CN115413580A - 促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养基及培养方法 - Google Patents
促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养基及培养方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养基及培养方法,每升培养基包括如下质量分数的成分:魔芋粉10‑30g、盐酸水溶液1‑5g、铁粉0‑0.3g、硝酸钾0‑5g;包括以下步骤:S1、魔芋培养基制备,S2、金铁锁毛状根的诱导,S3、愈伤组织的诱导,S4、花青素的诱导,S5、花青素的积累,S6、金铁锁愈伤组织色素的提取;魔芋粉培养基缩短了金铁锁毛状根脱分化时间,快速诱导出愈伤组织;具有促进愈伤组织细胞花青素合成的作用,起到诱导子的作用;充分利用魔芋粉中的碳源物质,酸解后魔芋粉中的一些多糖降解为小分子糖,可以被吸收,代替蔗糖等,减少使用其他碳源,降低培养基成本;减轻毛状根外植体在诱导愈伤组织过程中的褐化现象。
Description
技术领域
本发明涉及金铁锁无菌苗诱导技术领域,具体为促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养基及培养方法。
背景技术
金铁锁为石竹科金铁锁属草本植物,主要分布于我国贵州、云南、四川、西藏等地,生长在海拔2000~3800m的砾石山坡或石灰质岩石缝中。金铁锁是一种濒危药用植物,其根可入药,具有散淤止痛、排毒止血等功能,1991年作为稀有濒危物种被列入《中国植物红皮书》第一册,1999年作为国家二级保护植物被列入《国家重点保护野生植物名录(第一批)》中。金铁锁在云南民间药用历史较长,利用现代科技手段研制的中成药制剂有百灵草散、跌打止痛膏、金骨莲胶囊等。野生金铁锁植株的茎一般呈现紫绿色,开花期间花瓣为粉紫色,在组织培养过程中,愈伤组织一般照光情况下也会产生紫色的愈伤组织,所以金铁锁细胞有合成天然色素的能力。
花青素是一种天然食用色素,具有一定营养和药理作用,在食品、化妆、医药等方面应用广泛。目前国内市场所用的花青素多为合成色素,存在许多未知风险,而植物体内的天然色素则具有安全、无毒等优势。花青素虽广泛存在与自然界中,但环境因素严重影响原材料的获取,所以利用组织培养生产花青素即为一种有效途径。现有技术中,通常以MS培养基对植物组织进行诱导产生花青素,但大量元素、琼脂、糖类等营养元素的添加无疑是增加了生产成本。
魔芋是一类提供魔芋葡甘聚糖的优质农作物,魔芋葡甘聚糖具有无毒无害,吸水性强、营养物质丰富、促进微量元素吸收等重要性质。在普通的植物组织培养基中,需要提供大量元素、微量元素、铁盐、有机元素琼脂和糖类构成一个完整的培养基,利用魔芋可节省这些材料的投入成本,加以改进利用可以构成一种新型的天然魔芋培养基。
因此,如何提供一种以魔芋为主要成分的诱导培养基及培养方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养基及培养方法,以解决上述背景技术中提出的传统培养分化率、诱导率低、成本高的问题。
为此,本发明提供了促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养基及培养方法,每升培养基包括如下质量分数的成分:魔芋粉10-30g、盐酸水溶液1-5g、铁粉0-0.3g、硝酸钾0-5g。
优选的,所述盐酸水溶液的浓度为1-2mol/L,所述铁粉为铁单质粉末。
促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养方法,包括以下步骤:
S1、魔芋培养基制备:配制1L魔芋培养基时加入10~30g魔芋粉,孵育得魔芋粉溶胀体系,向魔芋粉溶胀体系中加入盐酸水溶液水解0.5~3h,然后向水解后的体系中加入0~0.3g的铁粉进行酸解和螯合胶联处理,接着再向体系中加入硝酸钾0~5g以培养基中氮源,最后调整培养基的pH值在5.0~8.0之间,制成空白基础培养基;
S2、金铁锁毛状根的诱导:用金铁锁无菌苗作为外植体,剪下其较嫩的茎或叶,在空白基础魔芋培养基中,黑暗条件下,预培养两天后与混合有乙酰丁香酮的菌液浓度OD600值为0.6~0.8的Ar.A4菌液侵染,共培养48h,混合有乙酰丁香酮的菌液提前进行摇菌操作,经过Cef除菌和抗生素抗性筛选后获得金铁锁的毛状根;
S3、愈伤组织的诱导:挑选长势好的毛状根捏成小团,接种到魔芋培养基上,加有0~3mg/L 2,4-D和0~2mg/L6-BA进行培养,在温度(23±2)℃、黑暗条件下培养,诱导获得愈伤组织;
S4、花青素的诱导与积累:选择不同质地疏松或致密的愈伤组织,以魔芋培养基为基础,加6-BA0~2.5mg/L和IAA0~2mg/L,在光照0~2500lx下每天照光12-14h培养,15天后白色愈伤组织上诱导红色花青素生成;
S5、花青素的积累:挑选少量含有花青素的愈伤组织进行继代培养,以魔芋培养基为基础,外加6-BA2.0mg/L+IAA0.6mg/L+KT0.2 mg/L在温度(23±1)℃,光照强度2500lx和光照时间12-14h/d的条件下培养,30天后花青素明显积累;
S6、金铁锁愈伤组织色素的提取:选择相同培养条件下色素积累的愈伤组织,用滤纸吸干愈伤表面水分,以1%~3%盐酸-甲醇为提取剂,在不同的料液比1:10~1:50、不同提取时间5~20h及不同提取温度(4~50℃)下优化色素提取条件,并以紫外分光光度计在200~650nm下扫描。
优选的,所述S1步骤中,魔芋粉溶胀体系的孵育条件为:室温搅拌后静置至体系完全稳定,盐酸水溶液水解的温度控制在40-60℃,所述KNO3可以直接以药品纯品加入,也可用少许水溶解后加入培养基体系。
优选的,所述S1步骤中,空白基础培养基的具体成本配比为:每升魔芋培养基中加入17g魔芋粉,55℃下盐酸水解2h,加入0.15mg铁粉和2.5g硝酸钾,培养基的pH值为6.5。
优选的,所述S2步骤中,诱导毛状根的外植体为金铁锁无菌苗的芽下端的3片叶子,诱导毛状根的菌液浓度为OD600=0.7,培养温度为24℃,黑暗培养,摇菌的条件为:避光28℃,转速为130r/min,金铁锁的毛状根的筛选标准为:选择分支多、颜色雪白、生长速度快的毛状根。
优选的,所述S6步骤中,金铁锁愈伤组织色素的提取的步骤为:选择有花青素积累的愈伤组织,平均称取1g愈伤组织于研钵中研碎,加10mL3%盐酸-甲醇转移至25mL试管中,并于32℃水浴锅中提取18h,再置于n=530nm处测定吸光值,每个处理重复3次,计算色素提取率,色素提取率达0.39%即可,提取率计算公式为:其中:A为色素在530nm波长处的吸光度;V为定容体积;N为比色时的稀释倍数;98.2为色素在530nm波长处的消光系数;M为愈伤组织质量。
优选的,所述S6步骤中,金铁锁愈伤组织花青素最大吸收峰在n=570nm,色素含量表示为A570=Abs,以3%的盐酸-甲醇为提取剂、料液比为1:15、提取时间18h、提取温度35℃时提取。
优选的,所述盐酸-甲醇提取剂的浓度为1%~3%。
本发明提出的促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养基及培养方法,其有益效果在于:
1、魔芋粉培养基缩短了金铁锁毛状根脱分化时间,快速诱导出愈伤组织;具有促进愈伤组织细胞花青素合成的作用,起到诱导子的作用;减轻毛状根外植体在诱导愈伤组织过程中的褐化现象,利用毛状根制备愈伤组织具有细胞生长快、代谢稳定的特点,比普通愈伤组织更适合作为生产花青素的细胞培养物;
2、利用魔芋制成天然培养基能够利用魔芋本身的营养物质为所要培养的植物细胞提供大量元素、微量元素及碳源。一方面,魔芋粉培养基中含有大量葡甘聚糖,其中甘氨酸残基可以与亚铁离子结合形成螯合物,并在培养基中慢慢释放亚铁离子被细胞吸收促进花青素的合成;另一方面,魔芋粉培养基中含有其他多糖,其中多糖经酸水解后产生一些寡糖并被细胞作为碳源利用从而可以减少像传统培养基中一样大量使用蔗糖,从而极大降低成本。利用魔芋葡甘聚糖的特性使其自身具有良好的凝固性减少琼脂的加入,节约了培养成本,天然的培养基也使其培养的目标产物更加安全可信;
3、由于人工合成色素大多对人体健康存在一定的安全隐患,而天然色素基本无毒副作用,本发明以金铁锁无菌苗茎端叶片为外植体诱导毛状根,再用毛状根诱导产生愈伤组织并继代增殖,再选择适宜的植物激素和光照条件,从而诱导其愈伤组织积累花青素,无毒无害,利用毛状根的增殖快、自身能合成部分植物生长调节剂,减少激素的使用浓度,以短期内获得较多的花青素产量;
4、本发明获得的花青素是金铁锁愈伤组织细胞生物合成的天然色素,为黄酮类物质,花青素作为一种天然的食用性色素,能直接稳定地被血液吸收,与合成色素相比,具有无毒无害、安全性高的优势,同时花青素还具有抗氧化活性以及抗诱变性,对人体有降血脂、保护肝脏功能、改善视力等生理功能,可用于食品、医药等行业,以满足人们对天然色素的需求;
5、魔芋培养基促进外植体诱导出愈伤组织,时间缩短7d左右,单位时间内生物量提高80%,魔芋培养基具有诱导花青素合成的作用,使花青素提高3倍以上。
附图说明
图1为金铁锁叶片诱导子的毛状根;
图2为金铁锁毛状根脱分化状态;
图3为金铁锁毛状根诱导产生紫色花青素。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1:
魔芋培养基的制备:
(1)准确称取17g魔芋粉加入1L水,搅拌均匀等待其溶胀达到稳定;
(2)55℃恒温水浴加热加入1-2mol/L盐酸2g搅拌着2h左右;
(3)加入0.15mg铁粉加入到培养基中搅拌20-50min使铁粉充分溶解;
(4)加入2.5g硝酸钾并且调整其pH至6.5。
(5)后期需要进行脱分化及再分化诱导时可加入相应的植物激素构成相应的脱分化培养基。
实施例2:
一、金铁锁毛状根的诱导:
(1)将金铁锁幼嫩的叶片及茎分别放在空白培养基上光照条件下进行预培养48h;
(2)将Ar.A4发根农杆菌在28℃、130r/min黑暗下培养至OD600=0.7;
(3)将浓度为20mg/L的乙酰丁香酮与菌液共同摇匀30min;
(4)将预培养的金铁锁茎、叶与处理好的菌液一起摇匀25min;
(5)将步骤(4)处理完的茎、叶分别擦干置于空白魔芋培养基上共培养直至周围长出菌斑;
(6)将步骤(5)中的材料用加入Cef 500mg/L的魔芋培养基进行除菌处理,直至农杆菌完全清除干净;
(7)将步骤(6)中的材料培养至产生毛状根,将其剪下进行高浓度抗生素的抗性筛选;
(8)将步骤(7)中的生长旺盛的毛状根进行扩大培养并进行碱性硝酸银显色的冠瘿碱检测,出现棕色斑点证明诱导成功。
二、外植体选择与愈伤组织的诱导:
以金铁锁叶片诱导子的毛状根作为外植体,毛状根的分化增殖能力强,形成的新的毛状根尖易于诱导产生新的愈伤组织,且增殖迅速,故选择毛状根尖作为诱导愈伤组织的外植体材料较好;
选用组培瓶,以魔芋基本培养基,添加6-BA2.5mg/L、IAA0.6mg/L,每个培养基接种5个毛状根尖,培养温度为(25±1)℃,黑暗条件,培养7d后产生愈伤组织,30d后继代增殖培养以获得大量愈伤组织;
三、花青素的诱导与积累:
花青素的诱导:由于非胚性愈伤组织质地疏松,细胞相对较大,内含大液泡,且色素大多存在于液泡内,因此须挑选质地疏松的白色愈伤组织用于花青素的诱导。称取4g白色愈伤愈伤组织分别置于培养基中,以魔芋基本培养基,外加6-BA2mg/L、IAA0.6mg/L,培养温度为(23±1)℃,光照强度为2500Lx,光照时间为12h/d;
四、花青素的积累:金铁锁白色愈伤组织产生少量花青素后需进行继代培养以积累大量的花青素。继代培养时称取3.0g带有花青素的愈伤组织置于魔芋培养基中,添加6-BA2mg/L、IAA0.6mg/L、KT0.2mg/L,培养温度为(23±1)℃,光照强度为2500Lx,光照时间为12h/d,30~40d后可使90%以上愈伤组织形成花青素;
五、金铁锁毛状根愈伤组织花青素的提取:
选择有花青素积累的愈伤组织(用滤纸吸干愈伤组织表面水分),平均称取1g愈伤组织于研钵中研碎,加10mL3%盐酸-甲醇转移至25mL试管中,并于32℃水浴锅中提取18h,再置于n=530nm处测定吸光值,每个处理重复3次。计算色素提取率,色素提取率达0.39%。
注:上式中:A为色素在530nm波长处的吸光度;V为定容体积;N为比色时的稀释倍数;98.2为色素在530nm波长处的消光系数;M为愈伤组织质量。
本发明采用的是利用天然物质魔芋粉制成天然培养基,降低外源物质的添加,降低了植物组织培养技术的成本,也为生产天然物质提供更安全放心的依据;利用组织培养技术生产天然色素,利用毛状根的特性外加愈伤增殖快的特性,使目的产物产量更高,并且不受外界环境的影响,更能满足市场的需求,由于天然花青素,无毒副作用,且保健功效突出,已逐渐为人们所追求,利用组织培养技术诱导生产周期短、速度快,设备投资少,生产成本低,培养条件可控,无不良物质的添加更加放心可用。
表1-魔芋粉培养基与普通MS培养基对愈伤组织生长和花青素含量影响
表2-魔芋粉培养基与普通MS培养基对愈伤组织诱导时间的比较
魔芋粉培养基缩短了金铁锁毛状根脱分化时间,快速诱导出愈伤组织;具有促进愈伤组织细胞花青素合成的作用,起到诱导子的作用;减轻毛状根外植体在诱导愈伤组织过程中的褐化现象,利用毛状根制备愈伤组织具有细胞生长快、代谢稳定的特点,比普通愈伤组织更适合作为生产花青素的细胞培养物。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养基,其特征在于:每升培养基包括如下质量分数的成分:魔芋粉10-30g、盐酸水溶液1-5g、铁粉0-0.3g、硝酸钾0-5g。
2.根据权利要求1所述的促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养基,其特征在于:所述盐酸水溶液的浓度为1-2mol/L,所述铁粉为铁单质粉末。
3.根据权利要求1所述的促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、魔芋培养基制备:配制1L魔芋培养基时加入10~30g魔芋粉,孵育得魔芋粉溶胀体系,向魔芋粉溶胀体系中加入盐酸水溶液水解0.5~3h,然后向水解后的体系中加入0~0.3g的铁粉进行酸解和螯合胶联处理,接着再向体系中加入硝酸钾0~5g以补充培养基中氮源,最后调整培养基的pH值在5.0~6.5之间,制成空白基础培养基;
S2、金铁锁毛状根的诱导:用金铁锁无菌苗作为外植体,剪下其较嫩的茎或叶,在空白基础魔芋培养基中,黑暗条件下,预培养两天后与混合有乙酰丁香酮的菌液浓度OD600值为0.6~0.8的Ar.A4菌液侵染,共培养48h,混合有乙酰丁香酮的菌液提前进行摇菌操作,经过Cef除菌和抗生素抗性筛选后获得金铁锁的毛状根;
S3、愈伤组织的诱导:挑选长势好的毛状根捏成小团,接种到魔芋培养基上,加有0~3mg/L 2,4-D和0~2mg/L6-BA进行培养,在温度(23±2)℃、黑暗条件下培养,诱导获得愈伤组织;
S4、花青素的诱导:选择不同质地疏松或致密的愈伤组织,以魔芋培养基为基础,加6-BA 0~2.5mg/L和IAA 0~2mg/L,在0~2500lx光强下每天光照12-14h培养,15天后白色愈伤组织上诱导红色花青素生成;
S5、花青素的积累:挑选少量含有花青素的愈伤组织进行继代培养,以魔芋培养基为基础,外加6-BA2.0mg/L+IAA0.6mg/L+KT0.2 mg/L在温度(23±1)℃,光照强度2500lx和光照时间12-14h/d的条件下培养,30天后花青素明显积累;
S6、金铁锁愈伤组织色素的提取:选择相同培养条件下色素积累的愈伤组织,用滤纸吸干愈伤表面水分,以1%~3%盐酸-甲醇为提取剂,在不同的料液比1:10~1:50、不同提取时间5~20h及不同提取温度(4~50℃)下优化色素提取条件,并以紫外分光光度计在200~650nm下扫描。
4.根据权利要求3所述的促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养方法,其特征在于:所述S1步骤中,魔芋粉溶胀体系的孵育条件为:室温搅拌后静置至体系完全稳定,盐酸水溶液水解的温度控制在40-60℃,所述KNO3可以直接以药品纯品加入,也可用少许水溶解后加入培养基体系。
5.根据权利要求3所述的促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养方法,其特征在于:所述S1步骤中,空白基础培养基的具体成本配比为:每升魔芋培养基中加入17g魔芋粉,55℃下盐酸水解2h,加入0.15mg铁粉和2.5g硝酸钾,培养基的pH值为6.5。
6.根据权利要求3所述的促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养方法,其特征在于:所述S2步骤中,诱导毛状根的外植体为金铁锁无菌苗的芽下端的3片叶子,诱导毛状根的菌液浓度为OD600=0.7,培养温度为24℃,黑暗培养,摇菌的条件为:避光28℃,转速为130r/min,金铁锁的毛状根的筛选标准为:选择分支多、颜色雪白、生长速度快的毛状根。
8.根据权利要求3所述的促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养方法,其特征在于:所述S6步骤中,金铁锁愈伤组织花青素最大吸收峰在n=570nm,色素含量表示为A570=Abs,以3%的盐酸-甲醇为提取剂、料液比为1:15、提取时间18h、提取温度35℃时提取。
9.根据权利要求3所述的促进金铁锁毛状根愈伤组织产生花青素的培养方法,其特征在于:所述盐酸-甲醇提取剂的浓度为1%~3%。
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