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苞叶杜鹃离体培养及种质试管保存体系的建立



全 文 :第 33卷 第 3期
2009年 5月
南京林业大学学报(自然科学版)
JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalScienceEdition)
Vol.33, No.3
May, 2009
 收稿日期:2008-05-12    修回日期:2008-11-31
 基金项目:吉林省科技厅资助项目(200705C05);通化师范学院自然科学基金资助项目(XS070080)
 作者简介:顾地周(1973—),讲师 ,研究方向为珍稀濒危植物和药用植物资源及利用。 E-mail:gudizhou@163.com。
 引文格式:顾地周 ,邓志刚 ,綦茂伟 ,等.苞叶杜鹃离体培养及种质试管保存体系的建立 [ J] .南京林业大学学报:自然科学版 , 2009,
33(3):20-24.
苞叶杜鹃离体培养及种质试管保存体系的建立
顾地周 1 ,邓志刚 2 ,綦茂伟1 ,曹 逊 1 ,朱俊义1 ,姜云天 1
(1.通化师范学院生物系 ,吉林 通化 134002;2.通化市城市绿化管理处,吉林 通化  134001)
摘要:以苞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培养基 ,建立了苞叶杜鹃的离体培养和种
质试管保存体系。结果表明:适合苞叶杜鹃基部直接再生芽苗的诱导培养基为 DR+TDZ(1.80 mg/L)+IBA
(0.05 mg/L), 此条件下芽苗分化率为 100%;生根培养基为 MS(改良)+IBA(0.08 mg/L)+NAA(0.02 mg/L)
+KT(0.15 mg/L), 这一条件下芽苗生根率达 99%以上;试管保存培养基为 1/7MS+B9(1.30 mg/L)+根皮苷
(2.80 mg/L), 常温条件下保存时间超过 35个月。 以苞叶杜鹃再生植株茎节为材料进行快繁的结果表明 , 在
35 d的培养周期内 ,平均增殖倍数超过 55倍。
关键词:苞叶杜鹃;离体快繁;试管保存;均匀设计
中图分类号:S722.3    文献标志码:A    文章编号:1000-2006(2009)03-0020-05
Invitrocultureandinvitrogermplasmpreservationsystem
ofRhododendronredowskianumMaxim.
GUDi-zhou1 , DENGZhi-gang2 , QIMao-wei1 , CAOXun1 , ZHUJun-yi1 , JIANGYun-tian1
(1.DepartmentofBiology, TonghuaNormalUniversity, Tonghua134002, China;
2.TonghuaCityAforestationAdministrativeOfice, Tonghua134001, China)
Abstract:ThetenderbudsofRhododendronredowskianumMaxim.wereusedasexplantsandsuitablemediumcompositions
werescreenedthroughuniformdesignexperiments.TheresultsshowedthatDR+TDZ(1.80 mg/L)+IBA(0.05 mg/L)was
themostsuitableforshootsregenerationimmediatelyatbaseoftenderbudswitharegenerationrateof100%.MS(modified)
+IBA(0.08mg/L)+NAA(0.02 mg/L)+KT(0.15mg/L)wasmostsuitableforrootingwitharootingrateof99%.1/7MS
+B9(1.30mg/L)+Phloridzin(2.80mg/L)wasmostsuitableforinvitrogermplasmpreservationunderwhichtheplantma-
terialscouldbemaintainedfor35 monthsatnormaltemperature.Stemseachwithonenodewerecutfromregeneratedshoots
andculturedforpropagation, anda55-foldproliferationratewasachievedwithin35 days.Invitrocultureandinvitrogerm-
plasmpreservationsystemofRh.redowskianumMaxim.hasbeensuccessfullyestablishedinthisstudy.
Keywords:RhododendronredowskianumMaxim.;invitrorapidpropagation;germplasmpreservation;uniformdesign
苞叶杜鹃(RhododendronredowskianumMaxim.)为低矮落叶小灌木 ,是国家三级重点保护植物 ,在 《中
国珍稀濒危保护植物名录(第一册)》中被定为渐危种 , 《中国物种红色名录 》中被定为易危种[ 1] 。苞叶杜
鹃秋叶色彩斑斓 ,花朵艳丽 ,可用于假山和地面的绿化 ,也可驯化为观赏用盆景 [ 2] 。苞叶杜鹃在长白山区
数量稀少 ,分布区域十分狭窄 ,仅集中分布在长白山国家级自然保护区海拔 2 000 ~ 2 500 m的岳桦林带 、
高山苔原带和高山荒漠带上 ,可开发培育为抗寒及抗病能力强的园艺新品种 ,是高山杜鹃育种的重要种质
植物[ 3] 。苞叶杜鹃种子繁殖萌发率低 ,扦插繁殖生根率和移栽成活率也极低 ,其开发及利用受到极大限
制 。目前 ,与其同属的其他植物种的离体快繁研究已有报道 [ 4 -6] ,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有现实意义 。笔者以苞叶杜
鹃新生嫩芽为外植体 ,采用均匀设计法 ,以期尽快建立最佳的苞叶杜鹃离体培养及种质试管保存体系 。
 第 3期 顾地周 , 等:苞叶杜鹃离体培养及种质试管保存体系的建立
1 材料与方法
1.1 外植体的采集及处理
2004年 3月于长白山北坡海拔 2 400 m的高山荒漠带采集苞叶杜鹃休眠枝条 ,带回实验室水培促使
腋芽萌发。待腋芽萌发并长至 2 ~ 3cm时剪下 ,在超净工作台上先用 70%酒精表面消毒 60 s,再用含 5%
链霉素的次氯酸钠溶液(质量分数 0.5%)消毒 10min,然后无菌水冲洗 8次 ,最后用无菌滤纸吸干表面水
分 ,同时切除被杀菌消毒剂损伤部分后作为外植体备用 [ 7-9] 。
1.2 嫩芽基部直接再生芽苗的诱导
以 DR为基本培养基 ,内含蔗糖(20 g/L)和琼脂粉(9.5g/L),再附加不同浓度的细胞分裂素 TDZ(由
预试验确定为 0.50 ~ 2.00mg/L)和生长素 IBA(由预试验确定为 0.05 ~ 0.10 mg/L),调节 pH为 5.7,外
植体在温度(24±2)℃、光照度 1 600lx、光照周期 13 h/d条件下培养 。
为了提高苞叶杜鹃再生芽苗的速度和分化率 ,采用均匀设计法[ 10] ,每处理 30个外植体 ,每瓶 2个 。
选用文献 [ 10]中的均匀表设计方法 ,探讨 TDZ和 IBA浓度交叉配比对芽苗分化率的影响。嫩芽培养 60d
统计分化率 ,以筛选最适合苞叶杜鹃嫩芽直接再生芽苗的诱导培养基。
1.3 生根培养及再生植株快繁体系的建立
以改良 MS(1/4大量元素 、1 /2微量元素 、 1/2铁盐和 1/4有机成分)为基本培养基 ,加入蔗糖
(15g/L)和琼脂(9.0g/L),并附加不同质量浓度的 IAA(由预试验确定为 0.10 ~ 0.50 mg/L)、IBA(由预
试验确定为 0.08 ~ 0.20mg/L)和 NAA(由预试验确定为 0.02 ~ 0.07 mg/L),同时加入 KT(0.15 mg/L,壮
苗),调节 pH为 5.7,再生芽苗在温度(23±2)℃、光照度 1 000lx、光照周期 8h/d条件下培养。
为了提高苞叶杜鹃的生根率 ,采用均匀设计法 [ 10] ,每个处理接种苗数为 50株 ,每瓶 2株 ,分析 IAA、
IBA和 NAA浓度交叉配比对苞叶杜鹃生根率的影响 。再生芽苗培养 35d统计生根率 ,筛选最适合苞叶杜
鹃组培苗生根的培养基。
采用节培法进行快繁 [ 11 -12] ,将生根的苗切割成一叶一段转接到优化后的培养基中 ,同时进行腋芽萌
发 、伸长及生根培养。统计并计算芽苗增殖周期和倍数 。
1.4 种质试管保存方法
采用 “低营养矮化延缓生长 ”的方法 [ 13-14] ,以 MS为基本培养基 ,加入蔗糖(30 g/L),并附加不同质量
浓度的生长抑制剂 B9(由预试验确定为 1.30 ~ 3.60 mg/L)和生长延缓剂根皮苷(由预试验确定为 0.80 ~
2.80mg/L),同时降低 MS培养基中营养成分含量 ,在温度为(20±2)℃、光照度 700lx、光照周期 8 h/d条
件下 ,对基部含有少量芽苗的丛生芽或茎段(一叶一段)进行试管保存。
为了筛选苞叶杜鹃试管保存时 MS培养基营养成分降低的比例及 B9和根皮苷浓度的最佳配比 ,采用
均匀设计法 ,每个处理 50瓶 ,每瓶 3丛。选用均匀设计方法[ 10] ,探讨 MS培养基中营养成分浓度比例及
B9和根皮苷浓度交叉配比对芽苗生长率(生长长度与生长后总长度的比值)的影响 。
芽苗培养 12个月统计生长率 ,筛选最适合苞叶杜鹃丛生芽或茎段的试管保存培养基。
1.5 数据分析
数据分析与处理采用均匀设计(UniformDesign)软件 。
2 结果与分析
2.1 TDZ和 IBA浓度配比对苞叶杜鹃嫩茎基部直接再生芽苗的影响
TDZ和 IBA浓度交叉配比对苞叶杜鹃嫩茎基部再生芽苗分化率的影响见表 1。由表 1可得分化率的
回归方程 Y=73.5+150 6X1 -175X2(样本容量 N=10,显著性水平 α=0.01,复相关系数 R=0.986 4,检
验值 Ft=125.8 ,临界值 F(0.01, 2, 7)=9.547 , Ft>F(0.01, 2, 7),回归方程显著)。由显著性检验可知:各因素对 Y
影响均显著 。根据回归方程求出 Y的最优组合为:X1 =2.0, X2 =0.05,在此组合基础上求得最优解:y=
96.0, 此解为回归方程的解析解 , 需按公式 Y=y±uα·s[ 10]计算出优化值区间估计为 Y=96.0±5.66,即
分化率为 90.34% ~ 101.66%。
21
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 33卷
表 1 TDZ和 IBA浓度交叉配比对芽苗分化率的影响
Table1 EfectofcrossratioofTDZandIBAconcentration
ondifferentiationrateofRh.redowskianum
处理号
treatmentcode
因素 factors
X1 X2 Y/%
1 0.50 0.05 72.00
2 0.70 0.07 72.50
3 0.90 0.08 73.00
4 1.10 0.10 74.50
5 1.30 0.06 82.50
6 1.50 0.07 84.00
7 1.70 0.09 85.00
8 1.80 0.05 96.00
9 1.90 0.06 91.50
10 2.00 0.08 89.00
 注:X1 、X2分别为 TDZ和 IBA质量浓度(mg/L);Y为分化率。
  通过试验结果可知 ,当 TDZ的质量浓度低于
0.50mg/L时 ,苞叶杜鹃嫩茎基部几乎不分化芽苗 ,超
过 1.80mg/L时分化率下降 ,这说明过高浓度的 TDZ
对嫩茎基部直接再生芽苗起抑制作用;当 IBA质量浓
度超过 0.10 mg/L时嫩茎基部产生愈伤组织。为确
保苞叶杜鹃经组培后的遗传稳定性 ,不采取愈伤组织
再分化产生芽苗的方式 。因此 , 以优化组合 TDZ
(1.80 mg/L)+IBA(0.05 mg/L)进行验证试验(处理
为 30个)。嫩芽接种到附加 TDZ(1.80mg/L)和 IBA
(0.05 mg/L)的 DR培养基上 ,分化率达 100%。培养
28 d,基部产生大量锥形突起 ,继续培养至 42 d锥形
突起伸长为芽苗(图 1a),至 60 d再生芽苗可伸长至
2.5cm以上 ,苗壮且整齐 。在估计区间内 ,证实试验
结果正确。因此 ,苞叶杜鹃嫩芽基部直接再生芽苗的最佳诱导培养基为:DR+TDZ(1.80 mg/L)+IBA
(0.05 mg/L)。
图 1 苞叶杜鹃离体快繁体系
Fig.1 SystemoftissuecultureinvitroofRh.redowskianum
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
2.2 不同浓度生长素配比对苞叶杜鹃芽苗不定根的影响
不同浓度生长素配比对苞叶杜鹃再生芽苗不定根的影响见表 2。
由表 2可得生根率的回归方程 Y=108+9.48X1 -137X2 -286X3(样本容量 N=10,显著性水平α=0.01,
复相关系数 R=0.985 4,检验值Ft=67.12,临界值 F(0.01, 3, 6)=9.780, Ft>F(0.01, 3, 6),回归方程显著)。对各方
程项进行显著性检验并剔除不显著项后 ,得 Y=111-147X2 -268X3 ,复相关系数 R=0.972 8,检验值 Ft=
61.71,临界值 F(0.01, 2, 7)=9.547, Ft>F(0.01, 2, 7),因素 X2、X3对 Y影响均显著。根据回归方程求出 Y的最优组
合为:X2 =0.08, X3 =0.02。在此组合基础上求得最优解:y=94.3,按公式 Y=y±uα·s计算出优化值区间估
计为 Y=94.3±7.74,即生根率为 86.56% ~ 102.04%。
以最优组合做验证试验 ,待嫩芽基部再生的芽苗长至 2.0 cm以上时 ,将生长健壮的苗切下 ,然后将其
移入附加 IBA(0.08 mg/L)+NAA(0.02mg/L)+KT(0.15mg/L)的改良 MS培养基中 ,培养 20 d开始生
根 , 35 d后幼苗基部或茎部直接发出 3 ~ 5条不定根(图 1b),生根率达 99%以上 。 45 d后苗高可达 2.0 ~
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 第 3期 顾地周 , 等:苞叶杜鹃离体培养及种质试管保存体系的建立
表 2 不同浓度配比生长素对芽苗不定根生根率的影响
Table2 Efectofcrossratioofauxinconcentration
onrootingrate
处理号
treatmentcode
因素 factors
X1 X2 X3 Y/%
1 0.10 0.14 0.02 83.00
2 0.20 0.20 0.04 71.50
3 0.30 0.12 0.05 79.00
4 0.40 0.19 0.07 66.50
5 0.50 0.10 0.03 88.50
6 0.10 0.18 0.04 73.00
7 0.20 0.09 0.06 80.00
8 0.30 0.17 0.02 82.00
9 0.40 0.08 0.03 95.50
10 0.50 0.15 0.05 77.00
 注:X1 、X2、X3 分别为 IAA、IBA、NAA质量浓度(mg/L);Y为
生根率。
3.0cm以上 ,有的产生了侧根 ,根和苗的形态 、发育均正
常。因此 ,苞叶杜鹃最佳生根培养基为:MS(改良)+IBA
(0.08mg/L)+NAA(0.02mg/L)+KT(0.15mg/L)。
2.3 苞叶杜鹃再生植株快繁体系
考虑到苞叶杜鹃嫩茎基部直接分化的芽苗较细
弱 、剪取生根时操作较难和遗传稳定性等因素 ,采取
节培法进行继代快繁 。待生根的苞叶杜鹃苗伸长至
3.0cm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 GA3
(1.00 mg/L)的生根培养基有利于茎段腋芽的迅速萌
发和伸长中 ,同时进行节伸长及生根培养(图 1c)。
35 d为 1个增殖周期 ,每瓶增殖倍数平均达 55倍以
上 。随着增殖次数的增加可适当降低生长素浓度 ,以
免激素积累 。经过筛选 ,苞叶杜鹃再生植株增殖培养
基为 MS(改良)+IBA(0.08mg/L)+NAA(0.02mg/L)+KT(0.15 mg/L)+GA(31.00 mg/L)。
2.4 炼苗和移栽
待苗根长至 1.5cm时 ,从培养瓶中取出试管苗 ,在含有 3mg/L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 、泥炭土和细河沙(质量比为 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。膜内相对湿度保持在 75%,温度控制在(18±2)℃,自然光照 8h/d,每天中
午通风换气 10min, 10 d后揭去薄膜 ,每天早晚喷洒清水各 1次 ,其移栽成活率可达 98%以上(图 1d)。
2.5 不同因素对苞叶杜鹃种质试管保存的影响
表 3 各因素与苞叶杜鹃芽苗生长率的关系
Table3 Relationshipamongthegrowthrateofbud
seedlinganddifferentfactors
处理号
treatmentcode
因素 factors
X1 X2 X3 Y/%
1 1 /10 2.50 2.20 3.40
2 1 /9 1.30 1.40 5.10
3 1 /8 2.25 2.80 1.90
4 1 /7 3.60 2.00 5.10
5 1 /6 2.00 1.20 6.50
6 1 /5 3.25 2.60 3.50
7 1 /4 1.75 1.80 5.10
8 1 /3 3.00 0.80 8.60
9 1 /2 1.30 2.40 4.80
10 1 2.75 1.60 11.30
 注:X1 为 MS培养基量的倍数;X2 为 B9质量浓度(mg/L), X3
为根皮苷质量浓度(mg/L);Y为生长率。
  由试验结果可得苞叶杜鹃芽苗生长率的回归方程
Y=5.86+5.75X1 +0.599X2 -2.5X3(样本容量 N=10,
显著性水平 α=0.01,复相关系数 R=0.996 5,检验值
Ft=286.3, 临界值 F(0.01, 3, 6)=9.780, Ft >
F(0.01, 3, 6),回归方程及各影响因素均显著)(表 3)。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 =1/10, X2 =1.30, X3 =2.80,将其代入方程 ,得
y=0.203,按公式 Y=y±uα·s计算出优化值区间估计
为 Y=0.203±0.942,即生长率为 0.739% ~ 1.145%。
由试验结果可知 ,营养成分低于 1/8MS时 ,保存
3个月后芽苗叶片逐渐变黄 ,可能是营养成分过低导
致的。所以 ,需要对优化值进行改良 ,即 1/7MS+B9
(1.30 mg/L)+根皮苷(2.80 mg/L),然后再进行验
证试验 ,结果表明:将含有丛生芽或茎段接种到附加
B9(1.30mg/L)和根皮苷(2.80 mg/L)的 1 /7MS培养基上 ,保存 12个月丛生芽或茎段平均生长率仅为
0.87%,继续保存至 35个月后 ,其平均生长率低于 0.95%。因此 ,苞叶杜鹃丛生芽或茎段的最佳试管保
存培养基为:1/7MS+B9(1.30mg/L)+根皮苷(2.80 mg/L)。即采用 “低营养矮化延缓生长 ”的方法 ,在
常温条件下 ,保存时间超过 35个月(2005年 4月 2日至 2008年 3月 5日),芽苗的形态 、质量等均无明显
变化(图 1e)。
经 35个月的保存后 ,将丛生芽或茎段转接到嫩芽基部直接再生芽苗培养基 DR+TDZ(1.80 mg/L)+
IBA(0.05mg/L)上进行解除保存培养。 35 d后 ,芽苗叶片由浅绿逐渐转为翠绿色 ,继续培养至 55 d,芽苗
恢复迅速生长状态 ,芽丛或茎段基部再次分化出大量芽苗 ,分化率达 100%,并伴有气生根发生 ,苗粗壮且
生长旺盛 ,形态和发育均正常(图 1f)。对保存后基部再生的芽苗进行生根实验发现 ,培养 15 d在芽苗基
部和茎部产生不定根 , 30 d后根长可达 1.5 cm以上 ,比未保存前的生根速度快 ,且生根率达 100%。
23
南 京 林 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 33卷
3 讨 论
培养基 DR+TDZ(1.80mg/L)+IBA(0.05 mg/L)对苞叶杜鹃嫩芽基部直接再生芽苗的诱导效果最
好 ,当 TDZ的质量浓度低于 0.50mg/L时嫩茎基部几乎不分化芽苗 ,超过 1.80 mg/L时分化率下降 ,这说
明过高的 TDZ浓度对基部直接再生芽苗起抑制作用;当 IBA质量浓度超过 0.10 mg/L时嫩芽基部产生愈
伤组织 ,为确保苞叶杜鹃经组培后的遗传稳定性 ,不采取愈伤组织再分化产生芽苗的方式 ,采取新生嫩芽
基部直接再生方式 ,遗传稳定性好 ,速度快 ,分化率高。
培养基 MS(改良)+IBA(0.08 mg/L)+NAA(0.02 mg/L)+KT(0.15 mg/L)较适合于苞叶杜鹃的生
根 ,过高浓度的生长素导致幼苗基部膨胀或产生愈伤瘤 ,继续培养则不定根从膨胀部或愈伤瘤上发出 ,这
样的生根苗在移栽时 ,不定根随愈伤瘤从苗基部脱落 ,移栽成活率几乎为零 ,这可能是不定根与苗茎的纤
维疏导组织连接不完整所致 。在培养基中附加 0.15 mg/L的 KT,再生植株较未附加 KT的生长粗壮且长
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 1.00 mg/L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 [ 15] 。该研究对苞叶杜鹃的种质保存采取 “低营养矮化延缓生长 ”的方法 ,经特殊改良的 MS培
养基不需加生长素和细胞分裂素 ,只需加入 B9(1.30 mg/L)和根皮苷(2.80 mg/L),即可对苞叶杜鹃丛生
芽或茎段进行试管保存 ,该法可在常温下保存苞叶杜鹃种质达 35个月以上 。在试验中发现 B9质量浓度
超过 3.6 mg/L时苗叶出现卷曲 ,茎段缩节幅度极大 ,低于 1.3 mg/L时苗趋于明显生长趋势;根皮苷质量
浓度超过 2.8 mg/L时芽苗很快变黄最终死亡 ,低于 0.8 mg/L保存 8个月之后恢复生长 。通过对解除保
存的丛生芽或茎段进行分化和生根试验证明:解除保存后丛生芽或茎段很快恢复生长 ,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 ,苗的生根速度和生根率也较保存前快而高 ,这可能是在
保存过程中 ,苞叶杜鹃丛生芽上的芽苗得到了充足的休眠 ,或产生了利于生长和发育的物质等 。另外 ,应
用均匀设计法处理和分析数据 ,可大大缩短培养基配方的摸索时间 。
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(责任编辑 郑琰燚)
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