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野生通江百合高频率再生植株的研究



全 文 :2013年1月 四川大学学报(自然科学版) Jan.2013
第50卷 第1期 Journal of Sichuan University(Natural Science Edition) Vol.50 No.1
收稿日期:2012-02-14
基金项目:国家自然科学基金(31270241,31100161,31070166);教育部博士点基金(20090181110064);科技部基础性研究专项重点项
目(2009FY110100)
作者简介:易欣(1987-),女,江苏南京人;硕士研究生,主要从事植物系统学研究.E-mail:249141340@qq.com
通讯作者:何兴金.E-mail:xjhe@scu.edu.cn
doi:103969/j.issn.0490-6756.2013.01.036
野生通江百合高频率再生植株的研究
易 欣,周颂东,何兴金
(四川大学生命科学学院生物资源与生态环境教育部重点实验室,成都610065)
摘 要:本文报道了用野生通江百合的种子萌发的无菌苗,切取叶片、叶柄、茎段基部小鳞茎
为外植体进行组织培养研究.结果表明:种子在预处理去翅后,经75%(v/v)酒精浸泡杀菌
30s,0.1%(v/v)氯化汞消毒5min,灭菌效果最好;愈伤组织诱导的最适培养基为 MS+6-BA
1.0mg/L+NAA 1.0mg/L+蔗糖30g/L;培养基 MS+6-BA2.5mg/L+NAA 0.1mg/L
+蔗糖30g/L诱导不定芽及增殖效果最好,平均繁殖倍数9.38,增殖率100.0%;培养基 MS
+IBA1.00mg/L+蔗糖30g/L最适合用于诱导通江百合不定芽生根,生根率可达93.3%;
炼苗后移栽成活率95%以上.
关键词:通江百合;种子;组织培养
中图分类号:Q945.5,S682.2   文献标识码:A   文章编号:0490-6756(2013)01-0193-06
High efficiency of plant regeneration from wild lily
(Lilium sargentiae Wilson)
YI Xin,ZHOU Song-Dong,HE Xing-Jin
(Key Laboratory of Bio-Resources and Eco-Environment of Ministry of Education,
Colege of Life Sciences,Sichuan University,Chengdu 610065,China)
Abstract:The leaves,petiole and bulbs of wild lily(Lilium sargentiae Wilson)seedling were used as
explants in tissue culture.The results showed that the treatment of 0.1% HgCl2corrosive sublimate for
5min in after removing the seed wings and soaking in 75%alcohol for 30shad the best sterilization
effect.MS+6-BA 1.0mg/L+NAA 1.0mg/L+sucrose 30g/L was the best medium to induce calus.
The optimal medium for inducing shoots and proliferation was MS+6-BA 2.5mg/L+NAA 0.1mg/L+
sucrose 30g/L.Its Ave.multiples of propagation was 9.38while proliferation rate reached 100%.MS
+IBA1.00mg/L+sucrose 30g/L was suitable for the shoots rooting.93.3%plantlets with roots were
obtained and the survival rate of transplanting reached 95%.
Key words:Lilium sargentiae Wilson,seed,tissue culture
1 引 言
通江百合(Lilium sargentiae Wilson)又名泸
定百合,百合科百合属多年生草本植物,原产于四
川,生山坡草丛中,灌木林旁,海拔500~2000
米[1].鳞茎富含淀粉和多种生物碱,可入药[2].野
生植株高大,花大而香,有很高的观赏价值,且适应
性强,耐热、耐贫瘠,是重要的鲜切花和抗性育种材
  四川大学学报(自然科学版)   第50卷
料[3].但近几年,由于人为破坏和采集,野生通江百
合居群的类型和数量已出现濒危的迹象[4].另一
方面,野生通江百合居群数量的衰退与其繁殖方式
也有关系[5],它在自然条件下主要依靠珠芽无性繁
殖,且繁殖效率低,而种子萌发的实生苗则需要两
至三年时间才能长成成年植株,绝大多数种子萌发
率低,即使萌发实生苗存活率也很低.
组织培养是保存通江百合种质资源的重要方
式之一,前人的研究中一般选取的材料是种球或珠
芽,存在的缺点是消毒困难污染率高[5].本文首次
选取了野生通江百合的种子作为组织培养的材料,
因为通江百合结实率高,一个朔果内有70~280粒
种子[6],材料充足易获得且易消毒,虽然自然条件
下种子的萌发率低,但通过人为控制条件,可以解
决这一问题.本试验对野生通江百合种子进行组织
培养,并对分化、增殖、炼苗、移栽系列过程进行了
针对性研究,降低了污染率、提高了繁殖效率,对野
生通江百合种质资源的研究、可持续利用和保护,
具有十分重要的意义.
2 材料与方法
2.1 材 料
通江百合种子采集于四川省阿坝藏族羌族自
治州汶川县境内,采集地海拔1520m,年均温
14.1℃,年降雨量1330mm.所采种子室温袋装保
存于四川大学植物系统与分子进化实验室.选取颗
粒饱满、种皮完好、胚清晰、成熟的种子用于试验.
2.2 方 法
2.2.1 组织培养条件 以 MS培养基为基本培养
基,蔗糖浓度为30g/L,琼脂9.0g/L,pH=5.8,
温度 (25±2℃),光照强度1200lx,光照时间14
h/d.
2.2.2 无菌苗的获得 取成熟种子,进行预处理:
去掉种翅,加入1∶250稀释的洗涤剂浸泡15
min,流水冲洗30min之后,在超净工作台上,用
75%(v/v)酒精浸泡杀菌30s,无菌蒸馏水冲洗3
次.然后加入0.1%(v/v)氯化汞消毒5、10、15、20
min,用无菌蒸馏水冲洗5遍,依次记为处理组1~
4.另设处理组5(对照组),不经预处理,其他条件
与前四组一致,第5组的0.1%(v/v)氯化汞消毒
时间为10min.将处理好的种子播种于 MS培养
基,放入组培室培养.每个处理播种30粒,重复3
次.50d后可获得无菌苗.
2.2.3 愈伤组织的诱导 将生长健壮的无菌苗横
切成0.5~1.0cm长的片段,分为叶片、叶柄、茎段
基部小鳞茎部分,接种于各种愈伤组织诱导培养基
上,每种培养基上接种15个外植体,重复3次,
30d后统计诱导情况.愈伤组织诱导培养基以 MS
培养基为基本培养基,附加不同浓度组合的 NAA
与6-BA,从中筛选出最佳愈伤组织诱导培养基.
2.2.4 不定芽的诱导及增殖 选取长势良好,疏
松黄绿色的愈伤组织,切成0.5cm3的小块,接种
于各不定芽诱导增殖培养基上,每种培养基上接种
15个外植体,重复3次,30d后统计增殖分化情
况.不定芽诱导增殖培养基以 MS培养基为基本培
养基,附加不同浓度组合的NAA与6-BA,从中筛
选出最佳不定芽诱导增殖培养基.外植体接种后放
于组培室培养.
2.2.5 试管苗生根培养 将丛生芽切成单株,除
掉周围愈伤组织,接种到以 MS为基本培养基,附
加不同浓度的IBA、NAA的外源激素配比的生根
培养基中,每种培养基上接种15个外植体,重复3
次,30d后统计生根情况.从中筛选出最佳生根培
养基.
2.2.6 炼苗移栽 试管苗的根长到1~2cm时,
开瓶炼苗48h.取出用温水洗净培养基,移入高温
高压灭菌且2d前浇透水的培养土(珍珠岩∶腐殖
土=1∶1)中.晴天加盖遮阴网,每日喷4次水,保
持70%相对湿度,每周喷营养液2次,喷杀菌剂10
g/L甲基托布津1次.
3 结果与分析
3.1 外植体的灭菌
前人的研究中常采取珠芽、鳞茎作为通江百合
组织培养的材料,但由于通江百合是多年生花卉,
其组织因环境侵蚀,即使经过严格消毒,污染率仍
可达50%以上[5].由表1可知,用种子作为组织培
养的材料大幅降低了污染率,提高了实验效率.
但是种子不经预处理而直接作为组织培养材
料还有一个问题:自然条件下野生通江百合种子萌
发率极低[5].何丽萍等[6]曾通过控制光照、温度条
件及赤霉素处理,将萌发率提高到45%,本试验中
通过去翅、洗涤剂浸泡等预处理将萌发率提高到
51.1%,简单易行,可操作性强.表1中,在其他条
件一致的情况下,经过预处理的第2组萌发率
(46.7%)明显高于未处理的第5组(8.9%),说明
通江百合种子的低萌发率可能与其外种皮有关,这
与周晓杰等[7]在百合远缘杂交种子中的研究结果
491
第1期    易欣,等:野生通江百合高频率再生植株的研究  
一致,其作用机制还有待研究.
表1 不同处理条件下种子的萌发情况
Tab.1 Seed germination under different processing conditions
处理组 预处理
氯化汞消毒
时间(min)
接种数量 发芽数
萌发率
(%)
污染率
(%)
1 有 5  90  46  51.1  0
2 有 10  90  42  46.7  0
3 有 15  90  30  33.3  0
4 有 20  90  28  31.1  0
5 无 10  90  8  8.9  0
  另外,从第1组到第4组,随着氯化汞消毒时
间的增加,种子的萌发率逐步下降.氯化汞是剧毒
的重金属盐杀菌剂,我们应该选择对种子影响最小
的灭菌时间.根据表1中的结果,在污染率相同的
情况下,应选择萌发率最高的作为最佳灭菌时间,
因此,用0.1%(v/v)氯化汞灭菌5min效果最佳
(见图1d).
3.2 愈伤组织的诱导
愈伤组织诱导的外植体分为叶片、叶柄、茎段
基部小鳞茎三种,实验中观察到(见图1b),叶片在
接种后10d切口部位明显增厚,20d后切口边缘
出现黄绿色愈伤组织,并不断增殖;而叶柄未脱分
化,两端切口处渐渐变黄,20d时变成深褐色,30d
时大部分叶柄发黑死掉;茎段基部的小鳞茎则诱导
出大量不定芽,生根长叶,长成无菌苗,其原因可能
为:鳞茎是极其缩短的茎、茎节的芽,组培条件下被
激活了.
表`2中显示了细胞分裂素6-BA 和生长素
NAA的不同配比对愈伤组织诱导的影响.细胞分
裂素的生理作用是促进细胞分裂扩大,诱导芽的分
化.生长素的生理作用是促进细胞伸长和分裂,诱
导受伤组织表面脱分化,形成愈伤组织.比较培养
基2与5、3与6不难发现,当 NAA 的浓度不变
时,随着6-BA浓度的增加,分化趋势上升,细胞分
裂素起主导作用.而观察培养基1~3,当6-BA浓
度恒定时,随着 NAA浓度的增加,愈伤组织诱导
率也随之上升,体现了生长素的作用.培养基4~6
不完全符合这一规律,可能是因为愈伤组织诱导还
受两种激素浓度比值影响有关[8].
综合诱导率和愈伤生长状况,3号培养基 MS
+6-BA 1.0mg/L+NAA 1.0mg/L+蔗糖30g/
L为最佳愈伤组织诱导培养基.
表2 不同激素组合对愈伤组织诱导的影响
Tab.2 Effect of different plant growth regulators on calus induction
培养基
编号
激素(mg/L)
6-BA  NAA
愈伤组织
诱导率(%)
愈伤生长状况
颜色状态 褐化 分化趋势
1  1.0  0.2  13.3 绿色、致密、小 严重 无
2  1.0  0.5  15.5 黄绿色、疏松、大 有 无
3  1.0  1.0  40.0 黄绿色、疏松、大 有 有
4  2.0  0.2  22.2 黄绿色、疏松、大 严重 无
5  2.0  0.5  24.4 绿色、疏松、大 有 有
6  2.0  1.0  17.7 黄绿色、疏松、大 有 明显
3.3 不定芽的诱导及增殖
表3结果显示,5种培养基都能诱导通江百合
不定芽增殖,增殖率相差不大.观察培养基9~11
的结果可以发现,在NAA浓度一定时,随着6-BA
浓度的上升,诱导出的不定芽增多,平均繁殖倍数
升高,细胞分裂素起主导作用.再看培养基7~8的
结果却不符合这一规律,但这也不是特例,王月
等[9]在对东方百合Tiber的研究中就曾发现,适宜
591
  四川大学学报(自然科学版)   第50卷
表3 不同激素组合对不定芽诱导及增殖的影响
Tab.3 Effect of different plant growth regulators on shoots induction and proliferation
培养基
编号
激素(mg/L)
6-BA  NAA
接种

增殖

增殖率
(%)
出芽数
平均繁
殖倍数
褐化数
褐化率
(%)
7  0.5  0.1  45  42  93.3  416  9.24  17  37.8
8  1.0  0.1  45  40  88.9  313  6.96  20  44.4
9  1.5  0.1  45  41  91.1  291  6.47  18  40.0
10  2.0  0.1  45  45  100  393  8.73  13  28.9
11  2.5  0.1  45  45  100  422  9.38  16  35.6
的低浓度6-BA有利于不定芽的繁殖.可见生长素
与细胞分裂素对不定芽诱导和增殖的作用是复杂
的,既与其绝对浓度有关,也与其相对浓度有关,只
有按照合适的配比,才能起到促进作用.
由于组织褐化同激素水平的关系尚不明确,综
合考虑其他因素,最适宜于用作通江百合不定芽诱
导及增殖的培养基是11号培养基 MS+6-BA 2.5
mg/L+NAA 0.1mg/L+蔗糖30g/L(见图1c).
3.4 试管苗生根培养
一般认为矿质元素浓度较低时有利于生根,所
以试管苗生根培养多采用1/2MS培养基,加入适
量的生长素(IBA、IAA、NAA等),一般不加细胞
分裂素.借鉴前人的研究成果,在预实验中采用了
1/2MS+NAA 0.10mg/L+蔗糖30g/L,1/2MS
+NAA 0.20mg/L+蔗糖30g/L,1/2MS+NAA
0.50mg/L+蔗糖30g/L,MS+NAA 0.10mg/L
+蔗糖30g/L,MS+NAA 0.20mg/L+蔗糖30
g/L,MS+NAA 0.50mg/L+蔗糖30g/L培养
基,前三组以1/2MS为基本培养基中的无菌苗完
全不生根,后三组的生根率也不理想,分别如下:
MS+NAA 0.10mg/L+蔗糖30g/L 生根率
11.1%,MS+NAA 0.20mg/L+蔗糖30g/L生
根率44.4%,MS+NAA 0.50mg/L+蔗糖30g/
L生根率17.8%,生根率并不随NAA浓度的增加
持续上升,说明 NAA在一定浓度范围适合生根,
过高过低都不理想.预实验结果与前人研究不符的
原因可能有两方面:一方面是不同种类的百合体内
所含内源激素水平不同;二是不同植物对激素的选
择不同或者实验对激素选择不适合.前者是客观因
素,只能从后者着手改善.
除NAA外,IBA也是百合试管苗生根培养中
最常用到且效果较好的生长素,因此,采用1/2MS
+IBA 0.25mg/L+蔗糖30g/L,1/2MS+IBA
0.50mg/L+蔗糖30g/L,MS+IBA 0.25mg/L
+蔗糖30g/L,MS+IBA0.5mg/L+蔗糖30g/
L进行了新一轮预实验,最终选取了 MS为基本培
养基,附加IBA、NAA,定期观察、记录试管苗生根
情况,30d后统计实验结果如表4.
由表4可以看出,无论是生根率、根的数量质
量还是生根时间,IBA 诱导生根的效果都优于
NAA.而在添加IBA的12~15号培养基中,生根
率并不随着IBA浓度的增加一直上升,当IBA达
到0.75mg/L时,其生根率反而下降到62.2%,根
的数量质量也不如IBA浓度较低的12、13组,但
当IBA浓度继续上升到1.00mg/L时,生根情况
又得到改善,说明同 NAA一样,IBA也是在某一
特定浓度范围适合生根.在12~15组中,平均苗根
数最多的是13组,其次是15组,13组的生根时间
也更短,但是比较两者根的形态可以发现,虽然13
组的根也很粗壮,但15组产生的不定根更多,更有
利于炼苗移栽时试管苗的成活,且15组的生根率
也略高于13组,因此选择 MS+IBA1.00mg/L+
蔗糖30g/L为诱导通江百合生根的最适培养基
(见图1d).
3.5 炼苗移栽
组培获得的试管苗,长期生长在三角瓶中,适
应力差,移栽前需要开瓶炼苗48h(见图1e),由人
工条件逐步过渡到自然环境,让试管苗适应从异养
到自养的过程,从而提高移栽成活率.移栽的试管
苗前期需遮阴,然后逐步增强光照,促进光合作用,
提高自养能力.30d后统计成活率达95%以上(见
图1f).
691
第1期    易欣,等:野生通江百合高频率再生植株的研究  
表4 不同激素组合对试管苗生根的影响
Tab.4 Effect of different plant growth regulators on rooting rate
培养基
编号
激素(mg/L)
IBA  NAA
接种数
(个)
生根数
(个)
生根率
(%)
平均苗
根数
最早生根
时间(d)
试管苗长势
12  0.25 - 45  38  84.4  5.6  5 根中等粗,苗较弱
13  0.50 - 45  39  86.7  8.2  6 根粗,不定根少,苗壮
14  0.75 - 45  28  62.2  2.8  5 根细,苗弱
15  1.00 - 45  42  93.3  7.2  7 根粗,不定根多,苗壮
16 - 0.10  45  5  11.1  1.5  10 根细且少,苗弱
17 - 0.20  45  20  44.4  2.2  8 根细且少,苗弱
18 - 0.50  45  8  17.8  1.8  9 根细且少,苗弱
图1 (a)种子萌发情况;(b)不同外植体愈伤组织诱导的情况;(c)不定芽诱导及增殖情况;(d)生根情况;(e)
炼苗情况;(f)移栽后的再生植株
Fig.1 (a)Seed germination,(b)Calus induction of different explants,(c)Shoots induction and proliferation,
(d)Rooting situation,(e)Hardening seedling,(f)Regenerated plant after transplantation
4 结 论
通过本研究得到以下结论:
1)本研究首次以野生通江百合种子萌发的无
菌苗为外植体建立了一套较为完善的组织培养再
生体系,对于进一步开展野生通江百合的转基因育
种、抗病及抗逆性育种、保存物种资源等工作奠定
了基础.在莫明雅等[10]对黄蜀葵的研究中,也证实
了由植物种子获得无菌苗,选取无菌苗的一部分
(如茎段)为外植体建立再生体系,并研究不同激素
配比对愈伤组织诱导分化的影响,对于植物种质资
源的保护是有科研价值和实际意义的.同时,根据
前人研究的结果,大多数植物的种子不带病毒,因
此,利用种子为外植体材料进行再生培养,也为通
江百合的脱毒苗的繁育和种质资源的长期保存奠
定良好的基础.
2)通过对野生通江百合种子萌发的无菌苗的
组织培养,筛选出了最佳灭菌条件为预处理(去掉
种翅 ,1∶250稀释的洗涤剂浸泡15min,流水冲
洗30min)后,75%(v/v)酒精浸泡杀菌30s,无菌
蒸馏水冲洗3次,然后加入0.1%(v/v)氯化汞消
毒5min,用无菌蒸馏水冲洗5遍.愈伤组织诱导
阶段的最适培养基为 MS+6-BA 1.0mg/L+
NAA 1.0mg/L+蔗糖30g/L,不定芽诱导及增殖
的最适培养基 MS+6-BA2.5mg/L+NAA 0.1
mg/L+蔗糖30g/L,而 MS+IBA1.00mg/L+
蔗糖30g/L为诱导通江百合再生苗生根的最适培
养基.炼苗后移栽时应注意遮阴,定时喷水,防止试
791
  四川大学学报(自然科学版)   第50卷
管苗萎蔫,浇水不可太勤,防止小鳞茎腐烂等.
3)本研究用种子萌发的无菌苗替代了通江百
合组培的传统外植体珠芽和鳞茎,有效降低了污染
率,并通过预处理,解决了种子在自然条件下萌发
率低的问题.虽然本研究中愈伤组织诱导率比传统
外植体的略低,但试验材料充足且易获得,试验成
功率高,所以对于通江百合的规模化、标准化生产,
本研究的组培再生体系相对更有优势.
4)在组织培养过程中,植物生长调节物质起
着重要的作用,一直是研究中深受关注的一个方
面.不同外植体对激素的需要量取决于它自身的内
源激素水平,这一水平又随植物种类、组织部位及
生长期等条件变动.在不定芽诱导增殖培养中,一
般用高浓度的细胞分裂素和低浓度的生长素搭配,
这样既能保证不定芽健康生长,又能保证增殖速
度[11].在刘红美等[12]对广义百合科种子为外植体
组培技术研究的基础上,本试验通过不同6-BA和
NAA的配比,筛选出了最适培养基 MS+6-BA2.5
mg/L+NAA 0.1mg/L+蔗糖30g/L,符合上述
规律.
5)在试验过程中外植体、愈伤组织等发生了
褐化现象,影响了试验的顺利进行.目前普遍认为
植物组织的褐变主要与外植体中酚类物质的含量
及多酚氧化酶的活性有关.影响褐变的因素有:外
植体的取材部位、取材时期、大小、受伤害程度以及
其他一些培养条件等[13].在本研究后期的试验中
通过加入抗氧化剂PVP(聚乙烯吡咯烷酮)或吸附
剂活性炭等抑制褐变方法[14,15],提高试验效率和
成功率.
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[责任编辑:白林含]
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