李凱利，魏云曉，種智力，孟志剛，王遠，梁成真，陳全家，張銳

紅藍光促進陸地棉愈傷組織誘導和增殖

1新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院/棉花教育部工程研究中心/農(nóng)業(yè)生物技術重點實驗室，烏魯木齊 830052；2中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所，北京 100081

【目的】陸地棉（）的遺傳轉化技術存在轉化周期長、轉化效率低等問題，其中，愈傷組織增殖速度慢是導致棉花轉化周期長的關鍵因素。探究陸地棉愈傷組織增殖的最適光照條件，為縮短棉花轉化周期提供技術基礎。【方法】以陸地棉受體品種WC的下胚軸為外植體誘導愈傷組織，設置紅光、藍光、紅藍光（1﹕1）和白光（CK）4種不同光照處理，研究不同光質下愈傷組織的增殖速度、形態(tài)特征，以及相關基因表達水平和相關酶活性的差異，解析光照對愈傷組織增殖的影響并獲得最優(yōu)光照條件?！窘Y果】不同光質對誘導棉花外植體出愈和愈傷組織生長具有明顯影響。在4種不同光照處理下，紅藍光相較其他光質具有更顯著地促進外植體出愈和愈傷組織增殖的效果，表現(xiàn)為愈傷組織分化時間更短，7—15 d，即與其他處理存在明顯表型差異，7 d愈傷組織鮮重紅藍光（0.39 g）＞藍光（0.34 g）＞白光（0.24 g）＞紅光（0.23 g），15 d時，紅藍光（1.15 g）＞藍光（0.98 g）＞白光（0.69 g）＞紅光（0.51 g），紅藍光照射下的愈傷組織鮮重是白光對照的1.65倍，比單一藍光或紅光照射下的愈傷組織鮮重增加16.5%或125.5%；與此相一致的是，紅藍光處理下，第二周的愈傷增殖率也最高，達14.67%，比紅光處理（7.17%）增加1倍多。4種光質下，愈傷增殖及體胚再生相關基因的表達量，紅藍光處理均顯示最高。此外，紅藍光處理下愈傷組織的過氧化氫酶（CAT）活性顯著提高，活性氧（ROS）含量低于白光對照。【結論】不同光質條件下，棉花外植體的愈傷組織增殖速度不同，紅藍光（1﹕1）促進外植體出愈和愈傷增殖表現(xiàn)最優(yōu)，其次為藍光，再次為白光，單獨的紅光不利于棉花出愈和愈傷增殖。紅藍光（1﹕1）處理誘導光受體及其互作因子、愈傷增殖等相關基因的表達，增強愈傷組織內(nèi)過氧化氫酶的活性，降低活性氧含量，促進細胞分裂，進而促進愈傷增殖。

陸地棉；紅光；藍光；愈傷組織增殖速度；活性氧

0 引言

【研究意義】棉花（L.）既為紡織工業(yè)提供原料，又是重要的油料作物[1]。中國是世界上最大的原棉生產(chǎn)國和消費國，因此，棉花在我國的經(jīng)濟發(fā)展中占有重要的地位[2]。轉化周期長是棉花遺傳轉化的一大技術難點，嚴重阻礙了棉花基因功能驗證和優(yōu)異轉基因材料創(chuàng)制，通過利用分子生物學技術，解析棉花經(jīng)濟性狀形成的機理，以促進棉花產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，都離不開棉花的遺傳轉化[3]。棉花的遺傳轉化依賴體細胞胚再生過程，農(nóng)桿菌侵染后的外植體要獲得轉化植株，通常要經(jīng)歷愈傷誘導、胚性愈傷誘導、體胚發(fā)育和植株再生4個相對獨立又相互關聯(lián)的階段。作為起始階段的愈傷誘導是后續(xù)階段順利進行的基礎，因此，研究愈傷組織的快速誘導及增殖，可以促進高效棉花遺傳轉化體系的建立?！厩叭搜芯窟M展】在植物組織培養(yǎng)中，光照對誘導愈傷組織有重要影響。植物吸收紅光和藍光的能力比吸收其他光的能力強。紅光影響莖的伸長、根冠比、葉綠素含量和光合效率[4-5]，藍光影響植物的向光性、下胚軸伸長、葉片增大、氣孔開放、葉綠體運動等[6-7]。藍光和紅光在植物的生長發(fā)育中發(fā)揮著不同的功能，單獨使用紅光或藍光都不能完全滿足植物健康生長發(fā)育的要求[8]。與單色光相比，紅光和藍光混合，能提高植物的光合速率，促進植物的健康發(fā)育[9-10]。植物通過光受體感知并傳遞光信號。光敏色素A（phytochrome A，PHYA）和光敏色素B（phytochrome B，PHYB）是植物中最早發(fā)現(xiàn)的2種光敏色素，其中，PHYA為遠紅光的主要受體，介導遠紅光反應，而PHYB是紅光的主要受體，介導紅光反應[11]。它們能夠感知波長為600—750 nm的光，參與植物光形態(tài)建成、生長發(fā)育調控等多個過程[12]。隱花色素（cryptochromes，CRYs）的發(fā)現(xiàn)相對較晚，是一類廣泛存在于動植物中的藍光受體，能夠感受藍光和近紫外光（330—500 nm）。AtCRY1和AtCRY2是擬南芥的藍光感受器[13-15]。AtCRY1主要負責在藍光下抑制下胚軸伸長，而AtCRY2主要控制光周期開花[16]。光敏色素互作因子（phytochrome-interacting factors，PIFs）是一類與光受體互作、具有堿性螺旋-環(huán)-螺旋（basic helix–loop–helix，bHLH）結構的轉錄因子，它們傳遞光受體感知到的光信號，通過調控有關下游基因的表達，參與植物的生長發(fā)育，并且在植物抵御逆境脅迫的過程中也發(fā)揮著重要作用[17]。目前，已陸續(xù)從水稻、玉米、番茄等多種植物中鑒定出PIF1—PIF7類轉錄因子，以及各成員間的共同結構域和特殊結構域[18-23]。多子葉轉錄因子（leafy cotyledon，LEC）包含LEC1和LEC2 2個成員，參與植物的生長發(fā)育及儲藏物質的積累[24]。其中，LEC2是含有B3結構域的胚胎發(fā)育相關調控因子，與LEC1存在協(xié)同作用，是一類胚胎發(fā)育相關的標志基因[25-26]。當植物的體細胞在光和激素等的誘導下產(chǎn)生愈傷組織時，體細胞胚胎發(fā)育路徑相關的轉錄因子，包括LEC1、LEC2等轉錄因子的表達量會提高，促進體細胞胚胎的發(fā)生[27]。GhTCE1是一種螺旋-環(huán)-螺旋家族轉錄因子，Deng等[28]研究表明其作用于棉花愈傷組織去分化過程中早期細胞命運轉變，RNAi或CRISPR/Cas9介導的功能喪失導致活性氧（reactive oxygen species，ROS）過度積累，阻止愈傷組織細胞伸長，并增加不定器官的發(fā)生。Yuan等[29]重點研究了體外去分化過程中愈傷組織形成早期的細胞命運轉變，并在棉花胚胎發(fā)生過程的RNA-seq圖譜分析中鑒定出，推測它可能在愈傷組織形成或胚胎發(fā)生過程的早期事件中發(fā)揮作用。自由基誘導的細胞死亡1（radical-induced cell death1，RCD1）轉錄因子作為ROS信號通路的關鍵調節(jié)因子，在調節(jié)植物的環(huán)境應激、激素和發(fā)育反應中發(fā)揮著至關重要的作用[30-32]。通過調節(jié)線粒體呼吸和葉綠體ROS的產(chǎn)生，RCD1確保了植物在變化的環(huán)境條件下的生存[33-34]。MYB轉錄因子是一種普遍存在于植物和動物中的轉錄因子，廣泛參與脅迫響應、次生代謝調控和激素應答等過程[35]。此外，Wang等[36]研究發(fā)現(xiàn)擬南芥MYB118轉錄因子還可誘導根外植體形成體細胞胚胎，并加快營養(yǎng)體向胚狀體的過渡。Yuan等[29]研究發(fā)現(xiàn)、等在愈傷組織誘導、增殖和胚性細胞產(chǎn)生過程中出現(xiàn)時序性表達，調節(jié)體胚發(fā)生過程中ROS的動態(tài)積累，表明GhRCD1-GhMYC3- GhMYB44-GhLBD18等組成的轉錄級聯(lián)模塊可時序性調節(jié)細胞內(nèi)ROS的積累，繼而影響體胚發(fā)生過程中細胞的命運?！颈狙芯壳腥朦c】如何縮短遺傳轉化周期、提高轉化效率是棉花遺傳轉化面臨的一個主要問題，目前的研究基本集中在優(yōu)化胚性愈傷組織誘導和分化的中后期階段，而就不同光質對起始階段愈傷誘導和增殖影響的研究較少。【擬解決的關鍵問題】本研究以陸地棉受體品系WC為試驗材料，以其7 d無菌苗下胚軸為外植體進行愈傷組織誘導和增殖培養(yǎng)，設計4種不同光質處理，研究不同光質下愈傷組織誘導及增殖的速度，并分析不同光質對出愈和愈傷增殖快慢造成差異的內(nèi)在原因，為縮短棉花的遺傳轉化周期提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料

組織培養(yǎng)的試驗材料為陸地棉品系WC，種子由中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所保存。以7 d無菌苗下胚軸為試驗外植體。為統(tǒng)計愈傷時增殖情況，利用愈傷增值率（callus growth rate，CPR）這個參數(shù)來衡量愈傷，CPR=（W2-W1）/W1，其中，W1為外植體培養(yǎng)前的初始重量；W2為外植體培養(yǎng)一段時間后的重量。

1.2 棉花組織培養(yǎng)

1.2.1 外植體準備 種子準備：選取WC種子，用75%乙醇和30%過氧化氫溶液消毒置于種苗培養(yǎng)基上，28 ℃暗培養(yǎng)6 d，光照處理1 d，獲得無菌苗。莖段準備：將培養(yǎng)7 d的無菌苗切成長度為5—8 mm的莖段用于誘導愈傷生成和增殖。誘導培養(yǎng)基（callus induction medium，CIM）的準備：MS培養(yǎng)基添加激素2,4-D和KT、30 g葡萄糖，pH=5.85，滅菌使用。

1.2.2 光照誘導愈傷組織及愈傷組織學觀察

將莖段平均分為4組，分別置于紅光、紅藍光（1﹕1）、藍光、白光（CK）4種不同光質條件下培養(yǎng)。紅藍光強度參照魏喜等[37]，紅藍光的波峰值分別為660和460 nm。白光（CK）光質處理的光強設置為30—50 μmol·m-2·s-1。在第7和15天時拍照、稱重并取樣。

選取第25天的愈傷組織，使用FAA固定液固定，經(jīng)過脫水、透明、浸蠟和包埋、切片和烤片、脫蠟復水和染色之后，使用顯微鏡觀察愈傷組織的橫切面。

1.3 不同時期光受體及愈傷增殖基因的表達量檢測

分別取不同光照下第7和15天的棉花愈傷組織，利用RT-qPCR的方法檢測WC棉花愈傷組織樣品中（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）和（）在特定組織中的表達量。CDS序列來自于https://cottonfgd.net/。

1.4 體外抗氧化活性的測定

分別稱取不同光照處理7和15 d的愈傷組織0.25 g，依據(jù)CAT和ROS檢測試劑盒測定樣品CAT活性和ROS含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Graph pad Prism9.5.1和DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及AI軟件對不同光照棉花愈傷組織結果進行統(tǒng)計分析并繪圖，3次生物學重復。

表1 用于rt-qPCR的引物序列

2 結果

2.1 不同光照處理對棉花愈傷組織誘導增殖的影響

利用紅光、藍光、紅藍光和白光4種不同光照對棉花品系WC的下胚軸進行愈傷誘導，在紅藍光處理條件下，棉花下胚軸最早出現(xiàn)愈傷分化，且愈傷增長快，顏色更綠；藍光處理條件下，下胚軸邊緣出現(xiàn)較少的愈傷組織，愈傷增長次于紅藍光；紅光和白光處理條件下，棉花愈傷組織生長較慢，愈傷組織較少（圖1-A）。通過檢測愈傷組織鮮重，發(fā)現(xiàn)紅藍光處理的愈傷組織鮮重最高，紅光處理的最低。7 d愈傷組織鮮重分別為0.39（紅藍光）、0.34（藍光）、0.24（白光）和0.23 g（紅光），15 d愈傷組織鮮重分別為1.15（紅藍光）、0.98（藍光）、0.69（白光）和0.51 g（紅光，圖1-B）。從形態(tài)和鮮重均可以看出，在紅光與白光處理7 d時，棉花外植體誘導愈傷表現(xiàn)無明顯差異，但在15 d時，紅光處理條件下的愈傷組織較少，鮮重低于白光處理，表明單獨的紅光不利于愈傷組織的誘導和增殖。

愈傷增值率（CPR）可比較直觀地反映愈傷組織的增殖速度。計算4種光質處理下的愈傷增殖率（圖1-C），發(fā)現(xiàn)紅藍光誘導下的愈傷增殖率最高，其次是藍光、白光和紅光。在紅藍光、藍光、紅光和白光處理條件下，7 d的愈傷增殖率分別為1.15%、0.91%、0.31%和0.36%，15 d的愈傷增殖率分別是5.39%、4.56%、1.09%和2.97%。說明4種光質處理條件下愈傷組織的增殖速度不同，紅藍光最有利于棉花愈傷組織的增殖生長，而單一的紅光最不利于其生長。

進一步對25 d的愈傷莖段進行細胞學觀察（圖1-D），發(fā)現(xiàn)在4種光質處理條件下，愈傷組織的結構存在一定的差異，表現(xiàn)在內(nèi)外層細胞的數(shù)量、層數(shù)和大小等方面。紅藍光處理條件下的愈傷組織細胞數(shù)量和層數(shù)均最多，且大部分細胞為旺盛生長的薄壁細胞；藍光處理條件下的愈傷組織結構與紅藍光處理相似，但細胞數(shù)量、層數(shù)略少；白光處理條件下仍有一定數(shù)量的薄壁細胞，而紅光處理條件下薄壁細胞數(shù)量最少，細胞脫分化的程度最低。

2.2 不同光照處理誘導棉花不同光信號系統(tǒng)基因的表達

光敏色素PHYA、PHYB是紅光的主要受體，隱花色素（CRYs）是一類廣泛存在于動植物中的藍光受體。通過檢測光受體基因、、和在不同光照下的表達量，發(fā)現(xiàn)和在藍光處理條件下的表達量最高，紅藍光次之；而和在紅光的處理條件下表達量最高，紅藍光次之（圖2-A—D）。表明紅光、藍光處理分別促進了相應光受體的表達，進而增加紅光、藍光的吸收，表明采用不同光質處理、誘導棉花外植體出愈和愈傷增殖是有效的。

A：7和15 d的下胚軸；B：0、7和15 d的下胚軸重量變化；C：7—25 d愈傷組織的愈傷增值率；D：愈傷細胞形態(tài)觀察。不同字母表示在=0.05水平差異顯著

A: 7 d and 15 d hypocotyl; B: weight change of 0 d, 7 d and 15 d hypocotyl; C: callus enhancement rate of 7-25 d callus; D: cell morphological observationz. Different letters represent a significant difference at=0.05

圖1 不同光照下棉花下胚軸誘導愈傷組織的動態(tài)變化

Fig. 1 The dynamic change of callus induced from hypocotyl under varied lights

此外，光受體感知光信號后，通過與其互作的轉錄因子PIF將相應的光信號進行傳遞。通過檢測有關的表達，發(fā)現(xiàn)的表達量在紅藍光、藍光、紅光處理條件下均顯著高于白光，的表達在藍光與紅藍光處理條件下顯著高于白光，而紅光在處理條件下低于白光。推測紅光和藍光均誘導的表達，且紅光的誘導效果優(yōu)于藍光，同時，藍光還誘導的表達。結果表明，不同光質處理誘導了不同光受體的表達，促進了光的吸收，進而通過調控相應的互作因子表達，將光信號進一步傳遞，調控生長發(fā)育進程。

2.3 不同光照處理影響了棉花愈傷組織體胚再生相關基因的表達

通過對愈傷組織體胚相關基因進行檢測，結果顯示，4種光照處理條件下，的表達量存在差異。紅藍光處理有利于的表達，而單一的紅光處理不利于該基因的表達（圖3-A和圖3-C）。在7和15 d的愈傷組織中，經(jīng)紅藍光處理的表達量均為最高，且顯著高于白光，但在單一紅光處理下，7 d時的表達量與白光處理相當（圖3-A），而15 d時其表達量已顯著低于白光（圖3-C）。在15 d的愈傷組織中（圖3-C），經(jīng)紅藍光處理的表達量顯著高于藍光、紅光和白光，后3種光照間無顯著差異（圖3-C）。

4種光照處理條件下，的表達量存在差異，其表達模式與相似，紅藍光處理有利于的表達，而單一的紅光處理不利于該基因的表達（圖3-B和圖3-D），在7和15 d的愈傷組織中，經(jīng)紅藍光處理的的表達量均為最高，而在紅光處理15 d的愈傷組織中，的表達量極顯著低于白光處理。

*＜0.05，**＜0.01，***＜0.0005。下同 *＜0.05, **＜0.01, ***＜0.0005. The same as below

圖2 4種光照處理條件下愈傷組織光信號系統(tǒng)基因的表達

Fig. 2 Gene expression level of light signaling system in calluses under four light conditions

圖3 不同光照處理下愈傷組織中分化相關基因的表達量

4種光照處理條件下，在紅藍光處理條件下的表達量最高，且顯著高于白光處理（圖3-E—F），（）紅藍光處理條件下的表達量最高，且顯著高于白光處理（圖3-G）

以上結果表明，紅藍光處理促進后期體胚的發(fā)生，從而影響愈傷組織的生長。

2.4 不同光照處理對棉花愈傷組織內(nèi)ROS含量的影響

通過檢測7和15 d愈傷組織中CAT酶的活性和ROS含量，發(fā)現(xiàn)在檢測的2個時期，CAT酶活均在紅藍光處理條件下最高，藍光處理下次之，而紅光處理條件下最低（圖4-A和圖4-C）。在7和15 d愈傷組織中，ROS含量雖表現(xiàn)出在藍光和紅藍光處理條件下稍低，但不同處理間并不存在顯著差異（圖4-B和圖4-D）。結果表明，紅藍光、藍光處理可提高愈傷組織中CAT酶的活性，從而使細胞中ROS的含量處于相對較低水平，促進愈傷增殖。

A：第7天CAT酶活；B：第7天的ROS含量；C：第15天的CAT酶活；D：第15天的ROS含量

A: CAT enzyme activity on day 7; B: ROS content on day 7; C: CAT enzyme activity on day 15; D: ROS content on day 15

圖4 愈傷組織在第7和15天的CAT酶活及ROS含量比較

Fig. 4 Comparison of CAT enzyme activity and ROS content of calluses in 7 d and 15 d

3 討論

3.1 不同光質影響棉花愈傷組織的增殖

在組織培養(yǎng)中，光是影響植物愈傷組織生長和分化的重要環(huán)境因子[38]，不同的光質對愈傷組織的生長有不同的效應。本研究結果表明，紅藍光（1﹕1）處理條件下的愈傷組織鮮重是白光對照處理下的1.65倍，而紅藍光處理相比于白光（CK）處理，棉花愈傷組織分化時間提前約30 d，表明愈傷組織增殖是分化的前提和基礎。此外，再生相關基因、的表達量在紅藍光處理下最高，與愈傷組織增殖速度的結果一致。魏喜等[37]研究發(fā)現(xiàn)紅藍光促進棉花體細胞胚胎的發(fā)生，與本研究部分結果一致。張真等[39]發(fā)現(xiàn)黃光有利于葡萄愈傷組織的增殖，劉浩等[40]發(fā)現(xiàn)紅光下蘿卜愈傷組織的增殖倍數(shù)最高，顧夢云等[41]發(fā)現(xiàn)紅藍光3﹕1配比促進紅掌愈傷組織的增殖。吳鵬飛[42]、谷艾素[43]分別對草莓、花燭葉片進行愈傷組織誘導，發(fā)現(xiàn)紅光促進愈傷組織的誘導與形成。上述研究表明，不同植物對光的響應不同，不同光質組合對不同植物愈傷組織增殖和體細胞胚胎發(fā)生的影響存在差異。

3.2 活性氧對棉花愈傷增殖的影響

活性氧ROS是調控植物細胞增殖與分化的重要信號分子[44]。CAT酶是生物防御體系的關鍵酶之一。Fry的研究表明一定含量的ROS有利于細胞壁多糖的降解，促進細胞分裂[45]。Deng等[28]研究發(fā)現(xiàn)，的過表達可減少愈傷組織中ROS的過度積累，促進細胞增殖。Yuan等[29]發(fā)現(xiàn)、、和在愈傷組織誘導、增殖和胚性細胞產(chǎn)生過程中時序表達，調控體胚發(fā)生過程中ROS的動態(tài)平衡，進而影響體細胞胚胎發(fā)生。本研究結果表明，紅藍光處理下愈傷組織中、、的表達量最高，而ROS水平較低。表明紅藍光處理促進了愈傷組織中、、等基因的表達和CAT酶活性，同時，其ROS含量相對較低，因而促進了愈傷組織的增殖和再生。ROS的分布存在空間特異性，在植物器官形成和發(fā)育過程中具有重要作用，適當濃度的ROS可促進植物的生長和發(fā)育[46-47]。

3.3 植物光的吸收和傳遞對棉花愈傷增殖的影響

植物通過光感受系統(tǒng)和信號系統(tǒng)感知并傳遞光信號，進而調節(jié)其生長發(fā)育[27]。許大全等[48]在探究多種光質對植物生長發(fā)育影響時發(fā)現(xiàn)，紅藍組合光最優(yōu)，其次是白光。Bukhov等[49]研究進一步表明，紅藍組合光中合適的藍光比例有利于植物高光合能力的形成。Matsuda等[50]研究也發(fā)現(xiàn)，在紅藍組合光下生長的水稻葉片，其光合速率高于在單一紅光下生長的葉片。劉文科等[51]也發(fā)現(xiàn)，與單一的紅、藍光相比，紅藍組合光和白光有利于提高豌豆苗的營養(yǎng)品質。本研究結果表明，不同光質處理可以誘導愈傷組織中不同的光受體基因表達，、、和等光受體基因的表達量在紅光和藍光的誘導下顯著提高，對應的PIF基因的表達量也相應增加，表明愈傷組織雖非成熟的植物組織和器官，但同樣可以感知光，且其增殖和生長受到光的誘導和光質的影響（圖5）。

圖5 紅藍光促進棉花愈傷誘導增殖

4 結論

紅藍光（1﹕1）處理促進了愈傷組織中增殖再生相關基因的表達，提高了CAT酶活性，并使其ROS水平相對較低，最終促進愈傷組織的誘導和增殖。

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Red and Blue Light Promotes Cotton Callus Induction and Proliferation

1College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University/Engineering Research Center for Cotton, Ministry of Education/Emphasis Laboratory of Agricultural Biotechnology, Urumqi 830052;2Biotechnology Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081

【Objective】Upland cotton () genetic transformation faces series of challenges such as a prolonged cycle and low efficiency, with the relatively slow proliferation rate of callus tissue being a critical factor contributing to the extended transformation period. This study aims to investigate the optimal light conditions for upland cotton callus growing. The establishment of this research endeavor is poised to accelerate callus proliferation and ultimately provide a technical foundation for shortening the period of cotton genetic transformation. 【Method】The hypocotyls of the upland cotton line WC were used as explants to induce callus tissues under four different lights: red, blue, red-blue (1:1), and white light (CK). The study aimed to investigate the varied effects of the different lights on callus induction and proliferation, determine the optimal light condition by comparing with the callus proliferation rate, morphological characteristics et al. under different light treatments. 【Result】Different light treatments had a significant impact on the callus induction and growth. The red-blue light treatment exhibited a most positive effect on both callus inducing and proliferation, which observed on the 7th and 15th day. The fresh weight of callus at 7 d under the red-blue light (0.39 g) was the heaviest, followed by the blue light (0.34 g), then the white light (0.24 g) and the red light (0.23 g). The same fresh weight order of the callus was observed at 15 d, with the treatment of the red-blue light (1.15 g) > blue light (0.98 g) > white light (0.69 g) > red light (0.51 g). The callus weight under red-blue light was 1.65 times heavier than the control, increased by 16.5% and 125.5% compared to the treatment of only blue or red light, respectively. In line with this, the callus proliferation rate in the second week under red-blue light was as high as 14.67%, which is twice to that of the red-light treatment (7.17%). The expression level of those genes promoted to cell proliferation and somatic embryo regeneration was consistent with the phenotype, the highest level was under the red-blue light treatment. Furthermore, the activity of the catalase (CAT) was significantly increased under the red-blue light treatment, while the content of reactive oxygen species (ROS) was lower than control. 【Conclusion】Employing different light conditions could result in the varied proliferation rate of cotton callus. The optimal light treatment is by red-blue light in a 1﹕1 ratio, followed by blue light and then white light. However, employing red light only does not favor the callus growth. The treatment of red-blue light (1﹕1) induces the expression of phytochromes and cryptochromes in the callus, increases the expression level of those genes promoted to callus growth. It also enhances the activity of catalase, reduces the content of ROS, and finally promotes the callus proliferation.

upland cotton; red light; blue light; callus proliferation rate; active oxygen species

2023-08-04；

2023-09-26

國家重點研發(fā)計劃子課題（2022YFD1200304-3）、國家自然科學基金（52161145104）、中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程、中國農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究所基本科研業(yè)務費

李凱利，E-mail：835294355@qq.com。通信作者張銳，E-mail：zhangrui@caas.cn。通信作者陳全家，E-mail：chqjia@126.com

（責任編輯 李莉）