外源黄酮对红松胚性愈伤组织增殖和体胚发生的影响

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2025.01.014

植物研究 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (1): 130-138.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2025.01.014

• 研究论文 • 上一篇

外源黄酮对红松胚性愈伤组织增殖和体胚发生的影响

郭文慧¹, 王越¹, 吴琳², 杨剑飞¹^,³(), 杨玲¹, 张鹏¹^,³, 吴海波¹^,⁴, 沈海龙¹^,⁴

^1.东北林业大学林学院，哈尔滨 150040
^2.吉林森工露水河林业有限公司国家林木良种基地，抚松 134506
^3.森林生态系统可持续经营教育部重点实验室，哈尔滨 150040
^4.国家林业和草原局红松工程技术研究中心，哈尔滨 150040

收稿日期:2024-05-31 出版日期:2025-01-20 发布日期:2025-01-23
通讯作者: 杨剑飞 E-mail:yjf19910304@126.com
作者简介:郭文慧（1997—），女，硕士研究生，主要从事树木组织培养和繁殖生物学与技术研究。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2023YFD2200105);中央高校基本科研业务费专项(2572022BA05)

Effects of Exogenous Flavonoids on Embryogenic Callus Proliferation and Somatic Embryogenesis of Korean Pine

Wenhui GUO¹, Yue WANG¹, Lin WU², Jianfei YANG¹^,³(), Ling YANG¹, Peng ZHANG¹^,³, Haibo WU¹^,⁴, Hailong SHEN¹^,⁴

^1.College of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040
^2.National Forest Tree Improved Variety Base，Lushuihe Forestry Co. ，LTD，Fusong 134506
^3.Key Laboratory of Sustainable Management of Forest Ecosystem，Ministry of Education，Harbin 150040
^4.Korean Pine Engineering Technology Research Center of State Forestry and Grassland Administration，Harbin 150040

Received:2024-05-31 Online:2025-01-20 Published:2025-01-23
Contact: Jianfei YANG E-mail:yjf19910304@126.com

摘要/Abstract

摘要：

黄酮在植物体胚发生过程中扮演重要角色。为了探究黄酮对红松（Pinus koraiensis）体胚发生的作用效果，该研究以红松胚性愈伤组织为试材，通过添加不同浓度、不同种类黄酮（槲皮素、柚皮素、儿茶素）及苯丙氨酸解氨酶（PAL）抑制剂2-氨基茚满-2-膦酸盐酸盐，测定处理后胚性愈伤组织增殖率、体胚数量及氧化胁迫相关指标变化。结果表明：胚性愈伤组织的增殖率随着外源黄酮浓度的升高逐渐降低，而体胚诱导数量先升高后降低，体胚产生数量在20 μmol?L^-1的外源黄酮处理下达到最高。黄酮能够降低胚性愈伤组织中总活性氧水平（ROS）、过氧化氢（H₂O₂）和丙二醛（MDA）含量，升高超氧化物歧化酶（SOD）活性，降低过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和谷胱甘肽过氧化物酶活性（GPX）。综上所述，外源黄酮主要通过影响胚性愈伤组织氧化胁迫水平，调控细胞增殖及胚性愈伤组织分化进程，促进红松体胚形成。

关键词: 红松, 胚性愈伤组织, 黄酮, 体胚发生, 氧化胁迫指标

Abstract:

Flavonoids play important roles in plant somatic embryogenesis. In order to explore the effect of flavonoids on somatic embryogenesis of Korean pine（Pinus koraiensis）， the embryogenic calluses were used as materials. The proliferation rate of embryogenic callus and the number of somatic embryos， and oxidative stress indexes in embryogenic callus were assessed after adding flavonoids（quercetin， naringenin， catechin） in different concentrations and phenylalanine aminolytic lyase inhibitor（2-aminoindan-2-phosphonate hydrochloride）. The results showed that the proliferation rate of embryogenic callus was significantly decreased with increasing levels of flavonoids， while the number of somatic embryos induced increased first then decreased， and the number of somatic embryos reached the peak under the treatment of exogenous flavonoids at 20 μmol?L^-1. After treatment with flavonoids， the total reactive oxygen species（ROS） level， hydrogen peroxide（H₂O₂） content and malondialdehyde（MDA） content were reduced in embryogenic callus； the superoxide dismutase（SOD） activity was increased； the catalase（CAT）， peroxidase（POD）， ascorbate peroxidase（APX） and glutathione peroxidase（GPX） activities were decreased. In summary， exogenous flavonoids might regulate cell proliferation and callus differentiation by affecting the level of oxidative stress indexes in embryogenic callus， hence， promote the formation of somatic embryos of Korean pine.

Key words: Pinus koraiensis, embryogenic callus, flavonoids, somatic embryogenesis, oxidative stress index

中图分类号:

S722.8

郭文慧, 王越, 吴琳, 杨剑飞, 杨玲, 张鹏, 吴海波, 沈海龙. 外源黄酮对红松胚性愈伤组织增殖和体胚发生的影响[J]. 植物研究, 2025, 45(1): 130-138.

Wenhui GUO, Yue WANG, Lin WU, Jianfei YANG, Ling YANG, Peng ZHANG, Haibo WU, Hailong SHEN. Effects of Exogenous Flavonoids on Embryogenic Callus Proliferation and Somatic Embryogenesis of Korean Pine[J]. Bulletin of Botanical Research, 2025, 45(1): 130-138.

图/表 5

图1

图2

图3

图4

图5

参考文献 31

1	高芳，沈海龙，刘春苹，等.红松成熟胚愈伤组织诱导外植体选择及培养条件优化［J］.南京林业大学学报（自然科学版），2017，41（3）：43-50.
	GAO F， SHEN H L， LIU C P，et al.Optimization of culture conditions and selection of suitable explants for callus induction from mature embryo of Pinus koraiensis ［J］.Journal of Nanjing Forestry University（Natural Science Edition），2017，41（3）：43-50.
2	LELU-WALTER M A， THOMPSON D， HARVENGT L，et al.Somatic embryogenesis in forestry with a focus on Europe：state-of-the-art，benefits，challenges and future direction［J］.Tree Genetics & Genomes，2013，9（4）：883-899.
3	周雪燕，高海燕，李召珉，等.基于生长与结实评价红松种子园亲本［J］.植物研究，2020，40（3）：376-385.
	ZHOU X Y， GAO H Y， LI Z M，et al.Evaluating parents of Pinus koraiensis seeds orchard with growth and fruiting［J］.Bulletin of Botanical Research，2020，40（3）：376-385.
4	陈士刚，秦彩云，王聪慧，等.红松5个家系未成熟种子的胚性愈伤组织诱导研究［J］.森林工程，2021，37（1）：13-17.
	CHEN S G， QIN C Y， WANG C H，et al.Embryogenic callus induction of Korean pine immature seeds from five families［J］.Forest Engineering，2021，37（1）：13-17.
5	闫平玉，王鹏，杨维满，等.红松种子园结实性状分析及优良无性系选择［J］.森林工程，2020，36（6）：19-29.
	YAN P Y， WANG P， YANG W M，et al.Analysis of seeding characters of Korean pine seed orchard and selection of excellent clones［J］.Forest Engineering，2020，36（6）：19-29.
6	PENG C X， GAO F， WANG H，et al.Physiological and biochemical traits in Korean pine somatic embryogenesis［J］.Forests，2020，11（5）：577.
7	GAO F， PENG C X， WANG H，et al.Selection of culture conditions for callus induction and proliferation by somatic embryogenesis of Pinus koraiensis ［J］.Journal of Forestry Research，2021，32：483-491.
8	任毓辉，聂帅，彭春雪，等.红松胚性愈伤组织增殖的激素配比、糖源类型和增殖周期效应研究［J］.植物研究，2022，42（4）：704-712.
	REN Y H， NIE S， PENG C X，et al.Effects of hormone combinations，carbon source type and proliferation cycle on embryogenic callus proliferation of Pinus koraiensis ［J］.Bulletin of Botanical Research，2022，42（4）：704-712.
9	PENG C X， GAO F， WANG H，et al.Optimization of maturation process for somatic embryo production and cryopreservation of embryogenic tissue in Pinus koraiensis ［J］.Plant Cell，Tissue and Organ Culture，2021，144（1）：185-194.
10	PENG C X， GAO F， WANG H，et al.Suspension culture and somatic embryogenesis of Korean pine［J］.Phyton-International Journal of Experimental Botany，2022，91（1）：223-238.
11	GAO F， PENG C X， WANG H，et al.Key techniques for somatic embryogenesis and plant regeneration of Pinus koraiensis ［J］.Forests，2020，11（9）：912.
12	NIE S， YAN Y， WANG Y，et al.Proper doses of brassinolide enhance somatic embryogenesis in different competent Korean pine cell lines during embryogenic callus differentiation［J］.Frontiers in Plant Science，2024，15：1330103.
13	JOYNER P M.Protein adducts and protein oxidation as molecular mechanisms of flavonoid bioactivity［J］.Molecules，2021，26（16）：5102.
14	SAJID M， CHANNAKESAVULA C N， STONE S R，et al.Synthetic biology towards improved flavonoid pharmacokinetics［J］.Biomolecules，2021，11（5）：754.
15	吕朝耕，王升，杨婉珍，等.2-氨基磷酸茚处理对新疆紫草悬浮细胞次生代谢物积累的影响［J］.中国中药杂志，2017，42（8）：1566-1571.
	LÜ C G， WANG S， YANG W Z，et al.Secondary metabolic responses to treatment of 2-aminoindan-2-phosphonic acid in cell lines from Arnebia euchroma ［J］.China Journal of Chinese Materia Medica，2017，42（8）：1566-1571.
16	MAXIMOVA S N， FLOREZ S， SHEN X L，et al.Genome-wide analysis reveals divergent patterns of gene expression during zygotic and somatic embryo maturation of Theobroma cacao L.，the chocolate tree［J］.BMC Plant Biol，2014，14（1）：185.
17	PENG C X， GAO F， TRETYAKOVA I N，et al.Transcriptomic and metabolomic analysis of Korean pine cell lines with different somatic embryogenic potential［J］.International Journal of Molecular Sciences，2022，23（21）：13301.
18	IMIN N， GOFFARD N， NIZAMIDIN M，et al.Genome-wide transcriptional analysis of super-embryogenic Medicago truncatula explant cultures［J］.BMC Plant Biology，2008，8（1）：110.
19	GUO H H， GUO H X， ZHANG L，et al.Metabolome and transcriptome association analysis reveals dynamic regulation of purine metabolism and flavonoid synthesis in transdifferentiation during somatic embryogenesis in cotton［J］.International Journal of Molecular Sciences，2019，20（9）：2070.
20	WANG L C， LIU N， WANG T Y，et al.The GhmiR157a–GhSPL10 regulatory module controls initial cellular dedifferentiation and callus proliferation in cotton by modulating ethylene-mediated flavonoid biosynthesis［J］.Journal of Experimental Botany，2018，69（5）：1081-1093.
21	DOWNEY C D， ZOŃ J， JONES A M P.Improving callus regeneration of Miscanthus × giganteus J.M.Greef，Deuter ex Hodk.，Renvoize‘M161’callus by inhibition of the phenylpropanoid biosynthetic pathway［J］.In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant，2019，55（1）：109-120.
22	BAMNESHIN M， MIRJALILI M H， NAGHAVI M R，et al.Gene expression pattern and taxane biosynthesis in a cell suspension culture of Taxus baccata L.subjected to light and a phenylalanine ammonia lyase（PAL） inhibitor［J］.Journal of Photochemistry and Photobiology B：Biology，2022，234（14）：112532.
23	谢添伊.外源抗坏血酸和过氧化氢调控水曲柳褐化和体胚发生机制研究［D］.哈尔滨：东北林业大学，2021.
	XIE T Y.Mechanism of exogenous ascorbic acid and hydrogen peroxide regulating browning and somatic embryogenesis of Fraxinus mandshurica ［D］.Harbin：Northeast Forestry University，2021.
24	徐松华.逆境条件下植物体内活性氧代谢研究进展［J］.安徽农学通报，2021，27（21）：29-32.
	XU S H.Research advances of reactive oxygen species in plants under environmental stress［J］.Anhui Agricultural Science Bulletin，2021，27（21）：29-32.
25	LEWIS D R， RAMIREZ M V， MILLER N D，et al.Auxin and ethylene induce flavonol accumulation through distinct transcriptional networks［J］.Plant Physiology，2011，156（1）：144-164.
26	夏凯丽，刘婷，杨静慧，等.黑莓体细胞胚诱导中的细胞生理特性［J］.中国南方果树，2018，47（1）：114-118.
	XIA K L， LIU T， YANG J H，et al.Cellular physiological properties in blackberry somatic embryo induction［J］.South China Fruits，2018，47（1）：114-118.
27	任宁，邹梦雯，陈冠群，等.不同成胚能力的百子莲愈伤组织中氧化还原水平的差异分析［J］.分子植物育种，2022，20（4）：1281-1288.
	REN N， ZOU M W， CHEN G Q，et al.Difference analysis of redox levels in the callus of Agapanthus praecox ssp. orientalis with different embryogenic ability［J］.Molecular Plant Breeding，2022，20（4）：1281-1288.
28	WANG Y， CAO S L， SUI X Y，et al.Genome-wide characterization，evolution，and expression analysis of the ascorbate peroxidase and glutathione peroxidase gene families in response to cold and osmotic stress in Ammopiptanthus nanus ［J］.Journal of Plant Growth Regulation，2023，42（1）：502-522.
29	LI S C.Novel insight into functions of ascorbate peroxidase in higher plants：more than a simple antioxidant enzyme［J］.Redox Biology，2023，64：102789.
30	周小华，李昆志，赵峥，等.外源抗坏血酸对水稻抗铝生理指标的影响［J］.热带作物学报，2021，42（3）：769-776.
	ZHOU X H， LI K Z， ZHAO Z，et al.Effects of exogenous ascorbic acid on physiological indexes in rice under aluminum stress［J］.Journal of Tropical Crops，2021，42（3）：769-776.
31	GAO F， WANG R R， SHI Y J，et al.Reactive oxygen metabolism in the proliferation of Korean pine embryogenic callus cells promoted by exogenous GSH［J］.Scientific Reports，2023，13（1）：2218.

[1]	吴婉阁, 纪宝玉, 裴莉昕, 练从龙, 董诚明, 陈随清. 冬凌草体细胞胚诱导及其组织细胞学观察[J]. 植物研究, 2024, 44(5): 692-701.
[2]	栾宜通, 李念森, 乔璐靖, 琚存勇, 蔡体久, 孙佩丽. 云冷杉红松林优势树种生态位、种间联结及群落稳定性[J]. 植物研究, 2024, 44(5): 753-762.
[3]	王雪来, 刘晓婷, 王力冉, 李诗童, 张太进, 张嘉峰, 许经华, 曲冠证, 赵曦阳. 生长和木材性状耦合评价红松半同胞家系[J]. 植物研究, 2024, 44(4): 554-564.
[4]	王洪政, 余绍莲, 马月花, 任玲芸, 倪红伟. 硒对膜荚黄芪镉胁迫的缓解机制解析[J]. 植物研究, 2024, 44(4): 565-575.
[5]	李楠, 田小霞, 毛培春, 郑明利, 孟林, 云岚. 马蔺花器官表型特征及色素分析[J]. 植物研究, 2024, 44(1): 51-61.
[6]	李浙浙, 张一丹, 王波, 王郑昊, 王璐, 程蓓蓓. 木槿开花过程中花色素的变化规律及其影响因素[J]. 植物研究, 2023, 43(4): 550-561.
[7]	李娜, 王潇楠. 拟南芥种皮色素形成突变体的筛选与表型鉴定[J]. 植物研究, 2023, 43(1): 59-68.
[8]	郭梦桥, 陈轩宇, 洪森荣, 李娇, 樊洁, 程薪宇. 三叶青叶表型多样性与地上部分总黄酮含量相关性[J]. 植物研究, 2022, 42(5): 876-885.
[9]	任毓辉, 聂帅, 彭春雪, 杨玲, 沈海龙. 红松胚性愈伤组织增殖的激素配比、糖源类型和增殖周期效应研究[J]. 植物研究, 2022, 42(4): 704-712.
[10]	高启阳, 黄宇龙, 郭文冰, 赵奋成, 刘阳. 碳源等因素对湿地松优良无性系胚性愈伤组织增殖的影响[J]. 植物研究, 2022, 42(1): 21-28.
[11]	魏志刚, 夏德安, 王瑞琪, 张洋, 刘莹莹, 李若林, 杨传平. 小兴安岭天然次生林不同林型下红松种源试验[J]. 植物研究, 2021, 41(5): 807-815.
[12]	彭春雪, 崔雪梅, 沈海龙. 暴马丁香成熟胚愈伤组织和体胚诱导及其生理状态解析[J]. 植物研究, 2021, 41(4): 557-563.
[13]	王芳, 陆志民, 王君, 张世凯, 李峪曦, 李绍臣, 张建秋, 杨雨春. 低温胁迫下红松与西伯利亚红松光合与气孔特性[J]. 植物研究, 2021, 41(2): 205-212.
[14]	苗永美, 童元, 方达, 王宇豪. 稀土镧对铁皮石斛不定芽诱导、植株生长及次生代谢产物合成的影响[J]. 植物研究, 2020, 40(6): 839-845.
[15]	赵历强, 单春苗, 张声祥, 施圆圆, 马克龙, 吴家文. 基于转录组测序的细风轮花青素合成途径及关键酶基因分析[J]. 植物研究, 2020, 40(6): 886-896.

外源黄酮对红松胚性愈伤组织增殖和体胚发生的影响

Effects of Exogenous Flavonoids on Embryogenic Callus Proliferation and Somatic Embryogenesis of Korean Pine

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 5

参考文献 31

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价