种子, 的乙醇浸泡约30 s后,0.1%的HgCl2浸泡8~10 min,无菌水冲洗3~5次,用无菌滤纸吸去种子表面水份,在操净台中取出胚,切除胚根,将胚轴和子叶分开,分别接种于附加了不同激素的诱导培养基上,2次重复,诱导愈伤组织和胚状体发生。接种后20 d统计胚轴和子叶的愈伤组织诱导率(表 1),50 d统计胚状体的诱导情况(表 2)。诱导胚状体的多少用每克愈伤组织所含的胚状体数来表示。

表 1 银杏胚轴、子叶愈伤组织诱导 Tab.1 Callus formation of embryonic axis and cotyledon
表 2 银杏胚轴、子叶胚状体诱导 Tab.2 Somatic embryo induction of embryonic axis and cotyledon

将诱导出胚状体的愈伤组织在无菌条件下取出,剥离胚状体,接种于分别含有不同浓度的活性炭(0,2,3,4 g·L-1)、蔗糖(0,10,30,40,50 g·L-1)和椰汁(0,10%,20%,30%)的MS、MK(即改良MS培养基,是MS培养基组分中MgSO4·7H2O改为3.7 g·L-1, KH2PO4改为1.7 g·L-1,其他同MS)、MS + IBA 0.5 mg·L-1培养基上,研究其对胚状体成苗的影响。

1.3 培养条件

培养温度(25±2) ℃,光照强度2 000 lx,光照时间16 h·d-1。基本培养基为MS、White、MK,用0.1 mol·L-1 HCl或1 mol·L-1 NaOH调节pH值,在灭菌前各基本培养基pH值为5.8,无特殊说明的,培养基中的蔗糖浓度均为30 g·L-1,琼脂为8 g·L-1,121 ℃灭菌15 min。

2 结果与分析 2.1 银杏胚轴、子叶愈伤组织诱导

表 1可知:相同条件下, 银杏未成熟胚胚轴和子叶愈伤组织诱导率差别不大,成熟胚子叶比胚轴更易产生愈伤组织,未成熟胚的子叶和胚轴愈伤组织诱导率都好于成熟胚。但无论成熟胚还是未成熟胚,胚轴产生的愈伤组织(图版Ⅰ-1)质量较好, 质地细腻、均匀一致;而子叶产生的愈伤组织质量较差, 不均匀, 尤其部分成熟胚子叶只表面愈伤化, 伸长较快, 生长一段时间后,愈伤组织易开裂。试验发现, 把长度为3 mm以上的子叶切割开培养, 较整个培养, 诱导愈伤组织的效果好, 可能是培养基和子叶的接触面积加大, 增加了培养基和激素对子叶的作用。3种基本培养基中,White培养基诱导愈伤组织的效果都比较差, 在MS培养基中附加激素NAA(0.5~1.5 mg·L-1)和6-BA 1 mg·L-1有利于愈伤组织的诱导, 而2, 4-D 1 mg·L-1和KT 1 mg·L-1不利于愈伤组织的形成。无论胚成熟与否,MS培养基和MK培养基都能很好地诱导子叶和胚轴愈伤组织的发生。

图版Ⅰ   Plate Ⅰ  
2.2 胚轴、子叶胚状体的诱导

愈伤组织产生后,部分愈伤组织可分化产生胚状体,其中有8种培养基可产生胚状体(表 2),而且只有未成熟胚的胚轴和子叶能分化胚状体,成熟胚的胚轴和子叶均不能分化。未成熟胚胚轴胚状体分化效果好于子叶,在MK + NAA 1 mg·L-1 + 6-BA 1 mg·L-1培养基上分化率最高,分化率为45.28%(图版Ⅰ-45),每克愈伤组织最多可产生胚状体32.5个,平均达18.33个。子叶在MK + NAA 1.5 mg·L-1 + 6-BA 1 mg·L-1培养基上分化率最高,分化率为12.9%(图版Ⅰ-23),每克愈伤组织最多可产生胚状体15.83个,平均9.17个。从激素水平来说,与诱导愈伤组织的效果相似,以NAA和6-BA配比为最佳,既有利于愈伤组织的形成,也有利于进一步分化胚状体; 而KT和2, 4-D不能诱导胚状体的发生。相对MS培养基来说,MK培养基更有利于胚轴和子叶胚状体的发生。

2.3 活性炭、蔗糖、椰汁对胚状体成苗的影响

胚状体在MS、MK、MS + IBA 0.5 mg·L-1培养基上不能生长, 褐化死亡。当活性炭增加到3 g·L-1时,胚状体在MS + IBA 0.5 mg·L-1培养基上稍有生长,但也褐化死亡,而在MK培养基上则生长发育较好,有10%胚状体生长成苗(图版Ⅰ-7),说明添加活性炭3 g·L-1有利于胚状体的生长发育。

蔗糖对胚状体生长发育也有一定影响,在蔗糖浓度为10 g·L-1的条件下,胚状体在各培养基上,不再生长,而且很快变黄、死亡,可能蔗糖的浓度太低,不能为胚状体的生长提供足够的营养。而随着蔗糖浓度的升高,胚状体推迟变黄,当浓度为40 g·L-1时,MK培养基上有19.23%胚状体生长成苗(图版Ⅰ-8)。但蔗糖浓度升至50 g·L-1时,胚状体又不能继续生长发育,说明MK培养基为基本培养基较好,胚状体最适的蔗糖浓度为40 g·L-1,过高过低都不利于胚状体的生长发育。胚状体成苗率低,也许是其他条件还不适宜胚状体的生长发育所致。

添加不同浓度的椰汁于MS、MS + IBA 0.5 mg·L-1培养基上,虽然都能使胚状体稍有生长,但不久都褐化死亡。在MK培养基中添加椰汁,胚状体的发育明显得到改善,在添加10%椰汁的培养基上,有34.48%胚状体生长成苗(图版Ⅰ-9),当浓度升高到20%时,有6.9%的胚状体发育成苗,当浓度再升高,胚状体虽然稍有生长,但不久褐化死亡。说明在MK培养基上添加10%椰汁对胚状体生长发育的促进效果最好,浓度太高不利于胚状体继续发育成苗,也说明MK培养基有利于胚状体成苗。

3 结论与讨论

未成熟胚处于植株的发育早期,脱分化后容易再分化,是组织培养中常用的外植体。有人认为被子植物(Vasil,1987)和裸子植物(Attree et al., 1993)未成熟胚诱导胚状体发生优于成熟胚,许多难分化的作物诱导分化获得成功,大部分先是以未成熟胚为外植体获得的。本试验采用佛手银杏成熟胚和未成熟胚的胚轴、子叶为外植体,结果只有未成熟胚胚轴、子叶能够诱导出胚状体,也说明了未成熟胚分化能力强于成熟胚。

MK培养基较MS培养基更易于形成胚状体,这可能由于MK培养基提供了更适合胚状体形成的营养条件。从外植体来看,未成熟胚的子叶、胚轴都能诱导出胚状体,子叶最大诱导率为12.9%,培养基为MK + NAA 1.5 mg·L-1 + 6-BA 1 mg·L-1;胚轴最大诱导率为45.28%,培养基为MK + NAA 1 mg·L-1 + 6-BA 1 mg·L-1。胚轴比子叶更易于分化胚状体。

由于选材和其他因素的影响,胚状体生长能力较差,许多情况下不能进一步生长发育(Liu et al., 1990)。银杏胚状体进一步发育也出现了类似的问题。本试验发现分别在MK培养基中附加适量的活性炭、蔗糖、椰汁处理胚状体,都能在不同程度上促进胚状体发育成苗。王伏雄等(1965)认为椰汁对银杏未成熟胚的生长发育有促进作用。本试验通过附加10%椰汁,胚状体的生长发育较好,34.48%的胚状体发育成苗,也进一步说明了椰汁有利于银杏胚状体生长发育。

参考文献(References)
罗紫娟. 1985. 银杏茎段的组织培养. 植物生理学通讯, (1): 35-36.
王伏雄, 陈祖铿. 1965. 银杏幼胚离体培养的研究——椰子乳汁对幼胚生长的影响. 植物学报, 13(3): 224-238.
吴元立, 严学成. 1998. 银杏成熟胚培养的细胞组织学观察. 林业科学, 34(4): 8-13. DOI:10.3321/j.issn:1001-7488.1998.04.002
Attree S M, Fowke L C. 1993. Embryogeny of gymnosperms:advances in synthetic seed technology of conifers. Plant Cell Tissue Organ Culture, 35: 1-35. DOI:10.1007/BF00043936
Laurain D, Chenieux J, Guiller J. 1993b. Direct embryogenesis from female haploid protoplasts of Ginkgo biloba L., a medicinal woody species. Plant Cell Reports, 12: 656-660.
Laurain D, Chenieux J, Guiller J. 1996. Somatic embryogenesis from immature zygotic embryos of Ginkgo biloba. Plant Cell Tissue and Organ Culture, 44: 19-24. DOI:10.1007/BF00045908
Laurain D, Guiller J, Chenieux J. 1993a. Embryogenesis from microspores of Ginkgo biloba L., a medicinal woody species. Plant Cell Reports, 12: 501-505.
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Tulecke W. 1957. The pollen of Ginkgo biloba:In vitro culture and tissue formation. America Journal Botany, 44: 602-608. DOI:10.1002/j.1537-2197.1957.tb10583.x
Vasil L K. 1987. Developing cell and tissue culture system for the improvement of cerealand grass crops. Plant Physiology, 128: 233-244. DOI:10.1016/S0176-1617(87)80237-7