胡佳卉,王小德
(浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院,浙江 杭州311300)
羊角槭Acer yangjuechi是槭樹科Aceraceae槭屬Acer落葉喬木。該種僅分布于浙江西天目山狹窄的范圍,生長于海拔700 m的疏林中[1],為浙江省特有種,其數(shù)量極少,長勢衰退。羊角槭種子繁殖能力低,天然更新能力較弱,已經(jīng)陷入滅絕的險境,是中國僅存10株以下的珍稀植物之一[2],被列為國家二級保護植物。羊角槭系古老的殘遺種,與產(chǎn)自日本的日本羊角槭Acer myabei關(guān)系密切,對研究東亞植物區(qū)系的起源、演化以及古氣候、古地理變遷具有重要價值。植物組織培養(yǎng)技術(shù)對物種種質(zhì)保存、植物育種等方面具有促進作用。目前,國內(nèi)對羊角槭的研究主要包括種子生物學(xué)特征的測定以研究種子深度休眠的原因[3]、 光能和水分利用效率[4]、 基因組DNA提?。?]及葉綠素?zé)晒馓匦匝芯浚?]等方面, 而以羊角槭外植體為材料進行愈傷組織誘導(dǎo)及植株再生方面的研究還未見報道。為解決羊角槭繁殖系數(shù)低、繁殖速度慢,優(yōu)良品種的推廣與培育受到限制,無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)需要的問題,以羊角槭的嫩莖和葉片為外植體材料,研究了不同消毒方法、不同基本培養(yǎng)基及不同植物生長調(diào)節(jié)劑組合對羊角槭愈傷組織的誘導(dǎo)、增殖及分化的影響,篩選出最適宜誘導(dǎo)愈傷組織的外植體及培養(yǎng)基配比,為建立羊角槭高效的快繁技術(shù)體系奠定基礎(chǔ)。
以5~6年生羊角槭當年生幼嫩莖段和葉片為外植體。試驗在浙江農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院組培室進行,樣品于2017年4-6月采自浙江農(nóng)林大學(xué)珍稀植物園。
1.2.1 外植體處理及消毒 天氣晴朗的清晨,剪取生長狀況良好、無病蟲害的羊角槭當年生幼嫩莖段和葉片,裝袋帶回實驗室備用。用流水輕輕洗凈表面污漬,后用洗潔精溶液浸泡5 min,漂凈后用流水沖洗2 h,瀝干水后置于超凈工作臺,用體積分數(shù)為75%的乙醇消毒30 s,無菌水沖洗3~5遍,后再用1.0 g·kg-1的氯化汞(HgCl2)浸泡消毒,葉片消毒8 min,莖段消毒10 min,無菌水沖洗3~5遍,消毒完后用無菌濾紙吸干表面水分,在超凈工作臺上將葉片切成0.5 cm×0.5 cm大小的方塊,莖段切成0.5~1.0 cm的小段待接種。
1.2.2 外植體取樣時間選擇 分別于4月(處理1)和6月(處理2)剪取生長狀況良好、無病蟲害的羊角槭幼嫩莖段和葉片,處理消毒后接種于木本植物培養(yǎng)基(WPM培養(yǎng)基)+0.5 mg·L-16-芐氨基腺嘌呤(6-BA)+0.3 mg·L-1萘乙酸(NAA)的培養(yǎng)基中, 接種 15 瓶·處理-1, 接種外植體 2 個·瓶-1, 重復(fù) 3 次, 7 d 后統(tǒng)計不同月份取樣的存活率、污染率。
1.2.3 外植體消毒方法選擇 為確定外植體最佳消毒方法,選擇乙醇30 s+氯化汞8 min(處理1),乙醇30 s+氯化汞10 min(處理2),乙醇30 s+氯化汞12 min(處理3)3種消毒方法對羊角槭外植體進行表面消毒,消毒完后接種于 WPM+0.5 mg·L-16-BA+0.3 mg·L-1NAA 的培養(yǎng)基中, 接種 15瓶·處理-1,接種外植體2個·瓶-1,重復(fù)3次,7 d后統(tǒng)計污染率,30 d后統(tǒng)計誘導(dǎo)率。
1.2.4 外植體類型對誘導(dǎo)的影響 分別以羊角槭的嫩莖(處理1)和嫩葉(處理2)為外植體,消毒處理后接種于 WPM+0.5 mg·L-16-BA+0.3 mg·L-1NAA 的培養(yǎng)基中, 接種 15 瓶·處理-1, 接種外植體 2 個·瓶-1,重復(fù)3次,30 d統(tǒng)計愈傷組織誘導(dǎo)情況。
1.2.5 愈傷組織誘導(dǎo)最佳培養(yǎng)基篩選 以1/2MS,MS和WPM為基本培養(yǎng)基,植物生長調(diào)節(jié)劑選擇NAA(0.1, 0.2, 0.3 mg·L-1), 激動素(KT)(0, 0.5, 1.0 mg·L-1), 6-BA(0.5, 1.0, 1.5 mg·L-1), 根據(jù)L9(3)4設(shè)計四因素三水平正交試驗表,共配置9組培養(yǎng)基,另配置3組只添加基本培養(yǎng)基不添加任何植物生長調(diào)節(jié)劑的培養(yǎng)基作為對照(表1),接種15瓶·處理-1,接種外植體2個·瓶-1,重復(fù)3次,30 d后統(tǒng)計愈傷組織誘導(dǎo)情況。愈傷組織誘導(dǎo)率=產(chǎn)生愈傷組織的外植體數(shù)/接種的外植體總數(shù)×100%。
1.2.6 愈傷組織增殖最佳培養(yǎng)基篩選 根據(jù)愈傷組織誘導(dǎo)結(jié)果,選取WPM+1.0 mg·L-16-BA為培養(yǎng)基固定成分,分別添加0,0.05,0.10,0.15 mg·L-1的NAA,將誘導(dǎo)出的生長較好的愈傷組織切成大小相近的顆粒,接種到增殖培養(yǎng)基中,30 d后測定愈傷組織的鮮質(zhì)量增量,統(tǒng)計增殖倍數(shù)。愈傷組織增殖倍數(shù)=培養(yǎng)后愈傷組織質(zhì)量/接入時愈傷組織質(zhì)量。
1.2.7 愈傷組織分化最佳培養(yǎng)基篩選 以WPM為基本培養(yǎng)基, 1.0 mg·L-16-BA+0.1 mg·L-1NAA 為固定植物生長調(diào)節(jié)劑成分,分別添加0.5,1.0,1.5,2.0 mg·L-1的TDZ,將誘導(dǎo)及增殖出的生長較好的愈傷組織切成大小相近的顆粒,接種到分化培養(yǎng)基中,30 d后統(tǒng)計出芽數(shù)及分化率。愈傷組織分化率=分化出芽的愈傷組織數(shù)/接種的愈傷組織總數(shù)×100%。
表1 誘導(dǎo)培養(yǎng)各因素質(zhì)量濃度設(shè)置Table 1 Concentration of various factors about induction
所有培養(yǎng)基均添加蔗糖 30 g·L-1, 瓊脂粉 7 g·L-1, 調(diào)節(jié) pH 值至 pH 5.8, 并在 121 ℃,1.1 kg·cm-2壓力下高溫高壓滅菌 20 min待用。培養(yǎng)基接種外植體2個·瓶-1,接種15瓶·處理-1,3次重復(fù)。接種后的材料在光照強度2 000 lx,光照12 h·d-1,溫度(25±2)℃的培養(yǎng)室中進行培養(yǎng)。
試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進行方差及極差分析[7],對于差異顯著者采用Tukey多重比較,字母法標記;作圖在Excel軟件下完成。
處理1的外植體污染率為11.5%,處理2同樣消毒方法處理的外植體接種后污染率為61.7%(表 2),顯著(P<0.05)高于處理 1, 且處理1的愈傷組織膨大早、生長速度較快,而處理2的愈傷組織生長較為緩慢,說明4月為羊角槭嫩莖嫩葉采樣的最佳時期。
表2 不同取樣時間的污染率Table 2 Contamination rate at different sampling times
3種處理污染率存在顯著差異(P<0.05),從高到底依次為處理1,處理2和處理3,污染率分別為25.0%,20.6%和4.7%,而3種處理的誘導(dǎo)率也存在顯著差異(P<0.05),從高到低依次是處理2,處理3和處理1,誘導(dǎo)率分別為79.1%,68.3%和67.8%(表3)。隨著氯化汞消毒時間的增加,污染率依次降低,誘導(dǎo)率先升高后降低,說明適當時間的氯化汞消毒有利于防治外植體污染,但消毒時間過長可能導(dǎo)致外植體失去生活力從而抑制誘導(dǎo)。綜合污染率和誘導(dǎo)率來看,羊角槭外植體最適合的消毒方法為體積分數(shù)為75%的乙醇30 s+1.0 g·kg-1氯化汞10 min。
表3 不同消毒方法的污染率和誘導(dǎo)率Table 3 Contamination rate and Induction rate by different disinfection methods
不同的羊角槭外植體接種到相同的培養(yǎng)基上,第7天后莖段開始膨大,從切口處慢慢開始出現(xiàn)瘤狀物,葉片在第5天后開始卷曲,在第18天后切口靠近葉脈處開始出現(xiàn)顆粒狀物,且極為細小。30 d后統(tǒng)計結(jié)果如表4所示:莖段和葉片的誘導(dǎo)率存在顯著差異(P<0.05),莖段的誘導(dǎo)率為54.7%,葉片的誘導(dǎo)率為34.0%,莖段愈傷組織顆粒大、愈傷量多,葉片雖也有一定程度的愈傷量,但愈傷組織顆粒小、不能成塊。由此可見,莖段是羊角槭愈傷組織誘導(dǎo)的最佳外植體。
表4 不同外植體的出愈數(shù)與誘導(dǎo)率Table 4 Amount of callus and induction rate of different explants
不同基本培養(yǎng)基[8]和植物生長調(diào)節(jié)劑組合均對羊角槭愈傷組織的誘導(dǎo)有不同程度的促進作用。從不同外植體來看,莖段愈傷組織誘導(dǎo)率高于葉片愈傷組織,莖段膨大產(chǎn)生顆粒較大的淡黃色或略偏紅色的或緊致或疏松的愈傷組織,葉片蜷縮,且僅在靠近葉柄的位置長出淡青色的顆粒極小的愈傷組織,均不利于繼代增殖。莖段在添加了植物生長調(diào)節(jié)劑的培養(yǎng)基中均誘導(dǎo)出愈傷組織,愈傷誘導(dǎo)率為21.17%~62.90%,愈傷組織的數(shù)量及形態(tài)方面存在差異。1~3號誘導(dǎo)出的愈傷組織偏紅色,呈小顆粒狀,愈傷發(fā)生量較少,4~6號誘導(dǎo)出的愈傷組織呈白淡黃色,質(zhì)地松軟,顆粒較大,7~9號誘導(dǎo)出的愈傷組織呈淡黃色淡綠色,大顆粒狀,有致密有松軟。
表5顯示:基本培養(yǎng)基對愈傷組織誘導(dǎo)率有顯著影響(P<0.05),NAA,KT和6-BA對愈傷組織誘導(dǎo)率的影響不顯著,但影響程度略有差異,從高到低依次為6-BA,NAA和KT。綜合表5數(shù)據(jù)可得,最適宜于羊角槭愈傷組織誘導(dǎo)的培養(yǎng)基為 WPM+0.3 mg·L-1NAA+0.5 mg·L-1KT+0.5 mg·L-16-BA。
表5 愈傷組織誘導(dǎo)正交試驗結(jié)果Table 5 Orthogonal design and results for callus induction
由表6可知:植物生長調(diào)節(jié)劑對愈傷組織的增殖有促進作用。當6-BA質(zhì)量濃度不變時,愈傷組織的增殖倍數(shù)隨著NAA質(zhì)量濃度的增加先變大后減小,不添加NAA的處理組增殖不明顯,4個處理之間增殖倍數(shù)差異不顯著(P>0.05),添加0.1 mg·L-1NAA的處理3增殖倍數(shù)最大,為2.40,增殖效果最佳,愈傷組織膨大最明顯,新產(chǎn)生呈淡綠色的愈傷組織。由此可見,最適宜于羊角槭愈傷組織增殖的培養(yǎng)基為WPM+1.0 mg·L-16-BA+0.1 mg·L-1NAA。
將生長良好的愈傷組織分別接種到TDZ質(zhì)量濃度不同的4種處理培養(yǎng)基中誘導(dǎo)不定芽,培養(yǎng)30 d后,4種處理培養(yǎng)基中均無明顯的不定芽產(chǎn)生,但其生長情況有所不同。4種處理中愈傷組織均有增殖膨大,表面有顆粒狀突起,產(chǎn)生或淺綠色或白綠色的芽點,處理2新增愈傷組織呈深紅褐色,處理3呈淺綠色。4種處理中,隨著TDZ質(zhì)量濃度的增加,產(chǎn)生的芽點數(shù)量也隨之增加,說明TDZ質(zhì)量濃度對愈傷組織的分化有一定影響,較高質(zhì)量濃度的TDZ能促進愈傷組織產(chǎn)生較多不定芽芽點,對愈傷組織分化有促進作用。
本研究分別在4和6月進行羊角槭愈傷組織誘導(dǎo)。結(jié)果表明:4月愈傷組織生長快、出愈率大、污染率低。4月正值羊角槭生長季節(jié),較6月更適宜做愈傷組織誘導(dǎo)試驗。在外植體消毒試驗中,選用了乙醇與氯化汞不同消毒時間的組合。根據(jù)培養(yǎng)后外植體的污染率和誘導(dǎo)率,得出羊角槭外植體最佳消毒方法為體積分數(shù)為75%乙醇消毒30 s+1.0 g·kg-1氯化汞消毒10 min。根據(jù)培養(yǎng)后愈傷組織生長情況可知,最適宜于羊角槭愈傷組織誘導(dǎo)的外植體是其嫩莖,嫩莖愈傷組織誘導(dǎo)率高、誘導(dǎo)出的愈傷組織量大, 利于繼代培養(yǎng)。 羊角槭愈傷組織誘導(dǎo)最佳培養(yǎng)基為 WPM+0.3 mg·L-1NAA+0.5 mg·L-1KT+0.5 mg·L-16-BA,增殖最佳培養(yǎng)基為WPM+1.0 mg·L-16-BA+0.1 mg·L-1NAA,TDZ質(zhì)量濃度的增加有利于羊角槭愈傷組織產(chǎn)生更多不定芽芽點,但誘導(dǎo)其愈傷組織分化出明顯不定芽的培養(yǎng)基配比還有待進一步研究。
表6 植物生長調(diào)節(jié)劑對愈傷組織增殖的影響Table 6 Effect of different plant hormones on callus proliferation
表7 植物生長調(diào)節(jié)劑對愈傷組織分化的影響Table 7 Effect of different plant hormones on callus differentiation
4月取材的羊角槭外植體較之6月取材的外植體污染率低,且萌動早、生長速度快,出愈率高,更適宜于做初代培養(yǎng)。4月羊角槭處于葉芽萌動、展葉時期,此時植株長速快,新生幼嫩莖葉易于滅菌。6月取材的羊角槭外植體污染率較高,提高氯化汞滅菌時間也難以降低其污染率,且出愈率較低,可能因為其莖葉生長成熟,菌類等污染物侵入木質(zhì)部等細胞組織,表面消毒難以達到消毒目的。組培所選外植體若為莖段,應(yīng)選中度木質(zhì)化的材料。不同樹種的采條最佳時間不同,不同的發(fā)生途徑對最佳外植體有一定的要求,因此,外植體選擇與發(fā)生途徑應(yīng)同時考慮,將兩者有機結(jié)合起來[9]。
植物生長調(diào)節(jié)劑是植物組織培養(yǎng)中的關(guān)鍵物質(zhì)。外植體的誘導(dǎo)和增殖不僅與植物生長調(diào)節(jié)劑的種類有關(guān),還與其質(zhì)量濃度及配比有關(guān)[10-11]。植物生長調(diào)節(jié)劑在植物不同的發(fā)育階段起決定性作用,其作用和效果也與外植體及愈傷組織本身內(nèi)源激素的種類和質(zhì)量濃度有重要關(guān)系。在植物組織培養(yǎng)過程中,適宜質(zhì)量濃度的細胞分裂素6-BA可以有效地誘導(dǎo)芽的萌發(fā)與不定增殖,而適宜質(zhì)量濃度的生長素可以促進莖的伸長[12];2,4-D,KT,NAA等植物生長調(diào)節(jié)劑的配比使用有利于外植體愈傷組織的形成,且NAA質(zhì)量濃度越高,形成的愈傷組織質(zhì)地越好[13]。本研究結(jié)果表明:基本培養(yǎng)基類型,6-BA,NAA和KT等植物生長調(diào)節(jié)劑的質(zhì)量濃度配比都能促進羊角槭愈傷組織誘導(dǎo),但愈傷組織的誘導(dǎo)率、生長狀態(tài)存在一定差異。木本植物培養(yǎng)基(WPM)較之MS和1/2MS對愈傷組織誘導(dǎo)有更好的效果。在3種植物生長調(diào)節(jié)劑中,6-BA處理對羊角槭愈傷組織誘導(dǎo)的效果最明顯。愈傷組織在培養(yǎng)基上生長一段時間后,營養(yǎng)物枯竭,水分散失,并已經(jīng)積累了一些可能對愈傷組織產(chǎn)生有害影響的代謝產(chǎn)物,此時需要將這些組織轉(zhuǎn)移到新的培養(yǎng)基上[14]。在愈傷組織增殖階段,愈傷組織的增殖倍數(shù)隨著NAA質(zhì)量濃度的增加先上升后下降,NAA質(zhì)量濃度為0.1 mg·L-1時,增殖倍數(shù)最大為2.40,說明NAA對愈傷組織增殖有促進作用,但NAA質(zhì)量濃度過高會抑制愈傷組織的發(fā)生,NAA與6-BA的質(zhì)量濃度配比為1∶10時增殖效果最佳。這與劉艷麗等[15]誘導(dǎo)盾葉薯蕷Dioscorea zingibernsis愈傷組織的結(jié)果相似。愈傷組織誘導(dǎo)不定芽分化的試驗中,植物生長調(diào)節(jié)劑的種類比例對分化的影響十分重要。本研究愈傷組織分化階段,添加TDZ有利于羊角槭愈傷組織產(chǎn)生更多不定芽芽點,說明TDZ是誘導(dǎo)不定芽分化的重要生長調(diào)節(jié)劑。這與白芨Bletilla striata[16]愈傷組織分化成不定芽的試驗結(jié)果相似。但本研究中愈傷組織只分化出芽點,并未分化出明顯不定芽,這可能是試驗方案中6-BA,NAA與TDZ的植物生長調(diào)節(jié)劑組合對羊角槭愈傷組織分化出芽的影響不明顯,促使其分化成芽的植物生長調(diào)節(jié)劑組合配比還有待進一步的研究。
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