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狗舌草嫩茎无性系建立的研究



全 文 :2012.6 试验研究
为: 单位面积穗数是淮北地区小麦创高产的重点主
攻方向, 但单位面积总穗数和每穗粒数两者之间存
在着一定的负相关,因此,生产上只有通过栽培措施
的调控,协调群体总穗数和穗粒数之间的关系,才能
使小麦产量有新的突破。 协调群体总穗数和穗粒数
的重点是要提高群体成穗率, 而提高群体成穗率的
关键是 3 点:首先,要建立基本苗相对合理的基础群
体,目前,在该地区 7 500 kg/hm2左右的产量水平下,
基本苗以 225万~270万/hm2最为适宜。其次,要培育
冬前壮苗, 提高单株分蘖能力, 一般冬前 (12 月
20 日)主茎叶龄要达到 6 叶 1 心以上,单株分蘖 2~
3个。 第三,要抓好高效施肥,在坚持施足氮肥、搭配
磷钾、适当降低基、苗肥比例的前提下,要重点抓好
拔节孕穗肥的使用,以巩固分蘖成穗,延长后期功能
叶片寿命,提高抽穗至成熟期全体光合生产能力。 增
加粒重的栽培策略主要为:加强中后期的养根保叶,
防病、防衰、防倒、防干热风。
狗舌草(Senecio kirilowii)属于菊科,千里光属多
年生草本植物,生长于山坡草地及路旁,在我国的东
北及北部地区有分布[1-2]。 狗舌草全草药用,具有清热
解毒、利尿、活血、杀虫等功效,能治尿路感染、肾炎
水肿、跌打损伤、阴道滴虫、小便不利、白血病、口腔
炎等疾病[3-4]。 近年来养殖专业户发现,在家禽和家畜
的饲料中添加少量的狗舌草干粉, 能明显地降低家
禽和家畜发病率。 由于狗舌草对人和家畜具有多种
功效, 近年来辽宁南部地区的人们进行大肆采集药
用或出售。 由此导致本来分布和数量都较少的狗舌
草野生资源迅速枯竭,难以满足人们的需要。 为保护
狗舌草的野生资源,满足人们栽培的需要,研究者对
狗舌草进行了组织培养及无性系建立的研究。 虽然
目前已有多种植物组织培养的研究的报告 [5-7],但迄
今未见狗舌草组织培养及无性系建立研究的报道。
1 材料与方法
1.1 试验材料
5 月上旬,把生长于大连市甘井子区石门山山坡
上刚刚长出嫩茎的狗舌草采回实验室,剪掉叶片,将
嫩茎作为试验材料。
狗舌草嫩茎无性系建立的研究
张 静 龙 雪 卢 晓 徐 娜 姜长阳
(辽宁师范大学生命科学学院 大连 116081)
摘要:为了保护狗舌草资源和实现人工栽培,采用植物组织培养技术,以嫩茎为外植体,进行了愈
伤组织诱导与分化、不定芽生根、试管苗继代增殖的培养和试管苗移栽与定植的研究,建立了狗舌
草的嫩茎无性系。 结果表明:MS+KT 0.3 mg/L+2,4-D 1.5 mg/L+ NAA 1.0 mg/L 是狗舌草嫩茎愈
伤组织诱导培养和继代增殖培养的理想培养基;1/2MS+IAA 0.2 mg/L+GA 31.0mg/L 是狗舌草颗
粒愈伤组织分化培养的理想培养基;把不定芽的下部切口在浓度为 1.0 mg/L 的 NAA 溶液中处理
2 min后, 接种到 1/3MS+IAA 0.2 mg/L~0.4 mg/L 的培养基上是狗舌草不定芽生根培养的理想方
法;1/3MS+IAA 0.2 mg/L~0.4 mg/L+NAA 0.1 mg/L+GA3 0.4mg/L 是狗舌草生根继代增殖培养的
理想培养基。 试管苗易移栽成活,定植的试管苗保持了野生狗舌草的所有植物学性状。
关键词:狗舌草;愈伤组织;无性系
基金项目:辽宁省高等教育教学改革资助项目(20090304);辽宁师范大学教学改革资助项目(LSJG:20090108)。
作者简介:张静(1992-),女,在读本科生,从事植物组织培养研究。
通讯作者:姜长阳(1953-),男,教授,从事植物技术研究。 E-mail: changyangjiang@126.com
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试验研究 2012.6
1.2 灭菌方法
参见初冰等毛脉山莴苣研究的灭菌方法[8]。
1.3 培养条件
以 MS、1/2MS、1/4MS、B5、N6、LS 和 White 为基本
培养基, 附加不同种类及不同浓度的植物生长调节
剂;愈伤组织诱导和不定芽分化培养基含蔗糖 30 g/L,
生根培养基为 15g/L,其他培养基含蔗糖 30 g/L;培养
基 pH 5.8~6.0;培养温度 24℃左右;固体培养基的胨
力强度 210 g/cm2;愈伤组织诱导培养前 20 d 为暗培
养,其他培养均置于光照条件下进行,10~12h/d,光照
强度 2 500 Lx左右[9]。
1.4 试验方法
1.4.1 愈伤组织诱导 将无菌嫩茎切成长 0.2 ~
0.3 cm 的茎段后, 平放于培养基表面上, 再接种到
以 MS、 1/2MS、 1/4MS、 B5、 N6、 LS 和 White 为基
本培养基, 附加 KT 0.3 mg/L+2,4-D 1.5 mg/L+ NAA
1.0 mg/L的培养基上,进行不同基本培养基对嫩茎愈
伤组织诱导培养影响的试验。 不同材料对愈伤组织
诱导培养影响的试验重复 2 次, 每种处理接种 100
个材料。
1.4.2 愈伤组织的继代增殖培养 将上述培养的愈
伤组织用解剖刀分散成为由 4~6 个颗粒组成的愈伤
组织块后, 接种到嫩茎愈伤组织诱导培养的理想培
养基上,进行愈伤组织的继代增殖培养。 愈伤组织的
继代增殖培养试验重复 2 次。 每次接种 400 块愈伤
组织。
1.4.3 愈伤组织的分化培养 把以上在 MS+KT
0.3 mg/L+2,4-D 1.5 mg/L+ NAA 1.0 mg/L 培养基上
继代增殖培养的颗粒状愈伤组织, 分散为独立的颗
粒后,再分别接种到以 1/2MS、1/4MS、LS 和 White 为
基本培养基 , 附加 IAA 0.2 mg/L+GA3 1.0 mg/L 和
NAA 0.2 mg/L+GA3 1.0 mg/L 的培养基上, 进行不同
基本培养基、 不同浓度激素组合对愈伤组织分化培
养影响的试验。 不同基本培养基对愈伤组织分化培
养影响的试验重复 3 次, 每种处理接种 100 个愈伤
组织颗粒。
1.4.4 不定芽生根培养 将在 1/2MS+IAA 0.2 mg/L+
GA 31.0 mg/L 培养基上分化培养的不定芽从基部剪
下,将其下部切口置于浓度为 1.0 mg/L 的 NAA 溶液
中处理 2 min后,把下部切口插入以 1/3MS 为基本培
养基, 附加浓度分别为 0.2 mg/L、0.4 mg/L、0.6 mg/L
和 0.8 mg/L 的 IAA 和 NAA 生根培养基上,进行不定
芽生根培养试验。生根培养试验每种培养基接种 100
个材料,重复 3次。
1.4.5 试管苗的生根继代培养 将试管苗从基部剪
下后取出,放到无菌培养皿中,用解剖刀切成具有 3
个叶片的茎段后,再将茎段最下部的 1 个叶片剪掉,
接着, 把无叶片的下部茎插入到生根培养基中进行
试管苗的生根继代培养。 生根继代培养的培养基为
1/3MS +IAA 0.2 mg/L -0.4 mg/L +NAA 0.1mg/L +GA3
0.4 mg/L。 试管苗生根继代培养试验重复 3 次,接种
培养 600个茎段,继代培养 6 代。
1.4.6 试管苗炼苗、 移栽与定植 将生长着继代培
养试管苗的培养瓶瓶塞打开, 放在温室的光照下炼
苗 3d,用镊子将试管苗取出后,用约 20℃的清水洗净
根部培养基,再移栽于温室中的营养钵内。 营养钵上
半部为干净河沙,下半部为肥沃山皮土。 试管苗移栽
试验重复 2次,每次移栽 500株。
把营养钵中移栽成活的试管苗于 5 月下旬定植
到大连市甘井子区的山坡地上。 定植试验重复 2次,
每次定植 400株。
2 讨论分析
2.1 不同基本培养基对嫩茎愈伤组织诱导培养的
影响
培养 55 d 观察统计,结果证明,在以 1/4MS、B5、
N6和 White 为基本培养基的培养基上不能诱导形成
愈伤组织, 在以 MS、1/2MS和 LS为基本培养基的培
养基上能诱导形成愈伤组织。而其中在以 MS为基本
培养基的培养基上诱导愈伤组织的诱导效果最好,
不仅诱导率为 92%,而且诱导的愈伤组织长势好。 观
察表明,以嫩茎段为材料,在暗培养的条件下培养到
第 11 d 时可见部分材料接触培养基的切口膨大,开
始生长出愈伤组织。 接着,随着先形成的愈伤组织的
不断生长,形成愈伤组织嫩茎段的数量也不断增加。
培养到第 55 d时, 大多数嫩茎段会生长为直径 1.0~
1.5cm 的浅绿色半球形愈伤组织。 在暗培养中培养
20 d 形成的愈伤组织表面为光滑的淡黄色, 转到光
照下后, 逐渐生长为嫩绿色, 且表面为颗粒状。 研
究者认为, 这种嫩绿色表面颗粒状的愈伤组织为具
有分化能力的愈伤组织 [10-11]。 2 次重复试验的结果基
本一致 。 上述结果证明 :MS+KT 0.3 mg/L+2,4-D
1.5 mg/L+NAA 1.0 mg/L 这一培养基是狗舌草嫩茎愈
伤组织诱导培养的理想培养基。
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2.2 愈伤组织的继代增殖培养
2次重复试验的结果证明:接种培养的愈伤组织块成
活率和生长率均为 100%。 与嫩茎愈伤组织的诱导培
养相比,继代增殖培养出现以下特点:培养周期缩短
为 45 d, 所培养的半球形愈伤组织块直径增加到
2 cm左右,表面的愈伤组织颗粒变小,颗粒间的缝隙
明显,用解剖针即可分散为独立的颗粒。 以上结果证
明:MS+KT 0.3 mg/L+2,4-D 1.5 mg/L+NAA 1.0 mg/L
这一培养基也是狗舌草嫩茎愈伤组织继代增殖培养
的理想培养基。
2.3 不同基本培养基、 不同激素组合对愈伤组织颗
粒分化培养的影响
培养到 50 d时观察统计,结果见表 1。 由表 1可
见,以 LS 为基本培养基培养的颗粒状愈伤组织不分
化;以 1/2MS、1/4MS 和 White 为基本培养基,在不加
任何激素和附加 NAA 0.2 mg/L+GA3 1.0 mg/L的激素
组合培养基上,愈伤组织颗粒也不分化,而在附加 I-
AA 0.2 mg/L+GA3 1.0mg/L 的激素组合培养基上,愈
伤组织颗粒均可分化; 其中在以 1/2MS 为基本培养
基的培养基上,愈伤组织颗粒分化率达到了 96%,而
且分化的不定芽长得高、长势好。 培养过程的观察还
表明,在以 1/2MS为基本培养基,附加 IAA 0.2 mg/L+
GA3 1.0 mg/L 的激素组合培养基上,接种培养 6 d 即
可见分化出不定芽,随后,分化率迅速增高,培养到
25 d 时 80%左右的培养材料已经分化, 且先分化的
不定芽已经生长高为 0.8 cm左右,甚至有的在同一个
表 1 不同基本培养基、不同激素组合对愈伤组织颗粒分化培养的影响
注:-代表不生长;+代表长势一般;++代表长势好。
基本培养基 激素组合 分化率% 不定芽平均高度(cm) 不定芽长势
1/2MS 0 0 0.4 -
1/4MS 0 0 0.8 -
LS 0 0 0 -
White 0 0 0 -
1/2MS IAA 0.2 mg/L+GA3 1.0 mg/L 96 1.6 ++
1/4MS IAA 0.2 mg/L+GA3 1.0 mg/L 73 1.5 ++
LS IAA 0.2 mg/L+GA3 1.0 mg/L 0 0 -
White IAA 0.2 mg/L+GA3 1.0 mg/L 55 1.5 +
1/2MS NAA 0.2 mg/L+GA3 1.0 mg/L 0 0 -
1/4MS NAA 0.2 mg/L+GA3 1.0 mg/L 0 0 -
LS NAA 0.2 mg/L+GA3 1.0 mg/L 0 0 -
White NAA 0.2 mg/L+GA3 1.0 mg/L 0 0 -
愈伤组织颗粒上生长分化出 2个不定芽。 3次重复试
验的结果基本一致。 上述证明:1/2MS+IAA 0.2 mg/L+
GA3 1.0mg/L 这一培养基是狗舌草颗粒愈伤组织分化
培养的理想培养基。
2.4 不同浓度的 IAA 与 NAA 对不定芽生根培养的
影响
接种后 30 d 观察统计, 结果见表 2。 由表 2 可
见,在不加任何生长素或附加不同浓度 NAA 的培养
基上,培养的不定芽不能生根;而在附加不同浓度 I-
AA的培养基上,培养的不定芽均能生根生长为试管
苗。 其中在附加浓度为 0.2 mg/L、0.4 mg/L 的 IAA 两
种生根培养基上,不仅不定芽生根率超过 94%,并生
长出具有 4.2~5.3 条长 0.8~1.8 cm 白色的根、 株高
3.6~5.1 cm、生长着 6~11 个叶片的试管苗,而且培养
生长的试管苗生长旺盛。 观察还证明:把不定芽接种
到附加浓度为 0.2 mg/L、0.4 mg/L 的 IAA 两种生根培
养基上培养到第 3 d时,有的不定芽即可在切口边缘
生长出可见根原基。 在接下来的培养中,伴随着根的
生长,生根数也迅速增加,培养到第 10 d 时,84%的
培养不定芽就能生根生长为根长较短的试管苗。 继
续培养到第 25 d时,就生长为旺盛的试管苗。 3次重
复试验的结果基本一致。 以上结果证明:把不定芽的
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表 2 不同浓度的 IAA 与 NAA 对不定芽生根培养的影响
注:-代表不生长;+代表长势一般;++代表长势旺盛。
生长素
种类
生长素浓
度(mg/L)
生根率
(%)
平均生根
条数(株)
试管苗
长势
对照 0 0 0.4 -
IAA 0.2 95 4.2 ++
IAA 0.4 94 5.3 ++
IAA 0.6 36 2.1 +
IAA 0.8 33 2.8 +
NAA 0.2 0 0 -
NAA 0.4 0 0 -
NAA 0.6 0 0 -
NAA 0.8 0 0 -
下部切口在浓度为 1.0 mg/L 的 NAA 溶液中处理
2 min 后,再接种到 1/3MS+IAA 0.2~0.4 mg/L 的培养
基上是狗舌草不定芽生根培养的理想方法。
2.5 试管苗的生根继代培养
接种后 26 d观察统计,结果证明:平均生根率为
97.6%,每株试管苗生根 5.1 条、株高为 4.6 cm、有 7.3
叶片,茎粗 0.16 cm,试管苗外观上生长旺盛。 3 次重
复试验,每次继代 6代的试验结果基本一致。 统计还
表明,每次继代培养的平均繁殖系数为 2.8,按照这
个速度,1 株试管苗 1 年能繁殖出 2.814(为 180 多万)
株试管苗。 除掉各种不利因素, 完全能保证繁殖出
90万株试管苗。 这不仅说明采用试管苗生根继代培
养的方法能使狗舌草达到快速繁殖的目的, 满足人
们对狗舌草保护和实现人工栽培的需要, 而且也证
明 1/3MS +IAA 0.2 ~0.4 mg/L +NAA 0.1 mg/L +GA3
0.4 mg/L 这一培养基是狗舌草生根继代增殖培养的
理想培养基。
2.6 试管苗移栽与定植
移栽后 10d左右可见试管苗成活并开始生长。 移
栽后 25 d统计证明:2次移栽的平均成活率为 94.1%。
这证明在温室环境中狗舌草试管苗易移栽成活。
2次定植的平均成活率为 99.3%。 在营养钵中移
栽成活的试管苗极易定植成活。 定植后的观察表明,
前期试管苗生长缓慢,60 d左右开始旺盛生长。 定植
成活的试管苗当年正常开花结果, 并保持了野生狗
舌草的所有植物学性状。
3 讨论
以狗舌草的嫩茎为材料, 采用本试验方法,1 年
能保证繁殖出约 90 万株并保持了所有生物学性状
的狗舌草试管苗说明, 该研究不仅达到了快速繁殖
的目的, 而且所建立起的狗舌草无性繁殖技术为狗
舌草的保护、 实现人工栽培和基因库的建立奠定了
技术基础。
在本研究中, 出现了试管苗继代增殖培养的周
期比不定芽生根培养的周期缩短 4d的现象。 产生这
种现象主要是由于前者材料是不定芽, 而后者的材
料是试管苗茎段,较为粗壮,对几近相同的环境具有
更强的适应性。
迄今为止, 已多有菊科植物试管苗及生根培养
研究的报道,其所用的基本培养基都为 MS[12-14]。 而本
研究中狗舌草的试管苗培养所用的基本培养基为
1/3MS。 这种差异的主要特征是基本培养基离子浓度
的差异,前者离子浓度大,后者离子浓度小。 在这种
条件下取得了较理想的生根效果主要是由以下原因
引起的:在离子浓度小的情况下,不仅生根环境渗透
压小,而且使待生根材料处于饥饿状态,从而促进了
生根。
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