全 文 :中国农学通报 2016,32(22):32-36
Chinese Agricultural Science Bulletin
珍稀濒危植物沙冬青的组织培养
王方琳 1,2,柴成武 1,尉秋实 1,魏小红 2,马俊梅 1,李爱德 1,王昱淇 1,
张莹花 1,张锦春 1,丁春发 2,赵 颖 2
(1甘肃省治沙研究所/甘肃省荒漠化与风沙灾害防治重点实验室,甘肃武威 733000;
2甘肃农业大学生命科学技术学院,兰州 730070)
摘 要:试验以珍稀濒危植物沙冬青无菌苗的子叶、茎段为外植体材料,研究不同激素配比的培养基对
不同外植体愈伤组织培养、丛生芽增殖及生根培养的影响,并筛选适宜各阶段培养的最佳培养基配方。
结果表明,子叶是诱导沙冬青愈伤组织的最好外植体,在6-BA 0.5 mg/L、2,4-D 0.5 mg/L时,其愈伤组织
诱导率达到最大值81.8%;在6-BA 2.0 mg/L、NAA 0.5 mg/L时丛生芽增殖率达到最大值90.2%,且丛生
芽数量多、茎干健壮、生长旺盛,说明较高浓度的细胞分裂6-BA对丛生芽增殖具有明显的促进作用;在
以1/2MS为基本培养基,加入NAA 1.0 mg/L时,生根率达到最大值70.4%,且生根时间最早,主根明显、
粗壮且根毛数量多;适当调节培养基中无机盐的浓度提高生根率是将来沙生植物组织培养中研究的重
点和难点。
关键词:沙冬青;组织培养;沙生植物
中图分类号:Q94-331 文献标志码:A 论文编号:casb15110136
Tissue Culture of Endangered Psammophyte Ammopiptanthus mongolicus
Wang Fanglin1,2, Chai Chengwu1, Yu Qiushi1, Wei Xiaohong2, Ma Junmei1, Li Aide1, Wang Yuqi1,
Zhang Yinghua1, Zhang Jinchun1, Ding Chunfa2, Zhao Ying2
(1The State Key Laboratory of Desertification Combating Prevention and Sandstorm Disaster of Gansu Province/
Gansu Desert Control Research Institute, Wuwei Gansu 733000;
2College of Life Science and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070)
Abstract: The paper aims to test effects of medium with different hormone combinations on explants callus
culture, buds proliferation and rooting culture of rare and endangered plants Ammopiptanthus with aseptic
cotyledons and stem segments as explants materials, and screen the optimum medium formula for each culture
stage. The results showed that cotyledon was the best explants to induct callus of Ammopiptanthus. The callus
induction rate reached its maximum 81.8% at 6- BA 0.5 mg/L, 2,4- D 0.5 mg/L. The clustered buds
proliferation rate reached the maximum of 90.2% at 6- BA 2.0 mg/L, NAA 0.5 mg/L. The phenomenon of
multiple clustered buds, robust stem and vigorous growth was observed, indicating that higher concentrations of
cell division 6-BA could significantly promote cluster bud proliferation. The rooting rate reached the maximum
of 70.4% in 1/2MS basic medium added with NAA 1.0 mg/L, the rooting time was the earliest, with obvious
main root, which was stout and hairy. The key point in psammophytes tissue culture research will be adjusting
inorganic salt concentration in the medium properly to improve the rooting rate.
基金项目:国家自然科学基金项目“固定流沙先锋树种沙生柽柳无性繁殖生根机制研究”(31460069) ;国家自然科学基金项目“外源一氧化氮调控紫
花苜蓿抗寒性的信号转导机制研究”(31560663);国家自然科学基金项目“风沙流对民勤荒漠灌木幼苗形态特征的影响及其生理生化响应机制”
(31460224);国家自然科学基金项目“石羊河下游绿洲荒漠过渡带微区集水过程及其植被效应研究”(41161006);国家自然科学基金项目“石羊河中下
游退耕地土壤系统演变规律及其驱动机制研究”(41161049)。
第一作者简介:王方琳,女,1985年出生,甘肃天水人,助理研究员,硕士研究生,主要从事植物生理生态和荒漠化防治研究。通信地址:733000甘肃
省武威市皇台路137号甘肃省治沙研究所,E-mail:wangfanglin2008@l63.com。
收稿日期:2015-11-26,修回日期:2016-04-22。
王方琳等:珍稀濒危植物沙冬青的组织培养
Key words: Ammopiptanthus mongolicus; tissue culture; psammophyte
0 引言
沙冬青(Ammopiptanthus mongolicu)属沙冬青属[1],
是荒漠区数量不多的常绿沙生灌木,广泛分布于内蒙
古、宁夏、甘肃[2],而甘肃主要分布于河西走廊及黑河流
域。沙冬青对环境条件适应能力极强,抗旱、耐寒、耐
贫瘠、耐盐碱,而且根系发达,对防沙固沙、防止水土流
失、改善环境具有十分重要的作用。因此,该植物在改
善环境方面具有很好的生态效益,是潜在的、待开发利
用的干旱、半干旱地区植被恢复重建的生态树种。
目前,国内外对于沙冬青的研究主要集中在转基
因研究[3-7]、逆境胁迫下生理机制变化[8-12]及苗木繁育[13]
等方面,而关于组织培养系统的研究未见报道。因此,
本试验从植物组织培养学的角度阐明其组培扩繁作用
机理,为该物种在荒漠地区大量推广普及提供技术支
撑,同时也为其引种驯化、种质资源保护及西北地区盐
碱地改良等提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料及处理
供试沙冬青种子于 2014年 10月采自石羊河下游
盐碱地。挑选饱满、大小一致的种子,用自来水冲洗干
净后置于超净工作台后,用稀释为 70%的乙醇浸泡
4 min,无菌水冲洗 2~3次后用 0.1% HgCl2浸泡 8 min,
用无菌水冲洗 4~5次,最后将处理好的种子放在已灭
菌的滤纸上吸干表面水渍待用。试验用培养基为MS
基本培养基,蔗糖 30 g/L、琼脂 5.0 g/L,培养基
pH 5.8。培养室温度 (24 ± 2)℃,光照强度 1400~
2000 lx,光照时间为白天13 h/d、晚上11 h/d。
1.2 愈伤组织诱导
将处理好的种子接种到MS基本培养基上,待发芽
后,分别取生长20天无菌苗的叶片、茎段作为诱导愈伤组
织的材料,剪取沙冬青无菌苗叶片,切成0.3 cm×0.3 cm
的小片,茎切成长约0.7 cm的小段,接种在MS为基本
培养基,含不同浓度 6-BA和 2,4-D培养基的培养皿
中,置于培养架上进行愈伤组织诱导,试验所用培养基
为 S10:MS;S11:MS+ 0.1 mg/L 6-BA+ 0.5 mg/L 2,4-D;
S12:MS + 0.1 mg/L 6- BA + 1.0 mg/L 2,4- D;S13:MS +
0.1 mg/L 6-BA+2.0 mg/L 2,4-D;S14:MS+0.5 mg/L 6-
BA+0.5 mg/L 2,4-D;S15:MS+0.5 mg/L 6-BA+1.0 mg/L 2,
4-D;S16:MS+0.5 mg/L 6-BA+2.0 mg/L 2,4-D;S17:MS+
1.0 mg/L 6-BA+0.5 mg/L 2,4-D;S18:MS+1.0 mg/L 6-
BA + 1.0 mg/L 2,4- D;S19:MS + 1.0 mg/L 6- BA +
2.0 mg/L 2,4-D。每个培养皿接 5个外植体材料,每种
激素处理 20个重复。观察不同激素配比的培养基对
同种外植体的影响,及某种培养基对不同外植体愈伤
组织诱导的影响,并统计试验结果。
1.3 增殖培养
将长势良好的愈伤组织转接至含不同浓度6-BA、
NAA组合的增殖培养基上,培养基与激素组合配方为:
S20:MS;S21:MS+1.0 mg/L 6-BA+ 0.2 mg/L NAA;S22:
MS+1.0 mg/L 6-BA+ 0.5 mg/L NAA;S23:MS+1.0 mg/L
6- BA + 1.0 mg/L NAA;S24:MS + 2.0 mg/L 6- BA +
0.2 mg/L NAA;S25:MS + 2.0 mg/L 6- BA + 0.5 mg/L
NAA;S26:MS + 2.0 mg/L 6- BA + 1.0 mg/L NAA;S27:
MS+3.0 mg/L 6-BA+ 0.2 mg/L NAA;S28:MS+3.0 mg/L
6- BA + 0.5 mg/L NAA;S29:MS + 3.0 mg/L 6- BA +
1.0 mg/L NAA。每种培养基10个重复,每个培养瓶接
3个愈伤组织,生长 20天后观察从生芽增殖情况并统
计试验结果。
1.4 生根培养
剪切增殖培养带有叶尖的不定芽转接入附加不同
浓度 IBA和NAA配比的培养基上进行生根培养,培养
基与激素组合配方为:S30:1/2MS;S31:1/2MS+ 0.2 mg/L
IBA4;S32:1/2MS+ 0.5 mg/L IBA;S33:1/2MS+ 1.0 mg/L
IBA4;S34:1/2MS+ 0.2 mg/L NAA;S35:1/2MS+ 0.5 mg/L
NAA;S36:1/2MS+1.0 mg/L NAA;S37:1/2MS+ 0.2 mg/L
IAA;S38:1/2MS+ 0.5 mg/L IAA;S39:1/2MS+ 1.0 mg/L
IAA。每种培养基10个重复,每瓶接3个丛生芽。2天
后观察各培养基中幼苗生根情况及幼苗长势,并统计
生根数量计算生根率。
1.5 数据统计与分析
采用 SPSS 19.0和 Excel进行数据处理和单因素
方差分析,利用Duncan法对不同激素配比处理之间的
显著性进行检验。
愈伤组织诱导率=诱导的外植体数接种的外植体数 × 100%
……………………………………………………… (1)
丛生芽增殖率=增殖的愈伤组织数接种的愈伤组织数 × 100%
……………………………………………………… (2)
生根率=生根的丛生芽数接种的丛生芽数 × 100% ………… (3)
2 结果与分析
2.1 愈伤组织诱导
试验以MS培养基为对照,并以加入不同浓度 6-
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BA和 2,4-D的正交试验对沙冬青子叶、茎段进行处
理,结果如表 1。不加任何激素时,2种外植体愈伤组
织诱导率均很低,分别为5.8%、2.1%,并与其他2种激
素组合配比处理时愈伤组织诱导率间呈极显著差异
(P<0.01,以下省略);当 6-BA 0.1 mg/L,加入 0.5、1.0、
2.0 mg/L 2,4-D时,2种外植体愈伤组织诱导率都随 2,
4-D浓度的增加而增大,且2,4-D 2.0 mg/L时子叶愈伤
组织诱导率表现为该处理阶段的最大值,为66.9%,茎
段为48.9%;当激素6-BA增加至0.5 mg/L,分别加入2,
4-D 0.5、1.0、2.0 mg/L时,2种外植体愈伤组织诱导率
随 2,4-D浓度的增加而逐渐减小,但在 2,4-D浓度为
0.5 mg/L时,2种外植体愈伤组织诱导率出现整个试验
处理中的最大值,分别为 81.8%、58.6%,2种外植体诱
导率间相差 23.2%,并且与该阶段其他激素浓度处理
之间差异极显著;6-BA浓度为1.0 mg/L时,2种外植体
愈伤组织诱导率均随2,4-D浓度的增加而减小,但2种
外植体愈伤组织诱导率减小的趋势间差异显著。以上
结果表明,不同激素浓度处理时,子叶的诱导高于茎
段,因此,子叶是适宜沙冬青进行愈伤组织诱导的材
料,最适宜的培养基配方为 MS + 0.5 mg/L 6- BA +
0.5 mg/L 2,4-D。
2.2 不定芽增殖
将长势良好的沙冬青愈伤组织接种到含有不同浓
度 6-BA、NAA配比的培养基上,不加任何激素时,沙
编号
S10
S11
S12
S13
S14
S15
S16
S17
S18
S19
培养基配方
基本培养基
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
6-BA/(mg/L)
0
0.1
0.1
0.1
0.5
0.5
0.5
1.0
1.0
1.0
2,4-D/(mg/L)
0
0.5
1.0
2.0
0.5
1.0
2.0
0.5
1.0
2.0
样本数/个
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
愈伤组织诱导率/%
子叶
5.8±0.6fF
21.2±0.3dE
40.3±0.9dD
66.9±0.1cC
81.8±2.0aA
71.1±0.1bB
63.3±3.3cC
44.1±0.1dD
23.1±0.4dE
11.1±0.9eF
茎段
2.1±0.6fF
11.3±0.6eE
30.2±0.5cC
48.9±5.8bB
58.6±10.3aA
40.5±9.2bB
38.8±6.9cB
35.5±0.5cB
20.1±1.6dD
10.5±6.9eE
表1 不同激素浓度对沙冬青不同外植体愈伤组织诱导的影响
注:表中数据为均值±标准差;不同小写字母或大写字母表示同一处理不同浓度在0.05或0.01水平上差异显著,下同。
冬青愈伤组织基本不进行不定芽的诱导,当6-BA浓度
为1.0 mg/L时,不定芽增殖率及生长15天的平均苗高
均随NAA浓度的增加而增大,在NAA浓度为0.2 mg/L
时,不定芽增殖率达 77.3%、苗高为 3.09 cm,并与此浓
度阶段其他 2个处理及对照呈极显著差异,但此阶段
及对照处理中,不定芽长势均基本表现为丛生芽数量
少、茎秆细弱、叶色较绿等;当 6-BA增加为 2.0 mg/L
时,不定芽增值率随NAA浓度的增加而增大,之后又
随其浓度的增加而减小,在NAA浓度为0.5 mg/L时出
现该试验处理的最大值,不定芽增殖率为85.1%,苗高
平均值为3.45 cm,并与此阶段其他2个浓度水平处理
间差异显著,而且诱导出的丛生芽数量、茎秆及叶片长
势较前一阶段都有显著提高;保持NAA 3个浓度值不
变,增加 6-BA 3.0 mg/L时,不定芽增殖率增殖率随
NAA浓度的增加而逐渐降低,而苗高均值略有增加,
但丛生芽长势较差;以上结果表明,最适宜沙冬青不定
芽增殖的培养基配方为 MS + 2.0 mg/L 6- BA +
0.5 mg/L NAA。
2.3 生根培养
将增殖培养中长势良好的丛生芽接种在以1/2MS
培养基附加不同浓度和种类植物激素的培养基中(如
表 3),不加任何激素时,沙冬青不定芽生根率仅为
11.1%,生根需要的时间也很长;加入0.2、0.5、1.0 mg/L
生长素 IBA时,不定芽生根率、开始生根时间、根长及
数量较对照均有显著提高,且随着 IBA浓度的增加生
根率分别为 36.8%、40.4%、56.3%,且 3个浓度处理间
差异极显著,不定芽均在第6天开始生根,生根时间较
早,根系长势也较好;将生长素变为NAA时,不定芽生
根率明显提高,并在NAA浓度为1.0 mg/L时达到最大
值70.4%,且生根时间早,根长、毛根多且发达;当生长
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王方琳等:珍稀濒危植物沙冬青的组织培养
素为 IAA时,不定芽生根率随 IAA浓度的增大而逐渐
减小,且生根时间较长,最早生根时间延迟为9天,且3
种激素处理中根系均细长,主根明显,根毛很少,不利
于移栽。因此,对 3种不同激素浓度生根培养基处理
下幼苗的生根时间、平均生根数量、生根长度、根的长
势调查结果的综合分析表明,适宜沙冬青不定芽生根
的培养基配方为1/2MS+ 1.0 mg/L NAA。
3 结论
对沙冬青不同外植体材料在不同激素种类及浓度
配比的培养中愈伤组织诱导、不定芽增殖及幼苗生根
的比较研究发现,叶片是最适宜沙冬青进行愈伤组织
诱导的外植体材料,培养基配方为MS+ 0.5 mg/L 6-
BA+ 0.5 mg/L 2,4-D,在此种配方下,叶片、茎段诱导率
分别为 81.8%、58.6%;最适宜丛生芽增殖的培养基配
方为MS+ 2.0 mg/L 6-BA+ 0.5 mg/L NAA,在此种配方
中,丛生芽增殖率为 85.1%,生长 15天的苗高为
3.45 cm,且丛生芽数量多,茎干健壮,叶色绿,生长旺盛;
最适宜的生根培养基为1/2MS+ 1.0 mg/L NAA,在此种
配方中,丛生芽6天时开始生根,生根率可达70.4%,平
均生根数和根长分别为3.94个和3.09 cm,且根长粗壮,
根毛发达。将筛选好的培养基对沙冬青进行不同阶段
的培养,发现整个培养过程从愈伤组织诱导到幼苗生根
仅需71天,大大提高了沙冬青成苗的速度,对其植株的
规模化、工厂化生产、扩繁具有重要作用。
4 讨论
生长调节物质(植物激素)是组织培养中重要的影
编
号
S20
S21
S22
S23
S24
S25
S26
S27
S28
S29
培养基配方
基本培养基
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
6-BA/(mg/L)
0
1.0
1.0
1.0
2.0
2.0
2.0
3.0
3.0
3.0
NAA/(mg/L)
0
0.2
0.5
1.0
0.2
0.5
1.0
0.2
0.5
1.0
样本数/
个
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
不定芽增殖率/
%
1.6±0.7SS
15.6±5.1gG
30.4±7.4fF
69.5±5.0cD
77.3±3.6cC
85.1±8.4aA
81.9±7.3bB
60.2±3.2 dD
52.6±9.3eE
33.8±3.3fF
15 d苗
高/cm
1.95
1.87
2.11
2.49
3.09
3.45
3.12
3.49
3.50
3.61
不定芽长势
丛生芽数量很少,茎干细弱,叶色发黄
丛生芽数量较少,茎干细弱,叶色较绿
丛生芽较少,茎干细弱,叶色浓绿
丛生芽较多,叶色较绿,长势一般
丛生芽较多,茎干较细,叶色较黄
丛生芽数量多,茎干粗壮,叶色较绿
丛生芽数量较多,茎干健壮,叶色较绿
丛生芽数量多,茎干健壮,叶色绿,生长旺盛
丛生芽数量较多,长势一般,叶色黄
丛生芽数量较多,茎干细,叶色黄
编号
S30
S31
S32
S33
S34
S35
S36
S37
S38
S39
培养基配方
基本
培养基
1/2MS
1/2MS
1/2MS
1/2MS
1/2MS
1/2MS
1/2MS
1/2MS
1/2MS
1/2MS
IBA/
(mg/L)
0
0.2
0.5
1.0
0
0
0
0
0
0
NAA/
(mg/L)
0
0
0
0
0.2
0.5
1.0
0
0
0
IAA/
(mg/L)
0
0
0
0
0
0
0
0.2
0.5
1.0
样本数/
个
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
开始生根时间/
d
10
6
6
6
7
6
6
9
9
8
平均根数/
个
1.37
3.15
4.53
4.14
4.21
5.19
3.94
4.61
4.51
4.14
平均根长/
cm
1.14
2.31
2.09
3.33
4.12
4.51
3.09
3.12
2.51
2.78
生根率/
%
11.1±0.5eE
36.8±5.6dD
40.4±0.4cC
56.3±9.3bB
63.8±5.6aB
68.2±0.2aB
70.4±0.4aA
56.3±9.3bB
43.8±5.6cC
32.2±0.2dD
根的长势
根数量很少,主侧根均不明显
根较长,很细,毛根很少
根粗壮,毛根较多,主侧根发达
生根早,主根细长,毛根很少
生根较早,根毛较多
生根早,根长且粗壮,根毛发达
生根晚,主根短,根毛较少
生根晚,主根细长,根毛少
生根晚,主根细长,根毛较多
生根较晚,主根细而短
表2 不同激素浓度对试管苗增殖的影响
表3 不同激素浓度对不定芽生根的影响
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响因子,不同的外植体诱导愈伤组织所需的激素种类
及浓度不同,且同一外植体在不同的激素及浓度条件
下愈伤组织诱导率也不同。本研究中子叶愈伤组织诱
导率高于茎段,说明沙冬青长期适应干旱、盐碱自然环
境的过程中,茎部的木质化程度较高、分生能力弱,而
叶片木质化程度相对较低,而生长调节物质需要通过
维管系统运输,致使维管系统越丰富的地方,生长调节
物质浓度越高,也就越容易形成愈伤组织[14-15],这可能
是叶片愈伤诱导率显著高于茎段的主要原因。
细胞分裂素和生长素的比例决定着芽和根的分化
情况,当细胞分裂素浓度小于生长素时,有利于促进跟
的分化,反之有利于芽的分化[16-17]。本研究发现,细胞
分裂素在沙冬青不定芽诱导过程中起决定作用,但在
此基础上附加少量的生长素对芽的分化有促进作用,
这一结果和韦弗[18]研究的关于生长素和细胞分裂素具
有协同作用的理论相吻合。因此,不定芽的诱导率在
一定范围内随着激素浓度增加而增大,但两者的比例
不适当时,会导致诱导率下降。
另外,有研究表明,为促进组织培养中不定芽生
根,除了对培养基中的激素水平进行调节外,有时还应
适当调节培养基中无机盐的浓度[19-20],这也是将来沙生
植物组织培养中研究的重点和难点。
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