全 文 :文章编号:1671-9964(2010)04-0339-05
荷兰水仙组织培养再生体系关键技术研究
吕晓会,马晓红,史益敏
(上海交通大学 农业与生物学院,上海 200240)
DOI:10.3969/J.ISSN.1671-9964.2010.04
摘 要:利用双鳞片法进行荷兰水仙组织培养,研究继代培养过程中影响出芽、小鳞茎形成和生根等的生长因子,并用多效唑
(PP333)处理组培材料,研究 PP333对继代培养材料生长的影响。结果表明,MS培养基中添加 6-BA 1.0 mg·L-1、蔗糖 15.0 g·L-1时
出芽效果最好;MS培养基中添加 6-BA 4.0 mg·L-1、NAA 0.2 mg·L-1、活性炭 2.0 mg·L-1、蔗糖 60.0 g·L-1时或 MS培养基中添加
6-BA 2.0 mg·L-1、2,4-D 1.0 mg·L-1、活性炭 2.0 mg·L-1、蔗糖 90.0 g·L-1时小鳞茎形成效果最好;MS培养基中添加 6-BA 1.0 mg·
L-1、2,4-D 0.5 mg·L-1、NAA 0.5 mg·L-1、活性炭 2.0 mg·L-1、蔗糖 30.0 g·L-1时生根效果最好。最适合荷兰水仙组培继代培养材料
矮壮的 PP333浓度为 0.5 mg·L-1。该研究可为荷兰水仙种苗工厂化生产提供技术支持。
关键词:荷兰水仙;组织培养;双鳞片;生长因子;多效唑
中图分类号:Q813.1; S682.21 文献标识码:A
Study on Subculture of Narcissus L. cv. Delibes
LV Xiao-hui, MA Xiao-hong, SHI Yi-min
(School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)
Abstract: In vitro-grown shoots were obtained from bulb twin scales of Narcissus. Shoot induction, bulbil formation and root differen-
tiation on subculture were studied. The effects of 6-BA, 2,4-D, NAA, activated charcoal and sucrose were evaluated by the orthogo-
nal design [L16(45)]. The results showed that the optimum medium for shoot induction was MS medium supplemented with 6-BA 1.0
mg·L-1 and sucrose 15.0 g·L-1; The optimum medium for bulbil formation was MS medium supplemented with 6-BA 4.0 mg·L-1,
NAA 0.2 mg·L-1, activated charcoal 2.0 mg·L-1 and sucrose 60.0 g·L-1 or MS medium supplemented with 6-BA 2.0 mg·L-1, 2,4-D
1.0 mg·L-1, activated charcoal 2.0 mg·L-1 and sucrose 90.0 g·L-1; Roots could be induced in MS medium supplemented with 6-BA
1.0 mg·L-1, 2,4-D 0.5 mg·L-1, NAA 0.5 mg·L-1, activated charcoal 2.0 mg·L-1 and sucrose 30.0 g·L-1. The most optimum concentra-
tion of PP333 for shoots dwarfing culture was 0.5 mg·L-1. This study provided efficient micropropagation protocol of Narcissus.
Key words: Narcissus; tissue culture; twin scales; growth factors; PP333
收稿日期:2010-01-19
基金项目:上海市科委重点攻关项目(No.08391910100)资助
作者简介:吕晓会(1984-),女,江苏人,硕士生,研究方向:园林植物与观赏园艺;史益敏为本文通讯作者.
上海交通大学学报 (农业科学版 )
JOURNAL OF SHANGHAI JIAOTONG UNIVERSITY (AGRICULTURAL SCIENCE)
Vol.28 No.4
Aug.2010
第 28卷 第 4期
2010年 8月
荷兰水仙 (Narcissus pseudonarcissus)是石蒜科
水仙属(Narcissus L.)多年生观赏草本植物,原产于英
国、西班牙等地中海沿岸地区[1]。相比中国水仙,荷
兰水仙花色有红、黄、橙、白等色彩,花形有大杯、喇
叭、蝶形、红口等,一些种类还有香味,观赏价值很
高。有关荷兰水仙组织培养已有若干报道,由于取材
部位不同及培养条件的差异,再生效果也不尽相同。
20世纪 70年代初,Stone等首次报道水仙离体
组织培养成功[2]。在以后的研究中,水仙的子房[3]、种
子[4]、双鳞片[4,5]、花茎 [5,6] 、叶片[6,7]等均可作为组织培
养的外植体。利用带鳞叶的鳞茎盘直接诱导不定芽
发生时,常用的分裂素物质有 6-BA、KT等,使用浓
度一般为 1~10 mg·L-1;常用的生长素物质有 NAA、
IAA和 IBA等,其中以 NAA最佳,其用量为 0.1~1.0
mg·L-1[8]。水仙可利用蔗糖、葡萄糖、果糖作为小鳞茎
形成的碳源,其中蔗糖效果最好,为常用碳源[9,10]。
多效唑(PP333)在多种观赏植物组织培养及快速
繁殖中应用,包括提高愈伤组织的分化率、提高芽的
增殖能力、促进球茎和鳞茎的形成与生长、壮苗及提
高成活率等[11]。在中国水仙水养中,PP333能有效地抑
上海交通大学学报 (农业科学版 ) 第 28 卷
制水仙叶片和花葶的生长,达到较为理想的观赏效
果[12,13]。目前尚有一些因素阻碍荷兰水仙种苗通过组
织培养技术工厂化生产,主要是继代培养过程中组
培材料出芽、小鳞茎形成和生根及叶片生长过快、影
响基部小鳞茎的形成等问题。本实验探讨用荷兰水
仙双鳞片法获得的组培材料,进行大量、持续生产荷
兰水仙种苗技术的研究。
1 材料与方法
1.1 材料
实验用荷兰水仙品种德利勃(Delibes)的 2~3年
生鳞茎,周径 14~15 cm,于 5 ℃冷藏箱中冷藏 2个
月以打破休眠,采用双鳞片法组织培养获得组培材
料。
1.2 培养基和培养条件
实验中使用的基本培养基为 MS培养基,添加
不同浓度和配比的激素、活性炭以及蔗糖等,琼脂 5
g·L-1,pH 6.0,121 ℃高压灭菌 20 min。在温度 25±1
℃、光照 16 h·d-1、光照强度 3 000 lx左右的条件下
培养。
1.3 组培继代培养材料的获得
将鳞茎干枯种皮去除,切除鳞茎上半部分约 1/
3,纵切得到有基盘相连的鳞片,于流水冲洗 30 min
左右,置于超净工作台上。酒精浸泡 60 s后饱和漂
白粉溶液消毒 10 min,取出后用无菌水冲洗 3次,
切成双鳞片,再用饱和漂白粉溶液消毒 10 min,无
菌水冲洗 3~5次,接种到培养基上,培养基为 MS基
本培养基添加 6-BA 3.0 mg·L-1、NAA 0.5 mg·L-1、蔗
糖 30 g·L-1。培养大约 5 d后,双鳞片张开,10 d后
双鳞片之间出现不定芽,15 d后不定芽开始逐渐伸
长,30 d后可伸长至 4 cm左右。
1.4 影响荷兰水仙组培继代培养材料生长的主要
因子研究
本实验采用 5因素 4水平正交实验,根据 L16
(45)正交表得到 16种培养基组合用于实验(表 1、2)。
使用荷兰水仙双鳞片出芽得到的材料,将其叶片切
除,用作继代培养研究。各实验因子见表 1,共 16个
处理,每个处理重复 4次,1个月后统计出芽外植体
数量、形成小鳞茎的外植体数量、生根外植体数量。
1.5 PP333对荷兰水仙组培继代培养材料矮壮和出
芽的影响
设定 7个 PP333浓度水平(包括对照组),分别为
0、0.25、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg·L-1。将组培继代培
养材料分别接种于培养基上,培养基为 MS基本培
养基添加 6-BA 2.0 mg·L-1、NAA 0.5 mg·L-1、蔗糖
30 g·L-1及不同浓度的 PP333。每个处理重复 4次,1
个月后,统计不同处理的组培继代培养材料出芽外
植体数、每个外植体出芽数、芽高和叶片生长情况。
2 结果与分析
2.1 诱导出芽培养基的筛选
以荷兰水仙组培继代培养材料进行培养,1个
月后对各处理出芽外植体数进行统计,筛选诱导继
代培养材料出芽的最佳培养基,利用 SAS软件进行
统计分析,得到实验结果(表 2、3、4、5)。
将继代培养材料接种到培养基中进行观察,部分
植株大约 10 d后出现不定芽,15 d后开始伸长,30 d
芽可以伸长至 4 cm左右。16种组合的培养基出芽效
果不同,达到极显著水平(表 3)。从表 2中可以看出,
在 MS基本培养基添加 6-BA 1.0 mg·L-1、蔗糖 15
g·L-1(第 1个组合)时,芽诱导率最高,达到 87.5%,芽
生长良好,平均每个外植体出芽数为 4~5个;而第 11
个组合中,即MS基本培养基添加 6-BA 4.0 mg·L-1、
NAA 0.2 mg·L-1、活性炭 2.0 g·L-1、蔗糖 60 g·L-1,芽诱
导率最低,为 29.17%。表 4中芽诱导率的结果表明,
蔗糖和活性炭 4个浓度间对出芽率的影响有显著差
别,其中蔗糖和活性炭的浓度分别为 15和 0 g·L-1时
出芽率较高;3种激素的 4个水平之间对出芽率影响
不显著。方差分析结果中(表 5)表明,蔗糖浓度对荷兰
水仙组培继代培养材料出芽影响最大,其次是活性
炭,均达到了极显著水平。
2.2 诱导小鳞茎形成的培养基筛选
荷兰水仙继代培养材料经 1个月培养后,部分
外植体基部形成小鳞茎,对各处理形成小鳞茎的外
植体数进行统计,筛选诱导小鳞茎形成的最佳培养
基。从表 2中鳞茎形成的统计结果中可以看出,第
11种 (MS基本培养基添加 6-BA 4.0 mg·L-1、NAA
0.2 mg·L-1、活性炭 2.0 g·L-1、蔗糖 60 g·L-1)和第 14
种组合(MS基本培养基添加 6-BA 2.0 mg·L-1、2,4-D
表 1 影响荷兰水仙组培继代培养材料生长的因子及水平
Table 1 Five factors and four levels for each factor
(gL ) 15 30 60 90
6-BA /(mgL ) 1 2 4 8
2,4-D /(mgL ) 0 0.5 1 2
NAA /(mgL ) 0 0.2 0.5 1
(gL ) 0 0.5 1 2
340
第 4 期
/(gL-1)
6-BA
/(mgL-1)
2,4-D
/(mgL-1)
NAA
/(mgL-1)
/(gL-1)
1 15 1 0 0 0 87.5 0 4.17
2 15 2 0.5 0.2 0.5 79.17 25 12.5
3 15 4 1 0.5 1 70.83 0 29.17
4 15 8 2 1 2 54.17 33.34 29.17
5 30 1 0.5 0.5 2 37.5 20.84 58.34
6 30 2 0 1 1 45.84 25 20.83
7 30 4 2 0 0.5 45.84 37.5 20.83
8 30 8 1 0.2 0 58.33 0 0
9 60 1 1 1 0.5 33.34 66.67 4.17
10 60 2 2 0.5 0 62.5 25 0
11 60 4 0 0.2 2 29.17 87.5 29.17
12 60 8 0.5 0 1 33.33 58.34 45.84
13 90 1 2 0.2 1 58.34 75 25
14 90 2 1 0 2 45.84 87.5 29.17
15 90 4 0.5 1 0 83.34 20.84 0
16 90 8 0 0.5 0.5 50 75 29.17
c
/(%)
a
/(%)
b
/(%)
1.0 mg·L-1、活性炭 2.0 g·L-1、蔗糖 90 g·L-1)的培养基
鳞茎形成率最高,均为 87.5%;而第 1个组合(MS基
本培养基添加 6-BA 1.0 mg·L-1、蔗糖 15 g·L-1)、第 3
个组合(MS基本培养基添加 6-BA 4.0 mg·L-1、2,4-D
1.0 mg·L-1、NAA 0.5 mg·L-1、活性炭 1.0 g·L-1、蔗糖
15 g·L-1)、第 8个组合 (MS基本培养基添加 6-BA
8.0 mg·L-1、2,4-D 1.0 mg·L-1、NAA 0.2 mg·L-1、蔗糖
30 g·L-1)中,均无小鳞茎形成。16种组合的培养基形
成鳞茎效果不同,达到极显著水平(表 3)。综合表 4
和表 5鳞茎形成的结果可以看出,蔗糖和活性炭对
鳞茎形成有极显著影响,且其他激素水平在一定范
围内的前提下,蔗糖浓度较大(60或 90 g·L-1)以及活
性炭浓度最大(2.0 g·L-1)时,有利于小鳞茎的形成。
实验过程中观察发现,添加蔗糖浓度为 90 g·L-1
表 2 荷兰水仙组培继代培养材料在 16种培养基组合中出芽、鳞茎形成和生根的结果
Table 2 The results of frequency of shoot induction, bulbil formation and rooting and multiple comparison on 16 different media
注:a芽诱导率=出芽外植体数/总外植体数×100%;b鳞茎形成率=形成鳞茎的外植体数/总外植体数×100%;c生根率=生根外
植体数/总外植体数×100%。
表 3 16种组合对芽诱导率、鳞茎形成率、生根率的影响方差分析结果
Table 3 ANOVA of 16 combinations on frequency of shoot induction, bulbil formation and rooting
表 4 直观分析结果
Table 4 Result of visual analysis and multiple comparison
F F F
19843.97 15 1322.93** 3.2 57076.91 15 3805.13** 10 17286.96 15 1152.46** 4.13
19859.72 48 413.74 18263.03 48 380.48 13402.39 48 279.22
注:数值后的不同字母表示在 5%水平上有显著差异。
a 72.92 A 59.38 AB 46.88 BC 39.58 C 14.58 B 20.83 B 59.38 A 64.58 A 18.75 A 24.99 A 19.79 A 20.83 A
b 58.33 A 57.29 A 54.17 A 48.96 A 40.63 A 40.63 A 36.46 A 41.67 A 22.92 A 15.63 A 19.79 A 26.04 A
c 58.33 A 55.21 A 53.12 A 52.08 A 46.88 A 31.25 B 38.54 AB 42.71 AB 20.83 AB 29.17 A 15.63 B 18.75 AB
d 56.25 A 55.21 A 54.17 A 53.13 A 45.83 A 46.87 A 30.21 B 36.46 AB 25.00 AB 16.67 B 29.17 A 13.54 B
e 72.92 A 52.08 B 52.08 B 41.67 B 11.46 C 51.04 AB 39.58 B 57.29 A 1.04 C 16.67 B 30.21 A 36.46 A
吕晓会,等:荷兰水仙组织培养再生体系关键技术研究 341
上海交通大学学报 (农业科学版 ) 第 28 卷
F F F
a 10294.85 3 3431.62** 8.29 31887.38 3 10629.13** 27.94 360.11 120.04 0.43
b 851.02 3 283.67 0.69 256.16 3 85.39 0.22 950.6 316.87 1.13
c 364.66 3 121.55 0.29 2130.99 3 710.33 1.87 1610.46 536.82 1.92
d 86.79 3 28.93 0.07 3033.17 3 1011.06 2.66 2512.91 837.64* 3
e 8246.65 3 2748.88** 6.64 19769.21 3 6589.74** 17.32 11852.88 3950.96** 14.15
19859.72 48 413.74
18263.03 48 380.48
13402.39 279.22
888 88888 888
表 5 5种因素对芽诱导率、鳞茎形成率、生根率影响的方差分析结果
Table 5 ANOVA of five factors on frequency of shoot induction, bulbil formation and rooting
的培养基中培养的外植体,虽然小鳞茎诱导率最高,
但是叶片基本枯萎;而蔗糖浓度为 60 g·L-1时,形成
的小鳞茎比较饱满,叶片浓绿。
2.3 诱导生根培养基的筛选
荷兰水仙组培继代培养材料经 1个月培养后,
部分材料基部不同程度地生根,统计每个处理生根
的外植体数,筛选影响材料生根的最佳因子及其浓
度。
将外植体接种到培养基中,大约 15 d后一部分
组培继代培养材料开始生根,根细长且多。16种培
养基组合中,MS培养基添加 6-BA 1.0 mg·L-1、2,4-
D 0.5 mg·L-1、NAA 0.5 mg·L-1、活性炭 2.0 g·L-1、蔗
糖 30 g·L-1(第 5种组合)生根率最高,为 58.34%;第
8、10、15种组合中均没有生根(表 2)。16种组合的培
养基生根效果不同,达到极显著水平(表 3)。从表 4
中可以看出,在实验设计的激素水平范围内,活性炭
浓度为 2.0 g·L-1时根诱导率最高,与 0、0.5 g·L-1浓
度水平之间存在显著水平;浓度为 0 g·L-1时,诱导
率最低。NAA浓度为 0.5 g·L-1时,诱导率最高,与
0.2、1.0 g·L-1之间存在显著差异;浓度为 1.0 g·L-1
时,诱导率最低(表 4)。方差分析结果(表 5)中可以看
出:活性炭对生根影响最大,达到了极显著的水平,
其次是 NAA,达到了显著水平。
2.5 不同浓度 PP333对荷兰水仙组培继代培养材料
矮壮和出芽的影响
在 MS培养基中添加不同浓度的 PP333,进行荷
兰水仙组培继代培养材料矮壮和出芽等研究,统计
了每个处理浓度的出芽外植体数、每个外植体的出
芽数、芽长及叶片生长情况(表 6)。
实验结果中可以看出,PP333不同浓度对荷兰水
仙组培继代培养材料的出芽和矮壮的影响是极显著
的(表 7)。低浓度的 PP333 (0.25~2.0 mg·L-1)有利于出
芽,其中以添加 PP333 0.5 mg·L-1时平均出芽数最多,
为 2.68个。与对照相比,随着 PP333浓度升高,平均芽
长逐渐缩短,同时表现为叶片肥厚、颜色加深,浓度升
高至 2.0 mg·L-1时叶片开始萎缩,随着浓度增大,枯
萎现象加重,至 8.0 mg·L-1时,叶片完全萎缩(表 6)。
3 讨论
影响荷兰水仙组培继代培养材料的生长因子有
许多,诸如细胞分裂素和生长素的种类,浓度及其配
比、活性炭、蔗糖浓度、培养湿度、温度和光照等。本
研究以荷兰水仙 Delibes品种为材料,从实验结果中
可以看出,蔗糖浓度和活性炭对荷兰水仙双鳞片再
生系统中的继代培养材料出芽率有极显著的影响,
PP
mgL
(%)
0 20 17 85 1.76B 2.16A
0.25 23 21 91.3 1.87AB 1.74B
0.5 21 21 100 2.68A 1.50B
1 22 12 54.5 2.14AB 1.41B
2 21 16 76.2 2.48AB 1.52B !
4 23 12 52.2 0.78C 0.97C !
8 28 10 35.7 0.65C 0.84C # !
表 6 不同浓度 PP333对荷兰水仙组培继代培养材料生长的影响
Table 6 Effects of different concentration of PP333 on shoot dwarfing of Narcissus
注:数值后的不同字母表示在 5%水平上有显著差异。
342
第 4 期
F F
PP 11.17 6 1.86** 7.26 3.59 6 0.60** 13.97
3.59 14 0.26 0.6 14 0.04
在其他激素浓度一定的范围内,蔗糖浓度为 15 g·L-1
和活性炭为 0 g·L-1时,出芽效果最好;不同浓度的
6-BA、NAA 和 2,4-D 对出芽的影响并无显著的差
异。究其原因,可能是这 3个因素之间有较大的交
互作用,而这一作用在本次实验数据中没有体现出
来,有待进一步的深入研究。这与邵素娟等研究朱
顶红小鳞茎切割繁殖诱导出芽时,6-BA和 NAA对
出芽效果影响不显著的结果相似[14]。
蔗糖浓度和活性炭对小鳞茎形成有极显著影
响,蔗糖浓度为 90 g·L-1和活性炭为 2.0 g·L-1时,小
鳞茎诱导效果最好;NAA浓度为 0.2 mg·L-1、2,4-D
浓度为 0 mg·L-1时,比较适合小鳞茎的形成,6-BA
浓度对小鳞茎的形成没有明显差异。Selles 等 [4]、
Staikidou 等 [9]、Santos 等 [15]均发现 9%的蔗糖浓度最
适合荷兰水仙小鳞茎的形成和生长,与本实验研究
结果一致,但是本实验发现蔗糖浓度为 90 g·L-1时,
叶枯萎现象比较严重,所以实际应用中应该适当降
低蔗糖浓度。
活性炭对生根影响极显著,NAA对生根影响显
著。活性炭浓度为 2.0 g·L-1,NAA为 0.5 mg·L-1时,
生根效果最好;2,4-D浓度为 0.5 mg·L-1时,比较有
利于生根,6-BA和蔗糖浓度的不同对生根影响不
明显。Santos等人研究发现荷兰水仙双鳞片作为外
植体诱导产生的小鳞茎,培养基中添加一定浓度的
NAA,小鳞茎极易生根,与本实验研究结果一致[15]。
有报道表明,水仙中含有一些生物活性物质,这
些物质对植物的生长能产生一定的抑制作用[18]。实
验过程中发现添加活性炭不利于出芽,但是明显提
高了小鳞茎的形成和生根,可能是由于鳞茎形成和
生根过程对此类生物活性物质比较敏感,而添加较
高浓度的活性炭可以吸附部分水仙自身释放的生物
活性物质,从而提高了鳞茎形成率和生根率。
一定浓度的 PP333能抑制植物内源生长素和赤
霉素的合成,加速乙烯和脱落酸的合成,从而有效控
制茎叶生长,促进植物生根[17]。本实验在荷兰水仙组
培继代培养材料的培养基中加入一定浓度的 PP333
(0.5 mg·L-1)后,外植体出芽率提高、平均出芽数增
加、芽长缩短,有效抑制了继代培养时叶片的生长。
因此适当添加 PP333可以提高组培效率。
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