CN102715085B - 一种诱导红豆杉种子种胚获得愈伤组织和悬浮细胞的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种诱导红豆杉种子种胚获得愈伤组织和悬浮细胞的方法。包括：（1）种子外种皮剥离；（2）外植体消毒；（3）种子预处理：用无菌水密封常温浸种1-5天；（4）分离合子胚；（5）愈伤组织的诱导；（6）愈伤组织的继代培养；（7）愈伤组织的悬浮培养：挑取生长势好的淡黄色合子胚细胞系，转入液体培养基中进行悬浮培养，获得红豆杉合子胚愈伤组织悬浮细胞。本发明具有简便、快速获取红豆杉愈伤组织以及利用该愈伤组织给红豆杉的细胞悬浮培养提供原料或者进一步筛选高产紫杉醇细胞株提供优质筛选材料的特点，能节省大量的人力、物力、提高劳动效率。
Description
技术领域
本发明属于植物组织培养和细胞工程领域，具体涉及一种诱导红豆杉种子种胚获得愈伤组织和悬浮细胞的方法。
背景技术
紫杉醇（Paclitaxel，商品名Taxol）是20世纪六七十年代从红豆杉科（Taxaceae）红豆杉属（Taxus L.）植物树皮中分离出来的一种天然的四环二萜类生物碱，因其在肿瘤治疗中的独特效果而广受人们关注。据相关资料介绍，估计国内外在21世纪初期对紫杉醇针剂的需求量约2000万支，即需用紫杉醇600kg，目前市场售价为1200-1800元/支不等。随着对紫杉醇需求量的日益递增，目前仅仅从红豆杉的树体中提取的产量已经不能满足医药市场需要，加之大肆的开采使红豆杉自然资源日趋枯竭、红豆杉资源自然更新能力差、生长缓慢、濒危灭绝，各国政府已明文规定禁止砍伐野生红豆杉资源。
因此紫杉醇其他途径的开发就显得极为重要，其中利用红豆杉细胞进行离体培养就是一条重要的途径，一方面可以加强对红豆杉野生种质资源及其生态环境的保护，另一方面可以满足供需间的差距，并且细胞培养繁殖率高，培养条件易于优化和控制，产物较易分离，从长远来看是解决紫杉醇供需矛盾的最佳途径。
国内外关于红豆杉细胞、组织培养和紫杉醇鉴定、分离和纯化方面的研究工作已经开发了较为完善的实验室技术体系，并且具有相当规模的工厂化生产系统。在其大规模培养生产紫杉醇的核心是要筛选得到具有高产、优质、遗传稳定的细胞种质资源，这是利用红豆杉细胞进行大规模生产紫杉醇的前提。在以红豆杉茎段或者其他成年态的材料为外植体建立细胞系的过程中污染率较高，比较的浪费人力、财力和物力（鲁明波，红豆杉高产细胞株的筛选及培养条件优化，2000，华中科技大学博士论文）。红豆杉种胚可以直接或者间接诱导成愈伤组织细胞无性系，并具有产生紫杉醇代谢的能力。中国红豆杉刚刚萌动的种胚可以在培养基上离体培养得到愈伤组织细胞系，并通过筛选得到细胞生长快、紫杉醇含量高的细胞系（张长河等，红豆杉胚源细胞株的培养和紫杉醇的生产，华中理工大学学报，2000,28（1）：82-85）。Sung HS等利用日本红豆杉的成熟种胚在B5培养基上诱导出了愈伤组织，并进一步进行了紫杉醇的检测（Sung Ho Son,et al,selection and proliferation of rapid growth cell lines from embryoderived cell cultures of Yew Tree(Taxus cuspidate Sieb.Et Zucc),Bioprocess Eng,1994,4,112-118）；Wann RS等短叶红豆杉、欧洲红豆杉和日本红豆杉的胚乳为材料在BLCG培养基上成功诱导得到体细胞胚胎，并成功增值用于紫杉醇的提取（Wann et al.,induction of somaticembryogenisis in taxus,and the production of taxane-ring containing alkaloids therefrom,UnitedStates Patent,US005310672A）；Mihaljevi等[19]利用欧洲红豆杉的成熟种胚为材料，在B5培养基上直接成功诱导出愈伤组织、增殖，并用高效液相色谱检测到紫杉醇的产生（Mihaljevic S etal,effect of explant source and growth regulators on in vitro callus growth of Taxus baccta L.Washingtonii,Food Technol.Biotechnol.2002,40(4):299–303）。
以上4篇文献有关于中国红豆杉、短叶红豆杉、欧洲红豆杉和日本红豆杉种胚间接或直接诱导愈伤组织组织或者体细胞胚胎发生的报道，但没有直接诱导成疏松并直接适合细胞悬浮培养的文献报道或者专利公开。
发明内容
本发明的目的在于提供一套利用南方红豆杉种胚直接诱导成疏松的愈伤组织的方法，并提供利用该愈伤组织进行悬浮培养获得悬浮细胞的方法，克服了茎段诱导愈伤组织高污染率、低效率或方法存在的缺陷，以便快速、高效、大规模地获得分散性能好的悬浮细胞，为红豆杉的细胞悬浮培养提供原料或者进一步筛选高产紫杉醇细胞株提供优质筛选材料。
本发明的目的是通过以下方式实现的。
一种诱导红豆杉种子种胚获得愈伤组织的方法，包括以下步骤：
（1）种子种胚的剥离：将南方红豆杉种子（Taxales chinensis var.mairei）从外种皮中剥离出来；
（2）外植体消毒：取步骤（1）得到的种子，用70%的酒精和0.1%的氯化汞表面消毒，再用无菌水清洗；
（3）种子的预处理：将步骤（2）得到的种子用无菌水浸泡1-5天后；
（4）种子合子胚的分离：在无菌条件下剥取种子的合子胚；
（5）愈伤组织的诱导：将步骤（4）获得的合子胚接种于诱导培养基上诱导愈伤组织，所述的诱导培养基为：BLCG培养基（该培养基配方见Wann et al.,induction of somaticembryogenisis in taxus,and the production of taxane-ring containing alkaloids therefrom,UnitedStates Patent,US005310672A）+Piculoram（毒莠定）1-5mg/L+6-BA 0.5mg/L+蔗糖20g/L+琼脂7g/L；诱导条件为24±1℃条件下暗培养。
所述步骤（1）中的南方红豆杉种子为当年生或者4℃保存1-2年的南方红豆杉种子。
所述步骤（2）清洗消毒过程具体如下：先将去除外种皮的种子放入无菌的容器中，在超净工作台内依次经70%酒精消毒90s和0.1%氯化汞消毒12min，无菌水冲洗5次后备用。
所述步骤（3）种子预处理具体过程如下：将去掉外种皮的种子经过步骤（2）的表面消毒处理后，用无菌的蒸馏水在室温条件下无菌密封浸泡1-5天。
步骤（5）得到的愈伤组织可进行继代培养，具体条件为：继代培养的培养基为BLCG培养基+picloram 1-3mg/L+6-BA 0.5-1.0mg/L+蔗糖20g/L+琼脂7g/L，pH值调至5.8～6.0，培养条件为24±1℃条件下暗培养。
一种诱导红豆杉种子种胚获得悬浮细胞的方法，挑取由上述的方法中继代培养得到的淡黄色愈伤组织，转入液体培养基中进行悬浮培养，获得悬浮细胞。具体是挑取上述的方法中继代培养10d得到的淡黄色膨松的愈伤组织进行悬浮培养，培养基为：BLCG培养基或者B5培养基+picloram 1-3mg/L+6-BA 0.5-1.0mg/L+蔗糖20g/L，（为液体培养基，不要添加琼脂）pH值调至5.8～6.0，培养条件为24±1℃条件下暗培养，摇床转速为100-120rpm/min。
该发明具有以下优点：（1）外植体采集时期集中，污染率极低；（2）种子预处理简单，用静水处理可以大量节约水资源，并且适合大批量的种子处理；（3）通过一步培养可以获得适合悬浮培养的愈伤组织，简化后续试验；（4）克服了茎段诱导愈伤组织高污染率、低效率或方法存在的缺陷，以便快速、高效、大规模地获得分散性能好的悬浮细胞，为红豆杉的细胞悬浮培养提供原料或者进一步筛选高产紫杉醇细胞株提供优质筛选材料。
附图说明
图1是本发明中用南方红豆杉种胚获得南方红豆杉愈伤组织和悬浮细胞的过程，
其中A.刚剥离的种胚接种到培养基上；
B.种胚诱导培养20天；
C.种胚诱导培养32天；
D.种胚诱导培养45天；
E.愈伤组织悬浮培养4天后的照片；
F.悬浮细胞悬浮培养7天后刚抽滤后的细胞系。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明，而不会限制本发明。
实施例1
1）种子种胚的剥离：收集当年生的南方红豆杉种子，使用机械结合手工方法破壳，将种子从外种皮中剥离出来；
（2）外植体消毒：先将去外种皮的种子放入无菌的容器中，在超净工作台内经70%酒精消毒90s和0.1%氯化汞消毒12min，无菌水冲洗5次后备用，清洗时每次浸种5分钟左右。
（3）种子的预处理：将去掉外种皮的种子经过步骤（2）的表面消毒处理后，用无菌的蒸馏水在室温条件下密封浸泡3-5天。
（4）种子合子胚的分离：在无菌条件下剥取种子的合子胚，其他部分弃除；
（5）愈伤组织的诱导：接种于愈伤组织培养基，培养基配方为：BLCG培养基+Piculoram3mg/L+6-BA 0.5mg/L+蔗糖20g/L+琼脂7g/L；诱导条件为24±1℃条件下暗培养；经过40天的暗培养可以诱导出愈伤组织，愈伤组织诱导率为90%，当其他条件不变，而愈伤组织诱导培养基中Piculoram含量在1-5mg/L范围内变化时，其诱导率均能达到90%，且生长良好。
（6）愈伤组织的继代培养：挑取诱导的初始淡黄色合子胚愈伤组织在继代培养基中进行继代培养，继代培养的培养基为：BLCG培养基+20g/L的蔗糖+7g/L的琼脂+picloram2mg/L+6-BA 0.8mg/L，pH值调至6.0，培养条件为24±1℃条件下暗培养；愈伤组织能够正常增值培养，当其他条件不变，而继代培养基中picloram含量在1-3mg/L和6-BA含量在0.5-1.0mg/L，pH值在5.8～6.0范围内变化时，愈伤组织生长效果良好。
（7）悬浮培养：挑取继代培养10d左右的淡黄色、生长快、颗粒明显的细胞团进行悬浮培养，培养基为BLCG培养基+20g/L的蔗糖+picloram 2mg/L+6-BA 0.8mg/L，（为液体培养基，不要添加琼脂）pH值调至6.0，培养条件为24±1℃条件下暗培养，摇床转速为100-120rpm/min。在转入液体培养基中进行悬浮培养3天左右，获得分散良好的红豆杉合子胚愈伤组织悬浮细胞。
当其他条件不变，而悬浮培养基中picloram含量在1-3mg/L和6-BA含量在0.5-1.0mg/L，pH值在5.8～6.0范围内变化时，均能获得分散良好的红豆杉合子胚愈伤组织悬浮细胞。
或者当其他条件不变，而将上述悬浮培养基改为B5培养基时，也能达到上述同样的效果。
Claims (4)
1.一种诱导红豆杉种子种胚获得愈伤组织的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）种子种胚的剥离：将南方红豆杉（Taxales chinensis var.mairei）种子从外种皮中剥离出来；
（2）外植体消毒：取步骤（1）得到的种子，用70%的酒精消毒90s和0.1%的氯化汞表面消毒12min，再用无菌水清洗5次后备用；
（3）种子的预处理：将步骤（2）得到的种子用无菌水浸泡1-5天；
（4）种子合子胚的分离：在无菌条件下剥取种子的合子胚；
（5）愈伤组织的诱导：将步骤（4）获得的合子胚接种于诱导培养基上诱导愈伤组织，所述的诱导培养基为：BLCG培养基+Picloram1-5mg/L+6-BA0.5mg/L+蔗糖20g/L+琼脂7g/L；诱导条件为24±1℃条件下暗培养。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述步骤（1）中的南方红豆杉种子为当年生或者4℃保存1-2年的南方红豆杉种子。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述步骤（3）种子预处理具体过程如下：将去掉外种皮的种子经过步骤（2）的表面消毒处理后，用无菌的蒸馏水在室温条件下无菌密封浸泡1-5天。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤（5）得到的愈伤组织进行继代培养，具体条件为：继代培养的培养基为BLCG培养基+picloram1-3mg/L+6-BA0.5-1.0mg/L+蔗糖20g/L+琼脂7g/L，pH值调至5.8～6.0，培养条件为24±1℃条件下暗培养。
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