褐脉少花龙葵毛状根的诱导、培养及其澳洲茄胺的产生

利用发根农杆茵的遗传转化和液体培养技术,研究了褐脉少花龙葵(solanum nigrum L.Var.Dauciforum)毛状根的诱导和离体培养及其澳洲茄胺的产生以及液体培养过程中培养基中N源和钙的消耗变化.结果表明.发根农杆菌ATCC15834感染褐脉少花龙葵叶片外植体5 d后产生毛状根.感染25d后,约90%的叶片外植体产生毛状根.毛状根能在无外源生长调节剂的MS固体和体培养基上自主生长.PCR扩增结果显示发根农杆菌Ri质粒的rilB和rolC基因已在少花龙葵毛状根基因组中整合并得到表达.所产生的毛状根能产生药用次生物质澳洲茄胺,其含量约为非转化植株根的1.3倍,达到582.05μg/g干重.少花龙葵毛状根液体培养0-5 d内处于生长迟滞期、5-15 d为快速生长期、15d后进入生长平台期.培养基的硝态氮和铵态氮在毛状根液体培养过程中被逐渐吸收和消耗,至培养15 d时铵态氮被消耗殆尽.而硝态氮仍剩余44.7%;培养基中钙的浓度在培养过程中虽逐渐降低,但在培养25d时仍未被完全消耗,其浓度约为起始浓度的43.5%.该结果为今后设计合适的培养基来规模培养褐脉少花龙葵毛状根生产药用次生物质澳洲茄胺提供了可能性.     

三裂叶野葛毛状根的生长及其培养基营养物质的消耗变化

研究了发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）ATCC15834遗传转化产生的三裂叶野葛（Pueraria phaseoloides）毛状根在液体培养过程中生长及其部分营养物质消耗的关系．结果表明：三裂叶野葛毛状根液体培养0～4d内处于生长迟滞期、8～16d为快速生长期、16d后进入生长平台期．培养基的PO4^2-、硝态氮和铵态氮在毛状根液体培养过程中被逐渐吸收和消耗,培养16d时培养基中的PO4^3-被消耗殆尽,其浓度仅为培养基起始PO4^3-浓度的0．26％;培养基的铵态氮和硝态氮则在培养20d时才消耗殆尽;而培养基中的Ca^2＋浓度在培养过程中逐渐降低．但在培养20d时仍未被完全消耗,其浓度约为起始浓度的30．5％．培养基的pH值随培养时间的延长而不断降低,培养20d后pH值由5．62降低到4．09;而毛状根的颜色也随培养基pH值的降低和培养时间的延长逐渐由白色变成浅黄色和浅褐色．该结果为今后设计合适的培养基以开展野葛毛状根的大规模液体培养来生产葛根素提供了可能性．     

培养基磷缺乏对黄瓜毛状根生长、抗氧化酶活性及氮源利用的影响

采用液体培养的方法研究了培养基磷缺乏对黄瓜毛状根生长及其抗氧化酶活性及培养基中氮源和钙利用的影响.结果表明,黄瓜毛状根在完全缺磷的培养基中几乎不能生长;而培养基无机磷缺乏会抑制黄瓜毛状根的生长,且浓度越低,其抑制作用越明显,毛状根变得越纤细而长,侧根数减少且短小.与全磷培养相比,磷缺乏培养基培养的黄瓜毛状根可溶性蛋白含量明显偏低,但其SOD和POD活性则明显升高.与完全缺磷(对照)相比,在培养过程中不同无机磷浓度培养的黄瓜毛状根的SOD和POD活性均比对照低.当黄瓜毛状根在不同磷缺乏浓度的液体培养基中培养时,随着培养时间的延长,培养基的电导率逐步下降,并与培养基起始无机磷浓度成正比;其培养基的铵态氮和硝态氮不断被吸收和利用,培养至15d时,培养基中的铵态氮已绝大部分被消耗完毕,但直至培养30d时培养基的硝态氮仍未被消耗完毕.培养基中无机磷缺乏会降低黄瓜毛状根对培养基硝态氮的吸收和消耗以及抑制黄瓜毛状根对钙的吸收.而适当提高培养基的无机磷浓度可促进黄瓜毛状根对培养基中钙的吸收和消耗.     

蔗糖浓度对三裂叶野葛毛状根生长及其次生物质产生的影响

本文研究了蔗糖浓度对发根农杆菌ATCC15834诱导产生的三裂叶野葛毛状根生长及其葛根素和异黄酮类化合物产生的影响以及液体培养基中蔗糖的消耗变化.结果表明毛状根在含5%、4%、3%和2%蔗糖的MS培养基中培养16天后的干重增殖倍数分别为11.7、11.9、10.1和5.9;其中尤以3%的蔗糖浓度最有利于毛状根中异黄酮类化合物及葛根素的积累;培养12天后,毛状根的葛根素含量达到最高,约5.147mg/g DW;而其异黄酮类化合物的含量则在培养16天后达到最高,约27.76mg/g DW.在毛状根液体培养过程中培养基的蔗糖浓度随着毛状根的生长而降低,其消耗速率与毛状根的生长速度及其可溶性总糖含量成正比.毛状根的可溶性总糖含量在培养12天时达到最高,而培养16天后培养基中的蔗糖消耗完毕.     

蔗糖浓度对三裂叶野葛毛状根生长及其次生物质产生的影响

本文研究了蔗糖浓度对发根农杆菌ATCC15834诱导产生的三裂叶野葛毛状根生长及其葛根素和异黄酮类化合物产生的影响以及液体培养基中蔗糖的消耗变化。结果表明：毛状根在含5％、4％、3％和2％蔗糖的MS培养基中培养16天后的干重增殖倍数分别为11．7、11．9、10．1和5．9;其中尤以3％的蔗糖浓度最有利于毛状根中异黄酮类化合物及葛根素的积累;培养12天后,毛状根的葛根素含量达到最高,约5．147mg／gDW;而其异黄酮类化合物的含量则在培养16天后达到最高,约27．76mg／gDW。在毛状根液体培养过程中培养基的蔗糖浓度随着毛状根的生长而降低,其消耗速率与毛状根的生长速度及其可溶性总糖含量成正比。毛状根的可溶性总糖含量在培养12天时达到最高,而培养16天后培养基中的蔗糖消耗完毕。     

外源钙对镉胁迫下南美蟛蜞菊毛状根生长、抗氧化酶活性和镉吸收的缓解效应

为了探讨外源钙对重金属镉(Cd)缓解南美蟛蜞菊Wedelia trilobata毛状根毒害的生理机理,采用溶液培养法研究了重金属Cd单独及其与Ca组合对南美蟛蜞菊毛状根生长、抗氧化酶超氧化物岐化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性及对Cd2+吸收的影响。结果表明,Cd≤50μmol/L时促进毛状根生长;高于100μmol/LCd则抑制其生长,使其侧根短小,根尖变褐或变黑。与对照相比,不同浓度Cd培养的毛状根POD活性、SOD活性和MDA含量都比对照明显提高,但高于100μmol/L Cd培养的毛状根可溶性蛋白含量均比对照降低。与仅添加200μmol/L或300μmol/L Cd的毛状根相比,Cd和10~30 mmol/L Ca组合培养可促进毛状根生长,使其主、侧根变粗;提高其可溶性蛋白含量;降低其MDA含量、POD活性及SOD活性。原子吸收分光光度法测定结果表明,南美蟛蜞菊毛状根能吸收和吸附重金属Cd2+,当Cd2+浓度为100μmol/L时毛状根对Cd2+的吸收量最大,而Cd2+浓度为300μmol/L时毛状根对Cd2+的吸附量最大。外源加入10~30 mmol/L Ca2+可显著减少毛状根对Cd2+的吸收和吸附,并可调节其抗氧化酶活性,降低其膜脂过氧化水平而解除重金属镉对毛状根生长的抑制或毒害。     

香石竹毛状根诱导、离体培养及其植株再生

为了探讨利用发根农杆菌遗传转化所产生的毛状根来创新香石竹种质的可能性,本文采用叶盘法,建立了发根农杆菌Agrobacterium rhizogenes对香石竹Dianthus caryophyllus L.叶片外植体的遗传转化及其植株再生体系。结果表明,发根农杆菌ATCC15834感染香石竹幼嫩叶片外植体12 d后,从叶片外植体切口中脉处产生白色毛状根,21 d后约90%的叶片外植体产生毛状根。所获得的无菌毛状根能在无外源激素的MS固体和液体培养基中快速自主生长。PCR扩增和硅胶薄层层析结果显示发根农杆菌Ri质粒的rol B和rol C基因以及冠瘿碱合成酶基因已在香石竹毛状根基因组中整合并得到表达。将毛状根置于MS+6-BA 1.0-3.0 mg/L+NAA 0.1-0.2 mg/L中培养15 d后产生淡黄绿色的疏松愈伤组织。愈伤组织不定芽分化的最适培养基为MS+6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.02 mg/L,培养6周后不定芽分化率为100%;平均每个愈伤组织产生30-40个不定芽;将不定芽转至1/2 MS或1/2 MS+0.5 mg/L NAA的培养基中10 d后产生不定根,发育成再生植株。再生植株移植于栽培基质中20 d后,成活率达95%以上。     

外植体龄和蔗糖浓度对黄瓜子叶产生毛状根的影响

研究了外植体龄和蔗糖浓度对发根农杆菌 R160 1介导黄瓜子叶产生毛状根的影响。结果表明 :以 10 d龄子叶外植体产生毛状根的能力最强 ,外植体的毛状根诱导率为 88.89% ;2 0 d龄子叶外植体的毛状根诱导率比 10 d龄子叶外植体降低 52 .86% ;30 d龄子叶外植体感染发根农杆菌R160 1后不产生毛状根。感染发根农杆菌 R160 1的黄瓜子叶外植体在不加或加 1%蔗糖的 MS培养基上的毛状根诱导率极低 ,子叶外植体逐渐变黄 ,腐烂 ;而培养基中添加 2 % ,3%或 4 %的蔗糖可显著提高子叶外植体的毛状根诱导率。黄瓜毛状根能在无外源植物激素的 MS液体培养基中自主生长。冠瘿碱的高压纸电泳检测表明毛状根已被 Ri T- DNA转化     

商陆毛状根的诱导、培养及其扼甙的产生

发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）R1601感染商陆叶片外植体1周后,在其切口处产生毛状根,20d后产生毛状根的外植体比例达70%,毛状根可直接从叶片外植体叶脉处或从叶脉处产生的愈伤组织上产生,毛状根能在无激素的MS培养基上自主生长,其呼吸速率比对照根提高85.6%,冠瘿碱检测和PCR扩增结果表明,发根农杆菌RiT-DNA的冠瘿碱合成酶基因及其Ri质粒的rol基因均已在商陆毛状根基因组中得到表达。毛状根中总皂甙含量约为自然根的1.54倍,但其多糖含量则仅为非转化根的70%。     

烟草毛状根多倍体诱导及其植株再生

为了提高烟草的烟碱含量,采用发根农杆菌遗传转化和人工染色体加倍技术,进行了烟草毛状根及其多倍体诱导、植株再生及其烟碱含量测定。结果表明,发根农杆菌ATCC15834感染烟草叶片外植体8 d后产生白色毛状根,15 d后所有叶片外植体产生毛状根。毛状根能在无外源激素的MS固体和液体培养基上自主生长。PCR扩增结果显示发根农杆菌Ri质粒的rol B和rol C基因以及冠瘿碱合成酶基因已在烟草毛状根基因组中整合并得到表达。烟草毛状根多倍体诱导的最适条件为0.1%的秋水仙素溶液处理36 h,其多倍体诱导率为64.71%。经秋水仙素加倍的烟草毛状根多倍体植株再生的最适宜培养基为MS+6-BA 2.0 mg/L+NAA0.2 mg/L。与对照(二倍体非转化植株)相比,烟草二倍体毛状根再生植株的顶端优势减弱,腋芽增多,叶片变窄;而烟草毛状根多倍体再生植株茎更粗,节间变短,叶色更深,叶片的宽度和厚度均较对照明显增大。根尖细胞染色体压片观察证实,所获得的烟草毛状根多倍体再生植株为四倍体,其根尖细胞染色体数约为4n=96。盆栽实验表明,烟草二倍体毛状根植株和多倍体毛状根再生植株比对照植株延迟约21 d开花。GC-MS检测表明,烟草毛状根多倍体再生植株的烟碱含量比对照及二倍体毛状根再生植株显著提高,分别约为对照及二倍体毛状根再生植株的6.90倍和4.57倍。     

金铁锁毛状根构型对其生长的影响

毛状根的构型是影响其生长速度和生物量积累的重要因素,为了规模化培养金铁锁毛状根,进一步解决金铁锁资源短缺问题,该研究以金铁锁毛状根为材料,通过改变培养基类型、碳源及碳源浓度,观察和分析了毛状根的生长状态,找出影响毛状根构型的因素。结果表明:最适合金铁锁毛状根生长的培养基为B5+蔗糖30 g·L~(-1),金铁锁毛状根主根长而粗壮,一级、二级侧根生长量大,根系表面积较大,生长效果最佳。经液体悬浮培养验证,测定毛状根的生长量,与在固体培养基培养的毛状根生长状态基本一致。通过该项研究,优化了培养基中营养成分的配比,实现了金铁锁毛状根的快速生长和生物量的积累。     

黄瓜毛状根的诱导及细胞分裂素6-BA对其生长和形态的影响

含农杆碱型Ri质粒pRiA4b的发根农杆菌(Agrobacteriumrhizogenes)ATCC15834感染黄瓜子叶外植体5d后产生毛状根,毛状根可直接从叶片外植体叶脉处产生。感染10d后,约90%的子叶外植体产生毛状根。毛状根能在无外源生长调节剂的MS固体和液体培养基上自主生长。PCR扩增结果证实,发根农杆菌Ri质粒的rolB和rolC基因已在黄瓜毛状根基因组中整合并得到表达。挑选一无菌黄瓜毛状根系置于含不同浓度6-BA的MS培养基中悬浮培养来探讨细胞分裂素6-BA对黄瓜毛状根生长及其形态变化的影响。结果表明,细胞分裂素6-BA能促进黄瓜毛状根的生长及改变其生长形态。随着培养基中6-BA浓度的升高,黄瓜毛状根变得越来越短而粗,更少分枝。与对照相比,培养基中添加0·1~3·0mg/L6-BA能推迟毛状根最大生长峰的出现,降低其可溶性蛋白含量、SOD和POD酶活性;而黄瓜毛状根的乙烯释放高峰比其最大生长峰和SOD和POD酶活性高峰提前5天,但6-BA处理能降低毛状根的内源乙烯释放量。该结果表明细胞分裂素6-BA可能通过对乙烯生成和释放的调节来影响黄瓜毛状根的生长和形态并延缓毛状根的衰老。     

Amyloplast distribution in hairy roots induced by infection with Agrobacterium rhizogenes.

To elucidate the rapid and plagiotropic growth of hairy root induced by A. rhizogenes, a root apex was investigated with respect to it's amyloplast deposition, activity of alpha-amylase and glucose content. The amyloplasts distributed in the hairy roots were fewer than those of the adventitious root. Since auxin availability is enhanced in hairy roots, it could affect the statolith degradation by elevating alpha-amylase activity so that the energy requirement for rapid growth could be fulfilled as represented of glucose content. Consequently, it is suggested the overall decrease of starch grains could result in the lack of gravi-response in hairy roots.     

Viability of plant hairy roots is sustained without propagation in low sugar medium kept at ambient temperature

The effect of sucrose concentration in the medium on the growth and resumption ability to form lateral roots was investigated using the hairy roots of pak-bung and tobacco. It was found that the growth evaluated by root tip elongation of pak-bung and tobacco hairy roots was suppressed in the medium having an initial sucrose concentration of <2.5kg/m(3), and that the resumption abilities of both the hairy roots could be preserved when the hairy roots were kept at an initial sucrose concentration of 2.5kg/m(3) under ambient temperature conditions. The values of maintenance energy for pak-bung and tobacco hairy roots were determined to be 0.11 and 0.12 per day, respectively, from the total sugar consumption rates. Under the oligotrophic condition of the sucrose concentration of 2.5kg/m(3), the hairy roots were considered to exist as resting cells with maintenance metabolism, and the minimum demand for the energy source to ensure survival of the cells was met because the cells hardly multiplied and sugar consumption was not significant. In addition, long-term storage of pak-bung hairy roots in the liquid medium with 2.5kg/m(3) sucrose was performed at 25 degrees C. It was demonstrated that the hairy roots could maintain their resumption abilities without a serious loss of viability over 600 days and that the number of budding lateral roots per unit length of the main roots remained a value of 72 roots/m after the 600-day storage.     

美洲商陆毛状根诱导及其离体培养的影响因素

为了探讨利用美洲商陆毛状根生产其药用成分的可能性,研究了美洲商陆毛状根诱导及其离体培养的影响因素。结果表明,美洲商陆叶片外植体被发根农杆菌ATCC 15834感染约18 d后,从其叶片外植体形态学下端叶脉切口处产生毛状根,其中以预培养1 d,农杆菌感染20 min,共培养4 d时的毛状根诱导率最高,达到70%。PCR扩增和硅胶薄层层析结果显示,发根农杆菌Ri质粒的rol C基因以及冠瘿碱合成酶基因已在美洲商陆毛状根基因组中整合和表达。所获得的美洲商陆毛状根系都能在无外源激素的MS固体培养基上快速自主生长;其中以毛状根根系2的生长速度最快、分生侧根能力最强和根表面的根毛密度最高;毛状根根表面呈紫红色或呈白色。在供试的MS、1/2MS、B5和6,7-V液体培养基中,以无外源激素的MS培养基最适合美洲商陆毛状根根系生长。与无外源激素的MS培养基相比,6,7-V培养基更有利于毛状根中商陆皂苷甲的合成与积累。本文所建立的美洲商陆毛状根诱导及其离体培养的适宜条件为今后利用其毛状根株系的规模培养来生产其药用有效成分商陆皂苷甲奠定了实验和技术基础。     

甘薯、胡萝卜发根单寄主培养体系繁殖马铃薯腐烂线虫的研究

利用发根农杆菌A4转化甘薯品种徐薯18和胡萝卜品种天红2号的发根,建立甘薯茎线虫病病原线虫(马铃薯腐烂线虫)的单寄主培养体系。通过该体系对马铃薯腐烂线虫的行为进行观察以及繁殖情况进行调查。结果表明:(1)马铃薯腐烂线虫在甘薯和胡萝卜发根上都能正常发育和繁殖,完成其生活周期;(2)培养4周和8周后,在甘薯发根上线虫繁殖倍数分别为2.6和50.6倍;在胡萝卜发根上线虫繁殖倍数分别为1.7和9.9倍;相同培养时间内,线虫在甘薯发根上的繁殖数极显著高于在胡萝卜发根上的繁殖数。(3)利用发根系统繁殖马铃薯腐烂线虫,便于研究其行为,在显微镜下可以直接观察到线虫在发根上活动情况,这对研究发根和线虫相互关系十分有利。基于上述结果,初步证实构建甘薯发根单寄主培养体系繁殖马铃薯腐烂线虫是可行的,且优于胡萝卜发根繁殖马铃薯腐烂线虫体系。     

人参发根的诱导及其适宜培养条件的研究

利用发根农杆菌A₄菌株在人参根外植体上直接诱导产生发根。在1/2MS固体培养基上建立起发根离体培养系,经连续多代的培养,发根仍保持旺盛生长状态。PCR扩增结果表明,发根农杆菌R_I质粒的rolC基因已在人参发根基因组中整合并得到表达。液体培养基中发根生长速度约为固体培养的2倍。经对发根中人参皂苷含量及比生长速率的测定,筛选出高产发根系R9923。利用HPLC法测定了R9923发根系中单体皂苷Rg1、Re、Rf、Rb1、Rc、Rb2和Rd的含量,人参总皂苷含量达15.2mg/g。确定1/2MS培养液（30g/L蔗糖）、摇床转速110r/min、每２周更换一次培养液、继代培养时间4周,为人参发根生长适宜条件。探讨了培养容积、发根初始接种量以及分级放大培养工艺对发根大规模生产过程中生物产量和皂苷含量的影响。