中国农业科学 |中国农业科学院生物技术研究所联合新疆农业大学农学院解析红蓝光促进陆地棉愈伤组织诱导和增殖

棉花（Gossypium hirsutum L.）既为纺织工业提供原料，又是重要的油料作物。中国是世界上最大的原棉生产国和消费国，因此，棉花在我国的经济发展中占有重要的地位。转化周期长是棉花遗传转化的一大技术难点，严重阻碍了棉花基因功能验证和优异转基因材料创制，通过利用分子生物学技术，解析棉花经济性状形成的机理，以促进棉花产业可持续发展，都离不开棉花的遗传转化。棉花的遗传转化依赖体细胞胚再生过程，农杆菌侵染后的外植体要获得转化植株，通常要经历愈伤诱导、 胚性愈伤诱导、体细胞胚发育和植株再生 4 个相对独立又相互关联的阶段。作为起始阶段的愈伤诱导是后续阶段顺利进行的基础，因此，研究愈伤组织 的快速诱导及增殖，可以促进高效棉花遗传转化体系的建立。

近期，中国农业科学院生物技术研究所联合新疆农业大学农学院完成的题为“红蓝光促进陆地棉愈伤组织诱导和增殖”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷4期正式发表。

以陆地棉受体品种WC的下胚轴为外植体诱导愈伤组织，设置红光、蓝光、红蓝光（1﹕1）和白光（CK）4种不同光照处理，研究不同光质下愈伤组织的增殖速度、形态特征，以及相关基因表达水平和相关酶活性的差异，解析光照对愈伤组织增殖的影响并获得最优光照条件。

不同光照下棉花下胚轴诱导愈伤组织的动态变化 

不同光质对诱导棉花外植体出愈和愈伤组织生长具有明显影响。在4种不同光照处理下，红蓝光相较其他光质具有更显著地促进外植体出愈和愈伤组织增殖的效果，表现为愈伤组织分化时间更短，7 —15 d，即与其他处理存在明显表型差异，7 d愈伤组织鲜重红蓝光（0.39 g）＞蓝光（0.34 g）＞白光（0.24 g）＞红光 （0.23 g），15 d 时，红蓝光（1.15 g）＞蓝光（0.98 g）＞白光（0.69 g）＞红光（0.51 g），红蓝光照射下的愈伤组织鲜重是白光对照的1.65倍，比单一蓝光或红光照射下的愈伤组织鲜重增加16.5%或125.5%；与此相一致的是，红蓝光处理下，第二周的愈伤增殖率也最高，达14.67%，比红光处理（7.17%）增加1倍多。

 4种光照处理条件下愈伤组织光信号系统基因的表达 

不同光照处理下愈伤组织中体胚再生相关基因的表达量

4种光质下，愈伤增殖及体胚再生相关基因的表达量，红蓝光处理均显示最高。

愈伤组织在第7和15天的CAT酶活及ROS含量比较 

红蓝光处理下愈伤组织的过氧化氢酶（CAT）活性显著提高，活性氧（ROS）含量低于白光对照。

不同光质条件下，棉花外植体的愈伤组织增殖速度不同，红蓝光（1﹕1）促进外植体出愈和愈伤 增殖表现最优，其次为蓝光，再次为白光，单独的红光不利于棉花出愈和愈伤增殖。红蓝光（1﹕1）处理诱导光受体及其互 作因子、愈伤增殖等相关基因的表达，增强愈伤组织内过氧化氢酶的活性，降低活性氧含量，促进细胞分裂，进而促进愈伤 增殖。

该文章获得国家重点研发计划子课题（2022YFD1200304-3）、国家自然科学基金（52161145104）、中国农业科学院科技创新工程、中国农业科学院 生物技术研究所基本科研业务费的资助。

论文链接：

《红蓝光促进陆地棉愈伤组织诱导和增殖》

引用本文：

李凯利, 魏云晓, 种智力, 孟志刚, 王远, 梁成真, 陈全家, 张锐. 红蓝光促进陆地棉愈伤组织诱导和增殖[J]. 中国农业科学, 2024, 57(4): 638-649.

LI KaiLi, WEI YunXiao, CHONG ZhiLi, MENG ZhiGang, WANG Yuan, LIANG ChengZhen, CHEN QuanJia, ZHANG Rui. Red and Blue Light Promotes Cotton Callus Induction and Proliferation[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(4): 638-649.