玉米愈傷組織誘導(dǎo)影響因素的研究進(jìn)展

楚海嬌

摘 要：在玉米組織培養(yǎng)中，愈傷組織的誘導(dǎo)率受多種因素的影響。本文結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料，綜述了基因型、外植體種類、培養(yǎng)基種類、生長調(diào)節(jié)物質(zhì)、溫度及光照等因素對玉米胚性愈傷組織誘導(dǎo)率的影響，旨為玉米遺傳轉(zhuǎn)化受體系統(tǒng)的開發(fā)和利用提供重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：愈傷組織；外植體；基因型

中圖分類號(hào)： S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20161131018

近年來，遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)在玉米育種中取得了一定效果，為玉米育種工作創(chuàng)造了新途徑，而進(jìn)行玉米遺傳轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)工作是建立高效的遺傳再生體系。自1975年，研究者首次以玉米幼胚為材料誘導(dǎo)出愈傷組織并獲得再生植株以來[1]，玉米組織培養(yǎng)研究得到迅速發(fā)展。大量研究表明，在玉米遺傳再生體系建立過程中，胚性愈傷組織的形成及生長狀態(tài)受多種因素的影響。

1 基因型對玉米愈傷組織誘導(dǎo)的影響

基因型是影響玉米胚性愈傷組織誘導(dǎo)率的主要因素。胡建廣等[2]研究表明，采用不同基因型玉米自交系，幼胚的愈傷組織誘導(dǎo)率和發(fā)育情況均不同，同時(shí)認(rèn)為自交系的誘導(dǎo)性是可以遺傳的。Hodges等[3]研究發(fā)現(xiàn)玉米自交系A(chǔ)188的再生能力最高，并且它的雜交后代也具有較高的愈傷組織誘導(dǎo)率。母貴琴等[4]研究發(fā)現(xiàn)，7個(gè)玉米78599選系均具有胚性愈傷組織發(fā)生能力，但由于基因型不同，其幼胚培養(yǎng)能力也不同。目前僅有少數(shù)玉米基因型能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生質(zhì)量、狀態(tài)較好的胚性愈傷組織，而很多基因型產(chǎn)生的愈傷組織質(zhì)地柔軟、水浸化，繼代后逐漸褐化死亡。玉米基因型不同，分化長成植株的難易程度也不同。即胚性愈傷誘導(dǎo)率高的基因型其愈傷組織克隆能力和分化能力較強(qiáng)。

2 外植體對玉米愈傷組織誘導(dǎo)的影響

2.1 幼胚

玉米幼胚的取材雖受季節(jié)和發(fā)育階段的限制，但其具有接種方便、誘導(dǎo)率高，愈傷組織質(zhì)量好，易分化成苗等優(yōu)點(diǎn)，因此是遺傳轉(zhuǎn)化的首選材料[5]。黃璐等[6]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)玉米幼胚誘導(dǎo)愈傷組織及再生植株的能力明顯高于幼穗。王昌濤等[7]以不同外植體進(jìn)行愈傷組織誘導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，幼胚的胚性愈傷誘導(dǎo)率最高。曹俊梅等[8]分別以幼胚和成熟胚為外植體進(jìn)行誘導(dǎo)研究表明，幼胚誘導(dǎo)的愈傷組織質(zhì)量較好，分化率較高。

玉米幼胚愈傷組織的誘導(dǎo)率還受胚長的顯著影響。幼胚過?。?lt;1mm），分離困難，產(chǎn)生的愈傷組織小，不易生長；幼胚過大（>2mm），易形成胚芽，且愈傷組織在繼代中增殖能力較差。李慧芬等研究認(rèn)為玉米幼胚大小為1.2～1.5mm時(shí)較適宜接種，誘導(dǎo)產(chǎn)生的愈傷組織為Ⅱ型胚性愈傷組織，且誘導(dǎo)率較高。

2.2 成熟胚

在玉米組織培養(yǎng)中，有關(guān)成熟胚的組織培養(yǎng)技術(shù)報(bào)道較少。以成熟胚作為外植體誘導(dǎo)愈傷組織，取材時(shí)不受季節(jié)限制，且操作過程簡單，不易污染；但存在誘導(dǎo)率低、愈傷組織質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，所以在成熟胚的利用上受到一定限制[9]。

1974年Green等首次使用玉米成熟胚誘導(dǎo)出愈傷組織，為玉米成熟胚的研究奠定了基礎(chǔ)。1987年Wang[10]使用玉米自交系B73和Mo17的成熟胚誘導(dǎo)愈傷組織，獲得再生植株。2004年Huang等[11]分別對7個(gè)玉米基因型的成熟胚進(jìn)行愈傷組織誘導(dǎo)，初步建立了成熟胚途徑的玉米遺傳再生體系，并獲得較高的植株再生率。因此，應(yīng)加大力度進(jìn)行玉米成熟胚的研究，以成熟胚為外植體進(jìn)行愈傷組織誘導(dǎo)一旦取得成功，將會(huì)大大加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。

2.3 莖尖

玉米莖尖培養(yǎng)開始于20世紀(jì)40年代，現(xiàn)己得到廣泛應(yīng)用。莖尖的產(chǎn)生依賴于成熟種子，因此，同樣具有取材方便，不受季節(jié)限制的特點(diǎn)[12]，并且胚性誘導(dǎo)率受基因型的影響較小。李學(xué)紅等[13]研究顯示，由玉米莖尖可誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織，并且具有較高的胚性誘導(dǎo)率。但莖尖培養(yǎng)仍有缺陷，王昌濤等（2005）[14]研究表明，莖尖培養(yǎng)能夠產(chǎn)生胚性愈傷組織，但愈傷較小，生長緩慢，并且操作過程復(fù)雜。因此，直接以莖尖作為受體材料進(jìn)行玉米遺傳轉(zhuǎn)化的研究將受到重視。

2.4 葉片

以玉米幼苗的幼嫩葉片為外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)不受時(shí)間限制，可隨時(shí)大量取材。 Ahmadabadi[15]等以玉米Pa91×H99的幼苗葉片為外植體進(jìn)行愈傷誘導(dǎo)，成功誘導(dǎo)出胚性愈傷組織，并再生植株。董浩[16]等研究表明，玉米的幼嫩葉片可以成為愈傷組織誘導(dǎo)的起始材料，并且玉米葉片生長部位不同，其愈傷組織的形成能力也不同，即基部切段愈傷組織形成率高，愈傷組織質(zhì)量較好；而中部和上部愈傷組織形成能力較低，繼代后易褐化、水樣化而死亡[17]。陳靖等[18]以6種不同基因型的玉米葉片作為外植體進(jìn)行愈傷誘導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，來源于幼苗基部的幼嫩葉片能提供較多的材料，且操作簡單易行。張東向等[19]研究也證實(shí)了以上結(jié)論，同時(shí)認(rèn)為采用2mg/L 2，4-D 與0.5mg/L 6-BA的組合有利于葉片胚性愈傷組織的誘導(dǎo)。

3 培養(yǎng)基對玉米愈傷組織誘導(dǎo)的影響

在玉米組織培養(yǎng)中，N6、B5、MS是3種經(jīng)典的基本培養(yǎng)基。選擇不同培養(yǎng)基，同一基因型的愈傷組織誘導(dǎo)率存在差異?？軣槻腫20]等研究指出用MS培養(yǎng)基，大豆愈傷組織誘導(dǎo)率高，其次為1/2MS、B5培養(yǎng)基，而在N6培養(yǎng)基中生長緩慢。關(guān)淑艷等[21]以高直鏈淀粉玉米自交系為材料，用不同培養(yǎng)基對其幼胚進(jìn)行誘導(dǎo)研究發(fā)現(xiàn)，胚性愈傷組織誘導(dǎo)率因培養(yǎng)基不同而呈明顯差異。培養(yǎng)基成分對胚性愈傷誘導(dǎo)率和愈傷質(zhì)量均有較大影響，不同基因型均有適于自己愈傷組織發(fā)育的培養(yǎng)基。因此，用不同基因型玉米做試驗(yàn)時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況選擇多種培養(yǎng)基進(jìn)行試驗(yàn)，以找到玉米基因型的最適誘導(dǎo)培養(yǎng)基，獲得最高的胚性愈傷誘導(dǎo)率。

4 生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對玉米愈傷組織誘導(dǎo)的影響

在誘導(dǎo)培養(yǎng)基中，植物激素是其中重要組成成分，它會(huì)影響愈傷組織的誘導(dǎo)頻率和生長狀態(tài)。劉小紅等[22]實(shí)驗(yàn)表明，2，4-D在愈傷誘導(dǎo)中起重要作用，能顯著提高胚性愈傷誘導(dǎo)率及獲得更好的愈傷組織生長狀態(tài)；而KT和6-BA會(huì)降低胚性愈傷組織的誘導(dǎo)率，對愈傷組織的生長有明顯抑制作用。玉米愈傷組織的誘導(dǎo)頻率還受激素濃度及不同激素配比的影響，試驗(yàn)證明，2，4-D濃度為2mg/L時(shí)，胚性愈傷組織的出愈率最高，生長狀態(tài)最好；2，4-D濃度低于1.5mg/L時(shí)，愈傷組織出愈率少，多數(shù)幼胚容易出芽出根。何潑等[30]進(jìn)行玉米愈傷組織誘導(dǎo)時(shí)發(fā)現(xiàn)，NAA濃度在0.1～1.0mg/L時(shí)，出愈時(shí)間較長，愈傷組織呈黃綠色無光澤；濃度在1.0～2.5mg/L時(shí)，出愈時(shí)間較前者早3～5d，愈傷組織為奶油色，質(zhì)地疏松，繼代后生長旺盛。何婷[23]等研究表明，生長素與細(xì)胞分裂素配合使用效果更好，有利于胚性愈傷組織的形成。因此，在愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)基中，高濃度的生長素結(jié)合低濃度的細(xì)胞分裂素對胚性愈傷組織的形成是必要的。

脯氨酸有調(diào)節(jié)滲透壓和促進(jìn)愈傷胚性化的作用，竇秉德[22]研究表明，在加入一定濃度脯氨酸的誘導(dǎo)培養(yǎng)基中，愈傷組織的質(zhì)量狀態(tài)較好；杜何為[23]等還研究了AgNO3濃度對玉米幼胚組織培養(yǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)10mg/L AgNO3有利于胚性愈傷組織的形成，較低濃度對愈傷組織的誘導(dǎo)無促進(jìn)作用，而較高濃度會(huì)抑制玉米幼胚愈傷組織的形成。

5 培養(yǎng)條件對玉米愈傷組織誘導(dǎo)的影響

溫度是影響愈傷組織誘導(dǎo)的重要因素。研究表明溫度為26～27℃時(shí)愈傷組織形成最快且狀態(tài)最好，最適合進(jìn)行玉米愈傷組織的誘導(dǎo)。溫度過高或過低都會(huì)導(dǎo)致外植體發(fā)育受阻而老化，不利于愈傷組織的生長。

愈傷組織誘導(dǎo)通常是在黑暗條件下進(jìn)行。由于誘導(dǎo)培養(yǎng)基中含有愈傷組織形成所必需的營養(yǎng)成分，無需依賴光和作用，因此黑暗環(huán)境更有利于愈傷組織的形成。但光照對于愈傷組織的分化、根的發(fā)生和胚狀體的形成是一個(gè)必需條件。因此在玉米組織培養(yǎng)過程中應(yīng)根據(jù)組織培養(yǎng)的不同需求，及時(shí)調(diào)整光照強(qiáng)度。

6 結(jié)論

目前，玉米育種仍主要采用傳統(tǒng)的方法。而傳統(tǒng)的育種技術(shù)具有周期長、耗時(shí)、費(fèi)力等缺點(diǎn)，已不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，因此采用轉(zhuǎn)基因工程技術(shù)對玉米的農(nóng)藝性狀進(jìn)行改良勢在必行。而玉米組織培養(yǎng)技術(shù)是開展遺傳轉(zhuǎn)化工作的前提和基礎(chǔ)。玉米胚性愈傷組織的誘導(dǎo)率受基因型、外植體、培養(yǎng)基、植物激素及培養(yǎng)條件等多種因素影響，深入研究影響玉米愈傷組織誘導(dǎo)的各種因素，可促進(jìn)玉米組織培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和完善，為實(shí)踐應(yīng)用提供理論參考。

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