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维纳斯捕蝇草及其叶片离体快繁技术研究



全 文 :古根海姆基金资助 ,1975 年获得埃文思奖 ,1993
年获得国际生命起源研究会的尤里奖,1990 年当
选美国科学院院士, 此外还是美国艺术和科学院
院士。在索尔克研究所,奥吉尔只招收了 2 名博士
生乔伊斯 (Gerald Joyce)和刘日和 (Rihe Liu),但
却与许多博士后和访问学者共同研究过生命的起
源问题。
2007 年 10 月 27 日 , 奥吉尔由于胰腺癌去
世,享年 80 岁。 乔伊斯对奥吉尔评价为:对他(奥
吉尔)最强烈的批评来自于他自己,他对自己的要
求和周围同事一样非常严格, 尽管他一直作为一
个理论学家, 然而他知道实验研究的复杂性和重
要性,他坚信不能仅仅坐在椅子上进行科学研究。
和奥吉尔长期同事的索尔克研究所生物学教授沃
玛(Inder Verma)认为,他(奥吉尔)是一位非常绅
士的人,非常谦虚、愿意谈论任何主题,他是一位
真正的良师益友, 奥吉尔具备了一个一流科学家
的所有特征: 知识渊博、 在多个领域都有巨大兴
趣。
奥吉尔在化学和生物学 2 个领域都做出了奠
基性的贡献, 尤其在生命起源领域做出了伟大的
尝试,是上个世纪最伟大科学家之一,撰写此文以
表示对这位大师的怀念。
主要参考文献
1 Joyce G.F..Obituary:Leslie Orgel(1927-2007).Nature,2007,450
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(E-mail:xiaoqiangguo123@163.com)
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2009年 第 44 卷 第 3 期 生 物 学 通 报 59
1 维纳斯捕蝇草介绍
捕蝇草 (Dionaea muscipula)属于茅膏菜科捕蝇
草属,该属只有一种,原产美国南、北卡罗莱那州的
海岸地区,新泽西和弗吉尼亚也有分布,主要生长
在半稀树草原的沼泽、湿地周围。别名落地珍珠、草
立珠、一粒金丹和苍蝇草,据说因为叶片边缘会有
规则状的刺毛,那种感觉就像的睫毛一般,所以又
称维纳斯捕蝇草(Venus Flytrap),蚊及日文对捕蝇
草还有“苍蝇的地狱”(ハエジゴク)[1]这个别名。 其
主要特征就是能够以 0.3~0.5 s 的速度进行闭合运
动[2],而将猎物捕获,具有较高的观赏价值。
1.1 形态及生物学特征 捕蝇草是多年生常绿
草本植物。 植株株形矮小,姿态优雅,叶型奇特,
能迅速关闭叶片捕食昆虫, 是一种珍奇有趣的食
虫植物。具有较高的观赏价值和科普教育意义,趣
味性极强,它能捕捉小虫子,当昆虫进入时,它的
叶片能迅速合拢捕食昆虫, 因此也成为研究植物
刺激性反应的良好材料。还可净化环境,盆栽可适
用于向阳窗台和阳台观赏, 也可小型盆栽用作室
内盆景供观赏或者做栽植槽培养,别有情趣。
维纳斯捕蝇草及其叶片离体快繁技术研究
余慧琳 胡月华
(商丘职业技术学院园林食品加工系 河南商丘 476000)
摘要 捕蝇草是一种喜欢生活在潮湿环境,叶片能捕捉小虫子的有趣植物。本试验尝试用
叶片做外植体,不经过愈伤组织阶段,直接诱导出丛生芽,缩短培养时间。 比较了附加不同种
类和浓度激素的培养基对诱导不定芽生成的影响 。 实验证明 ,诱导丛生芽较适宜培养基 :
1/2MS+6-BA2.0 mg/L+肉汁 10%+活性炭 0.2%;继代扩繁适宜培养基:1/2MS+6-BA1.0 mg/L
+NAA0.3 mg/L+肉汁 10%+活性炭 0.2%; 最佳生根培养基:1/2MS+NAA0.3 mg/L+肉汁 10%
+活性炭 0.2%。
关键词 捕蝇草 叶片快繁 培养基
中国图书分类号:Q945.52 文献标识码:B
60 生 物 学 通 报 2009 年 第 44 卷 第 3 期
捕蝇草丛生苗生长状况
捕蝇草属于维管植物的一种,拥有完整的根、
茎、叶、花朵和种子。 其根比较短并且不发达,主
要功能是吸取水分。 它的茎也比正常的一般植物
小,连接叶柄并不明显,在生长过程中地下部分会
发育出鳞茎,鳞茎属于演化过的一种变态茎。
捕蝇草的叶属于变态叶中的捕虫叶。轮生、显
莲座状。 中央长出来扁平或者细线状象翅膀形状
的是叶柄部分,原生种的叶柄是扁平如叶片一般,
因为像叶子,所以也称作假叶 [3]。叶柄的末端带有
一个捕虫夹,这才是会捕捉昆虫的叶片部分,正面
分布有许多的无柄腺, 是分泌消化液以分解昆虫
或者吸收昆虫养分的部位,一般是红色或者橙色,
越接近叶缘的地方无柄腺就越少。 叶缘长有齿状
的刺毛,刺毛的基部有分泌腺,会分泌粘液,作用
是防止昆虫挣脱和叶瓣粘合。
花为白色,常 2~14 朵聚成伞形花序,花序葶
长 10~40 cm,花瓣 5 片,长约 1.2 cm,顶端有不规
则凹缺 [3],也具有一定的观赏价值。 果实为蒴果。
1.2 栽培与繁殖技术 捕蝇草性喜阴凉湿润的
环境, 常野生于潮湿的泥炭苔藓中或潮湿的沼泽
地环境中,可以用浸水法来栽培 [4]。整个生长期需
要充足的阳光, 光照不足的捕蝇草除了该红的地
方不红之外,植株整体会变的更绿。食虫植物的根
系极不耐盐 [5],在维纳斯捕蝇草栽培管理过程中
直接将肥料施入基质会导致植物的死亡, 可采用
叶面喷施低浓度液肥。
常用的传统繁殖方法是扦插或者分株繁殖,
但繁殖慢,难以推广。近年来捕蝇草的组织培养一
般采用叶片和花序诱导愈伤组织, 再诱导出丛生
芽的方法进行繁殖,培养周期较长,本文采用维纳
斯捕蝇草的奇特捕蝇夹(即叶片)做外植体,不经
过愈伤组织阶段,直接诱导出丛生芽,培养时间缩
短,繁殖速度加快,短期内可获得大量种苗。
2 捕蝇草叶片离体快繁培养技术
2.1 材料与方法 供试材料为河南商丘豫东花
卉公司所赠 1 年生维纳斯捕蝇草植株。
2.1.1 外植体的消毒 取 1 年生的捕蝇草植株
嫩叶(即捕蝇夹)为外植体,将外植体用自来水冲
洗干净后用无菌水泡洗 10 min, 在超净工作台上
进行表面消毒 ,即先用 75%酒精浸泡 15 s,用无
菌水冲洗 2~3 遍,再用 0.1%升汞溶液(加 1~2 滴
吐温-80)浸泡 8 min(在灭菌过程中要不断摇晃
灭菌瓶让材料充分消毒),最后用无菌水冲洗 4~5
遍,准备接种。
2.1.2 接种 消毒后的外植体先用无菌滤纸吸
干材料表面的水分,将叶片切成 1 cm 见方,接种
到培养基上,叶片接种可不计较生长极性,插入培
养基中即可。
2.1.3 培养基 以 1/2MS 为基本培养基。
2.1.3.1 初代培养 1/2MS+6-BA2.0 mg/L,添加
蔗糖 3%,琼脂粉 0.5%,肉汁 10%,活性炭 0.2%,
并调节培养基溶液的 pH 值到 5.8。
2.1.3.2 继代培养 1/2MS+6-BA0.5~2.0 mg/L
+NAA0.1~0.5 mg/L,添加蔗糖 3%,琼脂粉 0.5%,
肉汁 10%,活性炭 0.2%,并调节培养基溶液的 pH
值到 5.8。
2.1.3.3 生根培养 1/2MS +NAA0.3 mg/L, 添加
蔗糖 3%,琼脂粉 0.5%,肉汁 10%,活性炭 0.2%,
并调节培养基溶液的 pH 值到 5.8。
2.1.3.4 培养条件 培养室温度为 20~25℃,每
天光照 14 h,光照强度 2 000 lx。
2.2 结果与分析
2.2.1 不定芽诱导 将捕蝇草叶片接种在培养
基 2.1.3.1 中 7 d 后,可以看到切口边缘增厚膨大
和叶片上有红色凸起 ,20~25 d 红色凸起部位长
出许多丛生芽。随着培养的进行,芽体逐渐由红色
转为绿色,并抽生出叶片,生长成丛生芽状态。 本
试验共接种 22 瓶,其中有 15 瓶诱导出不定芽,诱
导率 68.2%。
2.2.2 不定芽增殖与快速繁殖 当不定芽长成
丛生状,叶片长 1~1.5 cm 左右,在无菌条件下将
不定芽分开并转移到继代培养基上, 每一组合接
种 22 瓶,培养基的激素浓度组合如下表所示:
捕蝇草继代培养有 2 种增殖方式:一类是外植
体切口处膨大形成愈伤组织, 然后分化出不定芽;
植物激素 (mg/L) 接种瓶数 诱导芽数 诱导频率 (%) 平均诱导芽数
6-BA0.5+NAA0.1 22 12 54.5 ++
6-BA0.5+NAA0.3 22 11 50.0 ++
6-BA0.5+NAA0.5 22 8 36.4 +
6-BA1.0+NAA0.1 22 15 68.2 ++
6-BA1.0+NAA0.3 22 18 81.2 +++
6-BA1.0+NAA0.5 22 16 72.7 ++
6-BA2.0+NAA0.1 22 10 45.5 +
6-BA2.0+NAA0.3 22 9 40.9 +
6-BA2.0+NAA0.5 22 8 36.4 +
2009年 第 44 卷 第 3 期 生 物 学 通 报 61
另一类是产生多量的新不定芽(5~6 个),再抽生出
叶片[6]。由下表可见在不同激素配比的情况下,外植
体发生变化的情况明显不同,显示出其增殖方式与
NAA 和 BA 2 种激素的浓度及比例密切相关。 两者
比例可以调节叶片和根的生长, BA 和 NAA 2 种激
素在低浓度范围内,捕蝇草获得了较好的增殖效
果[7],其中培养基组合 1/2MS+6-BA1.0+NAA0.3+肉
汁 10%+活性炭 0.2% 的效果最好, 诱导芽数量最
多,因此,在捕蝇草的快速繁育体系中可使用该组
合作为增殖培养基。
继代培养 28 d 后不同激素浓度配比对芽诱导的影响
注:+表示诱导形成芽数量 。 +++表示多 ;++表示一般 ;+表
示少;
2.2.3 附加物肉汁对捕蝇草组培苗的影响 培养
基中加入 10%的肉汁和不加肉汁的培养基,每种培
养基各处理 22 瓶,重复 2 次。 结果是加肉汁的培养
基中捕蝇草组培苗增殖速度加快,增殖系数较不加
肉汁的增殖系数大,由此看来培养基中加入 10%的
肉汁有利于捕蝇草的组培苗增殖和生长[8]。
2.2.4 生根培养与移栽 将继代培养获得的丛
生状小植株切开, 每个个体保留 5~6 枚叶片,切
去残留的老根,整理株型后接种在培养基 2.1.3.3
上,15 d 后,见新根长出,25 d 后可获得根系发育
良好 ,其茎 、叶 、根同时分化出来 ,并生长健壮的
幼苗。移栽前先打开培养瓶封口(由于捕蝇草的特
殊性,在炼苗时最好不要完全打开瓶盖),放置 3~
4 d 后立即移栽,移栽后要保温保湿,炼苗 5 d 后
出瓶,洗净琼脂移栽到育苗盘中。移栽基质使用消
毒灭菌的椰绒+珍珠岩和泥炭土,pH4~5, 加盖塑
料薄膜,薄膜上有通风小口,基质用营养液喷湿,
但不易过湿,置于散射光下生长,在移栽后的第 1
周应盖上玻璃板以保持湿度,每 10 d 喷施 1 次杀
菌剂,然后每隔 7 d 浇水 1 次,这样捕蝇草成活率
较高,可达 90%。
2.3 讨论
1)由于食虫植物的根系不耐盐,捕蝇草组织
培养我们首选 1/2MS 培养基为基本培养基, 生存
环境中化学元素对不定芽的形成和增殖有很大影
响。 因此适宜浓度的大量元素对不定芽增殖作用
很重要。
2)本试验发现,有机添加物肉汁对捕蝇草增
殖作用有利,补充食虫植物对氮的需求。
3)捕蝇草的继代培养,不定芽和叶片诱导速
度与 6-BA、NAA 浓度和比例有关,在适宜浓度的
6-BA 条件下,配合较低浓度的 NAA,更有利于诱
导捕蝇草的不定芽。
4)活性炭可防止植物酚类物质分泌和变褐老
化,对形态发生和器官有良好效果,同时,活性炭
有利于植物生长生根。本试验中添加了 0.2%的活
性碳,对于外植体褐变有抑制作用。
5)本研究获得:
适宜诱导捕蝇草不定芽的培养基为 :1/2MS
+6-BA2.0 mg/L+肉汁 10%+活性炭 0.2%;
适宜继代扩繁培养基为 :1/2MS+6-BA1.0 mg/L
+NAA0.3 mg/L +肉汁 10%+活性炭 0.2%;
适宜生根培养基为:1/2MS+NAA0.3 mg/L+肉
汁 10%+活性炭 0.2%。
主要参考文献
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(E-mail:huilinyu@163.com)