稀土元素在组织培养中的作用研究进展

董春英， 王 瑞

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 2.国家油茶工程技术研究中心， 湖南 长沙 410004)

稀土元素在组织培养中的作用研究进展

董春英1,2， 王 瑞1,2

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 2.国家油茶工程技术研究中心， 湖南 长沙 410004)

通过分析稀土元素对组培苗增殖及生长的促进作用、对不定根的形成的影响、对组培苗叶绿素形成及相关酶活性的促进等方面，综述了稀土元素在组织培养中的作用。

稀土元素； 组织培养； 增殖； 不定根形成； 叶绿素形成

稀土元素(Rare Earth Element)是从18世纪末开始陆续发现的，是元素周期表中的镧系元素镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)和与镧系元素化学性质相似的钪(Sc)、钇(Y)共17种元素的总称[1]。稀土元素能促进植物根系对养分的吸收，提高植物叶绿素含量、光合作用及抗逆性[2-5]。低浓度的稀土元素，可以促进作物的新陈代谢活动，促进叶子和根的生长，利于作物对营养物质的吸收和叶绿素的合成，但是高浓度时却抑制其生长，因为植物所吸收的P和Zn明显减少[6-8]。近年来许多学者将稀土应用到植物组织培养领域[9-16]。本文综述了稀土元素对组培苗增殖、不定根发生的作用以及对叶绿素含量、过氧化物酶、过氧化氢酶等活性的促进作用，旨在为稀土在组培中的应用提供参考。

1 稀土元素对组培苗增殖及生长的促进作用

适量的稀土元素能增加植物体内源激素的含量，从而促进组培苗的分化生长，而高浓度的稀土则会破坏在细胞膜上的作用，影响细胞膜的透性，使胞质中的K+等营养离子流失，阻碍了植株的正常营养代谢[17-18]。

黄剑波[19]研究了稀土元素对卡特兰组培苗生长的影响，稀土溶液浓度为5mg/L时，组培苗生物量最大，分化芽数7.1个/个，单株叶片数为6.3，单株鲜重0.49g，浓度为15mg/L时对卡特兰组培苗生长的促进作用有所减缓，浓度为25mg/L时对卡特兰组培苗已表现出明显的抑制作用。侯思宁等[20]通过研究表明La(NO3)3含量为20mg/L时，平均出芽数4.485、株高6.3cm、鲜重3.1g，与其它浓度的处理相比差异显著。吴桂容等[21]研究了稀土元素对“芳林1号”马蹄组培苗的影响，结果表明以45mg/L的Sm处理效果最佳，增殖系数为9.2，每株干物质量为0.28g，叶色浓绿，容易形成壮苗。段晓宇等[22]发现低浓度稀土硝酸盐能促进组培苗生长，其中0.2mg/L硝酸镧和0.2～0.4mg/L硝酸铈促进效果最佳，高浓度稀土硝酸盐对细茎石斛组培苗生长表现为负效应，甚至导致死亡。稀土溶液在5～15mg/L浓度范围内香蕉组培苗芽的分化数、单株鲜重和单株叶片数等不断增加；当浓度为10～15mg/L时，促进作用最强，与对照比较，差异达到极显著水准。当稀土溶液浓度为30mg/L时，出现较明显的抑制作用[23]。

2 稀土元素对组培苗不定根发生的促进作用

低浓度的稀土元素(La，Ce，Pr，Nd)促进叶子和根的生长，但是高浓度时却抑制其生长，因为植物所吸收的P和Zn明显减少[8]。

银杏的芽苗在生根培养基中附加0.5～5.0mg/L的稀土能显著促进不定根的发生，其中79号品种以1.0mg/L稀土处理生根率最高，为66.7%，28号品种以0.5mg/L稀土处理生根率最高，为58.3%，分别比对照提高50%、42.9%，生根时间比对照提前7d，根数也明显多于对照；高浓度的稀土(10～20mg/L)则抑制不定根的发生[24]。在欧石楠生根培养基中加入5mg/L Ce(NO3)3时生根率为94%，单株发根的平均数为5.21个，其根长达到1.71cm；加入5mg/L La(NO3)3时生根率为91%，单株发根平均数为5.3个，其根长为 1.76cm；其高浓度对欧石楠瓶苗生根有抑制效应[25]。La(NO3)3、LaCl3对桉树DH32-29的出根时间、出根率没有影响，但对其出根量及根质量具有一定的改善作用；但对邓恩桉的出根质量有明显的改善，根量变多，根部愈伤组织变小，苗的茎轴明显增长，明显促进根、苗的生长，改善作用较为明显[26]。Ce3+浓度为0.5～15mg/L时，盾叶薯蓣试管苗生根率分别高出对照组17%～42%，单株发根均数分别较对照多出1～3个；Ce3+浓度5mg/L时，生根率最高，超过90%，单株发根均数超过5个，生根效果达到最佳[27]。

3 稀土元素对组培苗叶绿素形成及相关酶活性的影响

叶绿素是植物体内最重要的光合色素，它在光能的吸收、传递和转化方面起重要作用。作物叶绿素含量的多少直接影响植株的光合作用强度，光合产物的合成及其代谢产物的合成。适宜浓度的稀土元素在一定程度上不仅可以改善植物的生理功能，促进营养物质的吸收，而且还可以增强植物的抗逆性以及提高叶片的叶绿素含量来提高光合作用的效率[28-30]。生物体内的自由基可以影响破坏细胞膜，而添加NdCl:可以增强SOD和POD的活性，降低MDA的合成速率，减少细胞膜的缩小，增强植物细胞清除氧自由基(O2-)的能力[31]。

稀土化合物(LaCl3)能提高桑树组培苗叶绿素含量，其中叶绿素a含量为对照的2.06倍，叶绿素b含量为对照的1.64倍，并且能改变光合色素比例，提高过氧化物酶活性[32]。侯思宁等[33]研究了La(NO3)3对马哈利樱桃组培苗叶绿素含量的影响，结果表明：La(NO3)3的含量为20mg/L时，相比其它La(NO3)3处理的组培苗叶片叶绿素A和B含量为最高，分别为2.88、0.992mg/L(鲜重)。La(NO3)3含量为20mg/L的SOD、POD酶活力明显高于其它La(NO3)3浓度处理。段晓宇等[22]研究发现硝酸镧、硝酸铈对叶绿素含量影响差异较大，硝酸镧(除0.2mg/L)降低了石斛组培苗叶绿素b和总叶绿素含量，且对叶绿素a的促进仅见于0.2mg/L；低浓度硝酸铈(0.2～1mg/L)均能增加叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量，高浓度则反之。梁学芬等[34]发现稀土溶液为5～15mg/L时，随稀土溶液浓度的增加，香蕉组培苗叶片叶绿素含量、过氧化氢酶的活性增加，随着稀土溶液浓度增加，叶绿素含量就逐渐减少，当稀土溶液浓度为30mg/L时，叶绿素含量、过氧化氢酶活性的减少与对照比较已达到差异极显著的水平。在盾叶薯蓣试管苗的培养过程中添加一定浓度Ce3+，会有助于提高试管苗的SOD活性；随着Ce3+浓度的增加，POD活性呈“下降-上升-下降”的趋势；Ce3+浓度在0.5～15mg/L时，CAT活性均高于对照组，Ce3+≥20mg/L试验组的组培苗CAT活性显著低于对照[27]。

4 结语

一定浓度的稀土元素能促进组培苗增殖分化、生长以及不定根的形成，并且可以促进组培苗叶绿素合成及提高相关酶的活性，在组织培养过程中具有举足轻重的作用，但高浓度的稀土元素不但有效作用会降低，有时还有产生毒害作用，其作用机理还有待深入研究。

我国稀土资源丰富，应继续通过研究发掘稀土元素在组织培养中的作用，加大稀土元素的应用途径，应用前景广阔。

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(文字编校：杨 骏)

Researchdevelopmentoneffectsofrareearthontissueculture

DONG Chunying1,2, WANG Rui1,2

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China; 2.National Engineering Research Center for Oil-tea Camellia,Changsha 410004, China )

The advances in the research of rare earth elements on proliferation and growth, adventitious roots formation, chlorophyll formation and related enzyme activities of tissue culture seedlings were summerized in the paper.

rare earth element; tissue culture; proliferation; adventitious roots formation; chlorophyll formation

2013-03-28

2013-05-04

长沙市科技计划项目“油茶组培技术体系建设及规模繁殖应用技术(国家油茶工程技术研究中心)K1201012-61”。

董春英(1965-)，女，湖南省衡东县人，高级工程师，主要从事森林培育工作。

Q 813.1

A

1003-5710(2013)03-0071-03

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2013. 03. 018