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野韭菜花器官脱分化影响因子研究



全 文 :野韭菜花器官脱分化影响因子研究
王 茜1,龙骊丰2,韦鹏霄1,岑秀芬1,万正林1,3,龙明华1*
(1.广西大学农学院,广西南宁 530004;2.广西大学行健文理学院理工学部,广西南宁 530005;3.广西现代农业科技示范园,广西南宁 530007)
摘要 [目的]研究影响野韭菜花器官脱分化的诱导因子。[方法]将野韭菜花器官进行离体培养,探讨培养基种类、外源激素种类和浓
度及配比、花器官不同发育时期及不同部位对愈伤组织诱导的影响。[结果]MS基本培养基最适合花蕾愈伤组织的诱导; NAA比其他
生长素更有利于提高花蕾的岀愈率;花苞未开状态的花蕾愈伤组织诱导率最高;愈伤组织发生具有明显的部位效应,最好是花盘,其次
是花蕾,较差是花柄,而花茎无愈伤组织发生。[结论]为建立野韭菜组织培养快繁体系奠定基础。
关键词 野韭菜;愈伤组织诱导;花器官
中图分类号 S633. 3 文献标识码 A 文章编号 0517 -6611( 2014) 31 -10861 -03
Research on Factors of the Dedifferentiation of Floral Organ in Allium hookeri Thwaites
WANG Xi1,LONG Li-feng2,WEI Peng-xiao1,LONG Ming-hua1* et al ( 1. College of Agriculture,Guangxi University,Nanning,Guan-
gxi 530004; 2. College of Science and Technology,Guangxi University Xingjian College of Science and Liberal Arts,Nanning,Guangxi 530005)
Abstract [Objective]The aim was to study factors of the differentiation of floral organ in Allium hookeri Thwaites.[Method]Using flower organ
of Allium hookeri Thwaites as explants,the influence of different factors,including medium variety,the concentration and ingredient of exogenous
hormones and the different growth stages of flower organ were investigated. [Result]The results revealed that MS basic medium was optimum for
callus induction. Among those auxins,NAA was the best to improve the induction rate of flower buds,and the callus induction showed the high-
est rate in the unopened flower buds. The study also demonstrated that the callus induction was obvious distinguishing in different flower posi-
tions. The callus of flower disc was better than bud,while pedicel showed the lower rate in callus induction and the floral axis had no dedifferen-
tiation.[Conclusion]The study laid technology foundation for establishing tissue culture rapid propagation system of Allium hookeri Thwaites.
Key words Allium hookeri Thwaites; Callus induction; Flower organ
基金项目 国家现代农业产业技术体系广西大宗蔬菜创新团队专项资
基项目 ( nycytxgxcxtd-03-10-1 ) ; 广西自然科学基金项目
( 2011GXNSFB018033 ) ; 广 西 科 技 攻 关 项 目 ( 桂 科 攻
0323001-1) ; 广西农业科学院科技发展基金项目( 201001) ;
广西南宁科技局项目( 201102057B) 。
作者简介 王茜( 1987 - ) ,女,河南安阳人,硕士研究生,研究方向: 蔬
菜遗传育种与生物技术、植物组织培养与快速繁殖技术。
* 通讯作者,教授,博士,博士生导师,从事蔬菜栽培育种的
教学与科研工作。
收稿日期 2014-09-24
野韭菜(Allium hookeri Thwaites)为百合科葱属多年生草
本植物,原称为宽叶韭,又称为大叶韭、观音菜、岩葱等,我国
各地均有分布[1]。野韭菜和普通韭菜很相似,多以其嫩叶和
成长叶食用。其叶片较宽,纤维含量稍多,具有葱香味,富含
碳水化合物、维生素 C 及硫、铁、磷等矿物质元素,尤其含丰
富的胡萝卜素和纤维素,还含有辛香的挥发性物质———硫化
丙烯,有增进食欲和杀菌的作用[2]。此外,野韭菜还有温中
行气、散血解毒、健胃整肠等功效[1]。由于野韭菜的保健功
能和人们崇尚回归自然的消费理念,目前市场上对包括野韭
菜在内的野生蔬菜的需求与日俱增,供不应求。但野韭菜只
开花而不能结籽,其繁殖方式以分株繁殖为主,繁殖周期长,
繁殖率低,极大影响了野韭菜的大面积推广种植,因此研究
野韭菜的组培快繁技术显得尤为重要。目前有关野韭菜的
组织培养方面的研究较少,笔者研究了影响野韭菜花器官脱
分化的诱导因子,旨在为建立野韭菜组织培养快繁体系奠定
技术基础,也为野韭菜种质资源的保存和开发利用探索生物
技术上的方法和途径。
1 材料与方法
1. 1 材料 以采自广西金秀县圣堂山上的野韭菜花器官
(花茎、花盘、花柄、花蕾)为试验材料。
1. 2 方法
1. 2. 1 培养基配制。以 MS、Miller、White 培养基为基本培
养基,并添加不同的植物生长调节剂,附加蔗糖 30 g /L、琼脂
6 g /L,pH调至 5. 8。
1. 2. 2 外植体灭菌。于晴天上午采取健壮且无病虫害的花
器官。按照花苞开放状态(未开、半开、全开) ,将花器官材料
分为 3组。分别将 3组材料置于洗洁精溶液中,用软毛刷轻
刷表面尘埃后用清水冲洗 30 min;在超净工作台上将洗净的
材料置于无菌烧杯中,用 75%乙醇精漂洗 30 s;再用 0. 1%升
汞浸泡灭菌 10 min,并不断晃动;灭菌完毕用无菌水清洗 5
次,备用。
1. 2. 3 外植体接种。将灭过菌的花蕾、花柄、花盘、距花盘 5
cm内的花茎等外植体分别接入添加不同激素的诱导培养基
中。每组处理接 30瓶,每瓶接种 3个外植体,设 3次重复。
1. 2. 4 培养条件。将接种好的试验材料置于培养室中培
养,培养温度为(25 ±2)℃,暗培养 15 d后转入光下培养,光
照强度 1 000 ~1 500 lx,光照时间 12 h /d。
1. 3 数据分析 接种后定期观察各种外植体、各试验处理
的愈伤组织发生情况,观察愈伤组织的质量、出愈时间并统
计岀愈率。
出愈率(%)= 出愈外植体数
接种外植体数 -污染外植体数
×100
运用电子表格软件(Excel2003)、方差分析软件
(SPSS18. 0)对数据进行整理及差异显著性分析。
2 结果与分析
2. 1 培养基种类对野韭菜花苞未开花蕾愈伤组织诱导的影
响 由于不同基本培养基所含的矿物质种类和配比差异较大,
因此对野韭菜花苞未开花蕾愈伤组织诱导的效果也存在差异。
安徽农业科学,Journal of Anhui Agri. Sci. 2014,42(31):10861 - 10863 责任编辑 李占东 责任校对 况玲玲
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2014.31.013
从表1可以看出,在MS、Miller、White 3种基本培养基中加入相
同的激素组合,MS培养基对花苞未开花蕾的愈伤组织诱导率
最高,愈伤组织的质量也最好。这可能是由于 MS基本培养基
的矿物质种类及比例较适合野韭菜花蕾愈伤组织的发生。花
蕾的愈伤组织诱导率由高到低的基本培养基顺序为MS >Mill-
er >White。各个处理的差异均达极显著水平。这表明选择合
适的基本培养基可以提高愈伤组织的诱导率,MS基本培养基
最适合野韭菜花苞未开花蕾愈伤组织的诱导。
表 1 培养基种类对野韭菜花苞未开花蕾愈伤组织诱导的影响
培养基种类及
激素组合∥mg /L
愈伤组织
诱导率∥% 愈伤组织质量
MS +6-BA 1. 0 + NAA0. 5 56. 67 aA 愈伤组织呈淡黄色,结构
紧密,体积较大
Miller +6-BA1. 0 + NAA 0. 5 43. 33 bB 愈伤组织呈淡黄色,结构
较为紧密,体积较小
White +6-BA1. 0 + NAA0. 5 30. 00 cC 愈伤组织呈淡黄色,结构
较疏松,体积小
注:同列数据不同大写字母表示处理组之间差异极显著(P <
0. 01) ;不同小写字母表示处理组差异显著(P <0. 05)。
2. 2 不同种类生长素与 6-BA组合对野韭菜花苞未开花蕾
愈伤组织诱导的影响 生长素是植物组织培养中不可缺少
的物质之一,不同生长素对植物愈伤组织的形成影响不同。
从表 2 可以看出,在相同浓度的 NAA、IAA、IBA、2,4-D与同
一浓度的 6-BA组合处理中,以 NAA 与 6-BA 组合的处理对
野韭菜花苞未开花蕾愈伤组织诱导率最高,其次是 2,4-D,再
次是 IBA,最低是 IAA,4种生长素处理之间的差异达极显著
水平。这表明选择合适的生长素可以提高花苞未开花蕾愈
伤组织的诱导率,在 4 种生长素中 NAA 最适合野韭菜花苞
未开花蕾愈组的诱导。
表 2 不同种类生长素与 6-BA组合对野韭菜花苞未开花蕾愈伤组织诱
导的影响
培养基种类及
激素组合∥mg /L
愈伤组织
诱导率∥% 愈伤组织质量
MS +6-BA 1. 0 + NAA 0. 5 56. 67 aA 愈伤组织呈淡黄色,结构
紧密,体积较大
MS +6-BA 1. 0 + IAA 0. 5 23. 33 dD 愈伤组织呈浅绿色,结构
较疏松,体积小。
MS +6-BA 1. 0 + IBA 0. 5 30. 00 cC 愈伤组织呈浅绿色,结构
疏松,体积小。
MS +6-BA 1. 0 +2,4-D 0. 5 43. 33 bB 愈伤组织呈淡黄色,结构
较为紧密,体积较大。
注:同列数据不同大写字母表示处理组之间差异极显著(P
<0. 01) ;不同小写字母表示处理组差异显著(P <0. 05)。
2. 3 不同浓度 NAA与 6-BA组合对野韭菜不同发育时期花
蕾愈伤组织诱导的影响 不同浓度的 NAA 与 6-BA 组合对
野韭菜不同发育时期花蕾愈伤组织的诱导影响不同。从表 3
可以看出,在相同的花苞开放状态下,当 NAA的浓度在 0 ~
1. 5 mg /L时,对野韭菜花蕾的愈伤组织诱导率呈低高低的趋
势。其中浓度在 1. 0 mg /L时最高。各处理之间差异达极显
著水平。在相同的培养基及激素处理中,花苞不同开放状态
下的花蕾岀愈率由高到低为未开状态 >半开状态 >全开状
态。这表明 1. 0 mg /L 6-BA与 1. 0 mg /L NAA组合较适合野
韭菜花蕾愈伤组织的诱导,而选择花苞未开的花蕾作为外植
体可以提高愈伤组织的诱导率。
表 3 不同浓度 NAA与 6-BA组合对野韭菜不同发育时期花蕾愈伤组织诱导的影响
激素组合
mg /L
愈伤组织诱导率∥%
花苞未开 花苞半开 花苞全开
愈伤组织质量
MS +6-BA1. 0 + NAA0. 0 26. 67 dD 20. 00 dD 13. 33 dD 愈伤组织呈淡白色,结构疏松,体积小
MS +6-BA1. 0 + NAA0. 5 56. 67 bB 43. 33 bB 30. 00 bB 愈伤组织呈淡黄色,结构紧密,体积较大
MS +6-BA1. 0 + NAA1. 0 70. 00 aA 60. 00 aA 43. 33 aA 愈伤组织呈淡黄色,结构较紧密,团状,体积大
MS +6-BA1. 0 + NAA1. 5 53. 33 cC 36. 67 cC 20. 00 cC 愈伤组织呈浅绿色,结构较紧密,体积小
注:同列数据不同大写字母表示处理之间差异极显著(P <0. 01) ,不同小写字母表示处理组差异显著(P <0. 05)。
2. 4 不同激素组合对野韭菜花苞未开花器官不同部位愈伤
组织诱导的影响 以MS +6-BA1. 0 mg /L + NAA1. 0 mg /L培
养基为对照并分别添加 0. 5 mg /L 2,4-D、KT和 CPPU对花苞
未开放状态下的花器官不同部位的愈伤组织诱导进行对比。
结果表明,同一激素组合对花蕾、花柄、花盘和花茎的愈伤组
织诱导效果不同。按愈伤组织诱导率高低排序为花盘 >花
蕾 >花柄 >花茎;按激素诱导愈伤组织的生理功效排序为 2,
4-D > CPPU > KT。3 种激素处理愈伤组织诱导率的差异均
达到极显著水平。这表明花器官不同部位的愈伤组织诱导
效果存在明显的部位效应,花盘的愈伤组织诱导率达 100%,
其次是花蕾,最差的是花柄,而花茎无愈伤组织发生。
表 4 不同激素组合对野韭菜花苞未开花器官不同部位愈伤组织诱导的影响
激素组合
mg /L
愈伤组织诱导率∥%
花蕾 花柄 花盘 花茎
MS +6-BA1. 0 + NAA1. 0 70. 00 cC 36. 67 cC 100. 00 aA 0. 00 aA
MS +6-BA1. 0 + NAA1. 0 +2,4-D0. 5 80. 00 aA 53. 33 aA 100. 00 aA 0. 00 aA
MS +6-BA1. 0 + NAA1. 0 + KT0. 5 56. 67 dD 30. 00 dD 100. 00 aA 0. 00 aA
MS +6-BA1. 0 + NAA1. 0 + CPPU0. 5 73. 33 bB 46. 67 bB 100. 00 aA 0. 00 aA
注:CPPU是细胞分裂素类的一种植物生长调节剂。其生理活性高于一般嘌呤型细胞分裂素,且合成简便,成本低廉,被认为是玉米素的廉价替代
品[3]。同列数据不同大写字母表示处理组之间差异极显著(P <0. 01) ;不同小写字母表示处理组差异显著(P <0. 05)。
26801 安徽农业科学 2014 年
3 讨论
3. 1 基本培养基的影响 器官发生是生物学中的基本问题
之一,受到各种内外因子的影响及调控。培养基能为植物的
生长提供营养,是组织培养过程中必不可少的物质基础。不
同植物的遗传特性、生物学特性、生态学特性不同,这使得植
物对各种营养元素的吸收量不同,最适培养基的成分也存在
差异。饶月辉等[4]通过试验比较了 MS、WH、LS、N6 和 SH 5
种培养基对韭菜栽培品种茎尖培养的影响,结果表明,MS是
韭菜栽培品种茎尖组织培养最适基本培养基。李勇等[5]、王
明耀等[6]、王桂英[7]分别通过花托、花器官、根尖在 MS培养
基上添加不同的激素成功地诱导出韭菜栽培品种的愈伤组
织,只是未做不同培养基的对比试验。结果表明,在 MS、
Miller、White 3种培养基中,MS培养基对野韭菜花蕾愈伤组
织诱导的效果最好。原因可能是MS培养基属于富集元素平
衡培养基,大量元素和微量元素的含量齐全且丰富,具有较
好的诱导性能;而 Miller和 White分别是中等无机盐培养基
和低无机盐培养基[8 -9],它们的组成或含量并未达到诱导野
韭菜花蕾出愈的最佳要求。
3. 2 植物生长调节剂的影响 在组织培养过程中添加一定
种类和浓度的生长调节剂是植物脱分化和再分化的重要手
段[10]。植物生长内源调节物质对植物组织和细胞的增殖、
分化起着关键作用;培养基中的外源植物调节剂主要是通
过对细胞的基因表达与活性调控影响细胞的脱分化,其适
宜的种类和配比水平,反映了植物组织和器官的内源激素
水平的差异与其在脱分化过程中对这些物质的要求[11 - 12]。
植物生长调节剂在一定的范围内能促进生长,但过高或过
低都会影响其生长[13]。该试验结果表明,在 NAA 0 ~ 1. 5
mg /L时,当浓度为 1. 0 mg /L 时愈组诱导率最高,为 NAA
的最佳浓度。王明耀等[6]通过试验证明花器官的岀愈率主
要与生长素和细胞分裂素的种类和配比有关,在其处理中
添加 6-BA 1. 0 mg /L + NAA 0. 5 mg /L,6-BA 1. 0 mg /L +
NAA 1. 0 mg /L + KT 1. 0 mg /L 2 组激素组合的 MS 培养基
对韭菜栽培品种花蕾愈伤组织诱导效果明显,与该研究较
一致。该研究进一步进行了生长素种类及浓度的筛选试
验,使试验进一步细化,发现在愈伤组织诱导阶段,2,4-D的
效果优于 CPPU,更优于 KT。
3. 3 植物生理状态的影响 已分化的植物细胞具有全能
性。一般而言,细胞全能性的高低与细胞的分化程度有关,
分化程度越高,细胞全能性越低,全能性的表达就越困难。
对于野韭菜而言,花器官是其生长发育最旺盛的部位之一。
在形态发生的研究中,将外源激素与物种的遗传性及器官和
组织的生理状态联系起来的工作很有限,且外源激素对器官
发生的作用机理也不十分清楚[14]。因此建立一个较好的试
验材料体系是必须且重要的。
该研究证明野韭菜花苞开放状态是影响花器官岀愈率
的主要影响因子。花苞未开花器官是培养野韭菜植株再生
的优良外植体,其中花盘岀愈率最高,为 100%。花茎在所研
究的花苞各种开放状态下及各种激素组合下无分化能力,不
推荐其作为野韭菜快繁的外植体材料。说明植物的遗传性
及生理状态在形态发生过程中所起的作用可能比激素本身
更加关键。此结论与王明耀[6]、郝建平等[15]的试验结果一
致。因此,通过脱分化途径来进行野韭菜组培快繁时,应注
意在外植体材料本身的遗传性及生理状态方面进行筛选。
4 结论
综上所述,MS培养基最适合野韭菜花蕾愈伤组织诱导;
2 种激素组合中以6-BA 1. 0 mg /L + NAA 1. 0 mg /L对花苞未
开花蕾愈组诱导效果最好;3种激素组合中以 2,4-D、6-BA与
NAA的组合对野韭菜花器官愈伤组织诱导效果最好;岀愈率
高低按照花器官部位排序为花盘 >花蕾 >花柄 >花茎;岀愈
率高低按照花器官发育时期即花苞开放状态排序为未开状
态 >半开状态 >全开状态。
对野韭菜花器官脱分化得到的愈伤组织进行继代增殖,
再分化获取完整植株等后续试验研究正在进行之中。
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