全 文 :第40卷第2期
2013年3月
浙 江 大 学 学 报(理学版)
Journal of Zhejiang University(Science Edition)
http://www.journals.zju.edu.cn/sci
Vol.40No.2
Mar.2013
收稿日期:2011-11-29.
基金项目:国家科技部国家科技攻关计划引导项目(2005BA741C);吉林省科技厅基金资助项目(200705C05).
作者简介:顾地周(1973-),男,讲师,主要从事珍稀濒危植物及其药用植物研究,E-mail:gudizhou@163.com.
DOI:10.3785/j.issn.1008-9497.2013.02.020
天目铁木愈伤组织和芽苗诱导技术
顾地周,陆 爽,巴春影,李媛媛
(通化师范学院 生物系,吉林 通化134002)
摘 要:以天目铁木嫩茎尖为外植体,应用均匀设计法筛选其基部愈伤组织诱导和愈伤组织再分化芽苗的最适合
培养基.结果表明,最适合的嫩茎尖基部愈伤组织诱导培养基为1/2DR+TDZ 2.30mg·L-1+2,4-D 0.55
mg·L-1,诱导率为93.5%;愈伤组织芽苗再分化培养基为1/2DR+TDZ 3.30mg·L-1+KT 0.70mg·L-1,分
化率达99.8%以上.成功建立了天目铁木嫩茎尖离体诱导愈伤组织和芽苗再分化体系,且再生芽苗与野生植株染
色体数目相同.
关 键 词:天目铁木;愈伤组织;诱导;再分化;均匀设计
中图分类号:Q 945.5;Q 949.736.2 文献标志码:A 文章编号:1008-9497(2013)02-216-05
GU Di-zhou,LU Shuang,BA Chun-ying,LI Yuan-yuan(Department of Biology,Tonghua Normal University,
Tonghua134002,Jilin Province,China)
Technique of calus induction and bud seedling of Ostrya rehderiana Chun.Journal of Zhejiang University(Science E-
dition),2013,40(2):216-220
Abstract:The tender stem tips of Ostrya rehderiana Chun was used as explant and its suitable medium compositions
were screened for calus induction and shoots redifferentiation through uniform design experiments.The results
show that the most suitable culture mediums were as folows:1/2DR+TDZ 2.30mg·L-1+2,4-D 0.55mg·L-1
for calus induction at base of tender stem tip,the rate of induction was 93.5%;1/2DR+TDZ 3.30mg·L-1+KT
0.70mg·L-1 for shoots redifferentiation,the rate of differentiation was more than 99.8%.Calus induction and
shoots redifferentiation in vitro system of Ostrya rehderiana Chun have been successfuly established,and regenera-
tion buds seedlings and wild plant have the same chromosome number.
Key Words:Ostrya rehderiana Chun;calus;induction;redifferentiation;uniform design
天目铁木(Ostrya rehderiana Chun)是桦木科
铁木属植物,1999年8月4日被国务院批准为国
家Ⅰ级重点保护野生植物[1,2],仅分布于浙江西
天目山,为浙江天目山特有的珍稀树种,目前野
生植株仅存5株.天目铁木不仅是中国特有种,
而且是该属分布于中国东部的唯一种,具重要研
究价值.
天目铁木的自身繁殖能力极差,人工利用种子
和扦插等常规繁殖极其困难,导致了该物种的人工
种群非常少,处于极度濒危状况.因此,本研究以天
目铁木嫩茎尖为材料,采用植物组织培养技术,应用
均匀设计法筛选天目铁木嫩茎尖基部愈伤组织诱导
和愈伤组织再分化芽苗各阶段的培养基.目前,关于
天目铁木的研究已有报道[3-5],但天目铁木离体培
养的报道在国内外迄今未见.
1 材料与方法
1.1 材料来源与处理
2011年4月于浙江省西天目山采集天目铁木
枝条,并将枝条于实验室内水培使其茎节伸长为嫩
枝.待茎尖伸长并长至2cm以上时切取成1cm嫩
茎尖,用70%(体积分数)酒精涮洗8s,再用3%(质
量浓度)的次氯酸钠溶液浸泡6min,无菌水冲洗8
次,并切除杀菌消毒剂损伤部分,无菌滤纸吸干表面
水分后作为外植体备用.
1.2 天目铁木嫩茎尖基部愈伤组织诱导培养基的
筛选
培养基为1/2DR[6],附加不同质量浓度的噻苯
隆TDZ和生长素2,4-D(由预试验确定 TDZ和
2,4-D的使用范围分别为1.70~2.20mg·L-1和
0.20~0.50mg·L-1),内含蔗糖50g·L-1,琼脂
粉6.8g·L-1,调节pH值至5.6,茎尖接种到培养
基中,置于温度为(27±2)℃、光照周期10h·d-1
和光照强度1 000lx条件下培养,为了提高天目铁
木愈伤组织的诱导率和诱导速度,采用均匀设计
法[7-10],选用U12(122)均匀表,每个处理接种茎尖
数为10,重复3次取平均值,考察TDZ和2,4-D不
同质量浓度交叉配比对愈伤组织诱导率的影响.嫩
茎尖培养35d统计诱导率,筛选最适合天目铁木嫩
茎尖基部愈伤组织诱导的培养基.
1.3 天目铁木愈伤组织芽苗再分化培养基的筛选
培养基为1/2DR,并附加不同浓度的 TDZ、
IAA和KT(由预试验确定 TDZ、IAA和 KT的使
用范围分别为2.60~3.10、0.10~0.20和0.20~
0.70mg·L-1),加入蔗糖50g·L-1,琼脂6.8
g·L-1,调节pH 值至5.6,将愈伤组织放在温度
(26±2)℃、光照周期14h·d-1和光照强度
1 500lx条件下培养.选用 U12(123)均匀表,每个
处理接种愈伤组织块数为10,重复3次取平均值,
考察TDZ、IAA和 KT不同质量浓度交叉配比对
芽苗分化率的影响.愈伤组织培养45d统计分化
率,同时筛选最适合天目铁木愈伤组织芽苗分化
的培养基.
1.4 染色体数目测定与观察
采用涂片法进行染色体制备,待愈伤组织分化
后,在丛生芽中选取0.30~0.50mm的嫩芽(随机
抽取10瓶,每瓶随机选择10个嫩芽),切取茎尖生
长点部分在对二氯苯饱和水溶液中处理6h,再经
过前低渗、去壁、后低渗、固定、涂片、火焰干燥、染色
后于显微镜下观察染色体数目.
1.5 数据处理与分析
实验设计采用均匀设计法,数据分析与处理应
用均匀设计软件.
2 结果与分析
2.1 TDZ和2,4-D不同质量浓度配比对天目铁木
嫩茎尖基部愈伤组织诱导的影响
表1 天目铁木嫩茎尖基部愈伤组织诱导因素的
U12(122)均匀设计实验安排与结果
Table 1 U12(122)uniform design test plan and result of
factors for calus induction at base of tender stems tip of
Ostrya rehderiana
编号No.
因素Factors/(mg·L-1)
TDZ X1 2,4-D X2
诱导率
Rate of induction/%
1 1.70 0.50 79.1
2 1.80 0.30 76.9
3 1.90 0.30 77.6
4 2.00 0.30 78.3
5 2.10 0.50 81.9
6 2.20 0.50 86.4
7 2.20 0.20 78.2
8 2.10 0.20 77.5
9 2.00 0.40 79.7
10 1.90 0.40 88.0
11 1.80 0.40 78.4
12 1.70 0.20 62.6
由表1和3可知,TDZ和2,4-D对天目铁木愈
伤组织的诱导率均有显著影响.二者最佳质量浓度
分别为2.20和0.50mg·L-1,经计算,TDZ和2,
4-D对诱导率的贡献率分别为44.7%和55.3%,可
见2,4-D对愈伤组织诱导率的影响大于TDZ,又因
TDZ和2,4-D均与诱导率呈正相关,因此,推测当
TDZ和2,4-D的质量浓度分别高于2.20和0.50
mg·L-1时,诱导率更高.为验证此推断,另设TDZ
质量浓度为2.20、2.25、2.30、2.35、2.40、2.45、
2.50mg·L-1,2,4-D 质量浓度为0.50、0.55、
0.60、0.65、0.70、0.75、0.80mg·L-1做了14个处
理的补充试验.即将天目铁木嫩茎尖接种到附加
TDZ 2.30mg·L-1和2,4-D 0.55mg·L-1的1/
2DR培养基上进行愈伤组织诱导培养,培养10d,
基部切口处开始出现膨胀;继续培养至25d,在切口
处产生浅黄绿色表面粗糙的愈伤组织(见图1(a));
培养至35d,愈伤组织逐渐增大,浅黄绿色转变为黄
绿色(见图1(b)).试验结果发现,TDZ质量浓度为
2.30mg·L-1和2,4-D质量浓度为0.55mg·L-1
时愈伤组织诱导率最高,诱导率达93.5%,比表1中
12个处理的诱导率均高.因此,天目铁木嫩茎尖基部
愈伤组织诱导的最佳培养基为1/2DR+TDZ 2.30mg
·L-1+2,4-D 0.55mg·L-1.
712 第2期 顾地周,等:天目铁木愈伤组织和芽苗诱导技术
图1 天目铁木愈伤组织和芽苗诱导各阶段的培养物形态
Fig.1 Morphostructure of cultures of calus induction and bud seedling of Ostrya rehderiana Chun at various stages
2.2 TDZ、2,4-D和KT不同浓度配比对天目铁木
愈伤组织芽苗再分化的影响
表2 天目铁木芽苗再分化因素的U12(123)
均匀设计实验安排与结果
Table 2 U12(123)Uniform design test plan and result of
factors for shoots redifferentiation of Ostrya rehderiana
编号
No.
因素Factors/(mg·L-1)
TDZ X1 IAA X2 KT X3
分化率
Rate of differentiation/%
1 2.60 0.10 0.40 58.2
2 2.70 0.10 0.70 73.7
3 2.80 0.15 0.50 76.6
4 2.90 0.15 0.20 77.8
5 3.00 0.20 0.30 84.5
6 3.10 0.20 0.60 96.4
7 2.60 0.20 0.60 67.3
8 2.70 0.20 0.30 65.0
9 2.80 0.15 0.20 72.0
10 2.90 0.15 0.50 81.8
11 3.00 0.10 0.70 90.6
12 3.10 0.10 0.40 91.2
由表2和3可知,TDZ和KT对天目铁木愈伤
组织的芽苗再分化率均有显著影响.二者最佳质量
浓度分别为3.10和0.70mg·L-1,经计算,TDZ
和KT对芽苗分化率的贡献率分别为92.3%和
7.67%,可见TDZ对愈伤组织芽苗再分化率的贡献
远大于 KT,又因 TDZ和 KT均与分化率呈正相
关,推测 TDZ和 KT质量浓度分别高于3.10和
0.70mg·L-1时,芽苗分化率更高.为验证此推断,
另设TDZ质量浓度分别为3.10、3.15、3.20、3.25、
3.30、3.35、3.40、3.45、3.50mg·L-1,KT质量浓
度分别为0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、0.95、1.00
mg·L-1做了9个处理的试验.即待嫩茎尖基部直
接愈伤组织长至1.50cm(直径)以上时,将愈伤组
织切下,并切割成0.50cm(直径)的小块,将其接种
到附加TDZ 3.30mg·L-1和KT 0.70mg·L-1的
1/2DR培养基上进行验证试验,培养15d发现愈伤
组织表面产生大量颗粒状小凸起(见图1(c)),继续
培养至30d,小凸起由颗粒状逐渐变为锥状,培养至
45d,锥状体伸长并生长为大量不定芽,此时不定芽
长度可达2.50cm 以上(见图1(d)).结果发现,
TDZ质量浓度为3.30mg·L-1,KT质量浓度为
0.70mg·L-1时愈伤组织分化率最高,达99.8%,
且比表2所列12个处理的分化率均高.可见,天目
铁木嫩茎尖愈伤组织芽苗再分化的最佳培养基为
1/2DR+TDZ 3.30mg·L-1+KT 0.70mg·L-1.
表3 天目铁木愈伤组织诱导和芽苗分化各阶段的回归分析结果
Table 3 Regression analysis result of induction calus and shoots redifferentiationin various stages of Ostrya rehderiana
培养阶段 回归方程 复相关系数R 剩余标准差S 检验值Ft
愈伤组织诱导 Y=31.8+18.2 X1+30.9 X2 0.8 812 2.8 800 15.63
芽苗再分化 Y=-105+61.5 X1+17.7 X3 0.9 913 1.6 700 256.50
注 样本容量N=12,显著性水平α=0.05,临界值F(0.05,2,9)=4.256
2.3 染色体测定结果
按照1.4节中的方法对天目铁木野生植株和
2.2节中再分化的芽苗进行染色体数目测定的结果
表明,随机抽取的愈伤组织再分化芽苗的细胞染色
体有丝分裂中期的数目均为2n=2x=16.
3 结论与讨论
本研究成功建立了天目铁木茎尖愈伤组织诱导
和再分化芽苗体系.培养基1/2DR+TDZ 2.30
mg·L-1+2,4-D 0.55mg·L-1对天目铁木嫩茎尖
基部愈伤组织的诱导效果最好.当2,4-D质量浓度
低于0.20mg·L-1时愈伤组织诱导率均在50.0%
以下,当2,4-D质量浓度高于0.55mg·L-1时尽管
愈伤组织诱导速度快,但愈伤组织很快褐化死亡,可
能是高浓度的2,4-D诱导愈伤组织产生大量的乙烯
等有害物质所致,说明天目铁木嫩茎尖基部愈伤组
织诱导需要适宜浓度的2,4-D;但在愈伤组织诱导过
812 浙 江 大 学 学 报(理学版) 第40卷
程中需要附加一定浓度的TDZ,否则愈伤组织褐化率
增高,这可能是适当浓度的TDZ有助于抑制2,4-D
诱导愈伤组织产生乙烯,从而抑制了愈伤组织的衰
老[11,12].培养基1/2DR+TDZ 3.30mg·L-1+KT
0.70mg·L-1对天目铁木嫩茎尖愈伤组织芽苗分
化的诱导率较高,当TDZ的质量浓度低于2.60mg
·L-1和高于3.30mg·L-1时分化率均低于70%,
说明天目铁木愈伤组织再分化需要一定浓度的
TDZ,而过高浓度的TDZ对愈伤组织芽苗分化起抑
制作用.在培养基中附加适当的 KT有利于提高愈
伤组织分化芽苗的速度和分化率,且芽苗健壮、形态
好、长势强.培养基中存在生长素时,尽管愈伤组织
也分化芽苗,但每团愈伤组织上分化的芽苗显著减
少,有的只增殖愈伤组织而不分化芽苗,分化率和芽
苗增殖降低,可能是不同植物对不同植物生长调节
物质具有选择性,这是由植物自身的基因型控制的,
而基因型又决定于器官重建.通过对愈伤组织再分
化的芽苗形态和染色体数目测定,结果证明了再分
化的芽苗与野生植株染色体数目相同(2n=16).本
实验观察到的愈伤组织再分化的天目铁木芽苗染色
体数目与文献[3]报道的野生植株染色体数目是一
致的,说明经过本方法诱导产生的芽苗种质没有
改变.
天目铁木是我国珍稀野生植物资源,至今人工
繁育技术尚未取得突破,因而未能得到大量繁殖和
形成人工林.本研究结果为天目铁木的工厂化育苗、
扩大人工种群和种质资源保存奠定了基础.
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