利用发根农杆菌介导的药用植物遗传转化技术现已广泛应用于植物次生代谢产物的生产,得到的毛状根具有遗传基因稳定、生长迅速、易于培养、次生代谢产物含量高等特点。下面简要介绍利用外植体进行毛状根诱导及其培养的相关技术。
1.菌株的活化
选择合适的细菌菌株,将菌株在LB斜面培养基上活化2~3次,然后转至液体培养基上培养,光密度在0.5~0.7的菌液用于感染外植体。
2.外植体的选择及处理
能成功诱导出毛状根的植物外植体材料有叶片、茎段、子叶、愈伤组织等,植物材料的幼嫩部位,特别是用种子萌发直接获得的无菌幼苗更易获得毛状根。将选择好的外植体材料预先在无激素的固体培养基上培养1~3 d,可以提高毛状根的诱导率。
3.毛状根的转化
利用无菌注射器将活化后的细菌菌液直接滴加在预培养的外植体上(或将外植体浸泡在菌液中一定时间),然后将感染后的外植体置黑暗条件下培养,温度控制在(25±2)℃,定期进行观察;约25~30 d后外植体上可长出毛状根。对于一些难以诱导的植物,诱导出毛状根的时间可能会更长。
4.毛状根的鉴定
根据毛状根的形态及生长特性来进行初步鉴定,通常毛状根具备根丛生、多分枝、多根毛、无向地性的特点;此外,分子杂交是最直接和最确定的方法,用Southern分子杂交法检测T-DNA能有力地证明培养的根组织是否被转化。
5.毛状根的除菌及其培养体系的建立
利用发根农杆菌诱导产生毛状根后,必须尽快除去毛状根吸附的微生物,使毛状根在无菌条件下快速生长。除菌的方法有抗生素除菌法和温度除菌法,或将两者联合使用。抗生素除菌法是将毛状根转移至含有抗生素的培养基上,经数代转移直到完全无菌为止,常用的抗生素有羧苄西林、利福霉素和头孢菌素等;温度除菌法是将毛状根转移至不含有抗生素的培养基上,经过39~40℃处理,再转移到新培养基上,达到完全除菌的目的。(www.xing528.com)
除菌后,挑选生长速度较快、分支较多的毛状根转至液体培养基中继续培养。在连续培养过程中,对毛状根进行驯化,使其适合发酵培养。获得生长状态稳定的毛状根后,需进一步开展发酵工艺研究,优化培养条件,提高毛状根培养及次生代谢产物的发酵水平,最终建立规模化培养毛状根生产药用植物次生代谢产物的发酵技术体系。
注:以上介绍的是毛状根的诱导及其培养一般性技术和方法,不同物种遗传转化体系的条件各有不同,在实验和研究中需对实验条件进行不断的尝试和优化。
复习思考题
1.绘小麦根的横切面,示初生结构的各部分。
2.绘棉花老根横切面,示次生结构的各部分。
3.结合对根尖分生区到根成熟结构的观察,理解细胞分化的含义。
4.根据实验观察,比较单、双子叶植物根结构的异同。
5.双子叶植物根的初生结构与次生结构有哪些区别?
6.木质部外始式分化的生物学意义是什么?
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