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三叶半夏(Pinelli.ternat.(Thunb Breit.)为天南星科半夏属植物,其用药史已有2000余年,是我国最常用的传统中药材之一。三叶半夏以无性繁殖为主,其自然繁殖系数低。由于社会需求的迅猛增长和生态环境的日渐退化,三叶半夏野生资源急剧减少,供需矛盾日益加剧。为探寻新的资源补偿途径,本研究以植物细胞悬浮培养技术为手段,开展半夏多倍体诱导研究,以期获得高产优质的多倍体半夏。其主要结果概述如下:
1.半夏悬浮培养体系的建立
(1)疏松愈伤组织的诱导以叶片为外植体,通过激素筛选,优化了培养基配方。研究结果表明:愈伤组织诱导培养基(简称M1):MS+NA.0.0.mg/L+6-BA1 mg/L;继代培养基(简称M2):MS+2,4-.1 mg/L+6-B.0 mg/L+K.0.5mg/L,继代培养2~3次即可获得疏松的愈伤组织。
(2)通过对半夏悬浮培养条件的研究,确定了悬浮培养的条件:MS+2,4-.1.5mg/L+6-B.0 mg/L+K.0 mg/L,愈伤组织接种量6%~8%(m/v),p.5.8,转速为10.rpm。继代培养周期为.d时,细胞的密度和存活率达到最高,分别为6.53×105个/ml和42.94%。
2.半夏单细胞的多倍体诱导及其再生
(1)通过对半夏单细胞再生培养条件的研究,确定了单细胞再生培养的条件:单细胞培养的起始密度为8×105个/ml,培养方式为液体浅层培养或固液双层培养,单细胞培养基(简称M3). MS+NA.0 mg/L+6-B.1 mg/L+C.20.mg/L,转接的细胞团大小为直径2~.mm。愈伤组织培养基:MS+NA.0.0.mg/L+6-BA1 mg/L,生根培养基(简称M4):1/.MS.IB.0 mg/L.NA.0.1mg/L+糖4%+活性炭0.25%。
(2)用单细胞进行多倍体诱导时,秋水仙碱处理浓度为0.001%,0.003%,0.005%,0.007%,0.009%和0.01%,秋水仙碱处理时间为1.h,2.h,4.h和7.h。诱导结果显示:秋水仙碱浓度为0.001%,0.003%和0.005%时,均获得了变异植株,其中以0.003%秋水仙碱处理单细胞2.h的诱导效果最好,其诱导率为35.59%。
3.变异植株的倍性鉴定
(1)根尖染色体鉴定表明,由秋水仙碱诱导获得的变异植株为十六倍体,其染色体数为2n=16x=208;对照植株为八倍体,其染色体数为2n-8x=104。
(2)染色体加倍后,再生的多倍体植株在形态学和细胞学上面都存在显著差异。通过再生组培苗的栽培实验发现,多倍体植株矮化、叶片颜色加深、叶片厚度增加、叶柄粗壮,块茎增大;通过电镜观察发现,多倍体植株叶片表皮气孔密度减小、气孔增大、气孔中的叶绿体数目增多;通过叶绿素含量分析发现多倍体植株的叶绿素含量明显增加。
本研究通过秋水仙碱处理桃叶型半夏单细胞成功获得了十六倍体半夏植株。我们建立了一种新的半夏多倍体诱导方法,同时也说明单细胞是进行半夏染色体加倍的理想材料之一。