CN110972935B

CN110972935B - 铁基纳米颗粒在促进植物茎尖生长中的应用

Info

Publication number: CN110972935B
Application number: CN201910983863.8A
Authority: CN
Inventors: 邓灿辉; 粟建光; 戴志刚; 程超华; 唐蜻; 许英; 杨泽茂; 刘禅; 陈小军
Original assignee: Institute of Bast Fiber Crops of CAAS
Current assignee: Institute of Bast Fiber Crops of CAAS
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2021-07-16
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: CN110972935A

Abstract

本发明涉及农作物组织培养技术领域，尤其涉及铁基纳米颗粒在促进植物茎尖生长中的应用。本发明提供了一种可促进工业大麻茎尖生长的材料为铁基纳米颗粒，研究表明，通过在工业大麻茎尖的培养过程中添加不同化学态铁基纳米颗粒的水分散液，能够促进工业大麻茎尖的生长，促进效果显著，可达104％。

Description

铁基纳米颗粒在促进植物茎尖生长中的应用

技术领域

本发明涉及农作物组织培养技术领域，尤其涉及铁基纳米颗粒在促进植物茎尖生长中的应用。

背景技术

高等植物的生长发育是由分生组织不断分裂、分化所成。植物在早期胚形成后，上下顶端生长点开始有了保持分生能力的细胞群，称之为顶端分生组织，随着种胚萌发生长，形成地上茎尖分生组织和地下根尖分生组织。其中茎尖分生组织分化为出生分生组织，并逐渐形成植物地上部分，如茎、叶和花等。几乎所有植物的活体组织都可以用作外植体又发愈伤组织或进行悬浮培养。但是特定的外植体是取得成功的必要条件。双子叶植物再生能力比单子叶植物强，胚胎组织或幼嫩组织比老组织再生能力强，营养体生殖部分分离的外植体比从有性生殖组织分离的外植体更容易培养成功。植物的茎尖组织，是目前最常被采用的外植体之一。

大麻(Cannabis Sstiva L.)是大麻科(Cannabinaceae)大麻属(Cannabis L.)一年生草本植物。大麻起源于中亚、喜马拉雅山和西伯利亚中部以及高加索和里海南部。大麻是世界上也是中国种植历史最悠久的作物之一，大麻浑身是宝，在农业、纺织、造纸、生物能源、医药保健、饲料等领域都有应用。大麻根据其致幻成瘾成分四氢大麻酚(THC)含量的高低分为毒品大麻和工业大麻。而毒品大麻易被不法分子利用，对社会造成危害，因此许多国家对大麻的种植管控比较严格，导致许多珍贵种质资源遗失，对大麻的研究远远落后于其他经济作物。近年来，研究者们发现低THC含量工业大麻中的CBD 具有重要的药用价值，因而重新带动了对工业大麻的研究热潮。大麻是雌雄异株异花授粉植物，种质杂合度高，遗传背景复杂且生物学研究基础比较薄弱，通过引种、系选、杂交、杂种优势等育种方法存在周期长、田间选择难度大等缺陷，因而研究者开始通过生物技术途径加速种质资源改良进程，稳定植物优良性状。组培体系是生物技术进程中不可缺少的重要环节，目前的研究主要集中在植物的花瓣、花蕾、叶片、茎段的组织培养，由于对大麻的研究比较落后，现阶段针对大麻的组培体系仅涉及子叶和茎尖。而子叶和茎尖作为外植体，从接种到生根需要的培养周期很长，需要至少20天，有些甚至可能需要长达60～100天。

促进外植体的生长，可以缩短组培周期、提高组培的成活率。面对大麻组培周期长的问题，研究人员仍在寻找更加有效的促进大麻茎尖组织的生长的试剂。纳米颗粒因颗粒尺寸小，比表面积大等特点在许多方面都有应用，部分纳米颗粒还具有一定的生物兼容性，但此前并未见采用纳米颗粒促进植物茎尖组织生长的报道。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供铁基纳米颗粒在促进植物茎尖生长中的应用。

本发明提供了铁基纳米颗粒在促进植物茎尖生长中的应用。

本发明中，所述铁基纳米颗粒为四氧化三铁纳米颗粒(Fe₃O₄)、氨基型铁纳米颗粒(Fe₃O₄-NH₂)或羧基型铁纳米颗粒(Fe₃O₄-COOH)。

本发明实施例中，所述铁基纳米颗粒的粒径为10～100nm。

本发明中，所述植物为大麻科植物。具体的，所述植物为工业大麻。

本发明还提供了一种促进植物茎尖生长的制剂，其为铁基纳米颗粒的水分散液。

本发明实施例中，所述铁基纳米颗粒的粒径为10～100nm。

本发明所述的促进植物茎尖生长的制剂可作为组织培养的添加剂使用，也可用于促进植株的茎尖生长，作为组培添加剂则将其混合入培养基。作为促进植物茎尖生长的制剂则于田间喷施。

本发明还提供了一种工业大麻科植物茎尖组织的培养基，其包括基础培养基和铁基纳米颗粒。

本发明所述的培养基可为粉末培养基也可为液体培养基或固体培养基。

其为粉末培养基，则基础培养基和铁基纳米颗粒可混合也可独立存在。

其为液体培养基，则基础培养基和铁基纳米颗粒可混合也可独立存在，其中铁基纳米颗粒可为粉末或分散液。进行组培前进行混合、添加琼脂并杀菌。

其为固体培养基，则基础培养基与铁基纳米颗粒混合存在。

本发明中，所述基础培养基为MS培养基；所述铁基纳米颗粒的浓度为 25～200mg/L。

作为优选，所述铁基纳米颗粒为四氧化三铁纳米颗粒(Fe₃O₄)，浓度为 25mg/L。

本发明所述培养基的制备方法，包括：将铁基纳米颗粒以水分散，加入含有琼脂的MS液体培养基中，高温高压灭菌后，制得所述培养基。

本发明还提供了一种工业大麻科植物的茎尖组织培养方法，以本发明所述培养基培养工业大麻茎尖组织。

本发明中，所述培养的条件为22±2℃，光暗时间为16h/8h，光强度为 36μmol·m^-2·s^-1。

本发明中，所述植物为工业大麻科植物。具体的，所述植物为工业大麻。

本发明提供了一种可促进工业大麻茎尖生长的材料为铁基纳米颗粒，研究表明，通过在工业大麻茎尖的培养过程中添加不同化学态铁基纳米颗粒的水分散液，能够促进工业大麻茎尖的生长，促进效果显著，可达104％。

附图说明

图1示不同浓度四氧化三铁纳米颗粒(Fe₃O₄)水分散液对工业大麻茎尖生长的影响实物图。

具体实施方式

本发明提供了铁基纳米颗粒在促进植物茎尖生长中的应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

本发明采用的仪器皆为普通市售品，皆可于市场购得。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

实施例1：

一种用于促进工业大麻茎尖生长的新型材料及方法，包括以下步骤：

(1)含四氧化三铁纳米颗粒(Fe₃O₄)的MS固体培养基的配制

取一定体积的浓度为2mg/mL的四氧化三铁纳米颗粒(Fe₃O₄)水分散液，加入到一定体积的MS固体培养基中，使培养基总体积为120mL，配制成四氧化三铁纳米颗粒(Fe₃O₄)浓度分别为25、50、100和200mg/L的MS培养基，并将此培养基在121℃条件下，灭菌30min后，置于超净工作台中冷却；

(2)工业大麻茎尖的接种和培养

将工业大麻种子用75％(v/v)酒精消毒2min，3％(w/v)NaClO消毒20 min，灭菌去离子水清洗5～10次，然后将种子的种皮剥离并接种到pH为5.6 左右的MS固体培养基中，每瓶MS培养基接种4粒种子。将接种好的培养瓶转移至培养室中在温度为22±2℃，每日光暗时间为16h/8h，光强度为 36μmol·m^-2·s^-1的条件下培养，生长8天后截取长度为1±0.2cm的茎尖，接种到四氧化三铁纳米颗粒(Fe₃O₄)浓度分别为25、50、100和200mg/L的MS 培养基中，每瓶培养基接种4个茎尖，每个浓度接种6瓶。将接种好的培养瓶移至培养室中在温度为22±2℃，每日光暗时间为16h/8h，光强度为 36μmol·m^-2·s^-1的条件下培养，生长3周后收获茎尖，并测定茎尖鲜重。

实施例2

(1)含氨基型铁纳米颗粒(Fe₃O₄-NH₂)的MS固体培养基的配制

取一定体积的浓度为5mg/mL的氨基型铁纳米颗粒(Fe₃O₄-NH₂)水分散液，加入到一定体积的MS固体培养基中，使培养基总体积为120mL，配制成氨基型铁纳米颗粒(Fe₃O₄-NH₂)浓度为50mg/L的MS培养基，并将此培养基在121℃条件下，灭菌30min后，置于超净工作台中冷却；

(2)工业大麻茎尖的接种和培养

将工业大麻种子用75％(v/v)酒精消毒2min，3％(w/v)NaClO消毒20 min，灭菌去离子水清洗5～10次，然后将种子的种皮剥离并接种到pH为5.6 左右的MS固体培养基中，每瓶MS培养基接种4粒种子。将接种好的培养瓶转移至培养室中在温度为22±2℃，每日光暗时间为16h/8h，光强度为 36μmol·m^-2·s^-1的条件下培养，生长8天后截取长度为1±0.2cm的茎尖，接种到氨基型铁纳米颗粒(Fe₃O₄-NH₂)浓度为50mg/L的MS培养基中，每瓶培养基接种4个茎尖，每个浓度接种6瓶。将接种好的培养瓶移至培养室中在温度为22±2℃，每日光暗时间为16h/8h，光强度为36μmol·m^-2·s^-1的条件下培养，生长3周后收获茎尖，并测定茎尖鲜重。

实施例3

(1)含羧基型铁纳米颗粒(Fe₃O₄-COOH)的MS固体培养基的配制

取一定体积的浓度为5mg/mL的羧基型铁纳米颗粒(Fe₃O₄-COOH)水分散液，加入到一定体积的MS固体培养基中，使培养基总体积为120mL，配制成羧基型铁纳米颗粒(Fe₃O₄-COOH)浓度为50mg/L的MS培养基，并将此培养基在121℃条件下，灭菌30min后，置于超净工作台中冷却；

(2)工业大麻茎尖的接种和培养

将工业大麻种子用75％(v/v)酒精消毒2min，3％(w/v)NaClO消毒20 min，灭菌去离子水清洗5～10次，然后将种子的种皮剥离并接种到pH为5.6 左右的MS固体培养基中，每瓶MS培养基接种4粒种子。将接种好的培养瓶转移至培养室中在温度为22±2℃，每日光暗时间为16h/8h，光强度为 36μmol·m^-2·s^-1的条件下培养，生长8天后截取长度为1±0.2cm的茎尖，接种到羧基型铁纳米颗粒(Fe₃O₄-COOH)浓度为50mg/L的MS培养基中，每瓶培养基接种4个茎尖，每个浓度接种6瓶。将接种好的培养瓶移至培养室中在温度为22±2℃，每日光暗时间为16h/8h，光强度为36μmol·m^-2·s^-1的条件下培养，生长3周后收获茎尖，并测定茎尖鲜重。

对比例1

一种用于促进工业大麻茎尖生长的新型材料及方法，与实施例1、实施例 2和实施例3不同的是，包括以下步骤：

用同等体积的MS固体培养基替代实施例1、实施例2和实施例3中的不同化学态铁基纳米颗粒水分散液，形成空白对照组(CK)。

结果分析

实施例1和对比例1的工业大麻茎尖生长实物如图1所示。统计培养后茎尖的长度和鲜重记录如表1～2，计算长度增长率和鲜重增长率。

长度增加率＝(添加纳米颗粒后茎尖长度-CK茎尖长度)/CK茎尖长度× 100％

鲜重增加率＝(添加纳米颗粒后鲜重长度-CK茎尖长度)/CK茎尖鲜重× 100％

从图1和表1可以看出，与未添加四氧化三铁纳米颗粒(Fe₃O₄)水分散液的对比例1相比，添加25、50、100和200mg/L四氧化三铁纳米颗粒(Fe₃O₄) 水分散液可有效促进工业大麻茎尖的生长，且茎尖长度分别增加104％、88％、 72％和76％，茎尖鲜重分别增加37.5％、75％、143.8％和31.3％。

表1添加Fe₃O₄前后，茎尖长度和鲜重变化

Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>添加浓度(mg/L)	茎尖长度(cm)	茎尖鲜重(g)
			0(CK)	2.5±0.12	0.16±0.08
25	5.1±0.30	0.22±0.06
			50	4.7±0.23	0.28±0.05
100	4.3±0.09	0.39±0.03
			200	4.4±0.29	0.21±0.01

比较实施例1(Fe₃O₄添加浓度为50mg/L)、实施例2、实施例3和对比例1的工业大麻茎尖生长结果如表2所示，从而分析同浓度下不同纳米颗粒对工业大麻茎尖生长的影响。

从表2可以看出，与未添加铁基纳米颗粒水分散液的对比例1相比，添加50mg/L四氧化三铁纳米颗粒(Fe₃O₄)、氨基型铁纳米颗粒(Fe₃O₄-NH₂) 和羧基型铁纳米颗粒(Fe₃O₄-COOH)水分散液可有效促进工业大麻茎尖的生长，且茎尖长度分别增加88％、92％和72％，茎尖鲜重分别增加75％、93.8％和56.3％。

表2添加铁基纳米颗粒水分散液后，茎尖长度和鲜重变化

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.铁基纳米颗粒在促进工业大麻茎尖生长中的应用；所述铁基纳米颗粒为四氧化三铁纳米颗粒、氨基型铁纳米颗粒或羧基型铁纳米颗粒；所述铁基纳米颗粒的浓度为25~200mg/L。

2.一种工业大麻茎尖组织的培养基，其特征在于，所述培养基的组成为MS培养基和铁基纳米颗粒；所述铁基纳米颗粒为四氧化三铁纳米颗粒、氨基型铁纳米颗粒或羧基型铁纳米颗粒；所述铁基纳米颗粒的浓度为25~200 mg/L。

3.权利要求2所述培养基的制备方法，包括：

将铁基纳米颗粒以水分散，加入含有琼脂的MS液体培养基中，高温高压灭菌后，制得所述培养基。

4.一种工业大麻的茎尖组织培养方法，其特征在于，以权利要求2所述培养基培养工业大麻茎尖组织。

5.根据权利要求4所述的茎尖组织培养方法，其特征在于，所述培养的条件为22±2℃，光暗时间为16h/8h，光强度为36µmol·m^-2·s^-1。