全 文 :第 37卷 第 10期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol.37 No.10
2009年 10月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Oct.2009
小叶杜鹃的离体快繁体系建立及种质试管的保存 1)
顾地周 张 琪 朱俊义
(通化师范学院 ,通化 , 134002) (东北师范大学) (通化师范学院)
摘 要 以小叶杜鹃新生嫩芽为外植体 , 应用均匀设计法筛选其最适合的嫩芽基部直接再生芽苗 、生根及种
质试管保存的培养基 , 研究结果表明 ,最适合的基部直接再生芽苗诱导培养基为:DR+反式 ZT3.00mg· L-1 , 诱导
率达 96%以上;生根培养基:MS(改良)+IAA0.50mg· L-1 +IBA0.10mg· L-1 +KT0.10mg·L-1 , 生根率达 98.5%
以上;试管保存培养基:N-68+B9 2.30mg· L-1 +根皮苷 1.50mg· L-1 , 保存时间可达 32个月以上。以再生植株的茎节为材料进行快繁的结果表明 , 在 40d的 1个培养周期内 ,增殖倍数平均达 70以上。 常温条件下 , 采取 “矮
化延缓生长”的方法在试管内保存种质资源。成功建立了小叶杜鹃的离体培养和种质试管保存体系。
关键词 小叶杜鹃;离体快繁;种质试管保存;均匀设计;根皮苷
分类号 Q94EstablishmentofPlantletRapidPropagationSystemandinvitroGermplasmConservationofRhododendronparvi-folium/GuDizhou(DepartmentofBiology, TonghuaNormalUniversity, Tonghua134002, P.R.China);ZhangQi(NortheastNormalUniversity);ZhuJunyi(TonghuaNormalUniversity)//JournalofNortheastForestryUniversity.-
2009, 37(10).-26 ~ 28Themostsuitableculturemediaforshootregenerationatthebaseoftenderbuds, rootingandgermplasmconservationinvitrowerescreenedoutbyuniformdesignusingtenderbudsofRhododendronparvifoliumAdams.asexplants.Results
showedthatDRculturemediumsupplementedwith3.00mg· L-1 trans-ZTwassuitableforshootregeneration, withare-
generationrateofmorethan96 percent;themodifiedMSmediumwith0.50mg· L-1 IAA, 0.10mg· L-1 IBA, and0.10
mg· L-1 KTforrooting, witharootingrateofmorethan98.5 percent;N-68 with2.30mg· L-1 B9 and1.50mg· L-1phloridzinforgermplasmconservationinvitrofor32 months.Stems, eachwithonenode, werecutfromtheregeneratedshootsandculturedforpropagation, anda70-foldofproliferationratewasachievedwithin40 days.Themethodofdefer-ringgrowthbystuntingwasappliedtoinvitrogermplasmconservationatnormaltemperatures.Invitrocultureandgerm-plasmconservationsystemofR.parvifoliumweresuccessfullyestablished.Keywords Rhododendronparvifolium;Micropropagation;Invitrogermplasmconservation;Uniformdesign;Phloridzin
小叶杜鹃(RhododendronparvifoliumAdams),为杜鹃花科
杜鹃花属常绿灌木。 《吉林省野生动植物保护管理暂行条例》
中定为省级一类重点保护植物 ,是亟待拯救的濒危种。民间用
小叶杜鹃叶泡茶治疗慢性支气管炎 、咳嗽痰多 、咳喘等。其花
2 ~ 4朵集生于枝头, 颜色为蔷薇色 , 十分美观 , 可驯化为观赏
园艺花卉 ,是上好的观赏园艺品种 [ 1] , 还可作为高山杜鹃育种
的种质资源。长白山区数量十分稀少, 分布区域十分狭窄, 仅
在吉林省安图县的圆池有较大的种群面积。其种子不易获得 ,
扦插等常规繁殖生根率和移栽成活率极低。因此 ,在保护好现
有野生资源的同时 ,利用植物组织培养方法对这一野生珍贵稀
有植物资源进行离体快繁和试管保存 , 以防本物种灭绝。同
时 ,应用均匀设计对培养基进行筛选 ,以期得到最佳培养条件。
与其同属的其他种植物的组织培养已有报道 [ 2-4] ,但小叶杜鹃
的离体快繁和种质试管保存迄今未见报道。
1 材料与方法
外植体材料的处理:6月于吉林省安图县的圆池采小叶杜
鹃休眠枝条在实验室内水培促使腋芽萌发。待腋芽萌发并长至
2~ 3cm时剪下,在超净工作台上用 70%酒精涮洗 60s,用 0.5%
的升汞溶液浸泡 6min,无菌水冲洗 8次。用无菌滤纸吸干表面
水分,切除被杀菌消毒剂损伤部分后作为外植体备用。
嫩芽基部直接再生芽苗诱导:以 DR为基本培养基 , 附加
蔗糖 20g· L-1 , 琼脂粉 9.5g· L-1 , pH值为 5.6, 温度(24±
2)℃,光照强度 1 200lx, 光照周期 14h· d-1。将经过处理的
1)吉林省自然科学基金项目(200705C05)、通化师范学院自然
科学基金项目(XS070082)。
第一作者简介:顾地周 ,男 , 1973年 11月生 ,通化师范学院生物
系 ,讲师。
收稿日期:2008年 11月 18日。
责任编辑:潘 华。
外植体接种到附加不同质量浓度的反式 ZT和 IAA培养基上
进行嫩芽基部直接再生芽苗诱导培养 , 嫩茎段培养 60d统计
诱导率 , 筛选最适宜的芽苗诱导培养基。
生根培养基的筛选:以改良 MS(1/4大量元素 、1/3微量
元素 、1/3铁盐和 1/4有机成分)为培养基 , 加入蔗糖 15 g·
L-1 ,琼脂 9.0 g· L-1 , pH值为 5.6, 附加不同质量浓度的
IAA、IBA和 NAA,同时加入 Kt0.1mg· L-1(壮苗), 筛选最
适宜的生根培养基。
快繁体系的建立:采用节培法进行快繁 [ 5-6] , 以再生植株
的茎节为材料 ,即切割成一叶一段转接到优化后的生根培养
基中 ,同时进行腋芽萌发 、伸长及生根培养。统计并计算出增
殖周期和倍数。
种质试管保存培养基的筛选:以 N-68为基本培养
基 [ 7] ,采用 “矮化延缓生长”的方法 [ 8-9] , 将基部含有少量芽
锥的丛生芽团或茎段(一叶一段)接种到不同培养基上进行
试管保存 , 温度为(20±2)℃, 光照强度 1 000lx,光周期 8h·
d-1 , 蔗糖 30g· L-1 ,矮化剂 、生长延缓剂分别采用 B9和根皮苷。筛选最适合种质试管保存培养基。
数据分析:数据分析与处理采用均匀设计(UniformDe-
sign)软件。
2 结果与分析
2.1 DR培养基中不同质量浓度反式 ZT和 IAA配比对小叶
杜鹃嫩茎基部直接再生芽苗的影响
以 DR基本培养基 , 附加不同质量浓度的细胞分裂素反
式 ZT和生长素 IAA(由预试验可知质量浓度范围分别为 2.00~
3.00mg· L-1和 0.05 ~ 0.10mg· L-1), 当反式 ZT的质量浓
度低于 2.00mg·L-1嫩茎基部几乎不分化芽苗 ,超过 3.00mg·
L-1时诱导率下降,说明过高的反式 ZT质量浓度对基部直接再
生芽苗起抑制作用;当 IAA质量浓度超过 0.10mg· L-1时嫩芽
DOI :10.13759/j.cnki.dlxb.2009.10.024
基部产生愈伤组织 ,为确保小叶杜鹃经组培快繁后的遗传稳定
性 ,不采取愈伤组织再分化产生芽苗的方式。为了提高小叶杜鹃
再生芽苗的速度和诱导率, 采用均匀设计法[ 10] , 每个处理数为
30,选用U
10
(102)均匀设计,见表 1所示,同时考察了反式 ZT和
IAA质量浓度交叉配比对诱导率的影响 ,见表 2所示。
表 1 U10(102)因素及水平设计 mg· L-1
水平 因 素X1 X2 水平
因 素
X1 X2
1 2.50 0.05 6 3.00 0.10
2 2.60 0.06 7 2.70 0.07
3 2.70 0.07 8 2.80 0.08
4 2.80 0.08 9 2.90 0.09
5 2.90 0.09 10 3.00 0.10
注:X1 为反式ZT质量浓度 , X2为 IAA质量浓度。
表 2 U10(102)均匀设计实验安排及结果
处理
号
因素 /mg· L-1
X1 X2 Y/%
处理
号
因素 /mg· L-1
X1 X2 Y/%
1 2.50 0.07 77.0 6 3.00 0.09 93.5
2 2.60 0.07 80.0 7 2.70 0.09 84.0
3 2.70 0.10 83.0 8 2.80 0.05 88.0
4 2.80 0.10 86.5 9 2.90 0.08 89.0
5 2.90 0.06 91.0 10 3.00 0.08 94.5
注:X1 为反式ZT质量浓度 , X2为 IAA质量浓度 , Y为诱导率。
根据表 2实验数据经均匀设计软件分析处理后可知 , 回
归方程显著 , 见表 7所示。根据回归方程求出 Y的最优组合
为 X1 =3.0,在此组合基础上求得最优解 y=93.8, 此解为回归方程的解析解 , 需按公式 Y=y±uα· s计算出优化值区间估计为 Y=93.8%±2.59%, 即 91.21% ~ 96.39%。因此 , 以
优化组合反式 ZT3.0mg· L-1进行验证试验(重复数为 30),
将小叶杜鹃嫩茎段接种到附加反式 ZT3.0mg· L-1的 DR培
养基上进行再生芽苗诱导培养 ,培养 40d,发现基部产生大量
锥形突起 , 继续培养至 60d锥形突起伸长为芽苗(附图 a), 75
d后再生芽苗可伸长至 2.0cm以上 ,且苗壮而整齐 , 诱导率均
达 96%以上 , 在估计区间范围内 , 且比所有实验 Y值都大。
因此 , 小叶杜鹃嫩芽基部直接再生芽苗的最佳诱导培养基为:
DR+反式 ZT3.0mg· L-1。
2.2 改良 MS培养基中不同质量浓度生长素配比对小叶杜
鹃组培苗生根的影响
由预试验可知 , 采用改良 MS和附加生长素 IAA、IBA和
NAA,由单一因子试验可知:3种生长素质量浓度分别控制在
0.10 ~ 0.50、0.10 ~ 0.30、 0.08 ~ 0.15 mg· L-1之间 , 过高的
生长素导致幼苗基部膨胀或产生愈伤瘤 , 继续培养根从膨胀
部或愈伤瘤上发出 , 这样的苗在移栽时 , 根随愈伤瘤从苗基部
脱落 , 移栽成活率几乎为零 ,可能是根与苗茎的纤维疏导组织
连接不完整所致 , 在培养基中附加 Kt0.10mg· L-1生根苗较
未附加的粗壮。为了提高小叶杜鹃的速度和生根率 , 采用均
匀设计法 , 每个处理数为 30, 选用 U10(103)均匀设计 , 见表 3
所示 , 同时考察了生长素 IAA、IBA和 NAA质量浓度交叉配
比对生根率的影响 , 见表 5所示。
表 3 U10(103)因素及水平设计 mg· L-1
水平 因 素X
1
X
2
X
3
水平 因 素X
1
X
2
X
3
1 0.10 0.10 0.08 6 0.10 0.30 0.13
2 0.20 0.20 0.09 7 0.20 0.10 0.14
3 0.30 0.30 0.10 8 0.30 0.20 0.15
4 0.40 0.10 0.11 9 0.40 0.30 0.14
5 0.50 0.20 0.12 10 0.50 0.10 0.15
注:X1为IAA质量浓度 , X2为IBA质量浓度, X3为NAA质量浓度。
根据表 4实验数据经均匀设计软件分析处理后可知 , 回
归方程显著 , 见表 7所示。根据回归方程求出 Y的最优组合
为:X1 =0.50mg/L, X2 =0.10mg/L, 在此组合基础上求得最优解:y=93.6,按公式 Y=y±uα·s计算出优化值区间估计为 Y=
93.6%±5.41%, 即 88.19% ~ 99.01%。 以最优组合做验证
试验 ,待嫩芽基部再生的芽苗长至 2.0cm以上时 , 将生长健
壮的苗切下 , 然后将其移入附加 IAA0.50 mg· L-1 +IBA0.10
mg·L-1 +Kt0.10mg·L-1的改良 MS培养基中, 培养 30d开始
生根 , 37d后幼苗基部或茎部直接发出 3 ~ 5条不定根(图版 b),
45d后苗高可达 4.0cm以上,有的产生了侧根 ,根和苗的形态、发
育均正常,生根率达 98.5%以上。在估计区间范围内, 且比所有
实验Y值都大。可见,小叶杜鹃最佳生根培养基为:MS(改良)+
IAA0.50mg·L-1 +IBA0.10mg· L-1 +Kt0.10mg·L-1。
表 4 U
10
(103)均匀设计实验安排及结果
处理
号
因素 /mg· L-1
X1 X2 X3
Y/
%
处理
号
因素 /mg· L-1
X1 X2 X3
Y/
%
1 0.10 0.20 0.14 78.0 6 0.10 0.20 0.14 78.0
2 0.20 0.10 0.10 84.5 7 0.20 0.20 0.12 80.5
3 0.30 0.10 0.15 85.0 8 0.30 0.10 0.08 89.0
4 0.40 0.30 0.13 80.5 9 0.40 0.10 0.15 93.0
5 0.50 0.30 0.09 84.0 10 0.50 0.30 0.11 83.0
注:X
1
为 IAA质量浓度 , X
2
为IBA质量浓度 , X
3
为NAA质量浓度 , Y为生
根率。
表 5 U12(122)因素及水平设计 mg· L-1
水平 因 素X1 X2 水平
因 素
X1 X2
1 1.20 0.50 7 1.80 1.10
2 1.30 0.60 8 1.90 1.20
3 1.40 0.70 9 2.00 1.30
4 1.50 0.80 10 2.10 1.40
5 1.60 0.90 11 2.20 1.50
6 1.70 1.00 12 2.30 0.50
注:X1为 B9 质量浓度 , X2为根皮苷质量浓度。
表 6 U12(122)均匀设计实验安排及结果
处理
号
因素 /mg·L-1
X1 X2 Y/%
处理
号
因素 /mg· L-1
X1 X2 Y/%
1 1.20 0.90 2.76 7 1.80 1.30 2.62
2 1.30 1.40 2.66 8 1.90 0.50 2.72
3 1.40 0.60 2.78 9 2.00 1.00 2.64
4 1.50 1.10 2.68 10 2.10 1.50 2.55
5 1.60 0.50 2.76 11 2.20 0.70 2.65
6 1.70 0.80 2.70 12 2.30 1.20 2.57
注:X1为 B9 质量浓度 , X2为根皮苷质量浓度 , Y为生长率。
2.3 再生植株快繁体系的建立
因考虑到嫩茎基部直接分化的芽苗较细弱剪取生根时可
操作性较难和遗传稳定性等因素 , 采取节培法进行继代快
繁 [ 9-10] , 待生根的苗伸长至 4.0cm以上时 , 在超净工作台上
打开培养瓶留一叶剪下苗干 , 将其切割成一叶一段转接到附
加 0.30mg· L-1 GA3(有利于茎段腋芽的迅速萌发和伸长)
的生根培养基中 ,同时进行节伸长及生根培养(附图 c)。 40d为
1个增殖周期 ,每瓶增殖倍数平均达 70以上。随着增殖次数的
增加可适当降低生长素质量浓度(以免激素积累)。因此 ,小叶
杜鹃再生植株增殖培养基为 MS(改良)+IAA0.50mg· L-1 +
IBA0.10mg· L-1 +Kt0.10mg· L-1 +GA30.30mg· L-1。
2.4 炼苗和移栽
待苗根长至 2.0cm时 , 从培养瓶中取出试管苗 ,在含有 3
mg· L-1杀毒矾溶液中洗去苗上残留的琼脂 , 然后植入经 20
倍杀毒矾消毒过的腐烂松针 、泥炭土和细河砂(2∶1∶1)混合
的基质中 ,用透光好的塑料薄膜覆盖以保湿保温 ,湿度保持在
75%,温度控制在(18±2)℃, 每天自然光照 8h, 每天中午通
风换气 10min, 10d后揭去薄膜 , 每天早晚喷洒清水各 1次。
成活率达 95%以上(附图 d)。
27第 10期 顾地周等:小叶杜鹃的离体快繁体系建立及种质试管的保存
2.5 N-68培养基中 B9和根皮苷浓度的交叉配比对小叶杜鹃种质试管保存的影响
以 N-68为基本培养基 ,并附加不同浓度的矮壮素 B9和生长延缓剂根皮苷对基部含有少量芽锥的丛生芽团或茎段(一叶
一段)进行试管保存。由预实验可知, B9质量浓度控制在 1.20 ~
2.30mg·L-1之间 ,超过 2.30mg·L-1时苗叶出现卷曲和茎段缩
节幅度极大 ,低于 1.20mg·L-1时苗趋于明显生长趋势。根皮苷
质量浓度控制在 0.50 ~ 1.50mg·L-1之间,超过 1.50mg· L-1时
芽苗很快变黄最终死亡,低于 0.50mg· L-1保存 6个月以后恢复
生长。为了摸索小叶杜鹃试管保存时矮壮素B9及根皮苷浓度的最佳配比和降低生长率 ,采用均匀设计法 ,每个处理数为 30,选
用 U12(122)均匀 ,见表 5所示,同时考察了矮壮素 B9及根皮苷质量浓度交叉配比对生长率的影响(Y为生长率 ,即生长长度与生
长后总长度的比值),结果见表 6。
表 7 小叶杜鹃组培及试管苗保存各阶段的回归分析结果
培养阶段 回归方程 样本容量(N) 复相关系数(R) 检验值(Ft) 临界值
芽苗的再生 Y=-8.2+34X1 10 0.991 8 484.80 F(0.01, 1, 8)=11.260组培苗的生根 Y=84.7+27.7X1 -49.7X2 10 0.957 9 38.97 F(0.01, 2, 7)=9.547试管苗的保存 Y=3.04-0.129X1 -0.149X2 12 0.997 9 1 067.00 F(0.01, 2, 9)=8.022
注:显著性水平 α=0.01。
根据表 6实验数据经均匀设计软件分析处理后可知 , 回
归方程显著 , 见表 7所示。根据研究目的(反向优化)和回归
方程求出 Y的最优组合为:X1 =2.30mg/L, X2 =1.50 mg/L,将其代入方程 , 求得 y=2.52, 按公式 Y=y±uα· s计算出优化值区间估计为 Y=2.52(±0.017 2), 即 2.502 8 ~ 2.537 2。
以需要对优化组合 B9 2.30 mg· L-1 +根皮苷 1.50 mg· L-1进行验证试验 , 结果表明:将含有丛生芽团或茎段接种到附加
B
9
2.30mg· L-1和根皮苷 1.50mg· L-1的 N-68的培养基
上进行保存 , 保存 12个月丛生芽团上的苗平均生长率仅为
2.518%, 继续保存至 32个月后 , 测其平均生长率为 2.526%
以下 , 在估计区间范围内 , 且比所有实验 Y值都小。因此 , 小
叶杜鹃丛生芽团或茎段的最佳试管保存培养基为:N-68+
B9 2.30mg· L-1 +根皮苷 1.50mg· L-1。采用 “矮化延缓生长”的方法 , 在常温条件下 , 保存时间长达 32个月以上 , 芽苗
的形态 、质量等均无明显变化(附图 e)。
经 32个月的保存后 , 将丛生芽团或茎段转接到嫩芽基部
直接再生芽苗培养基 DR+反式 ZT3.0mg· L-1上进行解除
保存培养 , 培养 45d后 ,芽苗叶片由浅绿逐渐转为翠绿色 , 继
续培养至 55d,回复迅速生长状态 , 丛生芽团或茎段基部再次
分化出大量芽苗 , 并伴有气生根发生 , 分化率达 100%, 且苗
粗壮 、生长旺盛 ,形态和发育均未出现异常(附图 f)。对保存
后基部再生的芽苗进行生根实验发现 , 培养 3周在苗基部和
茎部产生根锥 , 6周后根长可达 1.5 cm以上 , 且生根率达
100%。
附图:a.芽苗直接再生;b.生根培养;c.节增殖培养;d.移栽;e.种质试管保存;f.解除保存后生长情况。
3 结论与讨论
实验证明 , 培养基 DR+反式 ZT3.0mg· L-1对小叶杜鹃
嫩芽基部直接再生芽苗的诱导效果最好 ,小叶杜鹃离体培养
采取新生嫩芽基部直接再生方式 ,速度快、分化率高。培养基 MS
(改良)+IAA0.50mg· L-1 +IBA0.10mg· L-1 +Kt0.10mg·
L-1较适合于小叶杜鹃的生根 , 在培养基中附加 0.10 mg·
L-1的 Kt,再生植株较未附加的粗壮且长势好。再生植株快繁
采取节培法 , 在生根培养基的基础上进行优化, 附加 0.3mg·
L-1的 GA3有利于茎段腋芽的迅速萌发和伸长 , 从而缩短了增殖周期 , 提高了增殖倍数。该方法简捷 , 经济实用 , 可操作
性强 , 达到了再生植株快繁的目标。目前 , 国内外已有很多关
于植物种质保存方面的报道 ,大多采取低温处理 、玻璃化 、包
埋 、低温结合弱光照等方法 [ 11-13] 。本研究对小叶杜鹃的种质
保存采取 “矮化延缓生长”的方法 , 需特殊改良的 MS培养基
且不需加生长素和细胞分裂素, 只需加入矮壮素 B9 2.30mg·L-1和根皮苷 1.50 mg· L-1对丛生芽团或茎段进行试管保
存 , 这种方法可在常温下保存小叶杜鹃种质达 32个月以上。
通过对解除保存的丛生芽团或茎段进行分化和生根试验证
明:解除保存后丛生芽团或茎段可很快回复生长 , 并能很快于
基部再生出芽苗且生长旺盛 ,形态和发育均未出现异常。实
验中应用均匀设计法处理和分析数据大大缩短了培养基配方
的摸索周期。本研究结果证明:已成功建立了小叶杜鹃高效
离体快繁和种质试管保存体系 ,达到了预期目的。
近些年以来 , 德国 、意大利 、比利时等国家的高山杜鹃已
驯化为园艺栽培种进入中国市场。我们国家仅甘肃 , 云南等
少许高山品种得到半引种。小叶杜鹃系长白山高山杜鹃 , 是
我国珍稀植物资源 , 至今未推广利用。本文结果可对长白山
高山杜鹃的开发利用 、工厂化育苗和种质试管保存奠定基础。
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