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    基于原球莖液體培養(yǎng)的白芨快速繁殖研究

    2015-12-23 09:46:38張宇思姚正穎劉金香張衛(wèi)明丁小余
    江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年10期
    關(guān)鍵詞:快速繁殖白芨

    張宇思+姚正穎+劉金香+張衛(wèi)明+丁小余+孫力軍

    摘要:為了建立高效的白芨快繁技術(shù)體系,研究了白芨種子萌發(fā)和原球莖生長的液體培養(yǎng)條件,比較了全程固體培養(yǎng)基培養(yǎng)(QG)與液體固體培養(yǎng)基分段培養(yǎng)(YG)這2種培養(yǎng)方式的優(yōu)劣。首先通過L18(37) 正交試驗(yàn),篩選了適宜種子萌發(fā)及原球莖生長的液體培養(yǎng)條件。結(jié)果表明,添加劑種類、大量元素、6-BA濃度、NAA濃度對白芨種子萌發(fā)及原球莖誘導(dǎo)影響最大。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明,最佳培養(yǎng)條件為1/4MS+1 mg/L NAA + 0.5 mg/L 6-BA +100 g/L馬鈴薯汁+30 g/L蔗糖,pH值 5.8,培養(yǎng)溫度為22 ℃,搖床轉(zhuǎn)數(shù)為100 r/min,每天光照時(shí)間為8 h。另外,源于YG的白芨苗在移栽成活率、葉片顏色、葉片長度、苗高幾個(gè)方面均優(yōu)于源于QG的白芨苗,且差異顯著。本研究創(chuàng)建的液體固體培養(yǎng)基分段培養(yǎng)體系將有助于保護(hù)與可持續(xù)利用白芨野生資源。

    關(guān)鍵詞:白芨;快速繁殖;分段培養(yǎng);全程固體培養(yǎng)基;液體固體培養(yǎng)基

    中圖分類號: S567.23+9.043 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號:1002-1302(2015)10-0059-04

    白芨[Bletilla striata (Thunb.) Reichb. f.]為蘭科白芨屬多年生草本植物,以塊莖供藥用,其種子極小,結(jié)構(gòu)簡單且無胚乳,自然繁殖率極低[1]。近年來,白芨的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大,加上市場需求的快速增長,野生資源遭到過度采挖,已瀕臨滅絕,現(xiàn)已被列為國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物[2]。為了保護(hù)白芨野生資源,實(shí)現(xiàn)白芨的人工種植,逐漸有一些關(guān)于白芨組培快繁的研究,這些研究為白芨野生資源的保護(hù)與利用提供了參考。目前,雖然白芨組織培養(yǎng)和設(shè)施栽培等人工繁育關(guān)鍵技術(shù)得到了一定的發(fā)展,但是依然面臨著種苗培養(yǎng)周期長、成本高等問題。為了最大限度地縮短白芨快繁的時(shí)間,降低成本,提高白芨種苗的質(zhì)量,仍需探索更好的白芨快繁條件。

    目前白芨的常規(guī)快繁方法大多以固體培養(yǎng)基為主,即將白芨種子播于固體培養(yǎng)基上,經(jīng)過原球莖、無根苗、有根苗等幾個(gè)階段,最終獲得可移植到大田的白芨苗[3]。但是,利用固體培養(yǎng)基快繁白芨苗時(shí),從組培瓶取出操作較費(fèi)工費(fèi)時(shí),且白芨種子及原球莖在固體培養(yǎng)基上生長較慢,繁殖效率很低。為了保護(hù)與可持續(xù)利用白芨野生資源,本試驗(yàn)針對單純采用固體培養(yǎng)基的快繁技術(shù)的不足,研究利用白芨種子進(jìn)行液體和固體培養(yǎng)結(jié)合的快繁方式,以期縮短白芨快速繁殖周期,建立一種新的白芨快速繁殖體系。

    1 材料與方法

    1.1 材料

    白芨蒴果來源于安徽省宿松縣,秋分節(jié)氣前后采收,果莢飽滿,開裂或未開裂,外表無霉變,顏色為黃綠色與褐色相間,內(nèi)部種子呈分散狀。

    1.2 白芨快繁操作方法

    試驗(yàn)過程包括白芨種子的滅菌、原球莖誘導(dǎo)培養(yǎng)、增殖培養(yǎng)、壯苗培養(yǎng)、生根培養(yǎng)5個(gè)步驟,具體方法如下:

    1.2.1 滅菌 對于未開裂果莢,在超凈臺中用75%乙醇將白芨蒴果消毒30 s,再用0.1%HgCl2水溶液浸泡25 min,無菌水沖洗5次,然后置于干燥的滅菌濾紙上吸盡水分,用解剖刀切開蒴果,取出種子;對于開裂果莢,在超凈臺中,將種子取出,置于兩通玻璃管中,玻璃管一端用紗布和脫脂棉封口,并用75%乙醇和1%次氯酸鈉溶液各消毒30 s和15 min,再用滅菌水灌洗3 min,最后剪開紗布,收集滅菌的種子。為了避免種子因蒴果來源不一致造成較大誤差,2種方式收集的滅菌種子合二為一。為了便于統(tǒng)計(jì),將得到的種子用以下方式定量與接種:用滅菌水懸浮種子,種子濃度約為100粒/50 μL,用移液槍吸取種子,播于液體培養(yǎng)基中,每瓶接種 300 μL。對于固體培養(yǎng)基,用同樣的方法接種,為了讓種子在瓊脂培養(yǎng)基上分散,在接種后多加200 μL滅菌水,以便沖散可能聚集的種子。

    1.2.2 原球莖在液體培養(yǎng)基中的誘導(dǎo)培養(yǎng) 將種子接種到液體培養(yǎng)基中,誘導(dǎo)原球莖生長。設(shè)計(jì)L18(37)正交試驗(yàn),對液體培養(yǎng)基配方中的7個(gè)因素,包括大量元素濃度、NAA濃度、6-BA濃度、添加劑種類、培養(yǎng)溫度、搖床轉(zhuǎn)數(shù)、光照時(shí)間等進(jìn)行培養(yǎng)條件篩選。篩選試驗(yàn)的因素水平見表1。其中,添加劑含量為100 g/L,光照度為2 500 lx。將白芨種子接種各配方培養(yǎng)基后,跟蹤觀察種子萌發(fā)時(shí)間,測定原球莖生長速度。規(guī)定20%種子萌發(fā)(吐綠)作為萌發(fā)時(shí)間的記錄點(diǎn)。接種20 d后(每種處理的種子萌發(fā)率均已達(dá)97%以上),隨機(jī)選取50粒原球莖,測定其直徑。因?yàn)橛盟♂尫ń臃N的種子數(shù)并不完全一致,因此,隨機(jī)選取500粒已測直徑的原球莖,在65 ℃環(huán)境中烘干,稱干質(zhì)量。呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)為3次獨(dú)立試驗(yàn)的平均值;測量原球莖直徑時(shí),對于每個(gè)處理,所取原球莖數(shù)量大于50粒。

    1.2.3 分化培養(yǎng) 將各配方培養(yǎng)所得的原球莖(包括來源于固體培養(yǎng)基的原球莖)轉(zhuǎn)移到分化培養(yǎng)基上,溫度25 ℃,相對濕度55%~75%,光照度2500 lx,光照周期為10 h/14 h,進(jìn)行分化培養(yǎng)。隨后將溫度調(diào)整為夜溫22 ℃,日溫25 ℃,進(jìn)行壯苗培養(yǎng)。

    1.2.4 生根培養(yǎng) 將白芨小苗從壯苗培養(yǎng)基轉(zhuǎn)入生根培養(yǎng)基,誘導(dǎo)根的分化。培養(yǎng)條件為夜溫22 ℃,日溫25 ℃,相對濕度55%~75%,光照度3000 lx,每天光照10 h。然后將快繁苗置于遮陰度為80%的大棚中,在瓶中培養(yǎng)3 d后打開瓶蓋,再培養(yǎng)3 d,小心取出白芨苗,洗凈根上黏附的瓊脂,移栽至配好的基質(zhì)中。培養(yǎng)1個(gè)月以后,觀察生長狀況。

    1.3 結(jié)果統(tǒng)計(jì)

    記錄白芨種子萌發(fā)時(shí)間,利用游標(biāo)卡尺測量原球莖的直徑,稱量原球莖干質(zhì)量,并對原球莖的直觀生長狀況進(jìn)行描述。利用SPSS 13.0對每次試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 4個(gè)主要因素對種子萌發(fā)時(shí)間與原球莖生長速度的影響

    本試驗(yàn)規(guī)定,20%種子萌發(fā)即為種子萌發(fā)時(shí)間記錄點(diǎn)。從圖1可以看出,萌發(fā)的種子呈現(xiàn)淺綠色。隨著萌發(fā)種子數(shù)量的增多,原球莖已形成。20 d后,迅速生長中的原球莖已呈現(xiàn)深綠色。根據(jù)白芨及蘭科其他植物種子培養(yǎng)條件的相關(guān)文獻(xiàn),選擇大量元素濃度、NAA濃度、6-BA濃度、添加劑種類、培養(yǎng)溫度、搖床轉(zhuǎn)數(shù)、光照時(shí)間等7個(gè)因素作為篩選培養(yǎng)條件的考察對象,正交試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。18號處理組的種子1周后便開始萌發(fā),而3號和10號處理在12 d左右時(shí)才開始萌發(fā)。與此對應(yīng)的是,18號處理組的原球莖直徑為 2.69 mm,且顏色均一,呈現(xiàn)濃綠色(圖2-A);3號(圖2-D)和10號處理的原球莖直徑僅為1.11 mm和1.23 mm,顏色不均一,許多呈現(xiàn)淺黃色。同時(shí),18號處理的500粒原球莖干質(zhì)量約0.522 g,而11號和10號處理的原球莖干質(zhì)量僅為0.090 g和0.095 g(3號為0.099 g)。1號(圖2-C)和16號(圖2-B)原球莖直徑相當(dāng),分別為1.60 mm和1.61 mm,顏色也較均一,優(yōu)于3號,劣于18號。

    對白芨種子萌發(fā)時(shí)間數(shù)據(jù)作極差分析,結(jié)果(表3)顯示,7個(gè)因素的極差值分別為2.283、0.916、0.633、2.284、0.500、0.617、0.300 d。其中大量元素、添加劑種類極差值較大。由于影響因素不同水平的極差大小與該因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響程度呈正相關(guān),因此由極差可以推斷,對種子萌發(fā)影響的主次程度為添加劑種類>大量元素>NAA濃度>6-BA濃度>搖床轉(zhuǎn)數(shù)>溫度>光照時(shí)間。對原球莖直徑數(shù)據(jù)作極差分析,結(jié)果表明,4個(gè)因素的極差較大,分別為0.600、0.266、

    0.324 、0.526 mm,可推測對原球莖直徑影響的主次程度為大量元素>添加劑種類>6-BA濃度>NAA濃度。然而,對500粒原球莖干質(zhì)量的數(shù)據(jù)分析顯示,影響因素主次程度卻為添加劑種類>大量元素>NAA濃度>6-BA濃度(極差分別為0179、0.131、0.091、0.080 g)。

    對種子萌發(fā)時(shí)間、原球莖直徑、原球莖干質(zhì)量的數(shù)據(jù)作方差分析(表4)可知,添加劑種類、大量元素對種子萌發(fā)時(shí)間、原球莖直徑、干質(zhì)量的影響達(dá)到顯著水平(P<0.05),與極差分析結(jié)果一致。值得注意的是,添加劑種類、大量元素對原球莖直徑的影響達(dá)到極顯著水平(P<001),添加劑種類對原球莖干質(zhì)量的影響達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

    綜上所述,在本試驗(yàn)中預(yù)選的7個(gè)影響因素中,添加劑種類、大量元素對白芨種子萌發(fā)及原球莖誘導(dǎo)影響最大,其次為6-BA濃度、NAA濃度。以上述數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)可推測,在本研究中,白芨種子萌發(fā)及原球莖誘導(dǎo)最佳培養(yǎng)基為液體1/4MS+

    1 mg/L NAA+0.5 mg/L 6-BA+100 g/L馬鈴薯汁+30 g/L 蔗糖,pH值5.8,培養(yǎng)溫度為22 ℃,搖床轉(zhuǎn)數(shù)為 100 r/min,每天光照時(shí)間為8 h。

    2.2 2種培養(yǎng)方法對白芨快繁苗質(zhì)量的影響

    液體固體培養(yǎng)基分段培養(yǎng)(YG)即是原球莖階段在液體培養(yǎng)基中進(jìn)行,從原球莖分化到生根過程則在固體培養(yǎng)基上進(jìn)行;而全程固體培養(yǎng)基培養(yǎng)(QG)則是整個(gè)過程均在固體培養(yǎng)基上培養(yǎng),培養(yǎng)時(shí)間、培養(yǎng)基配方、后續(xù)移栽煉苗過程均與分段培養(yǎng)一致。2種培養(yǎng)方法種子萌發(fā)及原球莖誘導(dǎo)的培養(yǎng)條件均為液體1/4MS+ 1 mg/L NAA+0.5 mg/L 6-BA+100 g/L馬鈴薯汁+30 g/L蔗糖,pH值5.8,培養(yǎng)溫度為 22 ℃,每天光照時(shí)間為8 h。結(jié)果表明,2種方法培養(yǎng)的白芨苗在移栽1個(gè)月后的生長狀況差異明顯。源于YG的白芨苗移栽成活率為98.33%,而源于QG的成活率僅為80.53%,差異顯著(P<0.05,表5)。

    3 結(jié)論與討論

    3.1 大量元素對白芨種子萌發(fā)及原球莖生長的影響

    MS是植物組培中常用的一種培養(yǎng)基,因其營養(yǎng)成分豐富,各元素比例適中,在植物的胚、原球莖、莖段等組培中得到了廣泛應(yīng)用[4-8],而且液體MS培養(yǎng)基同樣適用于懸浮細(xì)胞培養(yǎng)[9-12]。MS培養(yǎng)基中大量元素的濃度,對植物組培有顯著影響。景維杰等研究表明,當(dāng)大量元素?zé)o機(jī)鹽濃度調(diào)整為1/5時(shí),更有利于蝴蝶蘭莖尖生長點(diǎn)的生長;在一定濃度范圍內(nèi),提高硝酸態(tài)氮的比例,或者提高鉀離子濃度,均對蝴蝶蘭莖尖生長點(diǎn)培養(yǎng)有利[13]。除了蘭科植物,大量元素濃度的改變對其他植物組培也有影響,如大量元素中鈣鹽濃度不變,其余元素濃度降低為2/3,再與激素配合,均可以促進(jìn)山桐子愈傷組織的誘導(dǎo)、芽的分化和增殖等[14]。

    本研究采用MS基本培養(yǎng)基,篩選試驗(yàn)了多個(gè)濃度的大量元素對白芨種子萌發(fā)及原球莖生長的影響,結(jié)果顯示大量元素濃度的改變對白芨種子萌發(fā)時(shí)間、原球莖直徑、原球莖干質(zhì)量影響顯著,且1/4MS培養(yǎng)基效果最佳。無獨(dú)有偶,劉曉燕等報(bào)道,與白芨同為蘭科植物的蝴蝶蘭原球莖增殖速度隨著MS培養(yǎng)基中大量元素濃度的升高而降低,即降低大量元素濃度促進(jìn)了白色花系蝴蝶蘭原球莖的增殖[15]。然而,大量元素濃度影響植物組培效果的機(jī)理還需進(jìn)一步研究。

    3.2 外源植物激素及復(fù)合性營養(yǎng)物質(zhì)對白芨種子萌發(fā)及原球莖生長的影響

    植物激素對植物生長發(fā)育的巨大調(diào)節(jié)作用毋庸置疑,細(xì)胞分裂素與生長素的相互作用及其濃度比例決定了植物組織的發(fā)育方向——分化或脫分化[16-17]。在本研究中,外源添加的NAA和6-BA的濃度對種子的萌發(fā)與原球莖生長發(fā)揮了重要作用,且作用顯著。然而,在未添加外源NAA及6-BA時(shí),原球莖干質(zhì)量也能達(dá)到所有處理組的中等水平。這可能是因?yàn)閮?nèi)源的生長素及細(xì)胞分裂素作用強(qiáng)度高于外源添加激素的作用。

    已有多個(gè)研究證明,外源添加一些復(fù)合性營養(yǎng)物質(zhì),如馬鈴薯汁、香蕉汁、椰子汁等,可以促進(jìn)種子萌發(fā)及原球莖的生長發(fā)育[18-20]。本研究結(jié)果顯示,外源添加物質(zhì)對白芨種子萌發(fā)時(shí)間和原球莖生長有很大影響,在考察的7個(gè)因素中,外源添加物質(zhì)的影響程度最大。外源添加的復(fù)合營養(yǎng)物質(zhì)對原球莖直徑及原球莖干質(zhì)量影響極顯著。有研究表明,椰子汁可以促進(jìn)白色花系蝴蝶蘭原球莖的增殖[15]。然而,本研究結(jié)果表明,蝴蝶蘭與白芨雖同為蘭科植物,但馬鈴薯汁更有利于白芨種子的萌發(fā)及原球莖的生長。這同謝玲玲等的研究結(jié)果相似,即添加了馬鈴薯的KC培養(yǎng)基上,白芨種子的發(fā)芽率最高[21]??傊庠磸?fù)合性營養(yǎng)物質(zhì)在植物組培中的積極作用被越來越多地研究證明,但是不同營養(yǎng)物質(zhì)對哪些植物組培有影響,具體是哪些成分在起作用,還需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

    3.3 培養(yǎng)方式對白芨快繁的影響

    在植物組培過程中,最常用的是固體培養(yǎng)基;而在某些植物培養(yǎng)過程中,采用液體培養(yǎng)有著固體培養(yǎng)基不可比擬的優(yōu)勢。例如,在液體培養(yǎng)基中誘導(dǎo)培養(yǎng)的大花蕙蘭原球莖質(zhì)量顯著優(yōu)于源于固體培養(yǎng)基的原球莖質(zhì)量,其增殖系數(shù)和鮮質(zhì)量明顯提高[22]。Zuraida等在研究以液體振蕩培養(yǎng)方式培養(yǎng)菠蘿幼芽時(shí)發(fā)現(xiàn),菠蘿幼芽在液體培養(yǎng)基中的增殖速度是在固體培養(yǎng)基上的9倍[23]。然而,在現(xiàn)有的報(bào)道中還很少有采用液體培養(yǎng)白芨種子及原球莖的研究,本研究通過第1階段的液體振蕩培養(yǎng)和第2階段的固體培養(yǎng),以求克服全程固體培養(yǎng)的弊端,在培養(yǎng)過程中,種子和原球莖能充分接觸營養(yǎng)物質(zhì),吸收營養(yǎng)、代謝快,加快了種子萌發(fā)和原球莖生長發(fā)育速度,最終提高了白芨種子萌發(fā)率,也提高了原球莖的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量。這些優(yōu)勢最終體現(xiàn)在了白芨快繁苗的質(zhì)量上。此外,將原球莖從組培瓶取出放置在分化培養(yǎng)基上時(shí),操作省時(shí)省力,大大減少了工作量。

    值得一提的是,在用這2種培養(yǎng)方式培養(yǎng)蘭科植物種子及原球莖時(shí),在培養(yǎng)基單位體積內(nèi)種子數(shù)量、原球莖數(shù)量與種子萌發(fā)速率和原球莖的生長速率也有關(guān)系[24-26]。本試驗(yàn)采用定量接種,使得每個(gè)處理的液體培養(yǎng)基中單位體積內(nèi)的種子數(shù)量基本保持一致,最大程度地降低了因接種密度不同所導(dǎo)致的試驗(yàn)誤差。這種接種方法同樣也適用于蘭科其他植物種子萌發(fā)與原球莖生長研究。

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