老山芹正常试管苗和玻璃化苗的生理生化特性比较

马 婧， 杨系玲， 孙 聪， 范文艳， 戴凌燕， 金丽娜， 宫占元， 贝丽霞， 姜述君

(1.黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江大庆 163319； 2.黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院，黑龙江大庆 163319)

老山芹(HeracleummoellendorffiiHance)属伞形科多年生草本植物，为药食两用植物，其幼嫩茎叶是美味的山野菜，具有极高的经济开发价值，同时其干燥根入药作独活[1]。独活是我国常用的传统中药，广泛用于风寒湿痹、腰膝疼痛、感冒头痛、痛疮肿痛和慢性气管炎的治疗[1-3]。一些研究表明，老山芹含有檞皮素、山奈素和芸香苷等黄酮类化合物[4]，此外还含有聚乙炔化合物[5]及佛手柑内酯、茴芹内酯、异茴芹内酯等香豆素化合物[6]。研究表明，佛手柑内酯具有显著的抗癌作用[7-8]，因此，老山芹潜在药用价值也不可忽视。由于老山芹种子萌发困难，导致老山芹的自然分布数量较少，分布片断化明显，从而使其开发利用受到制约。在众多生物技术中，植物组织培养技术是解决重要野生植物资源保护和可持续发展的重要手段之一。

玻璃化现象是植物组织培养中经常发生的一种生理失调现象，并且严重影响组培体系的稳定性。由于物种间在遗传和代谢等方面的差异性，导致不同种类植物玻璃化苗在生理生化方面存在一定差异。如香草玻璃化苗的可溶性糖含量显著降低[9]，而菊花玻璃化苗可溶性糖含量显著高于正常苗[10]；苹果玻璃化苗的叶片中赤霉素(GA)含量极显著上升[11]，然而杂交山杨玻璃化苗的GA含量降低[12]。目前关于老山芹试管苗培育及其玻璃化方面的研究鲜有报道。本研究拟分析老山芹玻璃化试管苗生理生化特征的变化，以期为揭示老山芹试管苗玻璃化的发生机制奠定基础，并为老山芹试管苗玻璃化的有效预防及恢复提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及培养

老山芹正常试管苗与玻璃化苗：由新梢茎段在MS基本培养基上初代培养得到初代苗，然后截取茎段，进行2次增殖继代培养获得。继代培养20 d后调查增殖苗数和增殖系数，35 d后调查玻璃化率。增殖培养基配方为1/2MS+1.2 mg/L 6-BA+0.3 mg/L NAA+2.5%蔗糖。培养基pH值为6.5，培养室温度为(25±2) ℃，光照时间为16 h/d，光照度为 35 μmol/(m2·s)。

1.2 生理生化指标的测定

淀粉、可溶性蛋白、总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b、可溶性糖和丙二醛(MDA)含量及相对电导率的测定参考苍晶等的方法[13]。

1.3 数据分析

试验数据采用SPSS 11.0软件进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 老山芹正常苗与玻璃化苗增殖能力的比较

将老山芹玻璃化的试管苗进行继代培养后，其分化出的苗仍呈现出玻璃化状态，玻璃化率显著高于正常苗，而正常苗增殖后的玻璃化苗率仅为12.56%，可见老山芹玻璃化苗增殖能力显著低于正常苗；老山芹正常试管苗的增殖系数为 5.52，而玻璃化苗的增殖系数为3.38，比正常苗的增殖系数降低38.77%(表1)。结果表明，在试管苗培养过程中，玻璃化现象的出现严重降低了老山芹试管苗的繁殖速度。

2.2 老山芹正常苗与玻璃化苗可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白含量及干物质积累率的比较

由表2可以看出， 玻璃化苗的可溶性糖含量显著高于正常苗，但其淀粉、可溶性蛋白含量及干物质积累率显著低于正常苗。正常苗的可溶性糖含量比玻璃化苗低17.09%；但正常苗的淀粉含量、可溶性蛋白含量、干物质积累率分别比玻璃化苗高33.65%、30.09%、66.94%。这些结果说明，玻璃化苗将光合产物直接转化为淀粉的能力较正常苗下降了。

表1 老山芹正常苗与玻璃化苗增殖的差异

表2 老山芹正常苗与玻璃化苗的可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白含量及干物质积累比较

2.3 老山芹正常苗与玻璃化苗叶绿素含量的比较

从表3可见，正常苗与玻璃化苗的总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b含量和叶绿素a/叶绿素b均存在显著差异。正常苗的叶绿素a含量比玻璃化苗高42.68%，叶绿素b含量比玻璃化苗高52.17%，总叶绿素含量比玻璃化苗高44.76%。而正常苗的叶绿素a/叶绿素b比玻璃化苗降低了6.18%。以上结果表明，老山芹玻璃化苗的光合能力与正常幼苗相比有所下降。

表3 老山芹正常苗与玻璃化苗叶绿素含量差异

2.4 老山芹正常苗与玻璃化苗叶片丙二醛含量、相对电导率及活性氧含量的比较

表4 老山芹正常苗与玻璃化苗丙二醛含量、相对电导率及活性氧差异

2.5 老山芹正常苗与玻璃化苗抗氧化酶活性的比较

由表5可知，老山芹玻璃化苗出现了抗氧化酶系统的失调。老山芹玻璃化苗抗氧化酶系统中的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶活性显著高于正常苗，上述4种抗氧化酶活性分别比正常苗提高了23.84%、44.41%、92.07%、26.64%。

表5 老山芹正常苗与玻璃化苗抗氧化酶活性的差异

3 讨论

玻璃化现象是植物组织培养过程中最为常见一种生理障碍。本试验结果显示，与正常苗相比，老山芹玻璃化苗的叶绿素、淀粉、可溶性蛋白含量和干物质积累率均出现大幅度的降低，而可溶性糖含量却比正常试管苗显著增加。这些结果表明，老山芹玻璃化苗出现了光合作用失调和代谢紊乱现象。在本试验中，玻璃化老山芹的可溶性糖含量显著高于正常苗，而网纹甜瓜[16]、满天星[17]和蓝莓[18]的玻璃化苗可溶性糖含量显著低于正常苗，这种差异可能是由于不同植物种类对糖类吸收和利用方面存在差异造成的。