H2O2對牡丹愈傷組織分化及抗氧化酶活性的影響

賀丹　毛倉倉　陳穎　王政　何松林

摘要：以鳳丹白牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）繼代愈傷組織為材料，研究不同外源H2O2濃度下牡丹愈傷組織生長過程中過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性的變化，探究酶活性變化與牡丹愈傷組織生長、分化的關系。結果表明，在愈傷組織生長過程中，當H2O2濃度達到50 μmol/L以上時，愈傷組織形態(tài)均出現(xiàn)了不同程度的變化；100 μmol/L H2O2處理的SOD活性在第5天達到峰值，與其他處理呈顯著差異，之后逐漸下降；POD和CAT活性變化基本一致，在第5天出現(xiàn)明顯上升，之后下降，然后趨于平穩(wěn)。從形態(tài)觀察和3種抗氧化酶活性結果來看，100 μmol/L H2O2對牡丹胚性愈傷組織的形成和體細胞胚的誘導有促進作用。

關鍵詞：外源H2O2；牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）；愈傷組織分化；抗氧化酶活性

中圖分類號：S685.11 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）01-0122-04

牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）別名木芍藥、富貴花，為芍藥科芍藥屬宿根木本花卉[1]。目前，生產(chǎn)上仍以播種、分株、嫁接等傳統(tǒng)方法進行繁殖，其結實率低，無性繁殖速度慢等問題限制了品種選育工作的開展。組織培養(yǎng)技術為縮短牡丹的繁育周期提供了可能，但還沒有形成較完善的技術體系[2]。牡丹愈傷組織分化困難一直是制約再生體系建立的瓶頸[3]，通過直接途徑獲得了少量的牡丹體細胞胚[4，5]。通過間接途徑即體細胞誘導成胚性愈傷組織，胚性愈傷組織再發(fā)育成體胚，誘導產(chǎn)生牡丹體胚尚未見報道。

過氧化氫（H2O2）是活性氧的重要代表之一，激素等信號以及生物、非生物脅迫刺激均可誘導植物細胞內(nèi)H2O2的產(chǎn)生和積累。近年來，有學者認為H2O2可能是一種細胞信號傳導物質，有可能通過細胞的信號傳遞系統(tǒng)影響基因的調控表達，從而誘導胚性細胞的形成[6，7]。從本質上講，胚性愈傷組織的形成過程也就是愈傷組織的分化過程，這一過程的核心是基因的差別表達。有研究表明，在枸杞體細胞胚發(fā)生過程中，一定濃度的外源H2O2可提高愈傷組織中體細胞胚的發(fā)生頻率，對細胞分化及體細胞胚發(fā)生有促進作用[7]。過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）等酶活性的變化與愈傷組織的生長及分化過程密切相關。有研究表明，在枸杞的體細胞胚發(fā)生過程中，3種酶相互配合來調節(jié)胚性細胞的分化與發(fā)育，且在胚胎發(fā)生與發(fā)育過程中具有特異性變化[7]；在大蒜體細胞胚胎發(fā)生過程中，這3種酶活性的變化與胚性愈傷組織的誘導及體胚的發(fā)育密切相關[8]；POD在石刁柏和小麥的體細胞胚胎發(fā)生、發(fā)育的各個時期，其活性均高于對照[9，10]。本研究以鳳丹白牡丹的繼代愈傷組織為材料，嘗試利用外源H2O2誘導牡丹胚性愈傷組織，研究誘導過程中POD、CAT和SOD活性的變化，探究酶活性變化與愈傷組織生長、分化的關系，旨在為牡丹體細胞胚的發(fā)生提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

2012年2月采集鳳丹白牡丹鱗芽，采集地點為洛陽市土橋花木種苗有限公司牡丹苗木基地。將鱗芽滅菌后接種到MS+0.5 mg/L 6-BA+0.5 mg/L NAA+7 g/L瓊脂+30 g/L蔗糖（pH 5.8）的固體培養(yǎng)基上，培養(yǎng)30 d后獲得牡丹試管苗。然后將試管苗的葉柄在無菌條件下轉入MS+ 1.0 mg/L 6-BA+ 1.0 mg/L 2，4-D +7 g/L瓊脂+30 g/L蔗糖（pH 5.8）的固體培養(yǎng)基上，培養(yǎng)40 d后獲得愈傷組織。愈傷組織在無菌條件下再轉入MS+1.0 mg/L 6-BA+ 1.0 mg/L NAA+7 g/L瓊脂+30 g/L蔗糖（pH 5.8）的固體培養(yǎng)基上，進行增殖培養(yǎng)，獲得繼代愈傷組織。以上培養(yǎng)條件均為溫度（24±1） ℃，光照度40 μmol/（m2·s），光照時間12 h/d。

1.2 試驗方法

將獲得的鳳丹白繼代愈傷組織轉入添加有4種不同濃度H2O2（處理Ⅰ 50 μmol/L、處理Ⅱ 100 μmol/L、處理Ⅲ 200 μmol/L、處理Ⅳ 300 μmol/L）的MS+1.0 mg/L 6-BA+1.0 mg/L NAA+7 g/L瓊脂+30 g/L蔗糖（pH 5.8）的固體培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)，每處理接種20瓶。

1.3 測定方法

供試材料轉入含有不同濃度H2O2的培養(yǎng)基后，分別于0、5、10、15、20、25 d進行隨機取樣。準確稱取材料0.2 g，加2 mL磷酸緩沖液（50 mmo1/L，含1%PVP及0.2 mmo1/L EDTA，pH 7.8）及少量石英砂，于冰浴中研磨，勻漿液于4 ℃，12 000 r/min離心15 min，上清液用于酶活性的測定，3次重復。

POD、CAT活性測定參照李合生[11]的方法，略加改動。SOD活性測定參照趙世杰[12]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)采用鄧肯氏新復極差法（SSR法）檢測其差異顯著性，采用Excel軟件和DPS軟件3.01版對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理。

2 結果與分析

2.1 H2O2對牡丹愈傷組織生長分化的影響

供試材料轉入含有不同濃度H2O2的培養(yǎng)基后，經(jīng)過25 d的培養(yǎng)后，觀察牡丹愈傷組織的生長變化，結果如圖1所示。從圖1中可以看出，在不同濃度H2O2處理條件下，牡丹愈傷組織的生長呈不同的變化。處理Ⅰ的愈傷組織呈綠色至黃綠色，形態(tài)較致密；處理Ⅱ出現(xiàn)了一定程度的褐化，愈傷組織表面及邊緣出現(xiàn)較多類似球形胚的凸起，與周圍愈傷組織易于剝離；處理Ⅲ與處理Ⅳ愈傷組織表面出現(xiàn)少量凸起，多呈黃綠色至白色，處理Ⅳ的褐化情況較嚴重，接種的20瓶中均有不同程度的污染。endprint

2.2 牡丹愈傷組織生長過程中POD活性的變化

如圖2所示，牡丹愈傷組織轉入含有不同濃度H2O2的培養(yǎng)基后，4個處理愈傷組織的POD活性整體呈上升-下降-平穩(wěn)的趨勢。其中0～5 d，除處理Ⅲ外，其他處理的POD活性均大幅上升；5～10 d，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的POD活性急速下降，處理Ⅲ愈傷組織的POD活性呈緩慢下降的趨勢，并于第10天出現(xiàn)最低值132.75 U/（g·min）；10～15 d，處理Ⅰ愈傷組織的POD活性平緩下降，處理Ⅱ、Ⅳ愈傷組織的POD活性繼續(xù)大幅下降，而處理Ⅲ的POD活性則緩慢上升；15～25 d，處理Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ愈傷組織的POD活性則保持緩慢上升的趨勢，第25天分別達到279.94、309.38、308.06 U/（g·min）。從POD活性的整體變化來看，除處理Ⅲ外，其他處理在5 d前后出現(xiàn)了劇烈變化，15 d后變化趨于平緩。

2.3 牡丹愈傷組織生長過程中SOD活性的變化

如圖3所示，將牡丹愈傷組織轉入含有不同濃度H2O2的培養(yǎng)基后，4個處理的SOD活性整體變化趨勢較為平緩。其中0～5 d，4個處理的SOD活性均有上升，處理Ⅱ的變化最大，達到了382.56 U/（g·min）；5～10 d，處理Ⅱ的SOD活性有小幅下降，并于第10天出現(xiàn)較低值317.69 U/（g·min），而處理Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ的SOD活性均呈上升趨勢；10～15 d， 4個處理的SOD活性均緩慢上升，且于第15天分別達到342.58、340.71、348.21、347.44 U/（g·min）；之后，4個處理的SOD活性呈下降趨勢，第25天分別降至219.72、177.33、201.61、291.62 U/（g·min）。從SOD的活性變化來看，處理Ⅱ的SOD活性在第5天達到了峰值，并與其他處理顯著差異。

2.4 牡丹愈傷組織生長過程中CAT活性變化

如圖4所示，將牡丹愈傷組織轉入含有不同濃度H2O2的培養(yǎng)基后，0～5 d，4個處理的CAT活性均呈上升趨勢；5～10 d時，又迅速下降；10～15 d，處理Ⅰ、Ⅱ的CAT活性持續(xù)下降，并于第15天降至最低值237.5、187.5 U/（g·min），而處理Ⅳ的CAT活性則又出現(xiàn)上升；15～20 d，處理Ⅲ的CAT活性繼續(xù)下降并于第20天出現(xiàn)最低值187.5 U/（g·min）；20～25 d，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的CAT活性保持快速上升趨勢，處理Ⅳ的CAT活性則緩慢下降。

3 小結與討論

本試驗研究H2O2對牡丹體細胞胚誘導的作用，通過對愈傷組織生長形態(tài)的觀察及抗氧化酶（POD、SOD、CAT）活性的測定，初步發(fā)現(xiàn)一定濃度的H2O2對誘導牡丹體細胞胚形成起促進作用。這3種酶與胚性愈傷組織的誘導有密切關系，它們相互配合調節(jié)胚性愈傷組織的生長與分化[8]。

崔凱榮等[7]、邢更妹等[13]認為當繼代愈傷組織轉入分化培養(yǎng)基后，SOD活性呈上升趨勢，直到多細胞原胚期，SOD活性達到最高峰，表明SOD活性升高對胚性細胞的分化以及早期胚胎發(fā)育有促進作用。本試驗中第5天，除處理Ⅱ的SOD活性達到峰值，之后下降，而其他處理的變化趨勢較為平緩，因此在本試驗中處理5 d可能是胚性細胞分化的時期。崔凱榮等[7]以枸杞為材料進行研究，結果表明轉入分化培養(yǎng)基的繼代愈傷組織只有在SOD活性升高時才會發(fā)生細胞分化，同時認為細胞的分化取決于SOD與H2O2的相互作用。另外，很多研究表明，胚性愈傷組織中SOD、POD、CAT的活性均較高[15]，說明胚性愈傷組織細胞的適應性、抗逆性強于非胚性愈傷組織，能夠為胚性細胞分化、體胚的產(chǎn)生創(chuàng)造有利的條件[16，17]。POD與CAT是與清除H2O2相關的酶類[18]，本試驗中當H2O2濃度為100 μmol/L時，兩者的變化基本一致，這與枸杞[7]、木薯[19]的體胚發(fā)生過程中POD、CAT活性變化趨勢相一致。而詹園鳳等[8]在研究大蒜體細胞胚發(fā)生過程中發(fā)現(xiàn)，POD活性的變化趨勢與SOD和CAT活性的變化趨勢相反，這可能是不同作物體胚發(fā)生過程中抗氧化系統(tǒng)的協(xié)調方式不同所致。

在體細胞胚的誘導及發(fā)生時間方面，不同物種的差異不大。枸杞在由繼代愈傷組織轉入分化培養(yǎng)基后，經(jīng)3 d培養(yǎng)即開始有胚性細胞形成，15 d左右時即形成大量球形胚[7]。櫻桃番茄在轉入分化培養(yǎng)基后，14 d球形胚開始形成，經(jīng)歷心形胚、魚雷胚后35 d開始形成子葉胚[20]。石刁柏在培養(yǎng)1個月后，可以在培養(yǎng)物中挑選出愈傷組織、球形胚、梨形胚、成熟胚等[21]。本試驗的形態(tài)觀察和3種抗氧化酶活性的結果表明，100 μmol/L H2O2對牡丹胚性愈傷組織和體細胞胚的誘導有促進作用，后期應在培養(yǎng)方式、培養(yǎng)時間等方面進一步深入研究，以獲得理想的結果。

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