老山芹正常試管苗和玻璃化苗的生理生化特性比較

馬 婧， 楊系玲， 孫 聰， 范文艷， 戴凌燕， 金麗娜， 宮占元， 貝麗霞， 姜述君

(1.黑龍江八一農墾大學農學院，黑龍江大慶 163319； 2.黑龍江八一農墾大學生命科學技術學院，黑龍江大慶 163319)

老山芹(HeracleummoellendorffiiHance)屬傘形科多年生草本植物，為藥食兩用植物，其幼嫩莖葉是美味的山野菜，具有極高的經濟開發價值，同時其干燥根入藥作獨活[1]。獨活是我國常用的傳統中藥，廣泛用于風寒濕痹、腰膝疼痛、感冒頭痛、痛瘡腫痛和慢性氣管炎的治療[1-3]。一些研究表明，老山芹含有檞皮素、山奈素和蕓香苷等黃酮類化合物[4]，此外還含有聚乙炔化合物[5]及佛手柑內酯、茴芹內酯、異茴芹內酯等香豆素化合物[6]。研究表明，佛手柑內酯具有顯著的抗癌作用[7-8]，因此，老山芹潛在藥用價值也不可忽視。由于老山芹種子萌發困難，導致老山芹的自然分布數量較少，分布片斷化明顯，從而使其開發利用受到制約。在眾多生物技術中，植物組織培養技術是解決重要野生植物資源保護和可持續發展的重要手段之一。

玻璃化現象是植物組織培養中經常發生的一種生理失調現象，并且嚴重影響組培體系的穩定性。由于物種間在遺傳和代謝等方面的差異性，導致不同種類植物玻璃化苗在生理生化方面存在一定差異。如香草玻璃化苗的可溶性糖含量顯著降低[9]，而菊花玻璃化苗可溶性糖含量顯著高于正常苗[10]；蘋果玻璃化苗的葉片中赤霉素(GA)含量極顯著上升[11]，然而雜交山楊玻璃化苗的GA含量降低[12]。目前關于老山芹試管苗培育及其玻璃化方面的研究鮮有報道。本研究擬分析老山芹玻璃化試管苗生理生化特征的變化，以期為揭示老山芹試管苗玻璃化的發生機制奠定基礎，并為老山芹試管苗玻璃化的有效預防及恢復提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及培養

老山芹正常試管苗與玻璃化苗：由新梢莖段在MS基本培養基上初代培養得到初代苗，然后截取莖段，進行2次增殖繼代培養獲得。繼代培養20 d后調查增殖苗數和增殖系數，35 d后調查玻璃化率。增殖培養基配方為1/2MS+1.2 mg/L 6-BA+0.3 mg/L NAA+2.5%蔗糖。培養基pH值為6.5，培養室溫度為(25±2) ℃，光照時間為16 h/d，光照度為 35 μmol/(m2·s)。

1.2 生理生化指標的測定

淀粉、可溶性蛋白、總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b、可溶性糖和丙二醛(MDA)含量及相對電導率的測定參考蒼晶等的方法[13]。

1.3 數據分析

試驗數據采用SPSS 11.0軟件進行統計與分析。

2 結果與分析

2.1 老山芹正常苗與玻璃化苗增殖能力的比較

將老山芹玻璃化的試管苗進行繼代培養后，其分化出的苗仍呈現出玻璃化狀態，玻璃化率顯著高于正常苗，而正常苗增殖后的玻璃化苗率僅為12.56%，可見老山芹玻璃化苗增殖能力顯著低于正常苗；老山芹正常試管苗的增殖系數為 5.52，而玻璃化苗的增殖系數為3.38，比正常苗的增殖系數降低38.77%(表1)。結果表明，在試管苗培養過程中，玻璃化現象的出現嚴重降低了老山芹試管苗的繁殖速度。

2.2 老山芹正常苗與玻璃化苗可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白含量及干物質積累率的比較

由表2可以看出， 玻璃化苗的可溶性糖含量顯著高于正常苗，但其淀粉、可溶性蛋白含量及干物質積累率顯著低于正常苗。正常苗的可溶性糖含量比玻璃化苗低17.09%；但正常苗的淀粉含量、可溶性蛋白含量、干物質積累率分別比玻璃化苗高33.65%、30.09%、66.94%。這些結果說明，玻璃化苗將光合產物直接轉化為淀粉的能力較正常苗下降了。

表1 老山芹正常苗與玻璃化苗增殖的差異

表2 老山芹正常苗與玻璃化苗的可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白含量及干物質積累比較

2.3 老山芹正常苗與玻璃化苗葉綠素含量的比較

從表3可見，正常苗與玻璃化苗的總葉綠素、葉綠素a、葉綠素b含量和葉綠素a/葉綠素b均存在顯著差異。正常苗的葉綠素a含量比玻璃化苗高42.68%，葉綠素b含量比玻璃化苗高52.17%，總葉綠素含量比玻璃化苗高44.76%。而正常苗的葉綠素a/葉綠素b比玻璃化苗降低了6.18%。以上結果表明，老山芹玻璃化苗的光合能力與正常幼苗相比有所下降。

表3 老山芹正常苗與玻璃化苗葉綠素含量差異

2.4 老山芹正常苗與玻璃化苗葉片丙二醛含量、相對電導率及活性氧含量的比較

表4 老山芹正常苗與玻璃化苗丙二醛含量、相對電導率及活性氧差異

2.5 老山芹正常苗與玻璃化苗抗氧化酶活性的比較

由表5可知，老山芹玻璃化苗出現了抗氧化酶系統的失調。老山芹玻璃化苗抗氧化酶系統中的超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶、抗壞血酸過氧化物酶活性顯著高于正常苗，上述4種抗氧化酶活性分別比正常苗提高了23.84%、44.41%、92.07%、26.64%。

表5 老山芹正常苗與玻璃化苗抗氧化酶活性的差異

3 討論

玻璃化現象是植物組織培養過程中最為常見一種生理障礙。本試驗結果顯示，與正常苗相比，老山芹玻璃化苗的葉綠素、淀粉、可溶性蛋白含量和干物質積累率均出現大幅度的降低，而可溶性糖含量卻比正常試管苗顯著增加。這些結果表明，老山芹玻璃化苗出現了光合作用失調和代謝紊亂現象。在本試驗中，玻璃化老山芹的可溶性糖含量顯著高于正常苗，而網紋甜瓜[16]、滿天星[17]和藍莓[18]的玻璃化苗可溶性糖含量顯著低于正常苗，這種差異可能是由于不同植物種類對糖類吸收和利用方面存在差異造成的。