專利名稱:一種通過成熟胚愈傷誘導(dǎo)進(jìn)行日本結(jié)縷草植株再生的方法及培養(yǎng)基的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于植物組織培養(yǎng)和植株再生技術(shù)領(lǐng)域,具體地說,本發(fā)明涉及以日本結(jié)縷草的成熟種子為外植體,通過愈傷組織誘導(dǎo)進(jìn)行植株再生的方法以及用于該方法的培養(yǎng)基。
背景技術(shù):
日本結(jié)縷草(Zoysia japonica Steud.)是草坪植物中應(yīng)用較廣泛、適應(yīng)性較強(qiáng)的一個暖季型草種。其分布廣、抗性強(qiáng),在現(xiàn)代城市綠化、運(yùn)動場建植及水土保持中都占有重要地位,但較短的青綠期成為限制其大量應(yīng)用的瓶頸,利用現(xiàn)代生物技術(shù),如遺傳轉(zhuǎn)化、原生質(zhì)體融合、體細(xì)胞突變體的誘導(dǎo)等,對日本結(jié)縷草進(jìn)行遺傳改良,為日本結(jié)縷草種質(zhì)的創(chuàng)新提供了廣闊的空間。要對日本結(jié)縷草進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化及體細(xì)胞突變體的誘導(dǎo),植株再生體系的建立是前提。
現(xiàn)有技術(shù)中的日本結(jié)縷草植株再生方法通常是這樣的將日本結(jié)縷草成熟胚接種在誘導(dǎo)培養(yǎng)基上誘導(dǎo)愈傷組織,對誘導(dǎo)出的愈傷組織進(jìn)行繼代培養(yǎng),再將愈傷組織轉(zhuǎn)入分化培養(yǎng)中誘導(dǎo)芽的產(chǎn)生(Al-KharyiJ M,Huang F H,Thompson L F,et al.Crop Science,1989,29(5)1324-1325;Asano Y.Plant cellRep,1989,8(3)141-143;Inokuma C,Sugiura K,Cho C,Okawara R,Kaneko S.Plant Cell Rep,1996,15737-741;李瑞芬等,結(jié)縷草愈傷組織誘導(dǎo)及植株再生,園藝學(xué)報,2003,30(3)355-357)。這些方法中產(chǎn)生的愈傷組織很難長期繼代并保持分化能力,因而很難作為遺傳轉(zhuǎn)化的受體。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷,提供一種離體培養(yǎng)日本結(jié)縷草的植株再生方法,特別是提供一種在離體培養(yǎng)條件下,通過成熟胚愈傷誘導(dǎo)進(jìn)行日本結(jié)縷草植株再生的方法及用于該方法的培養(yǎng)基,該方法及其培養(yǎng)基能夠使日本結(jié)縷草愈傷組織長期繼代并保持良好分化成正常植株能力。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種離體培養(yǎng)日本結(jié)縷草再生植株的方法,它包括下列步驟a)在含有誘導(dǎo)劑的培養(yǎng)基中培養(yǎng)日本結(jié)縷草的成熟種子,將其誘導(dǎo)出愈傷組織;b)挑選步驟a)得到的狀態(tài)良好的愈傷組織接種到愈傷組織增殖培養(yǎng)基上使其增殖;c)挑選步驟b)得到的狀態(tài)良好的愈傷組織接種到分化培養(yǎng)基上誘導(dǎo)芽叢,和d)將步驟c)得到的芽叢轉(zhuǎn)入生根培養(yǎng)基中生根,使其成為完整植株。
在本發(fā)明中解決愈傷組織長期繼代培養(yǎng)并保持良好分化能力的技術(shù)措施是從增殖的愈傷組織中挑選黃白色、顆粒狀、分散好的愈傷組織接種到長期繼代培養(yǎng)基上,使該愈傷組織能夠長期繼代并保持分化能力。
在本發(fā)明中,所述的培養(yǎng)基中的誘導(dǎo)劑選自2,4-二氯苯氧乙酸、6-芐基嘌呤或其組合。
它們的適宜濃度為2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)為2-4mg/L,6-BA為0.02-0.05mg/L。
在本發(fā)明中,所述的愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)基為N6的大量元素,MS的微量元素和有機(jī)成分,MS鐵鹽,水解乳蛋白500mg/L,脯氨酸500mg/L,2,4-D 2.0-4.0mg/L,6-BA 0.02-0.05mg/L,維生素B15.0mg/L,蔗糖30g/L,葡萄糖10g/L,固化瓊脂粉8g/L,加水至1L,調(diào)pH值為6.0。
所述的愈傷組織增殖培養(yǎng)基為MS基本培養(yǎng)基,水解乳蛋白500mg/L,脯氨酸500mg/L,2,4-D 1.5-2.5mg/L,維生素VB15.0mg/L,AgNO33.0mg/L,蔗糖30g/L,葡萄糖10g/L,固化瓊脂粉8g/L,加水至1L,調(diào)pH值為6.0。
所述的愈傷組織分化培養(yǎng)基為MS基本培養(yǎng)基,萘乙酸0.3mg/L,6-BA 1.0mg/L,蔗糖30g/L,固化瓊脂粉7g/L,加水至1L,pH值為6.0。
所述的愈傷組織長期繼代培養(yǎng)基為MS基本培養(yǎng)基,萘乙酸0.3mg/L,激動素0.5mg/L,6-芐基腺嘌呤1.0mg/L,蔗糖30g/L,固化瓊脂粉7g/L,加水至1L,調(diào)pH值為5.8。
用于由分化的芽叢誘導(dǎo)生根的生根培養(yǎng)基為1/2MS基本培養(yǎng)基附加固化瓊脂粉7g/L,加水至1L,調(diào)pH值為6.0。
特別指出,在實施上述的技術(shù)發(fā)明步驟中,為了使日本結(jié)縷草的愈傷組織達(dá)到長期繼代培養(yǎng)并保持良好的分化為植株的能力,應(yīng)挑選黃白色、顆粒狀、分散好的愈傷組織接種到繼代培養(yǎng)基上,按照本發(fā)明所提示的方法培養(yǎng)。
為了便于本發(fā)明的描述,上述各個步驟中,含有誘導(dǎo)劑、細(xì)胞分裂素的培養(yǎng)基分別稱為愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)基、愈傷組織增殖培養(yǎng)基、分化培養(yǎng)基、生根培養(yǎng)基及繼代培養(yǎng)基。用于配制上述各培養(yǎng)基的基礎(chǔ)培養(yǎng)基是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的常用培養(yǎng)基如MS培養(yǎng)基和N6培養(yǎng)基(培養(yǎng)基成分參見李明浚編譯.植物組織培養(yǎng),北京中國農(nóng)業(yè)出版社,1992)。在本發(fā)明中根據(jù)各步驟的需要,基礎(chǔ)培養(yǎng)基采用的主要是MS培養(yǎng)基(Murashige T.and F.Skoog.Physiol.Plant,1962,15473-497)和N6培養(yǎng)基(朱至清等.通過氮源比較實驗建立一種較好的水稻花藥培養(yǎng)基,中國科學(xué),1975,(5)484-490),但不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明的僅僅適用于該培養(yǎng)基。
在上述方法中,誘導(dǎo)劑是本領(lǐng)域技術(shù)人員常用來誘導(dǎo)愈傷組織的誘導(dǎo)劑。誘導(dǎo)劑宜選用萘乙酸(簡稱NAA)、吲哚乙酸(IBA),2,4-二氯苯氧乙酸(2、4-D)或其組合,較佳的誘導(dǎo)劑是2,4-二氯苯氧乙酸。2,4-D是影響外植體脫分化的關(guān)鍵因素,在本發(fā)明中,愈傷組織誘導(dǎo)發(fā)生階段,培養(yǎng)基中必須加入2,4-D,濃度宜為2-4mg/L,添加一定量的細(xì)胞分裂素6-BA(濃度為0.01-0.02mg/L)能明顯地提高有分化能力愈傷組織誘導(dǎo)率,但高濃度的6-BA(>0.1mg/L)則對愈傷組織有一定的傷害,使愈傷組織不但誘導(dǎo)量小、褐化并會逐漸死亡。
在上述方法中,愈傷組織的增殖階段也必須加入適量的2,4-D,其濃度宜為1.5-2.5mg/L。
上述誘導(dǎo)愈傷組織分化的細(xì)胞分類素和生長素是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的,在本發(fā)明的實踐中,較佳的細(xì)胞分裂素是6-BA(6-芐基腺嘌呤),其濃度宜為1.0mg/L,生長素為NAA,其濃度為0.3mg/L。
在上述方法中,愈傷組織的長期繼代培養(yǎng)基中2,4-D和KT(激動素)是關(guān)鍵激素,繼代過程中在培養(yǎng)基中添加0.2mg/L 6-BA能使愈傷組織趨于分化,不利于愈傷組織的保存。而0.3-0.5gm/L KT則能使愈傷組織長期保存而不降低分化率。
本發(fā)明可從日本結(jié)縷草成熟種子中高頻誘導(dǎo)愈傷組織,愈傷組織增殖培養(yǎng)后接種入分化培養(yǎng)基可誘導(dǎo)芽叢分化,挑選增殖培養(yǎng)后具有芽點樣物愈傷組織周圍的愈傷組織進(jìn)行繼代培養(yǎng),能長期保持這些愈傷組織的再生能力,截止到目前為止所繼代的愈傷組織已繼代(保存)了18個月。這些能保持高分化率的愈傷組織為以后的農(nóng)桿菌介導(dǎo)的日本結(jié)縷草的遺傳轉(zhuǎn)化以及體細(xì)胞突變體的誘導(dǎo)提供了良好的受體。
與已有的日本結(jié)縷草離體植株再生方法相比,本發(fā)明具有以下明顯的效果1、所用的愈傷組織誘導(dǎo)和繼代基本培養(yǎng)基以及培養(yǎng)基所附加的激素和附加物如所報道的技術(shù)文獻(xiàn)不同;2、本發(fā)明制備的日本結(jié)縷草愈傷組織在本發(fā)明制備的繼代和分化培養(yǎng)基上可長期繼代保存并保持良好的分化能力。
圖1由結(jié)縷草成熟種子誘導(dǎo)的愈傷組織圖2愈傷組織在增殖培養(yǎng)基上形成的微芽及其周圍產(chǎn)生的愈傷組織圖3將部分發(fā)育良好的具葉狀體結(jié)構(gòu)的微芽在1/2MS培養(yǎng)基上誘導(dǎo)成苗圖4繼代2次后處于分化狀態(tài)的愈傷組織及其周圍的愈傷組織圖5長期繼代保存了13個月的愈傷組織的形態(tài)特征圖6連續(xù)繼代13個月的愈傷組織接種于編號為D4的分化培養(yǎng)基上分化成苗圖7將圖3種誘導(dǎo)出的部分發(fā)育不太好的芽叢切分后轉(zhuǎn)移到1/2MS培養(yǎng)基上進(jìn)行誘導(dǎo)生根圖8移栽至田間栽培成活的結(jié)縷草植株具體實施方式
實施例1日本結(jié)縷草再生系統(tǒng)的建立1、試驗材料來源及其處理本發(fā)明的試驗材料成熟的日本結(jié)縷草(Zoysia japonica Steud)種子從北京中國種業(yè)集團(tuán)購買。在本發(fā)明中,日本結(jié)縷草的愈傷組織的誘導(dǎo)、繼代和分化沒有品種的限制。
將日本結(jié)縷草種子加蒸餾水在研缽中研磨15分鐘左右,自來水下沖洗去種皮,然后在超凈工作臺(或無菌接種箱)上用76%(V/V)酒精消毒30秒,再用0.1%(W/V)升汞溶液消毒20-25分鐘,無菌水漂洗5遍,每次洗滌3-5分鐘,得到用于處理的消毒種子,備用。
2、培養(yǎng)基設(shè)計表1,列出了本發(fā)明的各種培養(yǎng)基的成分及其用量。
表1 日本結(jié)縷草的離體培養(yǎng)基設(shè)計
說明MS基本培養(yǎng)基成分(參見李明浚編譯,植物組織培養(yǎng),中國農(nóng)業(yè)出版社,1992年版)。
N6基本培養(yǎng)基的大量元素(參見朱至清等,通過氮源比較實驗建立一種較好的水稻花藥培養(yǎng)基,中國科學(xué),1975,(5)484-490)在本發(fā)明中,培養(yǎng)基中各組分及簡稱如下2,4-D(2,4-二氯苯氧乙酸)、6-BA(6-芐基腺嘌呤)、NAA(α-萘乙酸,或稱萘乙酸)、IBA(吲哚丁酸)、CH(水解乳蛋白)、Pro(脯胺酸)、KT(激動素)、VB1(維生素B1))、蔗糖、葡萄糖和固化瓊脂粉均可市售購得。
3、接種與培養(yǎng)在超凈工作臺或無菌接種箱條件下,將處理好的成熟日本結(jié)縷草種子接種于分裝有愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中,每培養(yǎng)皿中接種約50粒種子,25±1℃暗培養(yǎng)(溫度25±1℃的暗培養(yǎng)箱中,24h)。5-7天后,有萌發(fā)潛力的胚皆萌發(fā)出芽,10天后在芽基部與種子接觸處膨大長出愈傷組織,少數(shù)不萌發(fā)的種子直接長出愈傷組織(見圖1)。最初長出的愈傷組織一般為乳白色或黃白色,一個月后挑呈團(tuán)簇狀的愈傷組織轉(zhuǎn)移到繼代培養(yǎng)基上,同一培養(yǎng)室弱光條件下(每天弱光照14h,光照強(qiáng)度100-500lx)培養(yǎng),該種愈傷組織迅速增值,并且一部分同時形成有葉狀體的微芽結(jié)構(gòu)(見圖2)。
培養(yǎng)8-10天后,將形成有葉狀體微芽結(jié)構(gòu)的愈傷組織和塊狀愈傷組織分別接種于1/2MS上,25±1℃下光照培養(yǎng)(培養(yǎng)室培養(yǎng)溫度25±1℃,光照強(qiáng)度1000-1500lx,每天光照14h),大約7天后具微芽結(jié)構(gòu)的愈傷組織便形成完整植株;15天后塊狀愈傷組織也形成完整植株(見圖3)。
當(dāng)小苗長得很健壯時,打開培養(yǎng)盒蓋,使小植株適應(yīng)環(huán)境2-3天。然后洗凈根上的培養(yǎng)基,剪掉少量須根和大部分莖葉,將小苗移栽到一次性塑料杯中,小水灌透。先放在模擬大自然環(huán)境的光照培養(yǎng)箱3-5天,使其長出新根后移栽于室外的花盆或大田中,成活率達(dá)100%(見圖8)。
實施例2不同濃度KT對愈傷組織的長期繼代保存的影響(1)材料愈傷組織經(jīng)2-3代增殖培養(yǎng)后形成的一種分化狀態(tài)的愈傷組織,將該愈傷組織進(jìn)行長期繼代培養(yǎng)。
(2)愈傷組織繼代培養(yǎng)基的配制愈傷組織繼代培養(yǎng)基的配制如表1所示。為了探索不同濃度KT對連續(xù)繼代的日本結(jié)縷草的影響,在本實施例中申請人特別增加了如表2所示的培養(yǎng)基進(jìn)行比較試驗。
3、培養(yǎng)方法將誘導(dǎo)出的緊實愈傷組織在經(jīng)2-3代繼代培養(yǎng)后形成了一種分化狀態(tài)的愈傷組織(見圖4所示)。選擇分化狀態(tài)愈傷組織周圍顏色呈黃白色、顆粒狀、分散性好的愈傷組織,或在芽狀體結(jié)構(gòu)周圍形成的具有顆粒狀、干燥、硬實的愈傷組織進(jìn)行繼代培養(yǎng),建立起愈傷組織無性系。在此過程中,激動素KT對愈傷組織的連續(xù)繼代起著重要的作用。在繼代培養(yǎng)中,當(dāng)KT濃度為0.3mg/L,愈傷組織中有少量的芽點樣物產(chǎn)生,而且硬實的愈傷組織的量過少,不利于其增殖;當(dāng)KT濃度在0.5-1.0mg/L時,整個培養(yǎng)物中硬實的愈傷組織產(chǎn)生量大,而且愈傷組織中有芽點樣物產(chǎn)生,有利于愈傷組織的保存;當(dāng)KT濃度達(dá)2.0mg/L時,由于產(chǎn)生的芽點樣物過多而愈傷組織的量少而不利于愈傷組織的保存;當(dāng)加入細(xì)胞分裂素6-BA 0.2mg/L時,愈傷組織培養(yǎng)物的情況同加入KT2.0mg/L的情況差不多,即,芽點樣物過多而愈傷組織的量少,不利于愈傷組織的進(jìn)一步的保存。因此,根據(jù)愈傷組織狀態(tài)、愈傷組織量以及愈傷組織中芽點樣物的產(chǎn)生量,選用適當(dāng)濃度(一般為0.5-1.0mg/L)的KT有利于愈傷組織的繼代保存。由于添加KT0.5mg/L或KT1.0mg/L的培養(yǎng)基中愈傷組織狀態(tài)差別不大,最后選用添加KT0.5mg/L的培養(yǎng)基為最適合的繼代培養(yǎng)基。在此種培養(yǎng)基上,通過繼代保存的愈傷組織截止到2005年5月已經(jīng)長達(dá)18個月。
表2 不同KT濃度及0.2mg/L 6-BA對日本結(jié)縷草愈傷組織繼代的影響
說明接種所用愈傷組織塊的大小約10克/鮮重實施例3連續(xù)不斷繼代的日本結(jié)縷草愈傷組織在不同分化培養(yǎng)基上的分化率用于愈傷組織分化培養(yǎng)基的配制如表1所示。
本發(fā)明長久保存的愈傷組織往往是多種狀態(tài)共存的(見圖5),黑色箭頭所指為保存時挑選的愈傷組織,藍(lán)色箭頭所指為只具有增殖能力而無分化能力的愈傷組織,紅色箭頭所指為一種組織化程度較高的愈傷組織,它的產(chǎn)生是本發(fā)明中繼代保存的愈傷組織具有保存價值的一種標(biāo)志。
在本實施例中,申請人利用繼代了6代的愈傷組織用于分化芽和植株的試驗。申請人在表1所示的通用分化培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上,特別設(shè)計了如表3所示的分化培養(yǎng)基,以確定本發(fā)明最適分化培養(yǎng)基。
本實施例的愈傷組織在不同分化培養(yǎng)基上的分化效果如表4所示。
從表4可以看出,利用如圖5紅色箭頭所指為一種組織化程度較高的愈傷組織,具有很強(qiáng)的分化能力,在添加不同激素的9種培養(yǎng)基中都可以分化出苗,甚至在不加任何激素的1/2MS培養(yǎng)基中也能分化出苗(見圖6)。
表3 連續(xù)繼代保存的結(jié)縷草愈傷組織分化成苗的不同培養(yǎng)基編號及成分
說明(1)連續(xù)繼代的愈傷組織是指繼代了6代,從接種到愈傷組織的利用約45天。
(2)MS基本培養(yǎng)基來源見表1所附的參考文獻(xiàn)。
表4 可連續(xù)繼代保存愈傷組織在10種不同分化培養(yǎng)基上的分化率
說明接種所用愈傷組織塊的大小約10克/鮮重根據(jù)表4的結(jié)果發(fā)明人建議在本發(fā)明中有利分化的BA添加量適宜濃度為0.5-2mg/L,最佳濃度為1.0mg/L,NAA添加量適宜濃度為0.2-2.0mg/L,最佳濃度為0.3mg/L。
權(quán)利要求
1.一種離體培養(yǎng)日本結(jié)縷草的植株再生方法,它包括下列步驟a)在含有誘導(dǎo)劑的培養(yǎng)基中培養(yǎng)日本結(jié)縷草的成熟種子,將其誘導(dǎo)出愈傷組織;b)挑選步驟a)得到的狀態(tài)良好的愈傷組織接種到愈傷組織增殖培養(yǎng)基上使其增殖;c)挑選步驟b)得到的狀態(tài)良好的愈傷組織接種到分化培養(yǎng)基上誘導(dǎo)芽叢,和d)將步驟c)得到的芽叢轉(zhuǎn)入生根培養(yǎng)基中生根,使其成為完整植株。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,其中的方法包括挑選黃白色、顆粒狀、分散好的愈傷組織接種到長期繼代培養(yǎng)基上,使該愈傷組織進(jìn)行長期繼代并保持分化能力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述誘導(dǎo)劑選自2,4-二氯苯氧乙酸、6-芐基嘌呤或其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,所述2,4-D為2-4mg/L,6-BA為0.02-0.05mg/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征還在于,愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)基為N6的大量元素,MS的微量元素和有機(jī)成分,MS鐵鹽,水解乳蛋白500mg/L,脯氨酸500mg/L,2,4-D 2.0-4.0mg/L,6-BA 0.02-0.05mg/L,維生素B15.0mg/L,蔗糖30g/L,葡萄糖10g/L,固化瓊脂粉8g/L,加水至1L,調(diào)pH值為6.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,愈傷組織增殖培養(yǎng)基為MS基本培養(yǎng)基,水解乳蛋白500mg/L,脯氨酸500mg/L,2,4-D 1.5-2.5mg/L,維生素VB15.0mg/L,AgNO33.0mg/L,蔗糖30g/L,葡萄糖10g/L,固化瓊脂粉8g/L,加水至1L,調(diào)pH值為6.0。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于愈傷組織分化培養(yǎng)基為MS基本培養(yǎng)基,萘乙酸0.3mg/L,6-BA 1.0mg/L,蔗糖30g/L,固化瓊脂粉7g/L,加水至1L,pH值為6.0。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,愈傷組織長期繼代培養(yǎng)基為MS基本培養(yǎng)基,萘乙酸0.3mg/L,激動素0.5mg/L,6-芐基腺嘌呤1.0mg/L,蔗糖30g/L,固化瓊脂粉7g/L,加水至1L,調(diào)pH值為5.8。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中的生根培養(yǎng)基為1/2MS基本培養(yǎng)基附加固化瓊脂粉7g/L。
全文摘要
本發(fā)明屬于植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域。以草坪草品種日本結(jié)縷草(Zoysia japonica Steud)的成熟種子為外植體誘導(dǎo)愈傷組織,通過愈傷組織增殖(或通過長期繼代),最后誘導(dǎo)分化為完整小植株。本發(fā)明包括下列步驟a)在含有愈傷誘導(dǎo)劑的培養(yǎng)基中培養(yǎng)日本結(jié)縷草的成熟種子并誘導(dǎo)愈傷組織;b)挑選狀態(tài)良好的愈傷組織到增殖(或繼代)培養(yǎng)基上增殖或繼代;c)挑選狀態(tài)良好的經(jīng)過增殖或者繼代的愈傷組織到分化培養(yǎng)基上誘導(dǎo)成完整小植株。本發(fā)明還包括將增殖或繼代培養(yǎng)基上的黃色脆性胚性愈傷接種到繼代培養(yǎng)基上作長期繼代并保持分化。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明顯著提高了結(jié)縷草外植體愈傷誘導(dǎo)率和植株再生的效率。
文檔編號A01H4/00GK1748477SQ200510019550
公開日2006年3月22日 申請日期2005年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月8日
發(fā)明者包滿珠, 樊曉莉, 張俊衛(wèi), 劉國鋒, 高麗萍, 胡惠蓉, 王文恩 申請人:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)