| 单词 | 植物激素在植物体细胞胚发生中的作用 |
| 释义 | 【植物激素在植物体细胞胚发生中的作用】 拼译：the role of plaht growth regulators in somatic embryogenesis of plant 植物体细胞胚发生研究的中心课题是体细胞胚胎发生和植物激素的关系。然而使用不同植物、不同外植体，甚至在不同的实验室进行研究所得到的结果常常不一致。 生长素的作用 最早在胡萝卜，后来在许多单子叶植物中发现，体细胞胚胎发生似乎只与生长素(主要是2，4－D)有关。胚性愈伤组织诱导要求较高浓度的2，4－D(1～5mg／L)。但必需将此愈伤组织转移到不含2，4－D，也不含其他植物激素的基本培养基或者仅含很低浓度的2，4－D(小于0．1mg／L)的培养基才能产生体细胞胚。后来的研究资料证明，单子叶植物中许多农作物和禾本科牧草胚性愈伤组织诱导都只要求2，4－D或其他生长素类物质，而且其体细胞胚发生可以在基本培养基上完成。这表明体细胞胚发生和其他植物激素并无关系。细胞分裂素(CTK)的作用 研究资料表明，越来越多的植物其体细胞胚胎发生要求生长素与细胞分裂素同时存在，有一些禾本科植物如玉米等最初的实验资料表明，生长素是诱导体细胞胚胎发生的唯一因素。但后来的研究资料则表明，至少在有些材料中体细胞胚胎发生的后期要求有CTK存在，其他如在洋葱、稗、蟋蟀草、海枣、甘蔗等单子叶植物中，体细胞胚胎发生都要求生长素和CTK(或椰乳，其中含有CTK)同时存在。Weigel(1985)在大麦中证明体细胞胚诱导只有在含有IAA、2，4－D和一定浓度的2ip(1．5μM)的培养基上才能完成，如果无2ip或2ip浓度为3．0μM即产生根或芽。对油椰，Hanowar和Hanowar(1984)的研究资料表明，抗生长素2(P－氯苯氧)2－甲基丙酸或7－吖－吲哚处理可促进体细胞胚发生，但用一种CTK的拮抗物8－吖－鸟嘌呤处理却抑制体细胞胚发生。因此，CTK在体细胞胚发生中是不可少的。但是，在鸭茅中内源的和外源的CTK都表现出对体细胞胚发生有抑制作用。Wenck等(1988)指出，鸭茅体细胞胚发生对遗传型有很大的依赖性，在非胚发生的遗传型中CTK浓度高于胚发生型的3～4倍；在胚发生遗传型中加入0．001～0．1μm的外源玉米素即可使胚数目减少20%～80%。在双子叶植物如草莓、苹果、荞麦以及裸子植物云杉和杨树、松树等也都要求生长素和细胞分裂素同时存在。在板栗属的一个自然杂种，其子叶外植体在含有2，4－D+BA或KT的培养基上产生胚性愈伤组织，胚性愈伤组织在含有2，4－D+KT或ZT的培养基上才能形成球形胚至鱼雷形胚，转移到BM或仅含ZT的培养基上才能形成植株(Gonzales等，1985)。在欧茴香的细胞培养中，Frust等(1984)发现在含2，4－D的细胞培养基中加入2ip可明显地提高细胞密度和体细胞胚的数目；认为CTK可能直接促进细胞分裂，增加胚性细胞的数目，结果使胚数目增加。但是，Smith(1988)将萌发的胡萝卜种子培养在基本培养基上，在萌发孔附近形成愈伤组织和体细胞胚，并可产生次级胚。如果将种子一分为二即大大减低其反应。以上结果表明，无论在单子叶植物或双子叶植物，CTK对于体细胞胚发生都是重要的。通常情况下，可能由于外植体或胚性愈伤组织本身含有相当数量的内源CTK供胚发生之需，因而不必要另加外源的CTK，只有在内源CTK不足时才需要另加外源CTK。特别在培养单细胞或原生质体时，细胞内的CTK可能太少，所以一般都需加外源CTK。在胡萝卜萌发的种子中，由于本身可产生足够的植物激素，故无需再加外源激素。乙烯的作用 除生长素与CTK之外，最近还有关于胚发生与乙烯的关系的研究。Rourstan等(1989)用乙烯产生的抑制剂氯化钴、氯化镍、水杨酸等乙基水杨酸等处理胡萝卜细胞培养物，结果显著地促进体细胞胚发生，同时有效地抑制乙烯的产生，胚的数目与乙烯产生受抑制成正比。Biddington等(1988)在培养基中加入另一种乙烯产生抑制剂AgNO3来增加野白菜花药培养中胚状体的产量。Vain等(1989)在玉米未成熟胚培养中和Pua(1990)在花椰菜原生质体培养中用AgNO3处理，都明显提高胚性愈伤组织和胚的产量。在巴西橡胶中也得到类似结果(Auboiron等，1988)。Songstad等(1988、1989)在玉米和鸭茅培养中，用乙烯合成前体ACC(氨基环丙烷羧酸)处理培养物可抑制99%的胚发生；但用AVG(氨基乙氧基乙烯基甘氨酸，乙烯合成抑制剂)处理叶片，减少乙烯的发生，却未能促进胚发生。多胺的作用 关于多胺与体细胞胚发生的关系，Montaque等(1978，1979)在胡萝卜的胚发生细胞中首先证明，在无2，4－D的培养基上，24～72h内细胞中的腐胺水平较在含2，4－D的培养基上高出一倍，亚精胺和精胺的水平也有变化，14C－精氨酸参入胚发生细胞腐胺的速率也较非胚发生细胞高一倍。腐胺合成的重要酶－精氨酸脱羧酶(ADC)的活性在胚发生细胞中也二倍于非胚发生细胞。二者间的差别在转移后6小时即开始显现，周俊彦等认为，这些结果表明多胺和ADC在胚发生过程中起一定作用。Bradley等(1984)在胡萝卜细胞培养中将腐胺加入含2，4－D和精氨酸的培养基中培养之后，转入含精氨酸不含2，4－D和腐胺的培养基中形成圆球胚并停止发育；再转入不含精氨酸的BM中，胚可同步地迅速发育，这种方法可能用于控制胚的发育，便于进行发育的生化研究以及大规模生产体细胞胚。周俊彦等认为，精氨酸和腐胺对胚发生的作用可能与其控制乙烯合成有关；因此，乙烯、2，4－D、精氨酸和腐胺对胚胎发生起着一种互相关联的作用。精氨酸参与体细胞胚发生过程与Montaque等(1979)的研究结果也是一致的。在胡萝卜培养中用抑制多胺合成酶活性的各种试剂，如用二氟甲基精氨酸(DFMA、Feirer等，1984)、环己基磷酸铵(CHAP、Khan等1991)、二环己基硫酸铵(DCHAS、Fienberg等，1984)、甲基乙二醛双脒基腙(MGBG、Papa等，1988)处理胚性细胞都抑制多胺的生物合成，同时抑制体细胞胚的发生。MGBG是S－腺嘌呤基蛋氨酸(SAM)脱羧酶的专性抑制剂。SAM本身为乙烯合成的前体物。因此，Minocha等(1990)认为，可能在多胺和乙烯生物合成途径之间存在着对于SAM利用的竞争，这对于体细胞胚发生的调节是非常重要的。上述研究结果虽然证明多胺在体细胞胚发生中起重要作用，但它们并不能取代植物激素。因此，这些结果并不支持Galston(1983)提出的关于“多胺具有植物激素或其第二信使的功能”的假说。但多胺对于其他激素，特别是乙烯的生物合成确有很大影响。研究者多将多胺和植物激素放在一起讨论。关于多胺在体细胞胚发生过程中对乙烯及其他激素作用的机理尚待进一步研究。其他植物激素的作用 Brown等(1989)指出，小麦未成熟胚培养在含ABA0．1mg／L的培养基中可促进胚性愈伤组织产生和增加体细胞胚的数目，同时抑制愈伤组织的生长和器官发生。在此培养基上产生体细胞胚的愈伤组织的频率可达20%；ABA为1．0mg／L时达10%，而对照仅为2．5%。ABA在大麦和玉米培养中也能促进体细胞胚的发生。ABA对胚性愈伤组织和体细胞数目的影响，与在培养基中加入蔗糖等提高渗透压的处理结果大体相近，增加蔗糖3%～6%，胚性愈伤组织的增加比例为8%～14%；添加5%的PEG(聚乙二醇)则可达到25%，对照仅为3%。由此推断，提高渗透压可能引起细胞内CTK含量减少，ABA增加。Qureshi等(1989)用小麦晚期(开花后21～25d)的未成熟胚进行培养，ABA及其类似物均可抑制胚的过早萌发，并增加胚性愈伤组织和再生植株的数目，而在早期(开花后10～14d)的未成熟胚中ABA处理有相反的效果。周俊彦等认为，在早期，胚发育不需要ABA，内源ABA即可满足其需要；而在后期，胚中ABA为正常发育所必需的。这与Quratrano等(1989)在小麦合子胚培养中的观察结果相一致。小麦未成熟合子胚培养在不含ABA的培养基上，胚发育停止；而在含ABA的培养基上，胚可合成和积累成熟胚所特有的蛋白质，并加速发育成熟。周俊彦等认为ABA对与成熟胚特有的蛋白质合成有关的基因的表达有调节作用。对其他植物如芹菜、胡萝卜、苜蓿等关于ABA的作用研究，多为促进体细胞胚发育成熟和转变成植株以及人工种子的实际应用。此外，还有研究资料表明，GA3生物合成抑制剂、丁二酸一单－2、2－二甲基酰醉等处理柑桔的胚性愈伤组织可增加其体细胞胚发生(Spiegel-Roy等1986)，嘧啶醇处理芦笋体细胞胚可降低其不正常胚的比例(China等1984)。这表明GA对体细胞胚胎发生有不良影响。对棉花，油菜素内脂(BR)可促进体细胞胚诱导。0．01mg／L的BR单独使用或与2，4－D、IAA或KT结合使用，均可明显提高胚性愈伤组织的诱导频率及单位鲜重的胚状体个数。有人认为油菜素内脂也是一种植物激素。上述结果表明，至少对棉花，它可单独诱导体细胞胚发生，说明它具有类似植物激素的活性。关于植物体细胞胚发生与植物激素的关系，从研究结果可以看出：(1)植物激素在体细胞胚发生中具有极大的重要性，除个别的情况外，几乎所有植物体细胞胚发生均要求至少一种外源激素的存在；(2)不同植物、不同发育时期以及不同来源的外植体，其体细胞胚发生对植物激素的要求以及后者作用的方式和效果均不同；(3)由于植物激素之间存在有复杂的相互作用(Letham等，1978)，植物体内每一种激素的浓度或活性的改变都可直接使其它1～2种植物激素的活性增强或者减弱；后者又可影响到第3、4种植物激素发生改变，加上还牵涉到与某种激素代谢有关的物质如多胺等的合成和代谢，最后反馈到原初的激素。因此，可以说改变任何一种激素，其结果必然改变植物体内部的总的激素平衡状况。在离体培养条件下外源激素和培养物内源激素之间的相互作用也是十分复杂的。由于外源激素(植物生长调节剂)的浓度一般较内源激素高得多；有些人工合成的生长调节剂其活性较相应的内源激素更强，而且植物细胞内常无相应的分解酶使其发生代谢变化，因此，通常外源激素在体细胞胚发生中起决定性作用，但有时由高活性的外源生长调节剂引起内源激素的巨大变化，反过来也会影响前者的效果；(4)有些非激素的因子如一些有机的和无机的化合物可能作为激素合成的抑制剂或促进剂．甚至有些物理因素如光照、温度、渗透压的变化最终也能影响到内源激素水平的变化，影响到植物体细胞胚的发生。植物体细胞胚发生是一个非常复杂的生理过程。在离体条件下研究体细胞胚发生必须考虑到多种植物激素的作用，以及内源激素和外源激素之间的相互作用，这方面的研究尚待更进一步地深入，才能阐明植物细胞全能性、细胞的分化(脱分化和再分化)以及植物在离体条件下形态发生的调节控制的机理。【参考文献】：1 周俊彦．植物生理学报，1982，8(1)：91～992 Songstad D,et al. Plant Cell Rep. 1988,7:262～2653 Wenck A R,et al. Plant Physiol. 1988,88:990～9924 VainP,etal. Plant Cell.Tis Org Cult. 1989,18:143～1515 Brown Cet al.J. Plant Physiol, 1989,133:727 ～ 7336 Qureshi J A,et al. Plant Cell,Tis Org Cult. 1989,18:55 ～ 707 Roubie C A,et al. Plant Sei. 1989,65:45～548 RoustanJ P,et al. Plant Cell Rep. 1989,8 : 183～1859 Puc E C. Plant Sci. 1990,68:231 ～23810 Khan A J,et al. J Plant Physiol. 1991,137:446～452(中国科学院西北植物研究所周俊彦研究员郭扶兴副研究员撰) |
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