浅谈毛状根及在药用植物中的应用

毛状根及在药用植物中的应用主要内容3毛状根简介及特点形成过程及影响因素培养技术的应用存在的问题及解决方法参考文献3412351.1毛状根简介植物被发根农杆菌感染后，在伤口处就会形成不定根，不定根除菌后能迅速生长，并产生多个分枝，呈毛发状，该不定根又被称为毛状根。因为它将发根农杆菌含有的Ri质粒中的T-DNA(T-DNA区含有植物生长素合成的基因，能使寄主细胞无限繁殖）片段整合到植物细胞的DNA上，就可以诱导出毛状根，从而建立起毛状根培养系统。Ri质粒是位于发根农杆菌染色体之外的独立的双链环状DNA；质粒大小一般在180～250kb之间；有两个非常主要的功能区即转移区T-DNA区(即TL-DNA和TR-DNA)和致病区Vir区；农杆碱型发根农杆菌的Ri质粒物理结构毛状根技术VS愈伤组织和细胞悬浮培养优点：生长速度快有许多分枝和根毛；激素自养性直接用于食品药品加工；分化程度高细胞分化而来，有遗传稳定；有效成分多借助基因工程，增加次生物含量；大量培养易向培养也释放代谢物。1.2毛状根的特点2.1发根土壤杆菌诱导毛状根的过程①发根农杆菌识别受伤植物释放的诱导物。②发根农杆菌识别信号分子后，向受伤细胞作趋化性运动，并与宿主细胞发生粘接。③Ri质粒的vir区基因被乙酰丁香酮等物质括化，使Ri质粒上的T-DNA片段被切割下来并转入植物细胞。④T-DNA基因进入寄主细胞的细胞核并整合到核基因组中，然后在寄主细胞中表达。对于不同的药用植物,影响其毛状根形成的因素不尽相同,可以通过试验来确定Ri质粒转化及毛状根诱导的最佳条件。2.2影响毛状根形成的因素影响毛状根形成的因素外植体类型影响毛状根形成的因素影响毛状根形成的因素影响毛状根形成的因素影响毛状根形成的因素影响毛状根形成的因素影响毛状根形成的因素影响毛状根形成的因素植物的种类影响毛状根形成的因素影响毛状根形成的因素影响毛状根形成的因素影响毛状根形成的因素影响毛状根形成的因素遗传转化过程预培养时间外源诱导物菌株的类型影响毛状根形成的因素影响毛状根形成的因素植物生长物质毛状根转化成功的植物以双子叶植物为多；发根农杆菌侵染绝大多数的双子叶植物、少数单子叶植物及个别裸子植物；已经成功诱导的个别单子叶植物如小麦、玉米、等。植物的种类外植体的类型目前已从植物的叶片、茎、子叶、愈伤组织、下胚轴、根等多种类型的外植体上成功诱导出毛状根；同一植物上不同类型的外植体诱发毛状根的频率不同；不同植物上相同类型的外植体诱发毛状根的频率也不同；诱导过程，一般采用的都是较幼嫩的组织，因这些细胞处于旺盛的分裂状态，容易接受外源DNA。菌株类型目前采用的发根农杆菌主要有天然农杆碱A4、ATCC15834、16834、LBA9402及1601、R1000、R1200等；黄瓜碱型的2635、2657、2659等；甘露碱型的5196、TR101、TR7等；每一种菌株对不同植物诱导毛状根的能力是不同的。预培养时间外植体经预培养后能够促进细胞分裂；一般认为，分裂的细胞更容易整合外源DNA；另外，预培养提高外源基因的瞬时表达和转化率，还能对外植体起到驯化的作用，使其适应于离体培养的条件。遗传转化过程遗传转化一般包括预培养、浸菌和共培养这三个过程，每个过程的处理都会对遗传转化率有影响。预培养的时间过长，不利于农杆菌的侵入；浸菌时间过长，对外植体造成较大的伤害不利于后期的分化。共培养时间过长，农杆菌的生长就会过度，植物细胞会因受到毒害而死亡。外源诱导物农杆菌在侵染过程中，其基因受植物细胞释放的酚类物质的刺激而活化，从而提高对植物细胞的侵染力。乙酰丁香酮(AS)等酚类物质在农杆菌介导的单子叶植物中已被广泛应用来提高转化率，在一些双子叶植物中也被证实可以提高转化率。植物生长物质在预培养和（或)共培养阶段添加一定量的植物生长物质，对毛状根的诱导也有一定影响；李雅丽研究不同浓度IBA的共培养培养基对蒙古黄芪毛状根诱导率的影响,发现使用MS+IBA（0.3mg/L）毛状根诱导率最高。王冲之等在共培养阶段考查了不同激素配比对西洋参毛状根诱导率的影响，惟有MS+NAA(6mg/L)可产生毛状根。3毛状根培养技术的应用在生产次生代谢产物方面的应用获得毛状根获转基因植物利用毛状根再生植株，缩短良种繁育时间毛状根为药用植物种质保存提供新途径3.1在生产次生代谢产物方面的应用次生代谢产物是指药用植物体内一大类化合物。它们是细胞生命活动或植物生长发育正常运行的非必需小分子化合物。其产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。药用植物器官培养生产次生代谢物的路线图3.1.2提高毛状根生产能力的技术研究药用植物毛状根的目的研究药用植物毛状根的目的研究药用植物毛状根的目的高效而经济地生产对人类有用的有效成分=研究药用植物毛状根的目的通过环境因子的调控提高毛状根的生产速度和有效成分含量通过诱导和选育建立高产的毛状根株系毛状根技术与其他基因重组技术联合使用提高毛状根的生产能力在植物的感染部分产生形态、生长速度和有效成分含量等各不相同的毛状根株系→分离分别培养→对它们的生长速度和有效成分含量进行测定→选育出高产的毛状根株系。高产的毛状根株系环境因子环境因子主要包括：激素、培养基、诱导子、光照通过环境因子的调控可以显著提高毛状根的生产能力技术联合①用基因转化技术来调控次生代谢途径：用次生代谢关键酶基因来调控植物细胞的次生代谢是增加有效成分的有力措施。②用反义技术来调控代谢途径：利用反义技术将反义DNA或RNA片段导入植物细胞，使其某一代谢途径关键酶的活性得到控制，从而影响活性成分的含量。3.2获得毛状根转基因植物以Ri质粒为载体转入外源功能基因，获得药用植物的转基因植株。通过转基因技术，一、可以对克隆出的目的基因进行功能验证；二、导入外源功能基因，可以改善药用植物的某些特性。可以产生新的有效物质、提高栽培品种抗病虫害的能力等。3.3毛状根再生植株，缩短良种繁育时间毛状根再生植株与天然或栽培植株相比，一般具有叶片皱缩、节间缩短、植株矮化、须根发达等特点；主要的药效成分含量高于天然的；由于毛状根生长迅速，将其根尖切下，便可繁殖出大量的无性繁殖再生植株，大大缩短了药用植物的栽培周期。3.4为药用植物种质保存提供新途径毛状根具有高度的繁殖潜能，可以制成人工种子长期保存。由于带有顶端分生组织或分枝的发根切段能够再生出整个植株，可以用海藻酸钠凝胶包裹发根切段制成了人工种子。4存在的困难与解决方法第一个困难是由于许多单子叶植物和部分裸子叶植物对发根农杆菌不敏感，还不能诱导出毛状根。第二个困难是部分植物的毛状根有效成分含量较低或不含有效成分。对于第一个困难，人们正在通过建立和发展基因转移技术，来逐步解决。如PEG法、电击法、微注射法、激光微柬法、超声波法、基因抢法等。对于第二个困难，人们正在通过环境因子调控和培养绿色毛状根等技术来逐步解决。敬请批评指正谢谢!