N+注入誘導(dǎo)肉蓯蓉種子萌發(fā)的研究

白 靜，張汝民，高 巖*

(1.山西大同大學(xué)農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，山西大同 037009；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019）

N+注入誘導(dǎo)肉蓯蓉種子萌發(fā)的研究

白 靜1，張汝民2，高 巖2*

(1.山西大同大學(xué)農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，山西大同 037009；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019）

為了探討離子束處理對(duì)肉蓯蓉種子萌發(fā)形成吸器特性的影響，從而提高肉蓯蓉種子的萌發(fā)率，提出萌發(fā)機(jī)制，采用組織培養(yǎng)的方法對(duì)N+注入的肉蓯蓉種子進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn).結(jié)果表明：注入的N+劑量為1 000時(shí)誘導(dǎo)肉蓯蓉種子的萌發(fā)率最高為20%.用N+注入預(yù)處理后的肉蓯蓉接種在添加不同濃度的6-BA、GA3和IBA的MS培養(yǎng)基上誘導(dǎo)形成吸器的效果比直接接種在MS培養(yǎng)基上的效果要好，萌發(fā)率達(dá)23.3%.

肉蓯蓉 種子 離子束 N+注入 吸器

肉蓯蓉(Cistanche deserticola)是列當(dāng)科一種專性根寄生藥用植物，其寄主為藜科植物梭梭(Haloxylon ammodendron).肉蓯蓉種子胚為球形原胚，發(fā)育不完全，在自然條件下需經(jīng)歷一定時(shí)間的形態(tài)后熟與生理后熟期，在特定化學(xué)誘導(dǎo)物質(zhì)存在的條件下肉蓯蓉種子才能夠萌發(fā)形成吸器[1，2].目前關(guān)于肉蓯蓉的研究主要集中在人工栽培技術(shù)[3]、組織培養(yǎng)誘導(dǎo)愈傷組織形成和種子萌發(fā)等方面[4-7].但由于肉蓯蓉種子萌發(fā)難的原因，而且在誘導(dǎo)形成吸器的過(guò)程中要克服其對(duì)寄主的依賴才能使之萌發(fā)的研究卻很少.至今為止，關(guān)于離子注入預(yù)處理和外源激素調(diào)控肉蓯蓉種子萌發(fā)的機(jī)理還不是十分清楚.本研究利用組織培養(yǎng)技術(shù)，采用離子注入預(yù)處理和外源激素誘導(dǎo)肉蓯蓉種子在脫離寄主條件下萌發(fā)，以期從根本上解決肉蓯蓉種子萌發(fā)困難和接種率低的問(wèn)題，為擴(kuò)大肉蓯蓉人工栽培提供科學(xué)依據(jù).

1 材料

供試肉蓯蓉(Cistanche deserticola Y.C.Ma)種子是由內(nèi)蒙古阿拉善盟林業(yè)科學(xué)研究所提供，于2005年6－7月采自內(nèi)蒙古阿拉善盟吉蘭泰地區(qū)野生肉蓯蓉植株上，采回的種子放置于冰箱中4℃保存.

以MS培養(yǎng)基為基本成分，培養(yǎng)基的蔗糖質(zhì)量濃度為30 g/L，采用7.0%的瓊脂固化.

2 方法

2.1 等離子體浸沒(méi)N+注入

挑選大小均勻，綜合性狀良好的肉蓯蓉種子，于2006年6月在內(nèi)蒙古大學(xué)等離子體物理研究室進(jìn)行等離子體浸沒(méi) N+注入.射頻電源的工作頻率為24.7 MHz，振蕩功率為800 w，負(fù)高壓注入脈沖的幅度為20 k V，脈寬約為2μs，重復(fù)頻率為100 Hz.以未處理作對(duì)照.

2.2 接種方法

肉蓯蓉種子用不同劑量的N+轟擊處理，剝?nèi)シN皮，將其用0.1%HgCl2消毒1～2min，再用無(wú)菌水沖洗5～6次，接種在MS培養(yǎng)基和添加不同激素的MS培養(yǎng)基中，不添加任何化學(xué)誘導(dǎo)物.在接種過(guò)程中為了滿足種子的群體效應(yīng)，盡量將種子接在一起但不要挨住，用封口膜封閉，進(jìn)行18℃黑暗培養(yǎng).預(yù)培養(yǎng)1月后，每隔1 d觀察、記載吸器誘導(dǎo)、生長(zhǎng)情況.用OLYMPUSSZH10型體視顯微鏡進(jìn)行觀察，拍照.

3 結(jié)果

3.1 不同劑量的離子束對(duì)誘導(dǎo)肉蓯蓉種子吸器萌發(fā)的影響

用不同劑量的離子束處理后的肉蓯蓉種子接種在MS培養(yǎng)基上，見(jiàn)表1.由表可知離子束的劑量越大，肉蓯蓉種子的萌發(fā)率越高，在離子束劑量為1 000時(shí)肉蓯蓉種子的萌發(fā)率最高，達(dá)到20%.在離子束劑量為1 200時(shí)，肉蓯蓉種子的萌發(fā)率下降.可見(jiàn)離子束劑量為1 000時(shí)對(duì)肉蓯蓉種子的萌發(fā)有最好的促進(jìn)作用.

表1 N+注入對(duì)肉蓯蓉種子萌發(fā)的影響

3.2 激素條件下不同離子束對(duì)誘導(dǎo)肉蓯蓉種子吸器萌發(fā)的影響

用不同劑量的離子束處理后的肉蓯蓉種子接種在添加不同激素濃度GA3 0.5%6-BA 0.5%IBA 1.0%的MS培養(yǎng)基上，見(jiàn)表2.由表2可得離子束的劑量越大，肉蓯蓉種子的萌發(fā)率越高，在離子束劑量為800和1 000時(shí)肉蓯蓉種子的萌發(fā)率最高，達(dá)到23.3%.在離子束劑量為1 200時(shí)，肉蓯蓉種子的萌發(fā)率下降.可見(jiàn)離子束劑量800-1 000對(duì)肉蓯蓉種子的萌發(fā)有很好的促進(jìn)作用，而且單一的離子束條件沒(méi)有離子束和激素搭配下對(duì)促進(jìn)肉蓯蓉種子萌發(fā)的效果好.

表2 N+注入和激素對(duì)肉蓯蓉種子萌發(fā)的影響束流

4 討論

1)離子束具有較高的能量，能使離子沉淀在生物體內(nèi)，在細(xì)胞內(nèi)引發(fā)強(qiáng)烈的生理生化反應(yīng)，致使生物體產(chǎn)生生理?yè)p傷，甚至引起基因位點(diǎn)突變或染色體結(jié)構(gòu)變異[8，9].它方法簡(jiǎn)單、成本低廉，不需要特意固定種子的位置，而是在真空室內(nèi)通過(guò)激發(fā)的等離子體中形成的大量的正、負(fù)離子從各個(gè)方向擊向種子表面進(jìn)行氮離子注入，這樣離子對(duì)種子表面的作用也比較均勻一致.所以，作為一種新的誘變方法，必定會(huì)有較大的發(fā)展前途[10，11].在擬南芥(A.thaliana)種子中注入N+，通過(guò)改變種皮特征從而降低種子休眠誘導(dǎo)萌發(fā)[12].

2)在植物組織培養(yǎng)中，為了生產(chǎn)再生植株或改變其性狀，許多研究者利用外植體直接離體培養(yǎng)方法的同時(shí)，在培養(yǎng)基中加入某種化學(xué)誘變劑，以及用各種電離子射線對(duì)不同外植體或組織進(jìn)行誘變處理[13-15].本實(shí)驗(yàn)采用離子注入的方法來(lái)誘導(dǎo)肉蓯蓉種子萌發(fā)，結(jié)果初步表明：等離子體浸沒(méi)離子注入方式能夠誘導(dǎo)肉蓯蓉種子萌發(fā)，提高萌發(fā)率.由于肉蓯蓉在長(zhǎng)期系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中，為適應(yīng)其寄生特性、環(huán)境條件及其自身的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律而形成種子胚發(fā)育不完全的這種特殊的生理機(jī)能，造成肉蓯蓉種子休眠的原因主要是由于其胚發(fā)育不完全需要后熟而引起的胚休眠.種子經(jīng)離子束處理后可能激活了種子萌發(fā)過(guò)程中酶的活性，可溶性蛋白和糖的含量提高，赤霉素、細(xì)胞分裂素含量也有所增加，但是激活機(jī)制不是很清楚.

3)適宜的誘變劑量與誘變效果密切相關(guān).本試驗(yàn)比較適宜的誘變劑量為1 000，肉蓯蓉種子的萌發(fā)率為20%.但綜合考慮誘變后萌發(fā)的結(jié)果，N+注入后的肉蓯蓉種子接種在添加激素的MS培養(yǎng)基中其萌發(fā)率高達(dá)23.3%，所以較佳的誘變萌發(fā)劑量還有待進(jìn)一步驗(yàn)證.

[1]李天然.寄生被子植物的種子生理及其與寄主的相互關(guān)系[J].植物生理通訊，1996，32(6)：450-457.

[2]馬東明，徐淑蓮，翟志席，等.寄生藥用植物管花肉蓯蓉種子的離體萌發(fā)與吸器形成的形態(tài)學(xué)研究[J].植物學(xué)通報(bào)，2005，22 (1)：39-43.

[3]李天然，曹瑞，馬虹，等.管花肉蓯蓉在內(nèi)蒙古栽培成功[J].中國(guó)野生植物資源，2002，11(5)：54-57.

[4]歐陽(yáng)杰，王曉東.肉蓯蓉種子愈傷組織誘導(dǎo)條件的研究[J].中國(guó)藥學(xué)雜志，2002，37(7)：491-493.

[5]劉德華，朱詠華.肉蓯蓉組織培養(yǎng)的研究[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，29(1)：35-36.

[6]吳新，李森，董效成，等.肉蓯蓉的愈傷組織的培養(yǎng)[J].西北藥學(xué)雜志，1998，13(3)：103-104.

[7]盛晉華，翟志席，郭玉海，等.荒漠肉蓯蓉種子萌發(fā)與吸器形成的形態(tài)學(xué)研究[J].中草藥，2004，35(9)：1047-1049.

[8]程備久.離子注入棉花種子M 1代細(xì)胞學(xué)效應(yīng)研究初報(bào)[J].安徽農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1991，18(4)：329-331.

[9]曾憲賢，武寶山.離子束生物技術(shù)在生命科學(xué)中的應(yīng)用[J].核技術(shù)，2006，29(2)：112-115.

[10]陸挺，謝立青.離子注入植物種子的生物效應(yīng)研究[J].核技術(shù)，1994，17(7)：443-448.

[11]周立人，程備久，余增亮，等.氮離子束注入大麥種子的細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)[J].激光生物學(xué)報(bào)，1997，6(3)：1125-1128.

[12]Goodhead D T.Mechanisms for the biological effectiveness of high-LET radiations[J].Journal of Radiation Research，2006，19：124-131.

[13]劉世強(qiáng)，賈景明.氮離子束注入對(duì)玉米體細(xì)胞培養(yǎng)影響的初步研究[J].核技術(shù)，1995，18(7)：401-413.

[14]周長(zhǎng)芳，欽佩，謝民.N+離子束注入對(duì)狐米草胚性愈傷組織自由基代謝的影響[J].南京大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，39(5)：522-529.

[15]余增亮.離子注入生物效應(yīng)及育種研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1991，18(4)：251-257.

Studies on the Seed Germination of Inducement by N＋I(xiàn)mplantation in Cistavche Deserticola

BAIJing1，ZHANG Ru－ming2，GAO Yan2
（1.School of Agronomy，ShanxiDatong University，Datong Shanxi，037009；2.Agronomy College，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot Inner Mongolia，010019）

In order tomake clear themechanisms of inducement by ion beams on the seed germination and haustoria for Cistanche deserticola，we analyzed the influence of seed germination in C.deserticola by induced in the N＋inducement using the tissue culture technique.Results showed that the N＋condition is 1000 for promote germination of C.deserticola seed，germination ratio is 20%；The optimum concentration of hormone is 6－BA、GA3and IBA of inducement germination of Cistanche deserticola seed；The N＋treatmentand the optimum concentration of hormone have distinctness effect to promote germination of Cistanche deserticola seed，germination ratio is 23.3%.

Cistanche deserticola；seed；ion beams；N＋implantation；haustoria

R282.2

A

〔編輯楊德兵〕

1674-0874(2010)01-0069-03

2009-11-02

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目[30360086]；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項(xiàng)目[200208020502]

白靜(1980-)，女，山西應(yīng)縣人，碩士，助教，主要研究方向：植物發(fā)育生物學(xué)；*高巖，博士，教授，通信作者.