细胞薄层培养在植物激素调节形态发生研究中的应用(3)

Tanaka 等[25]采用差异筛选,在烟草TCL 的花

芽形成早期分离到含编码SAHH 基因(DDBJ )的cDNA 克隆,并以该cDNA 为探针从烟草基因组文

库中分离到DDBJ 。Northern blotting 分析显示,DDBJ 在雌蕊和根中的表达量最大,并能受KT 和IAA 诱导表达。SAHH 可能与基因表达的调控、CT K 的信号转导以及花芽分化有关。这一实验再

次提示,根在花芽分化中的作用不可忽视,它可能是开花信号物的合成部位。将SAHH 基因反义导入烟草后,部分再生植株雄蕊即变短,甚至瓣化,可

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能是内源CT K 水平提高后,特殊的开花同型基因(floral homeotic gene )的表达发生改变的结果[26]。

只有从分子水平上研究这一问题,才能从本质上揭示植物形态发生的机制,但迄今为止,这一领域的工作仍集中于花芽分化机制的研究,其它类型形态发生机制的研究尚未见报道。3　TC L 形态发生过程中内源激素的变化

　　植物细胞离体形态发生过程并非是某类激素单独作用的结果,内源和外源激素对植物细胞离体形态发生起着相互的连续性作用[30]。外源激素对形态发生的调节最终需通过其对内源激素平衡的影响产生效应[31],因此组织内部和形态发生部位的内源激素代谢动态和平衡是激素诱导形态发生的关键,而内源激素平衡又受诸多因子的共同制约。

3.1　内源激素动态　李颖章和韩碧文[32]将菊苣(Cichori um i ntybus )花梗TCL 接种于BA 1μmol ?L -1+NAA 1μmol ?L -1和BA 1μmol ?L -1+IAA 1

μmol ?L -1的MS 培养基上,分别分化花芽和营养芽。花芽分化过程中内源IAA 、二氢玉米素(dihy 2drozeatin ,DHZ )+二氢玉米素核苷(dihydrozeatin riboside ,DHZR )、iPA 含量显著增加。营养芽分化

过程中内源DHZ +DHZR 、iPA 含量上升明显;而IAA 含量在培养的前7d 下降,随后有所上升,在

芽原基形成时含量达原初水平的2/3。二者Z +ZR 含量变化不明显。可见,花芽分化比营养芽分

化所需的内源IAA/CT K 比值更高。

Fu 等[20]报道,‘Samsun ’烟草TCL 在花芽形

成过程中内源玉米赤霉烯酮(ZEN )水平出现2个峰值,加入ZEN 生物合成的专一抑制剂马拉硫磷(MAL )后,内源ZEN 水平下降,新花芽的发生受

阻,而添加外源ZEN 可再诱导新花芽的发生,表明ZEN 对花芽发生有某种作用。多胺与形态发生尤

其是花芽发生有一定的相关性,G endy 等[13]甚至提出,多胺代谢分析可作为分化、发育、生长的一种标记。他们发现烟草TCL 根的分化,与培养第7天腐胺的合成高峰相关,腐胺/(亚精胺+精胺)比值下降时,根分化受抑制;在培养第4天和第10天添加外源腐胺或亚精胺,只有在含腐胺的培养基上才有根的分化,而且培养过程中尤其培养第7天培养基p H 值的变化对腐胺的诱导效应必不可少。表明腐胺以某种特定的方式起作用,而不仅仅是通

过其阳离子有机酸载体的作用来调节p H 值。3.2　影响内源激素水平的因素

3.2.1　外植体　取自不同发育时期植株、不同生

理状态植株、同一植株不同部位外植体的内源激素水平均有差异。测定菊苣营养生长期茎和进入盛花期主茎的不同节间部位及花梗TCL 内源生长素与细胞分裂素含量的结果表明,营养生长期间植株茎的不同节间部位内源激素从顶端向基部递减。进入花期后内源IAA 含量以花梗部最高,离花梗越近的节位IAA 含量越高;内源细胞分裂素也是以花梗部含量最高,从主茎顶端向下Z +ZR 含量一直递减,但第3、4节间的iPA 和DHZ +DHZR 含量有所上升,之后又迅速下降,第6节间的含量均降为最低,其下近基部的含量又上升。同时发现,花期顶端DHZ +DHZR 及iPA 含量与基部二者含量的倍数都明显大于营养生长期[21]。外植体中残留的内源激素对其形态发生有显著影响。幼龄植株TCL 再生芽和根的频率高于成熟和老龄植株的TCL ,过于老化的TCL 无器官发生,过于幼嫩的TCL 又往往导致玻璃化现象的发生[33]。用烟草开

花植株进行TCL 培养,可以诱导分化花芽,而取自营养生长期烟草的外植体则不能;在同一培养条件下,花枝部位外植体形成的芽都是花芽,而植株基部外植体形成的芽全为营养芽[15]。

3.2.2　外源激素　外源激素对内源激素平衡的影

响主要受外植体对其吸收效率、其在外植体内的运输量与代谢率以及其它内源激素水平变化等因素制约[14]。烟草花梗TCL 在含IAA +ZT 、NAA +BA 的培养基上培养24h 后,外植体内NAA 、IAA

含量急剧上升;而在不含外源激素培养的外植体NAA 含量下降,IAA 含量基本不变[34]。如果将烟

草花梗TCL 先放在不含NAA 的培养基中预培养不同天数后转入含同位素标记NAA 的培养基中培养,则预培养时间短的外植体所吸收的NAA 量较未预培养的高,但吸收的NAA 在6h 内即转化为结合物和代谢物,因此体内游离NAA 水平约下降40%。含10μmol ?L -1NAA 培养基上的外植体对NAA 的吸收量和体内NAA 浓度均高于1μmol ?L -1NAA 培养的外植体,但体内游离NAA 的浓度

反而低于后者[35]。

3.2.3　内源激素自身的变化　内源激素水平还与

合成部位的激素合成效率、激素结合态的形成效

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率、激素代谢速率、游离态与结合态激素的运输效率以及结合态激素的水解速率等有关。烟草花梗TCL 开始培养时,外植体中结合态多胺水平比游

离态高10倍,培养第8天花芽分化时,结合态多胺达到较高水平,而游离态多胺达到高峰,二者比例下降为5。测定表明游离腐胺、亚精胺和精胺含量

均增加,精氨酸脱羧酶(ADC )活性上升,鸟氨酸脱羧酶(ODC )活性下降[31]。4　发展趋势与存在问题

4.1　发展趋势　如前所述,植物激素的种类和用

量是决定形态发生启动和方向的关键,因此通过TCL 形态发生的定性分析来研究激素受体,以及

利用转基因植株的激素含量调节来研究激素的生理作用并进行形态发生的控制是目前研究的热点之一。细胞薄层培养的表皮、亚表皮细胞能对特定因子(信号分子)做出特异反应,进行形态发生,因此采用这一系统研究细胞间的信号转导,将有助于我们对形态发生机制的进一步认识。

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