玉米愈伤组织诱导影响因素的研究进展

2017-03-06楚海娇

农业与技术 2016年21期

楚海娇

摘要：在玉米组织培养中，愈伤组织的诱导率受多种因素的影响。本文结合相关文献资料，综述了基因型、外植体种类、培养基种类、生长调节物质、温度及光照等因素对玉米胚性愈伤组织诱导率的影响，旨为玉米遗传转化受体系统的开发和利用提供重要的参考价值。

关键词：愈伤组织；外植体；基因型

中图分类号： S513 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20161131018

近年来，遗传转化技术在玉米育种中取得了一定效果，为玉米育种工作创造了新途径，而进行玉米遗传转化的基础工作是建立高效的遗传再生体系。自1975年，研究者首次以玉米幼胚为材料诱导出愈伤组织并获得再生植株以来[1]，玉米组织培养研究得到迅速发展。大量研究表明，在玉米遗传再生体系建立过程中，胚性愈伤组织的形成及生长状态受多种因素的影响。

1 基因型对玉米愈伤组织诱导的影响

基因型是影响玉米胚性愈伤组织诱导率的主要因素。胡建广等[2]研究表明，采用不同基因型玉米自交系，幼胚的愈伤组织诱导率和发育情况均不同，同时认为自交系的诱导性是可以遗传的。Hodges等[3]研究发现玉米自交系A188的再生能力最高，并且它的杂交后代也具有较高的愈伤组织诱导率。母贵琴等[4]研究发现，7个玉米78599选系均具有胚性愈伤组织发生能力，但由于基因型不同，其幼胚培养能力也不同。目前仅有少数玉米基因型能够诱导产生质量、状态较好的胚性愈伤组织，而很多基因型产生的愈伤组织质地柔软、水浸化，继代后逐渐褐化死亡。玉米基因型不同，分化长成植株的难易程度也不同。即胚性愈伤诱导率高的基因型其愈伤组织克隆能力和分化能力较强。

2 外植体对玉米愈伤组织诱导的影响

2.1 幼胚

玉米幼胚的取材虽受季节和发育阶段的限制，但其具有接种方便、诱导率高，愈伤组织质量好，易分化成苗等优点，因此是遗传转化的首选材料[5]。黄璐等[6]试验发现玉米幼胚诱导愈伤组织及再生植株的能力明显高于幼穗。王昌涛等[7]以不同外植体进行愈伤组织诱导发现，幼胚的胚性愈伤诱导率最高。曹俊梅等[8]分别以幼胚和成熟胚为外植体进行诱导研究表明，幼胚诱导的愈伤组织质量较好，分化率较高。

玉米幼胚愈伤组织的诱导率还受胚长的显著影响。幼胚过小（<1mm），分离困难，产生的愈伤组织小，不易生长；幼胚过大（>2mm），易形成胚芽，且愈伤组织在继代中增殖能力较差。李慧芬等研究认为玉米幼胚大小为1.2～1.5mm时较适宜接种，诱导产生的愈伤组织为Ⅱ型胚性愈伤组织，且诱导率较高。

2.2 成熟胚

在玉米组织培养中，有关成熟胚的组织培养技术报道较少。以成熟胚作为外植体诱导愈伤组织，取材时不受季节限制，且操作过程简单，不易污染；但存在诱导率低、愈伤组织质量不稳定等缺点，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诱导出愈伤组织，为玉米成熟胚的研究奠定了基础。1987年Wang[10]使用玉米自交系B73和Mo17的成熟胚诱导愈伤组织，获得再生植株。2004年Huang等[11]分别对7个玉米基因型的成熟胚进行愈伤组织诱导，初步建立了成熟胚途径的玉米遗传再生体系，并获得较高的植株再生率。因此，应加大力度进行玉米成熟胚的研究，以成熟胚为外植体进行愈伤组织诱导一旦取得成功，将会大大加快实验进程。

2.3 茎尖

玉米莖尖培养开始于20世纪40年代，现己得到广泛应用。茎尖的产生依赖于成熟种子，因此，同样具有取材方便，不受季节限制的特点[12]，并且胚性诱导率受基因型的影响较小。李学红等[13]研究显示，由玉米茎尖可诱导产生愈伤组织，并且具有较高的胚性诱导率。但茎尖培养仍有缺陷，王昌涛等（2005）[14]研究表明，茎尖培养能够产生胚性愈伤组织，但愈伤较小，生长缓慢，并且操作过程复杂。因此，直接以茎尖作为受体材料进行玉米遗传转化的研究将受到重视。

2.4 叶片

以玉米幼苗的幼嫩叶片为外植体进行组织培养不受时间限制，可随时大量取材。 Ahmadabadi[15]等以玉米Pa91×H99的幼苗叶片为外植体进行愈伤诱导，成功诱导出胚性愈伤组织，并再生植株。董浩[16]等研究表明，玉米的幼嫩叶片可以成为愈伤组织诱导的起始材料，并且玉米叶片生长部位不同，其愈伤组织的形成能力也不同，即基部切段愈伤组织形成率高，愈伤组织质量较好；而中部和上部愈伤组织形成能力较低，继代后易褐化、水样化而死亡[17]。陈靖等[18]以6种不同基因型的玉米叶片作为外植体进行愈伤诱导发现，来源于幼苗基部的幼嫩叶片能提供较多的材料，且操作简单易行。张东向等[19]研究也证实了以上结论，同时认为采用2mg/L 2，4-D 与0.5mg/L 6-BA的组合有利于叶片胚性愈伤组织的诱导。

3 培养基对玉米愈伤组织诱导的影响

在玉米组织培养中，N6、B5、MS是3种经典的基本培养基。选择不同培养基，同一基因型的愈伤组织诱导率存在差异。寇炜材[20]等研究指出用MS培养基，大豆愈伤组织诱导率高，其次为1/2MS、B5培养基，而在N6培养基中生长缓慢。关淑艳等[21]以高直链淀粉玉米自交系为材料，用不同培养基对其幼胚进行诱导研究发现，胚性愈伤组织诱导率因培养基不同而呈明显差异。培养基成分对胚性愈伤诱导率和愈伤质量均有较大影响，不同基因型均有适于自己愈伤组织发育的培养基。因此，用不同基因型玉米做试验时，要根据实际情况选择多种培养基进行试验，以找到玉米基因型的最适诱导培养基，获得最高的胚性愈伤诱导率。

4 生长调节物质对玉米愈伤组织诱导的影响

在诱导培养基中，植物激素是其中重要组成成分，它会影响愈伤组织的诱导频率和生长状态。刘小红等[22]实验表明，2，4-D在愈伤诱导中起重要作用，能显著提高胚性愈伤诱导率及获得更好的愈伤组织生长状态；而KT和6-BA会降低胚性愈伤组织的诱导率，对愈伤组织的生长有明显抑制作用。玉米愈伤组织的诱导频率还受激素浓度及不同激素配比的影响，试验证明，2，4-D浓度为2mg/L时，胚性愈伤组织的出愈率最高，生长状态最好；2，4-D浓度低于1.5mg/L时，愈伤组织出愈率少，多数幼胚容易出芽出根。何泼等[30]进行玉米愈伤组织诱导时发现，NAA浓度在0.1～1.0mg/L时，出愈时间较长，愈伤组织呈黄绿色无光泽；浓度在1.0～2.5mg/L时，出愈时间较前者早3～5d，愈伤组织为奶油色，质地疏松，继代后生长旺盛。何婷[23]等研究表明，生长素与细胞分裂素配合使用效果更好，有利于胚性愈伤组织的形成。因此，在愈伤组织诱导培养基中，高浓度的生长素结合低浓度的细胞分裂素对胚性愈伤组织的形成是必要的。

脯氨酸有调节渗透压和促进愈伤胚性化的作用，窦秉德[22]研究表明，在加入一定浓度脯氨酸的诱导培养基中，愈伤组织的质量状态较好；杜何为[23]等还研究了AgNO3浓度对玉米幼胚组织培养的影响，发现10mg/L AgNO3有利于胚性愈伤组织的形成，较低浓度对愈伤组织的诱导无促进作用，而较高浓度会抑制玉米幼胚愈伤组织的形成。

5 培养条件对玉米愈伤组织诱导的影响

温度是影响愈伤组织诱导的重要因素。研究表明温度为26～27℃时愈伤组织形成最快且状态最好，最适合进行玉米愈伤组织的诱导。温度过高或过低都会导致外植体发育受阻而老化，不利于愈伤组织的生长。

愈伤组织诱导通常是在黑暗条件下进行。由于诱导培养基中含有愈伤组织形成所必需的营养成分，无需依赖光和作用，因此黑暗环境更有利于愈伤组织的形成。但光照对于愈伤组织的分化、根的发生和胚状体的形成是一个必需条件。因此在玉米组织培养过程中应根据组织培养的不同需求，及时调整光照强度。

6 结论

目前，玉米育种仍主要采用传统的方法。而传统的育种技术具有周期长、耗时、费力等缺点，已不能满足生产发展的需要，因此采用转基因工程技术对玉米的农艺性状进行改良势在必行。而玉米组织培养技术是开展遗传转化工作的前提和基础。玉米胚性愈伤组织的诱导率受基因型、外植体、培养基、植物激素及培养条件等多种因素影响，深入研究影响玉米愈伤组织诱导的各种因素，可促进玉米组织培养技术进一步发展和完善，为实践应用提供理论参考。

参考文献

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[2]杨会，王国英，戴景瑞.玉米优良自交系综3、综31转化的研究[J].农业生物技术学报，2001，9（4）：334-337.

[3]郭新梅，张晓东，韩立新，等.不同基因型玉米幼胚愈伤组织的培养特性[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2007，35（4）：68-72.

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