北美海棠試管苗生根培養(yǎng)研究

黃潔萍，柴慈江，夏瑞，董媛媛，岑芬

（天津農學院 園藝園林學院，天津 300392）

北美海棠（North AmericanBegonia）為薔薇科（Rosaceae）蘋果屬植物。北美海棠品種眾多，花色多樣，葉色也富于變化，特別是有些品種的果實在冬季可以長期宿存于樹上，豐富了冬季的景觀內容，這一點在我國北方的園林綠化中尤顯重要[1-2]。北美海棠自20世紀80年代由歐美等國引入我國，各地相繼對其適應性及抗性等進行了較為廣泛的研究，并初步篩選出適應當?shù)貞玫谋泵篮Ｌ膬?yōu)良品種[3-8]。為解決北美海棠優(yōu)良品種推廣過程中的苗木瓶頸，采用組織培養(yǎng)快速繁殖技術將是一條有效途徑。

關于北美海棠組培快繁技術目前國內已有一些研究報道。趙志新研究提出了北美海棠試管苗適宜的增殖和生根培養(yǎng)基[9]。黃俊軒等研究了北美海棠試管苗脫菌技術，也對北美海棠試管苗增殖與生根技術進行了研究[10-11]。生根是植物組培快繁技術的關鍵環(huán)節(jié)之一。目前對于北美海棠試管苗生根培養(yǎng)主要是在瓊脂培養(yǎng)基中進行，這樣既增加試管苗成本，又造成移栽困難。用土壤替代瓊脂做培養(yǎng)基支撐物進行試管苗生根培養(yǎng)，進而實現(xiàn)帶坨移栽，既可降低成本，又簡化了移栽程序，該項技術目前已在多個樹種上初試成功[12-16]。本研究主要探討北美海棠試管苗的土壤支撐生根培養(yǎng)技術，以便為降低試管苗成本和完善北美海棠組培快繁技術提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

取天津農學院東校區(qū)校園內生長的北美海棠新梢莖段，經滅菌后接種到含有0.5 mg/L 6-BA的MS培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)，并對獲得的無菌嫩梢在同樣培養(yǎng)基上進行繼代培養(yǎng)，取繼代培養(yǎng)40～50 d的北美海棠試管苗為試材。試驗用土取自天津農學院地被植物園，于6月份取土放于瓦盆中，擺在地表，經一個雨季的雨水淋洗后，風干并過1 mm篩備用。土質為黏壤土，pH 8.1，含鹽量0.41‰，有機質含量為1.47%。

1.2 方法

1.2.1 北美海棠試管苗土壤支撐生根培養(yǎng)研究

本試驗設土壤支撐生根培養(yǎng)與瓊脂支撐生根培養(yǎng)兩個處理。

土壤支撐生根培養(yǎng)基的配制：將上述風干土與過1 mm篩的蛭石按照1∶2的體積比混合后放入方形PC瓶內，每瓶放入100 mL，隨后添加由0.5 mg/L NAA、15 g/L蔗糖和蒸餾水配成的液體培養(yǎng)基60 mL，培養(yǎng)瓶封口，在121 ℃條件下滅菌20 min。

瓊脂支撐生根培養(yǎng)基的配制：選用大量元素減半的MS培養(yǎng)基為基本培養(yǎng)基，附加0.5 mg/L NAA、15 g/L蔗糖，并用7 g/L瓊脂做固化劑，培養(yǎng)基配制后分裝于100 mL錐形瓶內，棉塞封口置于121 ℃條件下滅菌20 min。

將北美海棠試管苗長約15 mm的莖段分別接種于上述土壤和瓊脂兩種生根培養(yǎng)基上，每種培養(yǎng)基均接種32個莖段。接種后放置在溫度23～27 ℃、光照1 000～2 000 lx的培養(yǎng)室內培養(yǎng)，每天光照14 h。培養(yǎng)50 d后，調查兩種處理下全部莖段的生根情況，計算生根率，用X2測驗對生根率進行獨立性測驗，同時調查每株試管苗的根長、根數(shù)、莖長、葉數(shù)等指標，并對各項指標按照完全隨機試驗單向分組資料的分析方法進行方差分析。取兩處理試管苗根段在顯微鏡下觀察根毛發(fā)生情況并拍照。

1.2.2 北美海棠試管苗在露地環(huán)境中的瓶內生根培養(yǎng)研究

2019年4月24日，即在上述試驗1.2.1進行的同時，另外接種32個北美海棠試管苗長約15 mm莖段于土壤支撐生根培養(yǎng)基中，并將接種后的培養(yǎng)瓶放在露地環(huán)境中培養(yǎng)，以試驗1.2.1培養(yǎng)室環(huán)境中土壤支撐生根培養(yǎng)的處理做對照。

露地環(huán)境培養(yǎng)選擇在天津農學院地被植物園內進行。培養(yǎng)瓶放在樹蔭內，并在東西方向放置遮陽網避免培養(yǎng)瓶被陽光直接照射。培養(yǎng)瓶的頂部用膠膜將透氣孔粘貼封住以防雨水浸入。在培養(yǎng)期間，每隔5 d觀察記錄一次培養(yǎng)瓶內的最高溫度，并選擇晴天和陰天的中午，用照度計測定培養(yǎng)瓶頂部的光照強度。

露地環(huán)境培養(yǎng)50 d后，調查全部試管苗的生根率、根長、根數(shù)、莖長、葉數(shù)等各項數(shù)據指標，與培養(yǎng)室環(huán)境培養(yǎng)的（對照）進行分析比較，所有數(shù)據統(tǒng)計分析方法同試驗1.2.1。

1.2.3 莖段長度影響北美海棠試管苗生根培養(yǎng)的研究

在土壤支撐生根培養(yǎng)基中分別接種不同長度的北美海棠試管苗莖段，莖段長度設計為兩種：長莖段（15～20 mm），短莖段（5～10 mm）。每處理均接種4瓶共32個莖段。

接種后放置在溫度23～27 ℃，光照1 000～ 2 000 lx的培養(yǎng)室下進行培養(yǎng)。培養(yǎng)50 d后，統(tǒng)計兩處理的生根率，對生根率做X2測驗，調查各處理試管苗各項指標并通過方差分析比較兩者的生根情況。方差分析方法同試驗1.2.1。

2 結果與分析

2.1 土壤支撐培養(yǎng)基對北美海棠試管苗生根培養(yǎng)的影響

土壤與瓊脂培養(yǎng)基下北美海棠試管苗的生根培養(yǎng)結果見表1。

表1 土壤與瓊脂培養(yǎng)基下北美海棠試管苗生根培養(yǎng)效果

由表1可以看出，這兩個處理的單株根數(shù)無顯著差異，生根率和單株根長存在顯著性差異。土壤培養(yǎng)基中試管苗的生根率達到84.4%，顯著高于瓊脂培養(yǎng)基，但單株根長卻低于瓊脂培養(yǎng)基。表明土壤支撐培養(yǎng)基可以明顯促進北美海棠試管苗的根系發(fā)生，但對根系生長有明顯的抑制作用。

土壤培養(yǎng)基中試管苗莖基部無愈傷組織發(fā)生，而瓊脂培養(yǎng)基中試管苗莖基部形成愈傷組織的高達100%。由于莖段基部的愈傷組織容易導致根系斷裂，因此，土壤支撐培養(yǎng)的試管苗的根系結構優(yōu)于瓊脂培養(yǎng)基。瓊脂培養(yǎng)基中試管苗的單株莖長雖略高于土壤培養(yǎng)基，但兩者的差異并不顯著。瓊脂培養(yǎng)基中試管苗的單株葉數(shù)則顯著高于土壤培養(yǎng)基。圖1為兩種培養(yǎng)基培養(yǎng)的北美海棠試管苗。

圖1 兩種培養(yǎng)基培養(yǎng)的北美海棠試管苗

通過顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，兩種培養(yǎng)基培養(yǎng)的試管苗的根系均有根毛發(fā)生（圖2）。

綜合上述分析，土壤支撐培養(yǎng)的北美海棠試管苗莖長與瓊脂支撐培養(yǎng)無顯著差異，雖然根長顯著低于瓊脂培養(yǎng)基，但是莖基部無愈傷組織，根系結構優(yōu)于瓊脂培養(yǎng)基。特別是土壤支撐培養(yǎng)的試管苗的生根率顯著高于瓊脂培養(yǎng)基，而且生根率是衡量生根培養(yǎng)效果的重要指標，因此總體上看，土壤支撐生根培養(yǎng)的效果優(yōu)于瓊脂支撐培養(yǎng)。所以在北美海棠試管苗生根培養(yǎng)中，可以以土壤替代瓊脂做培養(yǎng)基支撐物，即可以提高生根率，又可以降低試管苗成本。

注：左：土壤支撐培養(yǎng)基；右：瓊脂培養(yǎng)基

2.2 露地環(huán)境對北美海棠試管苗生根培養(yǎng)的影響

露地與培養(yǎng)室環(huán)境中北美海棠試管苗生根培養(yǎng)效果如表2所示。

表2 露地與培養(yǎng)室環(huán)境中北美海棠試管苗生根培養(yǎng)效果

表2表明，露地環(huán)境的生根率與培養(yǎng)室環(huán)境無顯著差異，但前者略高于后者，且達到90.6%。兩者環(huán)境培養(yǎng)的試管苗單株莖長差異也不顯著。培養(yǎng)室環(huán)境的單株根數(shù)、根長、葉片數(shù)均顯著高于露地環(huán)境。

培養(yǎng)期間露地環(huán)境的溫度變化情況如圖3所示。

圖3 培養(yǎng)期間露地環(huán)境中的溫度變化情況

從溫度測定結果來看，培養(yǎng)期間，從4月下旬至6月上旬，培養(yǎng)瓶內的最高溫度多在30～35 ℃，個別日期超過35 ℃，但均未超過40 ℃，最低溫度則由10 ℃左右逐漸升至15 ℃左右，露地環(huán)境培養(yǎng)獲得了90.6%的生根率，而且試管苗生長正常，表明培養(yǎng)期間的溫度是比較適宜的。同時，由于露地最高溫度多在30 ℃以上，且個別日期高達38 ℃，可能對試管苗根莖生長有一定抑制作用，并對葉片造成一定傷害，這可能是露地環(huán)境培養(yǎng)的試管苗根長、根數(shù)和葉數(shù)顯著低于培養(yǎng)室環(huán)境的主要原因。

總體來看，雖然根長、根數(shù)和葉數(shù)低于培養(yǎng)室環(huán)境，露地培養(yǎng)的北美海棠試管苗莖長與培養(yǎng)室培養(yǎng)的無顯著差異，且生根率高達90.6%。為了降低成本，在4月下旬至6月中旬，可以將北美海棠試管苗的瓶內生根培養(yǎng)放在適宜的露地環(huán)境中進行。

2.3 莖段長度對北美海棠試管苗生根培養(yǎng)的影響

長莖段與短莖段下北美海棠試管苗生根培養(yǎng)效果見表3。

表3 長莖段與短莖段下北美海棠試管苗生根培養(yǎng)效果

由表3可以看出，長莖段處理的試管苗生根率略高于短莖段、根長則略低于短莖段，但這兩個指標差異均不顯著，單株根數(shù)差異也不顯著，表明接種莖段的長度對北美海棠試管苗的根系發(fā)生與生長沒有明顯的影響。

從試管苗的地上部來看，兩處理接種后的莖段在培養(yǎng)期間均沒有明顯的萌發(fā)生長，基本上保持了接種時的狀態(tài)。由于接種時的莖段長度有差異，所以最終形成的試管苗莖長和葉數(shù)有顯著差異，長莖段的莖長和葉數(shù)顯著高于短莖段。

上述結果表明，接種莖段長度對北美海棠試管苗根系發(fā)生與生長沒有明顯影響。但是由于接種莖段長度的差異會導致最終形成的試管苗地上部生長的差異，長莖段形成的試管苗莖長與葉數(shù)顯著高于短莖段，對于后續(xù)的移栽將更為有利，因此，在繁殖材料充足時以接種長莖段為宜。

圖4為短莖段與長莖段兩處理形成的試管苗生長狀況。

圖4 接種不同長度莖段培養(yǎng)的北美海棠試管苗

3 討論與結論

試管苗生根是植物組織快繁技術中的關鍵步驟之一。北美海棠試管苗的生根培養(yǎng)目前多在瓊脂培養(yǎng)基中進行[9-10,17]。這種生根方式既增加試管苗成本，也會導致試管苗移栽困難。柴慈江等用土壤替代瓊脂做培養(yǎng)基支撐物進行葡萄試管苗生根培養(yǎng)，并進行帶坨移栽，簡化了移栽程序并降低了成本[12]。其后在栒子、珠美海棠、矮溲疏、矮紫薇、亮葉忍冬等植物的研究中也取得類似結果[13-16]。對于無核棗、櫻桃李和蘋果砧木G.11試管苗的土壤支撐生根培養(yǎng)的研究也獲得比較理想的結果[18-20]。本試驗對北美海棠試管苗進行土壤支撐生根培養(yǎng)，生根率達84.4%，明顯高于瓊脂培養(yǎng)，這一結果與上述研究基本一致。這樣既可降低試管苗成本，又為簡化試管苗的移栽程序奠定了基礎。

試管苗的瓶內生根培養(yǎng)一般在培養(yǎng)室進行，培養(yǎng)室的控溫及光照所需的電力消耗是導致試管苗成本增加的主要因素之一。楊廣艷等[21]、宋秋月等[22]先后將珠美海棠和栒子試管苗的瓶內生根培養(yǎng)放于露地環(huán)境下進行，發(fā)現(xiàn)不同環(huán)境下培養(yǎng)的試管苗的生根率無顯著差異。本研究表明北美海棠試管苗在露地環(huán)境中的生根率達90.6%，莖長也與培養(yǎng)室中的試管苗無顯著差異，這一結果與楊廣艷、宋秋月等的研究基本一致，表明北美海棠試管苗在露地環(huán)境下培養(yǎng)生根是可行的。將試管苗的生根培養(yǎng)放在露地環(huán)境中進行不僅節(jié)省了培養(yǎng)室的電力消耗，而且減少了溫室設施的使用，因此，可以在更大程度上降低成本。對此值得進一步研究。

綜合上述，北美海棠試管苗的生根培養(yǎng)以采用土壤支撐培養(yǎng)基為宜，并且在4月下旬至6月中旬可以將生根培養(yǎng)放置在露地環(huán)境中以進一步降低成本。