2種組培方式草莓的擴繁效果及光合特性

柳燕　劉刃　竺錫武

摘要：比較分析固體培養(yǎng)基組織培養(yǎng)方式與生物反應(yīng)器培養(yǎng)方式下草莓組培擴繁效果及其穴盤苗的光合特性。采用LC Pro+型便攜式光合系統(tǒng)測定2種組培方式獲得的組培穴盤苗的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（E）、葉胞間CO2濃度（Ci）。結(jié)果顯示，在個體生物量和種苗增殖系數(shù)方面，紅頰草莓快速擴繁采用生物反應(yīng)器培養(yǎng)方式極顯著優(yōu)于固體培養(yǎng)基組培方式；在光合速率、氣孔導(dǎo)度和呼吸效率方面，生物反應(yīng)器培養(yǎng)方式的組培穴盤苗顯著優(yōu)于固體培養(yǎng)基培養(yǎng)方式的組培穴盤苗；在胞間CO2濃度（Ci）方面，生物反應(yīng)器培養(yǎng)方式的組培穴盤苗與固體培養(yǎng)基培養(yǎng)方式的組培穴盤苗差異不顯著。

關(guān)鍵詞：組培方式；草莓；組織培養(yǎng)；擴繁效果；光合特性

中圖分類號：S668.404 文獻標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0213-03

植物組織培養(yǎng)主要有利用固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基進行組織培養(yǎng)擴繁2種方式，其中利用固體培養(yǎng)基進行組織培養(yǎng)是傳統(tǒng)的組培方式，在草莓組織培養(yǎng)已有較多的研究[1-5]；利用液體培養(yǎng)基進行組織培養(yǎng)主要指采用生物反應(yīng)器盛裝液體培養(yǎng)基通過瞬時浸沒外植體方式培養(yǎng)獲得植物組培苗（簡稱生物反應(yīng)器培養(yǎng)或反應(yīng)器培養(yǎng)），國外自20世紀(jì)80年代就已經(jīng)開始發(fā)展[6-12]，而我國國內(nèi)起步較晚[13-15]，生物反應(yīng)器組培擴繁草莓苗方面的研究尚未見報道。固體培養(yǎng)基組織培養(yǎng)方式與生物反應(yīng)器組織培養(yǎng)方式的比較在一些種類植物的外植體擴繁倍數(shù)、組培苗生長形態(tài)、鮮質(zhì)量等方面都進行過研究[16-18]，但這2種組培方式培養(yǎng)的組培苗在光合特性方面有無差別國內(nèi)外很少報道；而光合特性對組培苗的存活、壯苗有重要影響，已開始引起重視[19-20]。因此，本試驗開展了2種草莓組培方式組培擴繁效果與穴盤苗光合特性的比較研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

紅頰草莓植株由筆者所在的實驗室保存。

1.2 組培方法

（1）固體培養(yǎng)基組織培養(yǎng)法。按劉刃等的方法[5]進行。（2）生物反應(yīng)器組織培養(yǎng)法。按開合式間歇浸沒植物生物反應(yīng)器（浙江理工大學(xué)生物工程研究所，專利號為2010202088879.1）[13]操作進行。紅頰草莓的生物反應(yīng)器培養(yǎng)主要參數(shù)設(shè)定：裝液量1 000 mL；浸沒頻率10 min/4 h；通氣量15 L/min；培養(yǎng)時間50 d；培養(yǎng)液更換頻率25 d/次；接種密度40個/L。

1.3 光合特性的測定

將通過2種培養(yǎng)方式得到的紅頰草莓組培苗經(jīng)過穴盤（50孔穴盤，52 cm×26 cm）煉苗30 d后，移至日光溫室內(nèi)對其功能葉片的光合速率進行測定。數(shù)據(jù)測量期間，2組組培穴盤苗均移至日光溫室，基質(zhì)含水量維持在60%。光合測定條件：外界氣溫在18～25 ℃之間，分別取生物反應(yīng)器培養(yǎng)和固體培養(yǎng)的紅頰草莓各5株，要求草莓組培穴盤苗具有8～10根葉柄、生長旺盛、3出復(fù)葉完全展開等特點。選定每株草莓第3張新生葉。

測量前將50孔組培穴盤苗移至室外，令其在自然光下適應(yīng)1 h，以促使葉片氣孔打開，測量在隔日10：00開始進行。設(shè)定LC Pro+型便攜式光合系統(tǒng)（ADC，England）的測量條件為：光合有效輻射（PAR）800 μmol/（m2·s），CO2供給濃度（350±2） μmol/mol，葉室溫度（25±1） ℃，相對濕度（65±2）%。在此條件下對組培穴盤苗葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（E）、胞間CO2濃度（Ci）進行測量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2013、SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種組培方式下草莓組培擴繁結(jié)果比較

在2種組培方式下培養(yǎng)的組培苗平均鮮質(zhì)量（g）和外植體增殖系數(shù)見表1，在生物反應(yīng)器培養(yǎng)下的外植體增殖系數(shù)可達到6.98，比對照組固體培養(yǎng)法的增殖系數(shù)（6.03）高158%，且差異極顯著；生物反應(yīng)器培養(yǎng)獲得的組培苗平均鮮質(zhì)量為4.14 g，是對照組固體培養(yǎng)（2.31 g）的1.79倍，且差異極顯著，說明單位時間內(nèi)相同數(shù)量的草莓外植體使用生物反應(yīng)器培養(yǎng)可獲得更多的種苗數(shù)量，提高擴繁效率。從生物量和種苗增殖系數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，紅頰草莓快速擴繁采用生物反應(yīng)器培養(yǎng)方式極顯著優(yōu)于固體培養(yǎng)基組培方式。

2.2 2種組培方式的組培穴盤苗凈光合速率

從圖1可以看出，在培養(yǎng)后1、3、5、7 d，生物反應(yīng)器培養(yǎng)的組培穴盤苗的凈光合速率顯著高于傳統(tǒng)固體培養(yǎng)的組培穴盤苗；在培養(yǎng)后7、9 d，雖然兩者之間差異不顯著，但生物反應(yīng)器培養(yǎng)的組培穴盤苗的凈光合速率仍高于傳統(tǒng)固體培養(yǎng)的組培穴盤苗。總體來說，2種組培方式得到的紅頰草莓苗的光合速率在移栽初期差異顯著，隨著在日光溫室中隨著培養(yǎng)時間的延長，兩者之間的差異有逐漸縮小的趨勢。

2.3 2 種組培方式下組培穴盤苗的氣孔導(dǎo)度

從圖2可以看出，通過間歇浸沒式生物反應(yīng)器得到的草莓組培穴盤苗葉片在培養(yǎng)后1 d的氣孔導(dǎo)度為

0.441 mmol/（m2·s），傳統(tǒng)固體培養(yǎng)的苗的氣孔導(dǎo)度為0.362 mmol/（m2·s），兩者之間差異顯著。培養(yǎng)后1、3、5、7 d，生物反應(yīng)器組培穴盤苗與傳統(tǒng)固體培養(yǎng)的組培穴盤苗的氣孔導(dǎo)度差異顯著；在培養(yǎng)后7 d，生物反應(yīng)器的組培穴盤苗在氣孔導(dǎo)度上與傳統(tǒng)固體組培穴盤苗之間差異不顯著，但整個測量過程中生物反應(yīng)器組培穴盤苗氣孔導(dǎo)度均高于傳統(tǒng)固體組培穴盤苗。

2.4 2種組培方式下組培穴盤苗的蒸騰速率

從圖3可以看出，在培養(yǎng)后1、3、5、7 d，生物反應(yīng)器組培穴盤苗的蒸騰速率均高于傳統(tǒng)固體組培穴盤苗。2種組培穴盤苗的蒸騰速率差值在培養(yǎng)后5 d達到最大，生物反應(yīng)器組培穴盤苗為5.771 mmol/（m2·s），傳統(tǒng)固體培養(yǎng)的組培穴盤苗為4.879 mmol/（m2·s）；在培養(yǎng)后1、3、5、7 d，生物反應(yīng)器培養(yǎng)的組培穴盤苗與傳統(tǒng)固體培養(yǎng)的組培穴盤苗的蒸騰速率差異顯著；在培養(yǎng)后7 d，生物反應(yīng)器培養(yǎng)的組培穴盤苗蒸騰速率與傳統(tǒng)固體培養(yǎng)的組培穴盤苗之間差異不顯著。endprint

2.5 2種組培方式下組培穴盤苗的胞間CO2濃度

從圖4可以看出，生物反應(yīng)器培養(yǎng)的組培穴盤苗的胞間CO2濃度均低于傳統(tǒng)固體培養(yǎng)的組培穴盤苗，在培養(yǎng)后9 d時的差值最大，生物反應(yīng)器組培穴盤苗的Ci值為313.9 μmol/mol，傳統(tǒng)固體組培穴盤苗的Ci值為323.3 μmol/mol。在培養(yǎng)后1、3、5、7、9 d，2種不同培養(yǎng)方式得到的組培穴盤苗差異均不顯著。

3 結(jié)論與討論

本研究比較分析了生物反應(yīng)器培養(yǎng)方式與傳統(tǒng)固體培養(yǎng)方式下紅頰草莓組培擴繁效果及其穴盤苗的光合特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紅頰草莓組培擴繁采用生物反應(yīng)器培養(yǎng)方式優(yōu)于固體培養(yǎng)基培養(yǎng)方式。生物反應(yīng)器組培擴繁效果優(yōu)于固體培養(yǎng)基組培擴繁效果，在其他一些植物種類的組培研究中已有一些報道[13-15，17]。本研究結(jié)果證明，利用生物反應(yīng)器組培擴繁草莓也是可行的，并具有顯著優(yōu)勢。

筆者發(fā)現(xiàn)，在組培苗的光合性能方面，生物反應(yīng)器培養(yǎng)的草莓組培穴盤苗優(yōu)于傳統(tǒng)的固體培養(yǎng)的組培穴盤苗。生物反應(yīng)器培養(yǎng)的組培穴盤苗的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和呼吸效率顯著優(yōu)于固體培養(yǎng)基培養(yǎng)的組培穴盤苗。結(jié)果表明，組織培養(yǎng)方法影響了苗的光合特性。本研究結(jié)果與Zhao等的結(jié)果[14，19]是相似的，即在強力通風(fēng)條件下的苗比對照苗有更大的凈光合速率。Zhao等發(fā)現(xiàn)，強力通風(fēng)能增強葉綠素含量[14]。筆者認(rèn)為，強力通風(fēng)可能是生物反應(yīng)器培養(yǎng)方法培養(yǎng)的苗有更大的光合速率的原因。生物反應(yīng)器培養(yǎng)的組培穴盤苗的氣孔導(dǎo)度顯著大于固體培養(yǎng)基的組培穴盤苗的氣孔導(dǎo)度，這個結(jié)果與Zhao等的結(jié)果[14，21]是一致的。Majada等發(fā)現(xiàn)，葉中氣孔的功能在通風(fēng)條件下被改進[21]；Zhao等發(fā)現(xiàn)，強力通風(fēng)能增強氣孔密度[14]。生物反應(yīng)器培養(yǎng)的組培穴盤苗呼吸效率顯著大于固體培養(yǎng)基培養(yǎng)的組培穴盤苗，這個結(jié)果還沒有被報道，有待進一步驗證。生物反應(yīng)器培養(yǎng)的組培穴盤苗的胞間CO2濃度均低于傳統(tǒng)固體組培穴盤苗，但差異不顯著，可能是因為生物反應(yīng)器中組培苗相對較多，密度明顯大于固體培養(yǎng)法組培瓶中組培苗密度。隨著組培穴盤苗在自然環(huán)境下生長時間延長，2種培養(yǎng)方式得到的組培穴盤苗在凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率3個方面呈現(xiàn)出差異縮小的趨勢，這可能與組培穴盤苗逐步適應(yīng)自然環(huán)境條件有關(guān)。生物反應(yīng)器培養(yǎng)的草莓穴盤苗在初期具有更好的凈光合特性，能夠更加快速地適應(yīng)外部環(huán)境，從而增加穴盤苗幼苗期的存活率，更高的凈光合速率也意味著更高的壯苗率，因此在商業(yè)化生產(chǎn)上具有較明顯的優(yōu)勢。

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