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胆木组织培养与快速繁殖技术研究



全 文 :胆木(Nauclea officinalis), 别名乌檀、 黄杨木
等, 属茜草科(Rubiaceae)乌檀属植物, 是国家林
业部门确认的重点保护珍稀野生植物树种之一 [1-3]。
在中国的野生资源仅集中于海南、 广东、 广西一带
的深山中, 海南岛主要分布于保亭、 琼中等市县的
山区。 该树种适生于海拔 300 m以下的热带半落叶
季雨林中, 分布狭窄、 种群数量少, 呈零星状, 为
中海拔森林中少见的乔木树种。 胆木原为民间药,
始载于《常用中草药手册》和《全国中草药汇编》 等
书籍, 后《中国药典》也收载。 胆木性味苦、 寒, 其
整树中都含有黄酮苷、 酚类等化学物质, 具有清热
泻火之功效, 可用于治疗外感发热、 急性扁桃体
炎、 咽喉炎、 支气管炎、 肺炎、 肠炎、 胃痛等 ,
具有非常广泛的药用价值。 以胆木作为原料, 应
用于临床比较广泛的有胆木针、 胆木浸膏片等中
成药[4-8]。
胆木种苗繁殖主要通过种子发芽和扦插的方
式。 扦插苗受到环境、 气候的影响, 成活率往往小
于 45%, 有时甚至出现成批枯萎现象; 种子育苗
是较为传统的途径, 但胆木植物种子产量低、 小、
不利采集, 加上种子不耐贮藏, 在自然状态下种子
的结实率和萌发率极低, 不足 2%, 加之发芽时间
不集中, 难于得到大量规格一致的种子苗 [9-10]。 因
种苗增殖率低、 繁殖速度慢, 容易受环境变化的影
响, 大大限制了胆木大规模的推广种植。
面对企业对药材原料需求量的增大, 野生的胆
木木材必然受到严重的破坏, 原本有限的胆木资源
将急剧减少, 而组培快繁技术可有效地保护和利用
热带作物学报 2011, 32(10): 1878-1882
Chinese Journal of Tropical Crops
收稿日期: 2011-04-25 修回日期: 2011-09-18
基金项目: 海南省教育厅高校科研项目 “胆木微繁体系建立的研究”(No. Hjkj2010-44)。
作者简介: 王和飞(1977 年—), 男, 讲师。 研究方向: 主要从事作物遗传育种研究。 * 通讯作者: 刘进平, E-mail: liu3305602@163.com。
胆木组织培养与快速繁殖技术研究
王和飞 1, 张 燕 1, 林应邀 1, 陈川平 1, 刘进平 2 *
1 琼州学院生物科学与技术学院, 海南五指山 572200
2 海南大学农学院, 海南儋州 571737
摘 要 以胆木(Nauclea officinalis)无菌实生苗的茎段、 叶片、 叶柄作为外植体, 对其进行组织培养和快速繁殖
研究。 结果表明: 种子消毒采用 70%的酒精浸泡 10 s, 再用 2%的次氯酸钙消毒 8~10 min, 效果较理想; 以带
芽茎段为外植体可实现丛生芽增殖; 最佳丛生芽苗的诱导和增殖培养基为 1/2 WPM 附加 0.5 mg/L 2, 4-D, 其次
为 1/2 WPM 附加 0.5 mg/L IBA 和 1/2 WPM 附加 1.0 mg/L IBA + 0.5 mg/L 6-BA; 芽苗增值系数达 4.8, 芽苗诱导率
达 94%; 芽苗生根壮苗培养中效果较好的培养基为(1/2~1/4)WPM+0.5 mg/L 2, 4-D 和 (1/2~1/4)WPM+0.5 mg/L
IBA。 胆木试管苗移栽成活率达到 80%。
关键词 胆木; 种子萌发; 组织培养; 快速繁殖
中图分类号 Q949.331 文献标识码 A
Tissue Culture and Rapid Propagation of Nauclea officinalis
WANG Hefei1, ZHANG Yan1, LIN Yingyao1, CHEN Chuanping1, LIU Jinping2
1 College of Biological Science and Technology, Qiongzhou University, Wuzhishan, Hainan 572200, China
2 College of Agriculture, Hainan University, Danzhou, Hainan 571737, China
Abstract Tissue culture and rapid propagation of Nauclea officinalis were conducted with stem segments, leaves,
and petioles of in vitro seedlings. Results demonstrated that the best treatment of seed surface sterilization was
dipping in 70% alchol solution for 10 s, followed by dipping in 2% solution of the hypochlorite for 8~10 mim.
The optimal media for multiple shoots induction and multiplication were 1/2 WPM + 0.5mg/L 2, 4-D, followed by
1/2 WPM +0.5 mg/L IBA and 1/2WPM +1.0 mg/L IBA +0.5 mg/L 6 -BA. The multiplication coefficient and the
germination rate of shoots was up to 4.8 and 94% respectively. The suitable media for shoot elongation and
rooting were(1/2~1/4)WPM +0.5 mg /L 2, 4-D and(1/2~1/4)WPM+0.5 mg/L IBA. The survival rate of plantlets after
acclimatization and transfer to glasshouse was approximately 80%.
Key word Nauclea officinalis; Seed germination; Tissue culture; Rapid propagation
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2011.10.018
第 10期 王和飞等: 胆木组织培养与快速繁殖技术研究
图 1 种子消毒效应
说明: 发芽率/%=发芽瓶数/无污染瓶数; 污染率/%=污
染瓶数/接种瓶数。
发芽率/% 污染率/%
100.0
90.0
80.0
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0 4 6 8 10 12 14
消毒时间/min
这种珍贵的生物资源, 这对于胆木资源开发和产业
发展具有重要意义。 关于胆木组织培养和快速繁殖
国外尚未见报道, 国内黄碧兰等[11]报道利用乌檀种
子无菌萌发产生的带芽茎段为外植体, 通过微型扦
插法进行快速繁殖。 本研究采用无菌实生苗的带芽
茎段作为外植体, 可实现丛生芽增殖, 并能用于对
胆木的离体快速繁殖。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 种子材料 种子取自琼中山区野生胆木老
树, 以种子无菌实生苗为外植体来源进行组培实
验。
1.1.2 培养基 种子无菌萌发培养基: ①WPM+
蔗糖 30 g/L+琼脂 6 g/L+3 g/LAC(以下所有培养基均
添加蔗糖 30 g/L+琼脂 6 g/L, pH 5.8~6.0); 丛生芽
诱导培养基: ①(1/4~1)WPM+0.5 mg/L 2.4-D, ②
(1/4~1)WPM+0.5 mg/L IBA,③WPM+1.0 mg/L IBA+
(0.0、 0.5 mg/L)6-BA, ④WPM+1.5 mg/L IBA; 生
根壮苗培养基: ①(1/4~1)WPM+(0.5、 1.0 mg/L)
2.4-D+(0.0、0.5 mg/L) 6-BA+3 g/L AC, ②(1/4~1)
WPM+(0.5、 1.0、 1.5 mg/L)IBA+(0.0、 0.5 mg/L)6-
BA+3 g/L AC。
1.2 方法
1.2.1 种子预处理和消毒方法 种子预处理参考
林书进等[10]的方法, 野外采收未熟透的果实, 阴凉
处使其自然后熟、 果肉充分软化后在有水的盆中捣
烂, 反复搓洗, 使细小的种子掉入水中, 然后用分
样筛小心除去杂质, 最后用细眼筛将水滤掉, 收集
种子, 阴干, 低温贮藏备用。 在超净工作台上将种
子用无菌水浸泡 10 min, 去除相关杂质后 , 用
70%的酒精消毒 10 s, 无菌水冲洗 2~3 次, 再用加
有吐温的 2%次氯酸钙消毒(消毒时间设置为 4、 6、
8、 10、 12、 14 min等 6个时间系列), 无菌水冲洗
4~5 次。 种子取样和接种过程均用消毒的钥匙进行
操作, 每次每瓶接种量不少于 50 粒。 各处理每次
接种 30 瓶, 重复 3 次。 从接种的第 2 天开始连续
观察消毒效果, 5 周后对污染率、 萌芽率进行统计
观察分析。
1.2.2 组织培养 消毒种子先萌发成无菌实生苗
后, 以无菌实生苗各部分为外植体进行接种培养。
在超净工作台上将无菌苗茎段、 主根系切成 1.5 cm
左右小段, 叶片则切成 1.5 cm×1.0 cm 的小块接种
到丛生芽诱导培养基上; 于(25±2)℃温度下进行
0~10 d不等的暗培养后, 再于温度(25±2)℃、 光照
强度为 2 000~3 000 lx 光照 12 h/d 的条件下培养。
接种 5 d 后开始观察芽苗的萌发情况, 2 个月后对
丛生芽诱导率、 增殖率等指标进行观察统计。 各处
理每次接种 40 瓶, 每瓶接种 1~2 个外植体, 重复
3次, 取平均值。
丛生芽继代增殖培养 1~3 代后, 将芽丛上苗
高 2~2.5 cm 的单苗切下, 接种于生根壮苗培养基
上培养。 以第 7天开始观察芽苗长根情况, 以芽基
部有白色根状凸起作为根系出现的时间, 6周后测
量生根率、 根数等指标情况。 各处理每次接种 40瓶,
每瓶接种 1~2个外植体, 重复 3次, 取平均值。
诱导出根系的植株继续在培养基上培养, 10~
12 周后将生根良好, 主根根数多于 8 条, 苗高约
6 cm 的苗瓶打开。 室内炼苗 2~3 d 后, 取出小苗,
洗去残留在根系上的培养基, 剪去基部一些多余的
叶子, 移栽到混和基质中 (木糠 ∶ 红壤土=2 ∶ 1)。
在大棚里进行适当遮荫栽培管理, 环境湿度保持在
85%~90%。 1个月后统计小苗成活率。
2 结果与分析
2.1 种子的消毒与初代培养
种子消毒效果见图 1, 污染率随消毒时间的延
长而下降, 但种子发芽率则类似于 “S” 形走势。
消毒时间为 12 min时, 种子污染率小于 5%, 但发
芽率出较低, 为 25%~52.6%; 消毒时间为 6 min
时, 污染率高达 90%~100%; 消毒时间为 6~12 min
时, 种子的发芽率均相对较高, 特别是 8~10 min
范围内, 种子的污染率仅为 10%~20%, 而发芽率
可达 83.3%~93.8%。 综合这 2 项指标认为, 2%的
次氯酸钙消毒 8~10 mim 的效果最佳。
2.2 丛生芽诱导培养
接种后最快的外植体, 第 6 天开始观察到节
点处膨大, 有芽苗的出现(图 2A), 2 个月后, 对
丛生芽的诱导率、 增殖率等指标统计结果见表 1。
1879- -
第 32 卷热 带 作 物 学 报
处理号
盐分
倍数
植物激素组合/(mg/L) 诱导
率/%
出现时
间/d
芽苗数
芽苗长势
2, 4-D IBA 6-BA 最多/株 总数/株 增值系数
1 1 0.5 64.2 7 7 98 4.7
苗健硕 , 节长 , 叶片
大、 绿、 展, 茎杆绿
2 1/2 0.5 73.2 6 8 101 4.8
3 1/4 0.5 72.4 8 5 70 3.3
4 1 0.5 89.0 7 5 63 3.0
苗粗大 , 茎杆节长 、
叶片大、 绿、 展
5 1/2 0.5 94.0 7 5 85 4.0
6 1/4 0.5 88.5 7 3 54 2.6
7 1 1.0 0.5 69.0 7 4 58 2.8
苗长势较好, 苗粗大,
节长, 叶片展、 绿
8 1/2 1.0 0.5 65.3 8 5 67 3.2
9 1/4 1.0 0.5 65.0 8 4 41 2.0
表 1 不同植物激素组合对胆木丛生芽诱导和增殖的影响
处理号 接种数
植物激素组合/(mg/L) 盐分
倍数
出现时
间/d
最长
/cm
平均
根数
平均根
长/cm
出根
率/%
根长势
2, 4-D IBA 6-BA
1 30 0.5 1 10 3.2 2.3 1.2 86.7 根壮、 长, 条数较少
2 30 0.5 1/2 10 3.1 7.6 1.6 93.3 根最壮、 长, 条数多
3 30 0.5 1/4 9 2.6 3.1 0.6 80.0 根壮、 长, 条数较少
4 30 1.0 0.5 1 11 2.8 2.1 0.4 76.7 根壮、 长, 条数少
5 30 1.0 0.5 1/2 13 2.3 5.0 0.8 90.0 根壮、 长, 条数多
6 30 1.0 0.5 1/4 12 2.4 3.8 0.6 83.3 根壮、 长, 条数多
7 30 0.5 1 12 2.7 2.4 1.1 70.0 根壮、 长, 条数较少
8 30 0.5 1/2 11 2.6 5.1 0.7 86.7 根壮、 长, 条数多
9 30 0.5 1/4 13 1.9 4.3 0.4 83.3 根壮、 长, 条数较多
10 30 1.0 0.5 1 14 1.5 1.6 0.6 90.0 根壮、 较短、 条数少
11 30 1.0 0.5 1/2 14 2.0 3.4 0.3 86.7 根壮、 较短、 条数多
12 30 1.0 0.5 1/4 13 1.1 1.8 0.6 76.7 根壮、 较短、 条数少
13 30 1.5 0.5 1 17 1.6 1.5 0.5 70.0 根细、 短, 条数少
14 30 1.5 0.5 1/2 19 1.5 3.5 0.5 76.7 根细、 短, 条数多
15 30 1.5 0.5 1/4 20 0.9 1.3 0.6 76.7 根细、 短, 条数最少
表 2 不同植物激素种类与浓度组合对胆木芽苗壮苗生根的影响
在丛芽苗的诱导中, 外植体为带芽茎段时有较
好的诱导率, 其他外植体类型基本没有得到再生苗
芽。 从丛芽诱导率、 单株最多丛生芽、 芽苗增殖系
数等 3 个参数上看(表 1), 在同一植物激素浓度培
养基上, 适当降低培养基中的大量元素可以促进丛
生芽苗的增殖。 从芽苗的增殖系数来看, 培养基大
量元素含量的作用强弱表现依次为 1/2 WPM>1
WPM>1/4 WPM。 在相同大量元素含量的培养基
上, 不同植物激素种类及浓度组合对丛生芽增殖
效果的影响强弱依次为 0.5 mg/L 2, 4-D>0.5 mg/L
IBA>1.0 mg/L IBA+0.5 mg/L 6-BA, 平均总株数分
别达到 101、 85、 67, 增殖系数分别为 4.8、 4.0、
3.2, 且所诱导的丛芽苗长势均很好, 苗粗、 叶大
展、 茎杆绿(图 2B)。
但从整体作用效应来看, 添加了 0.5 mg/L 2, 4-
D 的培养基无论是否有改变大量元素含量, 增殖系
数均比其它系列的高, 最低增殖系数处理 4都可达
到 3.3, 比 1.0 mg/L IBA+0.5 mg/L 6-BA 最大增殖系
数处理 8 的高。
本研究也做了相应的无 AC 培养基试验, 试验
结果表明无论培养基中是否添加有活性炭, 对丛芽
苗增殖的作用都无明显变化。
2.3 生根壮苗培养
不同植物激素种类与浓度组合对胆木芽苗壮苗
生根的影响见表 2, 从植物激素种类来看, 对芽苗
生根壮苗的影响大小顺序依次为 2, 4-D>IBA>
IBA+6-BA; 从浓度作用效应来看 2, 4-D、 IBA 在
较低浓度单独使用对芽苗生根壮苗有较好的效果,
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第 10期 王和飞等: 胆木组织培养与快速繁殖技术研究
图 2 胆木组织培养与快速繁殖
A、 接种 6 d 后的胆木带节茎段; B、 带芽茎段在 0.5 mg/L 2, 4-D 上培养 6 周后诱导产生的胆木丛生芽; C、
在 0.5 mg/L 2, 4-D 上生根壮苗培养 8 周的试管苗; D、 大棚栽种 3 个月的胆木苗。
A B
C D
诱导出的根系比较粗壮、 相对较长, 植株生长很
好, 如处理 1~3、 7~9; 当提高生长素浓度后, 配
以一定浓度的细胞分裂素也较有效, 如处理 4~6、
10~15, 诱导也有较好的效果。
由表 2可知, 在生根率上, 基本培养基大量元
素含量对芽苗生根壮苗的影响有明显的差异。 适当
的降低大量元素含量有利于植株生根, 作用强弱关
系为: 1/2 WPM>1/4 WPM>1 WPM, 如处理 2 可达
93.3%(图 2C)。 对最长根和平均根数影响效应与
对出根率的影响效果一致, 但对根出现时间早晚
上, 生根培养基中的盐分含量作用不明显。
2.4 炼苗与栽培
生根苗经炼苗移栽后, 小苗成活率基本可达到
80%左右。 栽培成活的健壮植株见图 2D。
3 讨论与结论
3.1 外植体的选择与消毒
在预备实验中, 由于含有较多内生菌, 以野生
胆木茎段、 叶片、 叶柄作为外植体, 无法建立无菌
培养。 另外, 胆木本身含有大量酚类、 单宁物质,
经过消毒液作用后特别容易褐化死亡。 因此本实验
采用胆木无菌实生苗作为外植体来源, 不仅具有取
材方便, 操作简单, 还可避免野生胆木外植体的
消毒、 易褐化等困难, 容易建立无菌培养。 黄碧
兰等 [11]报道用 0.1%的 HgCl2 溶液对乌檀种子消毒
8~10 min 可获得无菌培养。 本实验选用较为温和
的消毒剂(2%次氯酸钙)对其进行表面消毒, 可降
低消毒剂对种子生活力的影响, 还可避免操作者接
触剧毒的 HgCl2溶液, 提高了实验的安全性。 实验
表明, 用 70%的酒精消毒 10 s 后, 再用 2%的次
氯酸钙消毒 8~10 mim 的效果较好。 在无法从野生
植株来源的外植体获得无菌培养的情况下, 本研究
利用胆木种子建立无菌培养体系并成功地进行增
殖, 表明以无菌实生苗作为外植体来源是进行组织
培养和快速繁殖的一种有效途径。 但需要指出的
是, 采用无菌实生苗外植体进行组织培养产生的苗
木, 其遗传性与母株可能不一致。
3.2 培养基成分的选择
本试验采用了不同浓度的 (1/4~1)WPM 为基
本培养基, 对胆木进行组织培养, 在增殖和生根
培养方面均取得较好结果。 在 1/2 WPM 分别附加
0.5 mg/L 2, 4-D、 0.5 mg/L IBA 和 1.0 mg/L IBA+
0.5 mg/L 6-BA 上可实现较好的丛芽苗诱导和增殖。
在生根培养中, 无论是芽苗生根数、 根的长度都以
1/2 WPM效果为佳。 与草本植物普遍使用 MS培养
不同, 木本植物组织培养中多使用低盐培养基, 很
可能是低盐的培养基正好有利于过多激素释放, 保
持植株健康生长[13]。 笔者采用低盐的木本植物培养
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第 32 卷热 带 作 物 学 报
基(WPM)取得了较好的结果, 这与其它木本植物
的组织培养报道一致 [14-17]。 黄碧兰等 [11]报道所用基
本培养基为 MS, 经微扦插途径可实现乌檀快速繁
殖, 而本研究的预实验过程中用 MS 培养基未能获
得理想的结果, 种子和外植体在 MS 培养基类型上
比较难或基本没有生长, 而改用 WPM 则很好地解
决了这些问题, 原因很可能是外植体来源的胆木种
系和来源不同, 由于基因型或生理状态差异所致。
在激素使用方面, 一般 2, 4-D 主要用于愈伤组织
的诱导, 对苗芽或根系的出现和增殖会有不良作
用 [13], 但本实验中单独添加一定浓度(0.5 mg/L 左
右)的 2, 4-D未见明显的愈伤组织出现, 且对丛生
芽有较好的诱导和增殖作用, 很可能不同植物对激
素种类和浓度敏感度不同, 反应也不一致。 本试验
中丛生芽苗增殖系数可达 4.8, 且试管苗生根良好,
移栽成活较高, 因此本方法可用于胆木的种苗快繁
和推广种植。
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责任编辑: 黄东杰
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