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组织培养中花楸缺素症的研究



全 文 :·生物技术· 北方园艺2013(03):96~99
第一作者简介:舒钰(1982-),女,硕士,助理研究员,现主要从事园
林植物与森林培育工作。E-mail:shuyu919@163.com.
责任作者:李晶(1963-),女,硕士,研究员,现主要从事园林植物与
森林培育工作。E-mail:lijing0426@163.com.
基金项目:黑龙江省森林工业总局青年基金资助项目(sgzjQ2010004)。
收稿日期:2012-10-18
组织培养中花楸缺素症的研究
舒   钰1,周   野2,王   丹1,李   晶1
(1.黑龙江省林业科学研究所,黑龙江 哈尔滨150081;2.黑龙江省农业科学院 食品加工研究所,黑龙江 哈尔滨150069)
  摘 要:以百花花楸带侧芽茎段为试材,研究了培养基配方中分别缺失氮磷钾元素的症状,
以期为选择适合植物生长的培养基配方提供理论依据。结果表明:最早出现缺素症状的是缺氮
培养,其次是缺钾培养和缺磷培养;根系活力、光合速率、叶绿素含量以及干重都是缺氮培养的花
楸最低,其次是缺钾,缺磷表现相对较高,但也都显著低于对照。
关键词:组织培养;缺素试验;花楸;缺氮培养;缺磷培养;缺钾培养
中图分类号:S 723.1+33 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2013)03-0096-04
  培养基是植物组织培养的物质基础,也是植物组织
培养能否获得成功的重要因素之一[1]。植物组织培养
成功与否,一方面取决于培养材料本身的性质,另一方
面取决于培养基的成分。因此在建立一项新的培养系
统时,选择适合的培养基并掌握正确的制备方法是组织
培养的前提。事实上,植物组织培养的发展紧密的伴随
着培养基的研制史。对植物营养需求的不断认识,对已
有培养基的改进,或者将新发现的植物生长调节物质、
有益成分应用于培养基之中,将会大大促进组织培养的
迅速发展。
百花花楸(Sorbus pohuashanensis(Hance)Hed.l),又
名花楸树、臭山槐,不仅花美叶丽,而且入秋后红果累
累,娇艳欲滴,是一种优美的园林风景树,分布于中国黑
龙江、吉林、辽宁、内蒙、甘肃、河北、山西、山东等省区。
该研究对组织培养进行了缺素症研究,旨在为试验或者
生产中直观地从植株外部形态来判断养分的丰缺、为科
学改进培养基的配方提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料选取百花花楸带侧芽茎段。取花楸生长
情况良好的当年休眠的枝条,放入烧杯中,加入适量的
水和洗涤剂,搅拌洗涤10min,再在流水中刷洗干净,然
后截成小段,每个带腋芽茎段切成1.5~2.5cm。置于
超净工作台上,用70%乙醇浸泡数秒钟,用无菌水冲洗
3~5次,再用0.2%升汞浸泡6~8min,无菌水冲洗5次
以上,用无菌滤纸吸干水分,接种在初代培养基中
(MS+NAA 0.5mg/L+2%蔗糖,pH 6.0)。
1.2 试验方法
待花楸长势良好后,对百花花楸进行缺素试验,试
验设4个处理:对照(CK),缺氮(N),缺磷(P),缺钾(K),
每个处理设6次重复。采用不完全的 MS培养基,微量
元素KI:0.83mg/L,H3BO3:6.2mg/L,MnSO4·4H2O:
22.3mg/L,ZnSO4·7H2O:8.6mg/L,Na2MoO4·2H2O:
0.25mg/L,CuSO4·5H2O:0.025mg/L,CoCl2·6H2O:
0.025mg/L,Na2·ENTA:37.3mg/L,FeSO4·7H2O
27.8mg/L,C6H1206·2H2O 100mg/L,NC5H4COOH:
0.5mg/L,C12 H17 CLN4 OS · HCl:0.1 mg/L,
C8H11O3N·HCl:0.5mg/L,NH2·CN2·COOH:2mg/L,
蔗糖2%,琼脂浓度为0.65%,大量元素用量见表1,用
配好的HCl,和NaOH溶液将培养基pH调到6.0,培养
基分装采用100mL的三角瓶,2层封口膜。
表1 培养基配方
  Table 1 Medium formula  mg/L
元素名称
Element
name
分子式
Formula
对照(CK)
用量
Contrast
consumption
缺氮(N)用量
Deficiency
nitrogen
consumption
缺磷(P)用量
Deficiency
phosphorus
consumption
缺钾(K)用量
Deficiency
potassium
consumption
硝酸铵 NH4NO3 1 650  0  33  2 351
磷酸二氢铵 NH4H2PO4 900  0  40.52  148.75
硝酸钾 KNO3 0 0 0 0
磷酸二氢钾 KH2PO4 170  2 728  0  0
硫酸镁 MgSO4·7H2O  370  370  370  370
氯化钙 CaCl2·2H2O  440  440  440  440
1.3 项目测定
2011年5月8日开始缺素培养,每隔8d记录百花
花楸缺素表现,2011年5月25日测定百花花楸的整株
干重,根系活力,和光和速率,叶绿素含量。
干重用称重法,根系活力用TTC法,光和速率用
TPS-1便携式光和仪测定,叶绿素含量用752紫外可见
分光光度计测定。
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北方园艺2013(03):96~99 ·生物技术·
2 结果与分析
2.1 组织培养中花楸缺素症状表现
组织培养中花楸缺素症状见表2。
2.2 不同缺素处理对花楸生理指标的影响
由表3可知,花楸在缺氮、磷、钾时的生理指标(光
合速率、根系活力、叶绿素含量、干重)均显著低于对照,
其中,缺氮处理对花楸影响最大。
    表2 组织培养中花楸缺素症状表现
  Table 2 Nutrient deficiency symptoms in tissue culture of Sorbus pohuashanensis
处理
Treatments
5月8日
May 8th
5月16日
May 16th
5月24日
May 24th
6月1日
June 1st
6月9日
June 9th
6月17日
June 17th
6月25日
June 25th
CK
Contrast
正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常
缺N
Deficiency nitrogen
生长 缓 慢,无
明显症状
症状首先出现在下位
老叶,老叶叶尖稍有
变黄卷曲
老叶叶脉间失绿变
黄,整个叶片大部分
变黄
老叶叶缘开始干枯,
叶尖呈焦枯状
老叶个别叶中间有褐
色灼伤斑点,并开始
脱落,部分嫩叶变黄
中下位叶片部分焦
枯,整 株 叶 片 失 绿
变黄
停止生长,整株
叶 片 淡 黄,焦
枯状
缺P
Deficiency phosphorus
生 长 相 对 缓
慢,无明显症状
下位老叶有个别失去
光泽
老叶呈深绿色
叶尖处有斑块,呈坏
死状
新叶颜色较(CK)深,
个别老叶脱落
整株无光泽,呈暗绿
色,下位老叶焦枯状
并有斑块
坏死斑块增多,
生长受到抑制或
停止生长
缺K
Deficiency potassium
正常
老叶叶尖变黄,个别
叶片出现黄色小斑点
下位老叶部分焦枯
翻卷
上位新叶软而且很
薄,叶尖颜色发黄
中位叶部分焦枯坏
死,新生叶小而薄
大部分叶焦枯坏死
状,生长停止
死亡
  表3 花楸缺素生理指标
  Table 3 Physiological indexes of elements deficiency of Sorbus pohuashanensis
处理
Treatments
叶绿素a
Chl a/mg·g-1
叶绿素b
Chl b/mg·g-1
叶绿素总量
Total chl/mg·g-1
光合速率
Photosynthesis rate
/μmol·m-2·s-1
根系活力
Root activity
/FW·g·h-1
干重
Dry weight
/g·株-1
CK Contrast  0.98  0.66  1.64  29.15  101.58  0.83
缺N Deficiency nitrogen  0.53  0.36  0.89  21.78  70.17  0.51
缺P Deficiency phosphorus  0.81  0.59  1.40  24.04  90.26  0.37
缺K Deficiency potassium  0.70  0.53  1.23  22.12  83.69  0.55
图1 不同缺素处理对花秋光合速率的影响
Fig.1 Efect of diferent elements deficiency on
photosynthetic rate of Sorbus pohuashanensis
  由图1可以看出,在缺乏N、P、K的情况下,光合速
率均显著低于对照,分别是CK的74.71%,82.47%,
75.88%,缺氮对花楸的光合速率影响最大,即影响光合
能力。缺氮肥后,叶绿素含量减少,降低光反应;亦减少
叶片蛋白态氮百分率,而蛋白质是酶的主要组成成分,
也使暗反应进行受阻。钾、磷等参与糖类代谢,缺乏时
便影响糖类的转变和运输,这样也就间接影响了光合作
用;同时,磷也参与光合作用中间产物的转变和能量传
递,所以对光合作用有影响;钾参与光合作用,对光合作
用的每个环节都有促进作用,包括光合磷酸化作用、希
尔反映、光合电子传递。因此,在缺乏N、P、K、时,植物
光合速率都显著低于CK。
由图2可以看出,缺氮时花楸叶绿素含量最低,是
CK叶绿素含量的54.26%,缺钾是CK的75%,缺磷是
CK的85%,说明磷对花楸叶绿素的作用较小,原因是N
参与光合作用,是叶绿素、磷脂、核酸的重要组成部分,
缺氮时,影响了叶绿素的合成。
图2 不同缺素处理花秋叶绿素含量的影响
Fig.2 Efect of diferent elements deficiency on
chlorophyl content of Sorbus pohuashanensis
植株的干物重直接反映了生长的状况,由图3可
知,缺乏N、P、K植物的干重都明显低于CK,其中缺P
最为显著,是CK的44.57%,缺N和缺K分别是CK的
61.44%和66.26%。因为P是原生质、细胞核、生物膜
的重要组成部分,在缺P的情况下,也影响植株对N的
吸收,减少了植物蛋白质的积累;N和K也是构成细胞
的重要元素,缺乏N、P、K、的任何一种都会影响植株的
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·生物技术· 北方园艺2013(03):96~99
正常生长和发育,导致植株干重降低。但是,缺乏N、P、
K植株所表现的干物重的差异可能与植物本身的品种
需肥规律有关。
图3 不同缺素处理对花秋植株干重的影响
Fig.3 Efect of diferent elements deficiency on
plant dry weight of Sorbus pohuashanensis
植物根系是活跃的吸收器官和合成器官,根的生长
情况和活力水平直接影响地上部的营养状况及产量水
平,根系活力就是一个表征植物根系的量。由图4可
知,花楸在缺乏N、K、P时植株的根系活力显著低于
CK,分别是CK的69.07%,88.85%和82.39%。因为,
根系活力与植株的光合作用和呼吸强度有关,N是脱氢
酶的辅助因子如:UQ、FMN的主成成分,同时又是电子
传递体细胞色素系统的组成成分。
图4 不同缺素处理对花秋根系活力的影响
Fig.4 Efect of diferent elements deficiency on
root vigor of Sorbus pohuashanensis
3 结论与讨论
花楸缺素症状的出现比一般作物[2-6]要早,其原因
可能是因为在组织培养中,光照条件、水分和温度都比
较适合花楸生长。从该试验结果来看,最早出现缺素症
状的是缺N试验,N是蛋白质、酶、叶绿素、核酸、磷脂生
物碱等的组成部分,在植物生命活动中占有首要位置,
   
又称为生命元素。缺N会影响植物体内生化反应的进
行,植株缺氮时,植物矮小,叶小色淡或发红,分枝少,产
量低。百花花楸的症状首先出现在下位的老叶,老叶叶
尖变黄卷曲,随着缺氮时间的延长,缺氮程度加剧,老叶
开始脱落,部分嫩叶变黄,整株植物失绿变黄。缺素处
理1个半月植株死亡。
磷是磷脂的主要成分,磷脂又是原生质、细胞核、生
物膜的重要组成部分。在植物组织培养过程中,向培养
基内添加磷,不仅能增加盐分、提供能量,而且也能促进
对N的吸收,增加蛋白质在植物体中的积累。磷能促进
植物各种代谢正常进行,植株生长良好,同时可提高植
物的抗寒性和抗旱性。缺磷时,蛋白质合成受阻,新的
细胞质和细胞核形成较少,影响细胞分裂,生长缓慢,叶
小,分枝或者分蘖少,植株矮小。叶色暗绿,叶绿素含量
相对升高。花楸缺P处理表现症状比缺N出现的较晚,
症状相对较轻,叶色无光泽暗绿,其原因可能是影响了
花青素的形成,除了对植株干重较其它处理影响较大
外,相对于缺氮和缺钾试验表现的较好。
K对碳水化合物的合成、转移,以及氮素代谢等有
密切关系。K增加使蛋白质合成增加,维管束,纤维组
织发达,对胚有分化促进作用。缺钾时,植株柔弱易倒
伏,叶色变黄,逐渐坏死。从老叶开始缺绿,后来发展到
植株基部,叶缘枯焦,叶子弯卷。花楸缺钾试验早期表
现的症状不太明显,后期出现缺素症状后生长明显减
慢,叶缘干枯,叶色变黄,最后死亡。
该试验研究了组织培养中花楸缺素时的生理指标
和症状的表现,进一步探讨了3种元素缺素症状的营养
诊断指标,为科学改进培养基的配方提供了理论依据。
参考文献
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Study on Nutrient Deficiency Symptoms in Tissue Culture of
Sorbus pohuashanensis
SHU Yu1,ZHOU Ye2,WANG Dan1,LI Jing1
(1.Forestry Research Institute of Heilongjiang Province,Harbin,Heilongjiang 150081;2.Food Processing Research Institute,Heilongjiang
Academy of Agricultural Sciences,Harbin,Heilongjiang 150069)
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Abstract:Taking Sorbus pohuashanensis(Hance)Hed.l lateral stem segments with bud as test materials,the symptoms
of N,P,K elements deficiency in the culture medium formulations were studied,in order to provide a theoretical basis for
choose media formulations suitable for plant growth.The results showed that the earliest symptoms of nutrient deficiency
was the lack of the N training,folowed by the lack of K training and lack of P training;the root activity,photosynthetic
rate,chlorophyl content and dry weight of lacking N training of Sorbus pohuashanensis were the lowest,folowed by lack
of K,lack the P performance was relatively high,but significantly lower than the control.
Key words:tissue culture;nutrient deficiency test;Sorbus pohuashanensis;the lack of N culture;the lack of P culture;the
lack of K culture
第一作者简介:李桂荣(1974-),女,回族,河南淮阳人,硕士,副教
授,现主要从事园艺植物育种与生物技术的教学与科研工作。
收稿日期:2012-10-18
白玉兰花药愈伤组织以及胚状体诱导的研究
李 桂 荣,刘 玉 博,刘 婉 君
(河南科技学院 园艺园林学院,河南 新乡453003)
  摘 要:以白玉兰花药为试材,研究了不同培养基以及不同浓度的6-BA和NAA生长调节剂
组合对白玉兰花药愈伤组织和胚状体诱导及生长状况的影响。结果表明:诱导白玉兰花药生成
愈伤组织和胚状体的最佳培养基组合均为MS+6-BA 1.0mg/L+NAA 3.0mg/L。
关键词:白玉兰;花药;组织培养
中图分类号:S 685.15 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2013)03-0099-03
  白玉兰(Magnolia denudata)属木兰科木兰属落叶
乔木,又称玉兰。原产于中国中南部山区,主要分布在
中国的中部及川滇,现在世界各地均已引种栽培。一般
树高2~5m以上,最高可达15~25m,是北方早春的重
要观花乔木,适于庭院、工厂、公园中孤植、列植、散植,或
以松柏等常绿树做背景丛植于草坪,纯朴清雅。花可插
瓶观赏,树皮、花蕾可以入药,还可提炼香精,花瓣可裹
面油煎或糖渍食用,材质细致适做精美木制品。其对二
氧化硫、氯气和氟化氢等有毒气体有一定的吸附能力,
故可做工矿区的绿化树种,起到环保作用,具有很高的
观赏和经济价值。白玉兰有诸多优点,深受人们喜爱,
一直以来,白玉兰的繁殖以嫁接为主,亦可用播种、扦
插、压条进行繁殖,但是成活率都很低,另外,白玉兰的
种子不宜贮藏,需随采随播,播种苗5a以后才能开花,
花形也小于母本,花的品质明显下降,尤其在我国北部,
白玉兰开花而不实,即不能获得种子。白玉兰若嫁接繁
殖,需以紫玉兰做砧木,不仅其成活率极低,且远远满足
不了市场的需求[1-2]。
组织培养作为一门新兴的繁殖技术,不但繁殖系数
大,而且能保持品种的优良性状,也是高等植物细胞工
程、基因工程和品种进一步改良的重要基础之一。但木
本植物由于其生长发育条件、器官、部位、遗传背景等与
草本植物相比存在较大差异,同时在离体培养过程中容
易产生较多的多酚类物质,抑制细胞分裂,引起外植体
褐化,再加上其外植体暴露时间较久,感染各种杂菌机
率也就较多,还有内生菌的存在,因此,其离体培养难度
较大[3-4]。白玉兰在这方面的表现尤为突出,另外其外
植体切面褐化速度极快,影响试验的正常进行。利用花
药组织培养可以从根本上解除常规繁殖的缺点以及用
茎尖、芽、叶等外植体进行组织培养快速繁殖中易褐变
的难点。国内外对白玉兰的研究报道很少[4-5]。仅有二
乔玉兰[6]以及有关同科的荷花玉兰[7]和紫玉兰组织培
养快繁技术的研究[8],而白玉兰组织培养方面的研究报
道仅局限于其组织快繁技术的研究,且研究得不够深
入[9-10],对于白玉兰花药组织培养方面的研究尚鲜见
报道[2,4]。
该试验以白玉兰花药为试材,通过不同的培养基
配方及不同浓度不同生长调节剂组合,研究最适合白
玉兰花药愈伤组织诱导的培养基组合和最适合胚状
体诱导的培养基组合,从而为用白玉兰花药组织培养
获得单倍体和再生体系的建立提供参考,同时也为用
生物技术提高白玉兰花的品质、培育新品种提供参考
依据。
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