呂煜夢(mèng) 徐小萍 張舒婷 郭志鵬 王錦鋒 林玉玲 王天池 賴鐘雄
摘 ?要 ?通過(guò)優(yōu)化消毒和不定芽誘導(dǎo)條件等,建立了三明野生黃精根狀莖的組培體系。結(jié)果表明:將野生黃精外植體依次在清水下用軟毛刷刷洗去野生黃精根狀莖表面的泥土,在加洗衣粉的自來(lái)水中沖洗16?h,在3%多菌靈浸泡2?d(期間時(shí)常振蕩搖晃),用清水洗去表面殘留的多菌靈后置于濾紙上晾放5?h,再用75%酒精處理30?s,加0.2%氯化汞浸泡15?min消毒處理之后,野生黃精外植體的污染率低至20.2%。春季3—4月的野生黃精外植體的不定芽萌發(fā)能力和長(zhǎng)勢(shì)均明顯優(yōu)于11—12月。三明野生黃精的最佳不定芽誘導(dǎo)培養(yǎng)基為:MS+6-BA?4.0?mg/L?+NAA?0.2?mg/L,在其上培養(yǎng)時(shí)誘導(dǎo)出芽率高達(dá)88.0%。
關(guān)鍵詞 ?野生多花黃精;無(wú)菌體系;組織培養(yǎng);不定芽誘導(dǎo)
中圖分類號(hào) ?S961.6 ?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ?A
Abstract ?An aseptic tissue culture procedure was established for wild Polygonatum cyrtonema Hua in Samming by optimizing the disinfection and the adventitious bud induction procedures, in which the tubers from wild-growing plants were used as the explants. The best sterilization procedure for the explants was as follows: brushed soils off the tubers in clear water with a soft toothbrush; cleaned within diluted detergent for 16 hours; soaked in 3% carbendazim for 2 days (shaked intermittently) and washed in water to remove the residual carbendazim from the surface; dried on filter paper for 5 h; dipped first in 75% alcohol for 30 s and then in 0.2% mercuric chloride for 15 min, which resulted in a contamination rate of only 20.2%. Comparatively, the explants from March to April were significantly better than those from November to December in both the growth and the induction of adventitious buds. The optimal medium for the adventitious bud induction of the wild P. cyrtonema Hua explants was: MS+6-BA 4.0 mg/L +NAA 0.2 mg/L, and the budding rate on the medium was as high as 88.0%.
Keywords ?wild Polygonatum cyrtonema Hua; sterile system; tissue culture; adventitious bud induction
DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.08.015
三明野生黃精(Polygonatum cyrtonema Hua)為百合科(Liliaceae)黃精屬(Polygonatum Mill.)多年生藥用草本植物,集藥用、食用、美容和觀賞價(jià)值于一身,具有廣闊的開發(fā)利用前景[1]。黃精根狀莖主要含多糖[2]、黃酮、蒽醌、甾體皂苷[3]、木脂素等化合物及多種對(duì)人體有用的氨基酸等多種物質(zhì),性平、味甘,為滋補(bǔ)上品,具有滋陰潤(rùn)燥、降血脂、降血糖、降血壓、提高人體免疫力、補(bǔ)中益氣、平補(bǔ)氣血的作用和功效[4-8]。但由于黃精生長(zhǎng)周期長(zhǎng),種子繁殖需要5 a以上,根狀莖繁殖也至少需要3 a,傳統(tǒng)的無(wú)性繁育技術(shù)不僅使黃精優(yōu)良性狀難以保存,而且繁殖效率較低,極大地限制了黃精的規(guī)?;瘮U(kuò)繁。近年來(lái)隨著人們對(duì)黃精的需求量與日俱增,野生資源已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要,工廠化生產(chǎn)勢(shì)在必行[9]。植物組織培養(yǎng)技術(shù)不僅可以很好地保存黃精的優(yōu)良性狀,而且還可以消除季節(jié)等外在因素的影響,從而在可控的環(huán)境下顯著提高增殖系數(shù)。因此,建立高效的無(wú)菌培養(yǎng)體系是目前黃精快速繁殖的重要途徑。
目前,關(guān)于黃精的組培快繁的研究已有不少報(bào)道[10-13],劉紅美等[14]對(duì)黃精無(wú)菌體系的建立到種苗進(jìn)行了系統(tǒng)研究;徐忠傳等[15]就殺菌劑對(duì)黃精根狀莖的影響進(jìn)行了研究,徐忠傳等[16]、徐紅梅等[17]先后研究了黃精的離體快繁體系,并建立了從外植體選擇、愈傷組織誘導(dǎo)、不定芽的誘導(dǎo)、生根壯苗培養(yǎng)到煉苗移栽的較為完整的黃精離體再生體系。目前,對(duì)于三明野生黃精的離體組織培養(yǎng)還未有詳細(xì)的研究,所以本文從外植體預(yù)處理、外植體消毒、啟動(dòng)培養(yǎng)及不定芽的誘導(dǎo)等方面對(duì)三明野生黃精的離體培養(yǎng)體系的建立進(jìn)行了初步研究,以期為我國(guó)野生黃精離體培養(yǎng)及工廠化生產(chǎn)提供參考與借鑒。
1 ?材料與方法
1.1 ?材料
取三明地區(qū)野生黃精根狀莖為外植體,選表面淺黃色至黃褐色、生活力較強(qiáng)的地下根狀莖為外植體。消毒試劑為多菌靈溶液、次氯酸鈉和氯化汞。
1.2 ?方法
1.2.1 ?外植體預(yù)處理 ?取放晴3 d以上春季3—4月的三明野生黃精,野生黃精根狀莖去除須根,選色澤鮮黃,生活力較強(qiáng)的地下根狀莖為外植體。采用表1中的3種方法進(jìn)行外植體預(yù)處理。
1 野生黃精根狀莖去除須根,用軟毛牙刷在清水下洗去野生黃精根狀莖表面的泥土,再采用3%多菌靈浸泡3 d,期間時(shí)常震蕩搖晃,在清水下用軟毛牙刷清洗根狀莖表面殘留的多菌靈,盛放于瓷杯中,獲得正式消毒前的外植體。
2 將根狀莖用軟毛牙刷在清水下洗去野生黃精根狀莖表面的泥土后,不加多菌靈表面預(yù)消毒,晾干3 d,獲得消毒前外植體備用。
3 將根狀莖用軟毛牙刷在清水下洗去野生黃精根狀莖表面的泥土,先用洗衣粉在自來(lái)水下開到最大,沖洗16 h,再用3%多菌靈浸泡2 d,期間時(shí)常震蕩搖晃,在清水下用軟毛牙刷清洗根狀莖表面殘留的多菌靈,在濾紙上晾放5 h后進(jìn)行外植體消毒。
1.2.2 ?外植體消毒 ?選擇1.2.1中最佳外植體預(yù)處理方法處理野生黃精根狀莖后,分別使用以下2種方法對(duì)外植體進(jìn)行消毒:(1)先用酒精(75%)消毒30 s,再使用氯化汞(0.2%)浸泡消毒(10、15、20 min),消毒后的野生黃精根狀莖用無(wú)菌水沖洗3~4次;(2)先用酒精(75%)消毒30 s、再使用次氯酸鈉(2%)浸泡消毒(20、30、40 min),消毒后再用無(wú)菌水沖洗3~4次。每個(gè)處理3組,每組20瓶,每瓶接1個(gè)外植體,接種后15 d統(tǒng)計(jì)外植體污染率、褐化率和出芽率。
將預(yù)消毒處理后獲得的野生黃精外植體分裝于瓷杯中,置于經(jīng)紫外消毒的超凈工作臺(tái)上,先用無(wú)菌水清洗3次,根據(jù)根狀莖節(jié)間大小切成小塊;再使用75%酒精浸泡30?s;然后使用0.2% HgCl2浸泡15 min,同時(shí)滴一滴吐溫20;最后使用無(wú)菌水清洗4~5遍至干凈;將消毒好的根狀莖置于濾紙上,晾干;接種于MS培養(yǎng)基(MS+6-BA 4 mg/L +NAA 0.2 mg/L+30 g/L蔗糖+7 g/L瓊脂,pH 5.8),每個(gè)處理3組,每組20瓶。
1.2.3 ?培養(yǎng)條件 ?外植體消毒后接種于經(jīng)高壓(121?℃/20 min)滅菌的MS培養(yǎng)基中,培養(yǎng)溫度為(25±2)℃,12 h/d光照培養(yǎng),光照強(qiáng)度為22~ 25 μmol/(m2s),培養(yǎng)15 d后統(tǒng)計(jì)污染率、褐化率及成活率。
1.2.4 ?取材時(shí)間對(duì)野生黃精不定芽誘導(dǎo)的影響 ?分別在3—4月和11—12月對(duì)三明野生黃精進(jìn)行取材,接種于表2中的2號(hào)培養(yǎng)基中,比較不同季節(jié)取材對(duì)外植體不定芽誘導(dǎo)的影響,每瓶接入一個(gè)外植體,每個(gè)處理3組,每組20瓶,15?d后統(tǒng)計(jì)污染率和出芽率。
1.2.5 ?三明野生黃精不定芽誘導(dǎo) ?三明野生黃精不定芽誘導(dǎo)培養(yǎng)基為:采用1.2.1和1.2.2中對(duì)比實(shí)驗(yàn)后的最佳處理組合篩選出來(lái)的無(wú)污染健康的外植體接入到MS+NAA 0.2?mg/L+30?g/L蔗糖+7?g/L瓊脂的固體培養(yǎng)基(pH為5.8),同時(shí)添加不同濃度(2.0、4.0、6.0、10.0 mg/L)的6-BA(6-芐氨基嘌呤)(表2),接種15?d后觀察根狀莖的存活情況與出芽情況。每瓶接種1塊根狀莖,每個(gè)處理3組,每組20瓶。
1.3 ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
采用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、圖表制作及相關(guān)分析。
2 ?結(jié)果與分析
2.1 ?外植體預(yù)處理對(duì)無(wú)菌體系建立的影響
由表3可知,外植體污染率的大小為2>1>3,污染率分別為89.1%、53.8%、34.6%。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,未經(jīng)多菌靈溶液浸泡的外植體(處理2)的污染率高達(dá)89.1%,說(shuō)明多菌靈溶液對(duì)于野生黃精外植體的消毒效果有明顯影響,加入多菌靈溶液浸泡后的外植體污染率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于未加多菌靈浸泡的。此外,外植體的污染率與洗衣粉水沖洗植株的時(shí)間也有關(guān)聯(lián),未經(jīng)過(guò)洗衣粉水沖洗而直接浸泡在多菌靈中的外植體的污染率比經(jīng)過(guò)洗衣粉水的沖洗后再浸泡于多菌靈溶液中高出19.2%,這可能是因?yàn)橐吧S精根狀莖生長(zhǎng)于泥土中,表面帶有大量微生物,將其置于洗衣粉水下沖洗一定的時(shí)長(zhǎng),洗衣粉水也具有一定的殺菌能力,再采用一定濃度的酒精和氯化汞消毒外植體,便可以有效的降低污染率。
2.2 ?乙醇與次氯酸鈉不同時(shí)間配合處理對(duì)外植體的影響
為研究次氯酸鈉對(duì)野生黃精外植體消毒效果的影響,本實(shí)驗(yàn)使用2%的次氯酸鈉對(duì)外植體進(jìn)行消毒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,2%次氯酸鈉處理不同時(shí)間后,野生黃精外植體均大量污染,污染率高達(dá)89.7%,褐化率高達(dá)47.1%(表4)。且大部分為細(xì)菌污染,有部分塊莖甚至腐爛。因此,采用2%次氯酸鈉消毒的方法顯然不適合于野生黃精外植體的消毒滅菌,不利于野生黃精無(wú)菌體系的建立。
2.3 ?乙醇與氯化汞不同時(shí)間配合處理對(duì)外植體的影響
由表5可知,乙醇與氯化汞結(jié)合進(jìn)行消毒對(duì)外植體污染有一定的控制作用,野生黃精的根狀莖的污染率隨著消毒液浸泡時(shí)間的增加而降低,且消毒滅菌時(shí)間為15 min時(shí)污染率與褐死率之和最低,成活率最高。但使用氯化汞消毒液浸泡時(shí)間為20、25 min時(shí),其污染率繼續(xù)下降,但褐化率均明顯升高,推測(cè)長(zhǎng)時(shí)間的氯化汞消毒處理在殺死微生物的同時(shí)對(duì)外植體也產(chǎn)生了毒害作用。因此,采用處理1的75%乙醇30 s+0.2%氯化汞處
2.4 ?不同取材時(shí)間對(duì)不定芽誘導(dǎo)的影響
對(duì)不同季節(jié)的三明野生黃精根狀莖進(jìn)行取材,接入表2中的2號(hào)培養(yǎng)基中,15 d后統(tǒng)計(jì)污染率和出芽率。由表6可以看出在3—4月份春季取材的外植體接種后污染率較低,且出芽率高達(dá)65.8%,而在冬季11—12月取得的外植體出芽率約等于0%,推測(cè)不同時(shí)間采集的外植體因其生理狀態(tài)和內(nèi)源激素含量存在差異, 導(dǎo)致其萌發(fā)效率存在差異。根據(jù)周新華等[18]的研究結(jié)果,3—4月取材的外植體其腋芽的萌發(fā)能力和長(zhǎng)勢(shì)均明顯優(yōu)于其他時(shí)間段。
2.5 ?不同培養(yǎng)基對(duì)不定芽誘導(dǎo)的影響
將滅菌消毒好的外植體,分別接種于表2的四種培養(yǎng)基內(nèi),培養(yǎng)15 d。由表7可知,不同6-BA濃度對(duì)野生黃精外植體不定芽的誘導(dǎo)影響顯著,其污染率為1>4>3>2,存活率為2>3>1>4,出芽率為2>1>3>4,即2號(hào)培養(yǎng)基的污染率最低,且存活率和出芽率最高,說(shuō)明6-BA濃度為4.0 mg/L(2號(hào)培養(yǎng)基)是誘導(dǎo)野生黃精不定芽的最佳濃度,此時(shí)野生黃精出芽率和存活率最高(圖1)。隨著6-BA濃度升高,其出芽率反而下降,推測(cè)6-BA濃度過(guò)高可能會(huì)抑制不定芽的生長(zhǎng)。
3 ?討論
3.1 ?外植體預(yù)處理及消毒方法的篩選有利于三明野生黃精無(wú)菌體系建立
野生黃精根狀莖長(zhǎng)期生長(zhǎng)于泥土當(dāng)中,根莖表面通常附著很多微生物,因此對(duì)于野生黃精根狀莖的徹底消毒是野生黃精無(wú)菌體系建立至關(guān)重要的一步。目前還未有文獻(xiàn)探討過(guò)關(guān)于野生黃精根狀莖作為外植體預(yù)處理的消毒方法對(duì)外植體消毒情況的影響,所以本研究采用3種不同方法對(duì)三明野生黃精根狀莖進(jìn)行外植體的預(yù)處理消毒,發(fā)現(xiàn)野生黃精根狀莖離開土壤后,用軟毛牙刷在清水下洗去野生黃精根狀莖表面的泥土,在加洗衣粉的自來(lái)水中沖洗16?h,再用3%多菌靈浸泡2 d,是外植體預(yù)處理的最佳方法,外植體污染率僅為34.6%。外植體在消毒劑(0.2%氯化汞或者2.0%次氯酸鈉溶液)中浸泡時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)野生黃精的根狀莖的褐化率、污染率呈一定的規(guī)律性:三明野生黃精根狀莖的的褐化率隨著消毒劑浸泡時(shí)間的增加而増加,而污染率隨著消毒劑浸泡時(shí)間的増加而降低。
徐忠傳等[16]、鮑錦庫(kù)[19]研究了多花黃精根狀莖的滅菌方法,但未說(shuō)明滅菌效果,劉紅美等[14]采用了75%的酒精充分擦洗根莖表面,再使用2.5%次氯酸鈉滅菌3次、每次5?min的多次短時(shí)滅菌法消毒效果較好,但并未說(shuō)明消毒滅菌后的污染率等具體的情況。周新華等[10]采用了75%的酒精表面滅菌30?s,再用0.1%的氯化汞深層滅菌10?min,滅菌效果較好,外植體材料無(wú)菌保存率可達(dá)73.2%。戚華沙等[20]對(duì)藍(lán)藥睡蓮的根狀莖以不同濃度的次氯酸鈉和氯化汞配合使用對(duì)其進(jìn)行滅菌消毒,結(jié)果表明0.1% HgCl2 20 min+5.0% NaClO 5?min是藍(lán)藥睡蓮根狀莖較適宜的消毒方法。寧慧等[21]對(duì)與黃精同屬百合科的玉竹的外植體進(jìn)行了相似的外植體預(yù)處理及消毒(75%乙醇消毒15~20 s+0.2%氯化汞消毒9~11 min),發(fā)現(xiàn)乙醇和氯化汞配合使用對(duì)于地下根莖的消毒效果較好。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)使用0.2%氯化汞對(duì)野生黃精外植體進(jìn)行不同時(shí)間的消毒滅菌后,結(jié)果表明,選擇75%酒精處理30 s,0.2%氯化汞溶液消毒15?min是野生黃精最合適的消毒方式。
本研究使用2%次氯酸鈉對(duì)野生黃精外植體進(jìn)行不同時(shí)間的消毒滅菌后,結(jié)果發(fā)現(xiàn)2%的次氯酸鈉對(duì)野生黃精的外植體消毒效果不是很明顯,與劉紅美等[14]對(duì)多花黃精所消毒后的結(jié)果相差較大,推測(cè)可能是由于品種的差異或者取材時(shí)間不同引起的消毒效果的差異。此外,本研究采用相同濃度的氯化汞對(duì)野生黃精外植體進(jìn)行處理,發(fā)現(xiàn)隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),外植體的污染率不斷下降,但褐化程度越來(lái)越嚴(yán)重,且氯化汞處理25?min污染率最低,褐化率卻最高,推測(cè)氯化汞在滅殺微生物的同時(shí)對(duì)野生黃精外植體也產(chǎn)生一定的毒害,氯化汞處理的時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)外植體損傷越嚴(yán)重,無(wú)菌外植體就越脆弱。因此,本研究認(rèn)為75%酒精處理30 s,0.2%氯化汞浸泡15 min處理外植體是比較適宜的,其外植體的存活率和出芽率均較高。用次氯酸鈉消毒滅菌處理比氯化汞處理的污染率和褐化率明顯高很多,說(shuō)明利用氯化汞消毒滅菌的方法更適宜。而通過(guò)提高次氯酸鈉的濃度對(duì)野生黃精外植體進(jìn)行消毒滅菌,是否能提高其消毒效果,有待進(jìn)一步研究。
3.2 ?一定濃度的6-BA能促進(jìn)三明野生黃精不定芽的誘導(dǎo)
植物組織離體培養(yǎng)過(guò)程中,外植體不定芽的誘導(dǎo)不僅僅和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的種類和濃度有關(guān),還和植物品種、外植體生長(zhǎng)環(huán)境、取材時(shí)間等因素的不同有關(guān)。在黃精組織離體培養(yǎng)過(guò)程中,細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素對(duì)不定芽的誘導(dǎo)起著至關(guān)重要作用,而6-BA具有高效、穩(wěn)定、廉價(jià)和易于使用等特點(diǎn),因此被廣泛采用,是植物組織培養(yǎng)中最常見的細(xì)胞分裂素[22]。6-BA能誘導(dǎo)不定芽的產(chǎn)生,促進(jìn)側(cè)芽生長(zhǎng),促進(jìn)細(xì)胞分裂,大多數(shù)材料都可以在細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素配合使用的情況下誘導(dǎo)形成不定芽。此外,研究表明不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合誘導(dǎo)多花黃精的效果不同[23-25],本研究采用MS培養(yǎng)基,通過(guò)添加固定濃度的NAA濃度,同時(shí)單一改變6-BA濃度來(lái)研究誘導(dǎo)野生黃精不定芽的產(chǎn)生,發(fā)現(xiàn)當(dāng)6-BA濃度為2.0~ 10.0?mg/L時(shí)均能誘導(dǎo)出不定芽。而前人還采用其他種類的激素來(lái)對(duì)黃精的不定芽進(jìn)行誘導(dǎo),如李鶯等[26]從黃精的愈傷組織中也能誘導(dǎo)出不定芽,且在培養(yǎng)基MS +6-BA 3.0 mg/L+IAA 1.0 mg/L中誘導(dǎo)率最高;劉紅美等[14]在MS培養(yǎng)基中添加0.2?mg/L 2,4-D+2.0 mg/L 6-BA誘導(dǎo)出不定芽,且與本研究6-BA的濃度相同;牟小翎等[27]對(duì)泰山野生黃精進(jìn)行了不定芽的誘導(dǎo),結(jié)果為MS+6-BA 4.0 mg/L,說(shuō)明6-BA濃度為4.0 mg/L是較適宜黃精誘導(dǎo)出不定芽的,且單一使用細(xì)胞分裂素也可能誘導(dǎo)出不定芽,這可能與植物體本身含有的內(nèi)源激素有關(guān);李鶯等[28]誘導(dǎo)雞頭黃精叢生芽激素組合是MS+6-BA 4.0 mg/L+IAA 0.5mg/L,增殖倍數(shù)達(dá)2.40;孫俊威等[29]在MS培養(yǎng)基中添加ZT 1.0?mg/L+NAA 0.2 mg/L誘多花黃精根狀莖不定芽效果最好,誘導(dǎo)率為87.9%。此外,徐忠傳等[16]都是使用了MS+6-BA 4.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L誘導(dǎo)出黃精的不定芽,這與本研究的結(jié)果一致。
后續(xù)我們還將深入進(jìn)行野生黃精不定芽增殖、生根壯苗最適培養(yǎng)基篩選等研究,以完善野生黃精不定芽再生途徑組織離體培養(yǎng)體系。
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