细胞薄层培养在植物激素调节形态发生研究中的应用

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收稿　2002206224　　　　修定　2002210216

资助　江苏省教育厅高新技术产业化开发项目(J H202086)、广东

省科委项目。

　3　现为浙江大学生命科学学院博士生。33　通讯作者(E 2mail :guowm @http://www.77cn.com.cn )。333　现工作单位:上海市松江区农委。

细胞薄层培养在植物激素调节形态发生研究中的应用

赵云鹏3　郭维明3

3

　陆红梅3

33

(南京农业大学园艺学院,南京210095)

Application of Thin Cell Layer Culture in Study on Morphogenesis R egulated by Phytohormones

ZHAO Yun 2Peng 3,GUO Wei 2Ming 33

,LU Hong 2Mei 3

33

(College of Horticulture ,N anjing A gricultural U niversity ,N an 2

jing 210095)

提要　从外源激素对形态发生的调节、植物激素的作用机制、形态发生的内源激素动态等方面概述了细胞薄层培养在植物激素诱导与调节形态发生研究中的应用进展,并对其在植物信号转导、玻璃化现象的发生机制、离体再生障碍的克服等研究领域的发展前景和尚存在的问题作了讨论。关键词　细胞薄层培养;植物激素;形态发生

　　细胞薄层培养(thin cell layer culture ,TCL cul 2ture ),最初是指从外植体表皮部位撕下一块长5mm 、宽1mm 、厚3～6层细胞(包括表皮、亚表皮及

皮层细胞)的薄片置于适宜培养基上进行的固体或液体培养;现在将外植体横切成厚约1mm 薄片(transverse TCL ,t TCL )的培养也称为薄层培

养[1,2]。细胞薄层培养最早是1970年Tran 和Dri 2ra [1]以隆克舟萼苣苔(N autilocalyx lynchii )的叶表

皮组织为外植体,获得根和芽的分化,成功地建立了植物细胞薄层培养系统。之后,他们实验室又继续在细胞薄层领域广泛开展了研究,并发展了t TCL 系统[3～8]。张丕方等[9,10]改进了TCL 系统

的培养观察方法,此法可对植物形态发生过程作活体连续观察。Madsen 等[11]建立了以茎节切片为外植体的n TCL (nodal TCL )再生系统。

迄今,采用TCL 系统研究的工作很多,在植物细胞的分裂、分化,植物生长发育的调控机制与分子机制等研究中均取得了重要进展[1,2,12,13]。由于TCL 外植体内源激素含量低,对外源激素反应敏感,在不同种类与浓度外源激素作用下形态发生途径多样,同时采用这一系统还可以有目的地安排器官分化的顺序,查明分化的器官基本上来源于相同的细胞层,而且这个细胞层内的每个细胞几乎都参与了作用,在大外植体和愈伤组织系统中则只有少数细胞发挥作用,因此此种体系是一个可以控制的良好实验体系,此项技术已成为研究植物激素诱导与调节形态发生的有效手段。本文介绍细胞薄

层培养在此领域中的应用进展情况。1　用于研究外源激素对形态发生的调节

　　离体形态发生是组织培养、原生质体培养、遗传转化、无性系变异与突变体筛选的基础。大量研究表明,在形态发生的诸多影响因子中,植物激素起着重要的作用。各类植物激素的生理作用虽具有相对专一性,但是植物的各种生理效应(包括形态发生)是不同种类激素之间相互作用的综合表现[14]。

1.1　研究生长素和细胞分裂素对形态发生的调节

　由于植物细胞在离体培养初期往往缺乏合成生长素和细胞分裂素的能力,但是在大多数情况下,这些细胞的分裂和分化及形态发生又必须有这两种激素的共同作用,因此在多数植物组织培养中,外源生长素和细胞分裂素是细胞离体培养所必需的激素。两者不同浓度和配比或先后配合使用,不但可诱导细胞分裂和生长,而且能控制细胞分化和形态发生。

　　1973年,Tran [15]取烟草(N icotiana tabacum ‘Wisconsin38’

)成花茎段表皮,通过调节培养基中5

83植物生理学通讯　第39卷第4期,2003年8月

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生长素与细胞分裂素的比例以及糖的浓度,在外植体上直接诱导分化出花芽、营养芽、根、愈伤组织,他们进一步报道指出激素种类和用量是分化何种器官的关键。Duong 等[4]用t TCL 培养麝香百合(L ili um longif lorum )幼茎的结果就充分证实了这

一点。他们发现,在相同的基本培养基和培养条件下,添加5.4μmol ?L -1NAA 导致小鳞茎的发生,2.2μmol ?L -12,42D 导致根的发生,1.0、

2.0μmol ?L -1IBA 分别诱导芽和小鳞茎,1.1、2.2μmol

?L -1噻重氮苯基脲(thidiazoron ,TDZ )分别诱导了原球茎和芽,5.4μmol ?L -1NAA +0.4、1.1、2.2μmol ?L -1TDZ 结合处理都有体细胞胚胎发生,而与前者相同浓度的NAA +BA 组合处理产生愈伤组织或小鳞茎。正是由于TCL 培养形态发生具有途径多样的优点,因而不同种类和浓度激素调节形态发生的研究得以顺利进行。

花芽分化的研究有一定的理论和实践意义,一直是形态发生研究领域中的焦点。由于TCL 培养系统在适宜条件下能比较稳定地离体培养成花,因而在相当长时期内它一直受从事离体成花研究的人们所重视,以TCL 培养为实验系统研究成花的报道约占成花研究报道总数的一半。至今还未见到无激素条件下TCL 培养可以成花的报道,在外源激素中以细胞分裂素最为重要,生长素次之。Van 等[16]在烟草品种‘Samsun ’的果柄薄层细胞

培养中,进一步看到植物激素对花芽形成的控制作用。BA 和NAA 浓度低于0.1μmol ?L -1时,TCL 外植体褐化、死亡;二者浓度为0.1μmol ?L -1时,外植体虽不死亡但也不能进一步发育;BA 浓度高于0.1μmol ?L -1,外植体成花数就迅速增加,且几乎与BA 浓度的对数呈线性关系。花芽的分化主要取决于细胞分裂素的浓度,而生长素对花芽形成的作用较为复杂,它取决于花芽发育时期,即在低浓度(0.1μmol ?L -1)NAA 中培养前10d 的成花数

比高浓度(1μmol ?L -1)NAA 中的多,在10d 后这一差别逐渐消失;高浓度NAA 虽对花芽的诱导不合适,但对花芽的进一步发育有利。KT 对花诱导具有特异作用,即专一发生花的TCL 外植体全部是在含有KT 或其衍生物的培养基中发现的,而且KT 和IBA 浓度相等(1μmol ?L -1)时所诱导的成

花率达100%[2]。实验表明,等摩尔浓度(1μmol ?L -1)的细胞分裂素和生长素对花芽形成最合适。

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