⑤芽的培養經過秋水仙堿溶液處理後的叢生芽培養30d後,在分化培養基中產生各種變異的叢生芽。變異芽的葉片、鱗片均不同程度的增大變厚,切割後轉人生根壯苗培養基中培養60d。一般四倍體植株的植物形態正常,葉色變深,葉片增大變厚,根係粗大。嵌合體植株則表現為葉片肥厚、粗糙無光澤,葉色濃綠。
⑥染色體檢查采用根尖壓片法進行染色體的檢查。取培養15~20d的根,置於8-羥基喹啉中預處理4~5h,放人新配的卡諾固定液中過夜,切取根尖分生組織,以30mg/L纖維素酶和果膠酶混合液在25℃下解離50~60min,蒸餾水低滲8~10min,固定0.5h,火焰幹燥製片,玻片經空氣幹燥後,用5%Giemsa染色液染色15~20min,流水衝洗,晾幹,顯微鏡下觀察。
(2)應用處理愈傷組織技術培育多倍體
應用處理愈傷組織技術培育多倍體的程序分為以下幾個步驟:愈傷組織的誘導→多倍體誘導→芽的培養→試管苗的生根和染色體檢查→試管苗的移栽→四倍體植株的農藝性狀的觀察→四倍體植株中的藥用成分含量的鑒定。
愈傷組織誘導的基本過程(以黃芩為例)如下。
①主要材料黃芩的種子。
②愈傷組織誘導的具體過程將種於放在75%乙醇中表麵消毒lmin,轉入0.1%升汞中消毒15min,然後用無菌水衝洗5次以上。接種在MS附加6-BA2.0mg/L培養基上無菌萌發。愈傷組織誘導出來後,轉移到MS附加6-BA1.0mg/L的培養基中誘導出叢生芽,並擴大繁殖。
③多倍體誘導待黃芩愈傷組織表麵分化出綠色芽點時,將愈傷組織切成0.5cm左右的小塊並分別用兩種方法進行處理。
a.將愈傷組織塊接種在添加不同濃度秋水仙堿的MS+BA0.1mg/L+PP3330.5mg/L培養基上培養1個月,然後把培養物轉到不含秋水仙堿的上述培養基中,使其分化成苗,再進行繼代培養並編號建立株係,繼代培養基為MS+0.1mg/L+PP3330.5mg/L。
b.將愈傷組織塊用含有0.2%秋水仙堿和2%二甲基亞碸的水浴槽分別浸泡0、3、5、8、12、16和24h,無菌水洗3次,然後接種在MS+BA0.1mg/L+PP3330.5mg/L培養基上,使其分化成苗,再進行繼代培養並編號建立株係,繼代培養基為MS+BA0.1mg/L+PP3330.5mg/L。
④試管苗的生根和染色體鑒定將上述兩種方法處理得到的各株係接種在1/2MS+NAA0.1mg/L+PP3330.5mg/L培養基上誘導生根,待根長至0.5~1.0cm時切取根尖,進行染色體鑒定,並進行顯微攝影,經3次以上鑒定確認為四倍體的株係予以保留並擴大繁殖。
⑤黃芩試管苗的移栽黃芩試管苗在生根培養基上,待根長至2cm左右時,開瓶在室溫下煉苗2~3d。用鑷子小心取出小植株,在溫水中洗去根上的瓊脂,傍晚時將苗栽入以珍珠岩︰煤渣(1︰3)為基質的苗床中,每日噴霧2h保濕,約一個半月後連營養土移栽在田間。黃芩試管苗在氣溫較高且晴朗的天氣條件下移栽的效果較好,移栽成活率達到80%。
⑥黃芩四倍體植株農藝性狀的初步鑒定對經3次以上顯微鑒定確認是四倍體的株係,進行加速繁殖,試管苗生根後於當年9月栽入苗床,約一個半月後再移栽到同一塊試驗地裏,於次年5月份對各株係的農藝性狀進行初步比較鑒定,觀察記載植株高度、莖直徑、葉片大小、氣孔大小及密度等一係列農藝性狀,並對四倍體植株葉部性狀與其親本二倍體之間的差異進行統計分析。田間農藝性狀的觀察結果可見,四倍體植株和原黃芩植株相比,各種農藝性狀均發生了明顯的變化,四倍體植株的葉子明顯比二倍體大,二倍體葉子的平均寬度和長度分別為11.04mm和42.13mm,而四倍體葉子的平均寬度達13.13~16.46mm,長度為42.33~48.62mm;同時葉子普遍比二倍體厚,葉麵粗糙;四倍體的葉下表皮氣孔顯著增大,但是密度下降,二倍體氣孔平均寬度為7.69μm,平均長度為15.12μm,而四倍體氣孔平均寬度為8.88~10.46μm,平均長度為16.44~19.26μm;二倍體氣孔密度為54.4,而四倍體為31.4~37.5,變化極為顯著;四倍體植株高度稍高於二倍體,但莖幹明顯增粗,株型緊湊,根部比二倍體植株粗大。以上這些農藝性狀變化很明顯地顯示了一般多倍體植株所表現的典型性——巨型性。這為日後獲得高產的黃芩優良晶係提供了基礎。
⑦高效液相色譜法測定多倍體株係中黃芩苷的含量測定結果表明,在供試的20個四倍體株係中,有1個株係(D20)的黃芩苷含量略高於二倍體,其餘四倍體株係的含量雖然都低於二倍體,但相差並不大,多數為二倍體的80%以上;而四倍體株係的根重明顯大於二倍體,綜合這兩方麵因素,大多數四倍體株係明顯優於二倍體。
3.影響組織培養中多倍體形成的因素
(1)秋水仙堿處理的濃度秋水仙堿處理的濃度對於多倍體的誘導至關重要。如在誘導百合多倍體時發現,不論采用浸泡方式還是藥棉處理均能誘導出多倍體植株。其中,浸泡方式以0.1%秋水仙堿濃度下處理2,4-D0.25%處理1~3d效果較好;藥棉處理以0.1%秋水仙堿濃度下培養2~3d效果較好。
(2)秋水仙堿處理的時間秋水仙堿處理時間對不同倍性細胞比例及其變化趨勢有一定的影響。如在對當歸愈傷組織進行處理時,發現使用高濃度與短時間的組合有利於獲得較高比例的四倍體細胞。張俊蓮等(1997年)選用在繼代培養基上繼代保存10代的當歸愈傷組織進行實驗,用於處理的愈傷組織團塊大小為兩種:大塊體積約0.5cm3,小塊體積約0.3cm3。結果顯示,利用在繼代培養基上附加100mg/L的秋水仙堿誘導當歸愈傷組織細胞染色體加倍時,不同處理時間對各處理所獲得的2x和8x細胞的比例無顯著影響,但對4x細胞比例的影響達到極顯著水平(P<0.01),其變化趨勢是隨處理時間的延長4x細胞逐漸減少,而8x細胞則表現出一定的遞增,說明當歸愈傷組織在一定的上限度閾值內,多倍體細胞(4x+8x)的比例會隨處理時間的延長而直線增加,此時處理時的效應隻表現為4x細胞向8x細胞的轉化。
(3)秋水仙堿處理的時期秋水仙堿處理的時期,對於多倍體的形成較為重要。例如利用組織培養技術培育川白芷(Angelicadahurica)多倍體優良品種時發現,培養的外植體取葉軸切段時,培養38d後,外植體上綠色突起明顯,開始出現芽的分化時,立即用一定濃度的無菌秋水仙堿液處理,可提高芽的誘變頻率。從切片觀察可以看出,葉軸外植體在接種10d左右時,內部出現較多的變化,多個部位開始啟動。同時,分生細胞的分裂速度開始加快,說明這一時期是葉軸外植體的敏感期;芽原基的產生主要為外起源,而外起源的芽從理論上來說比內起源的芽更適宜作誘變處理;從時間上來看,培養38d時,早期不定芽已開始分化出來,此時應為誘變的最佳處理期。
(4)秋水仙堿的處理方式秋水仙堿的處理方式分為兩種:①秋水仙堿加入培養基處理法,就是把秋水仙堿按一定的濃度和比例加人培養基中進行多倍體誘導的方法;②秋水仙堿溶液浸泡處理法,就是把植物的種子或組織培養的外植體放人秋水仙堿溶液中浸泡進行多倍體誘導的方法。在使用秋水仙堿誘導川貝母(FritillariacirrhosaD.Don)愈傷組織多倍體的研究時發現,采用秋水仙堿加入培養基處理法和秋水仙堿溶液浸泡處理法都可獲得一定頻率的多倍體細胞。但誘導率是秋水仙堿加入培養基處理法高。浸泡處理時以處理濃度為1000mg/L、處理時間24h的組合的效果最好,能夠得到47%的誘導率,繼續升高濃度和延長時間,加倍效果呈下降趨勢。秋水仙堿溶液浸泡處理法對愈傷組織的傷害較直接,而且要經過多次的轉移和衝洗,增加了受汙染的概率。所以秋水仙堿溶液浸泡處理法不論在操作還是在加倍效果上均不如秋水仙堿加入培養基處理法。