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留兰香微繁技术体系研究



全 文 :·生物技术· 北方园艺2013(13):146~149
第一作者简介:申顺先(1978-),男,本科,讲师,现主要从事作
物遗传育种与植物组培快繁技术教学与科研工作。E-mail:
shenshunxian@163.com.
收稿日期:2013-03-04
留兰香微繁技术体系研究
申 顺 先,李 学 慧,贺 爱 利,樊 亚 敏
(河南农业职业学院,河南 中牟451450)
  摘 要:以留兰香春季萌发的含顶芽幼嫩茎段为外植体,利用正交实验设计等方法研究了留
兰香微繁技术体系。结果表明:用70%~75%酒精浸洗30s,0.1%升汞浸洗6min对外植体消毒
灭菌效果最好,适宜芽诱导的培养基是MS+NAA 0.05mg/L+6-BA 1.5mg/L+30g/L蔗糖+
7g/L琼脂,最佳芽增殖培养基是MS+6-BA 0.5mg/L+NAA 0.01mg/L+GA30.1mg/L+20~
30g/L蔗糖+7g/L琼脂,最佳生根培养基是1/2MS+IBA 0.2mg/L+KT 0~0.05mg/L+20~
25g/L蔗糖+7g/L琼脂。
关键词:留兰香;组织培养;微繁技术;正交实验
中图分类号:S 503.53 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2013)13-0146-04
  留兰香(Mentha spicata Linn)属唇形科薄荷属多年
生芳香性草本植物,原产于欧洲,在世界各地广泛栽培,
在我国江苏、浙江、河南、山东、四川、新疆等地均有分布,
俗称绿薄荷、十香菜[1-2]。可入药[3],也可作为香料型蔬
菜食用,并用于工业生产留兰香精油,留兰香精油广泛
用于牙膏、胶姆糖及其它食品和药品中[4]。留兰香的常
规繁殖多采用根茎繁殖、分株繁殖和扦插繁殖等方
法[5],繁殖系数有限。自杨乃博[6]首次报道通过其茎尖
或茎段分化芽及试管无性繁殖留兰香以来,柴明良[7-8]
对留兰香试管苗增殖与生根也进行了研究,沙红等[1]研
究探讨了以留兰香种子为外植体的组织培养技术,王小
敏等[9]以留兰香茎尖为外植体探索了不定芽增殖、试管
苗移栽生根的最佳条件,都为留兰香的组培繁殖奠定了
基础。该试验以留兰香含顶芽幼嫩茎段为外植体,从消
毒方案筛选、诱导培养、丛生芽增殖、试管内生根、练苗
移栽等方面进行探索,初步确立了留兰香微繁技术体
系,为留兰香种苗快速生产提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试留兰香来自河南农业职业学院科技园。2010
年4月下旬,选取春季萌发的含顶芽幼嫩茎段。
1.2 试验方法
1.2.1 初代培养 将含顶芽的幼嫩茎段去叶留茎,放于
洗洁精溶液洗涤,再用流水缓慢冲洗1~2h,蒸馏水漂
洗数次带入无菌操作室,在超净工作台上用70%~75%
酒精浸洗30s,迅速用无菌水漂洗3次,将水沥干;再用
0.1%升汞(注:其中加有适量的吐温-80)浸洗4、6、8、
10min,无菌水漂洗5次,最后用无菌纸吸干残留水分,
在无菌条件下将消毒灭菌后的材料剪成1.5cm左右长
的茎段,接种在琼脂含量为7g/L(下同)的固体 MS培
养基[10]上培养,培养基pH5.6~6.0(下同)。培养条件
(下同)为:温度(25±2)℃,光照强度2 000~3 000lx,每
天光照时间12h,培养室空气相对湿度70%左右。2周
后统计污染率、未萌芽率和存活率[11]。污染率(%)=(污
染外植体数/接种外植体数)×100%,未萌芽率(%)=
[(死亡外植体数+未萌芽外植体数)/接种外植体数]×
100%,存活率(%)=(萌芽不污染外植体数/接种外植体
数)×100%。
1.2.2 芽诱导培养 将初代培养中获得的无菌材料重
新剪成1.5cm 左右长的茎段,转接到 MS+NAA
0.5mg/L+6-BA 1.0mg/L+25g/L蔗糖与MS+NAA
0.05mg/L+6-BA 1.5mg/L+30g/L蔗糖固体培养基
上进行诱导培养。
1.2.3 芽增殖培养 以MS为基本培养基,进行4因素
3水平正交实验[12],正交实验因素及水平见表1。采用
旺盛生长且健壮一致的绿苗,取含顶芽且带2对叶片
    表1 芽增殖试验生长调节剂处理因素水平
  Table 1 Factors and levels of
plant growth regulators in bud proliferation
水平
Levels
因素Factors
NAA
/mg·L-1
6-BA
/mg·L-1
GA3
/mg·L-1
蔗糖Sugar
/g·L-1
1  0.01  0.1  0  20
2  0.05  0.5  0.1  30
3  0.2  1.5  0.2  40
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长度2.5cm左右的茎段,接种于9组培养基中培养,每
组试验做5次重复,3周后统计芽增殖系数[9]。芽增殖
系数=有效芽苗数/接种芽苗数,有效芽苗是指株高大
于等于0.5cm的组培苗。
1.2.4 生根培养 以MS培养基的微量、铁盐和有机物
为培养基基本成分,对MS大量元素、IBA、KT和蔗糖浓
度进行4因素3水平正交实验,正交实验因素及水平见
表2。采用旺盛生长健壮一致的绿苗,取含顶芽且长
    表2 生根试验生长调节剂处理因素水平
  Table 2 Factors and levels of plant growth regulators on rooting
水平
Levels
因素Factors
MS大量元素
MS macroelement
IBA
/mg·L-1
KT
/mg·L-1
蔗糖Sugar
/g·L-1
1  1/4  0.2  0  15
2  1/2  1.0  0.05  20
3  1  2.0  0.5  25
度3cm左右的茎段,接种于9组培养基中培养,每组试
验做5次重复。2周后统计生根率、生根数和平均根长。
生根率(%)=(生根苗数/接种苗数)×100%;生根数,为
根长大于等于0.2cm的根数;平均根长=每株总根长/
生根数。
2 结果与分析
2.1 无菌体系建立与芽诱导试验
2.1.1 外植体存活情况 由表3可知,随着浸洗时间
(4~10min)的延长,污染率降低的速度先快后慢,未
萌发率升高的速度先慢后快,存活率增高的速度先快
后慢,浸洗6min的存活率最高,为66.7%。可见,4月
下旬选取的留兰香春季萌发的含顶芽幼嫩茎段,以
70%~75%酒精浸洗30s,0.1%升汞浸洗6min对外植
体消毒灭菌效果最好。
  表3 不同消毒时间对留兰香外植体存活率的影响
  Table 3 Efect of diferent disinfection time on explants survival rate of Mentha spicata Linn
0.1%升汞浸洗时间
0.1% mercuric chloride dipping time/min
接种株数
No.of shoots
污染株数
No.of polution
污染率
Polution rate/%
未萌芽株数
No.without embryo
未萌芽率
The rate without embryo/%
存活数
No.of survival
存活率
Survival rate/%
4  24  18  75.0  0  0  6  25.0
6  24  7  29.2  1  4.2  16  66.7
8  24  6  25.0  4  16.7  14  58.3
10  24  4  16.7  9  37.5  11  45.8
2.1.2 芽诱导情况 接种于 MS+NAA 0.05mg/L+
6-BA 1.5mg/L+30g/L蔗糖固体培养基上的留兰香在
7d内顶芽与腋芽就开始萌发,然后迅速生长;至第14
天时,多个腋芽萌发,生长良好;第21天时,苗明显增多
且健壮;接种于MS+NAA 0.5mg/L+6-BA 1.0mg/L+
25g/L蔗糖固体培养基上的留兰香生长势远不如前者,
后期有气生根产生。所以芽诱导以采用 MS+NAA
0.05mg/L+6-BA 1.5mg/L+30g/L蔗糖+7g/L琼
脂培养基较好(图1-1)。
2.2 芽增殖培养
第7天时,各组植株生长正常,腋芽有所增殖,有些
植株茎基部呈浅红棕色;第14天时,绝大部分植株生长
正常,芽增殖系数由高到低依次是第5、3、2、6、1、9、7、4、8
组,且第4、6、7组各有1~2个茎段基部及下部腋芽处有
白色根产生;第21天时,芽增殖系数试验结果见表4。
由表4可知,对芽增殖系数高低产生的效应由主到次的
顺序是6-BA、NAA、GA3、蔗糖(方差分析表明6-BA差异
极显著,NAA、GA3与蔗糖均不显著,说明6-BA浓度的
变化会引起芽增殖系数的显著变化),四者引起平均芽
增殖系数最高的水平依次是第2、1、2、1水平,即 MS+
6-BA 0.5mg/L+NAA 0.01mg/L+GA30.1mg/L+
20g/L蔗糖+7g/L琼脂就是比较适宜的芽增殖培养基
配方。因该配方不在9组试验内,对其验证的平均芽增殖
系数是6.00,且芽质量良好,比表4中平均芽增殖系数的
最高值5.80略高,说明2号配方也是留兰香芽增殖的适
宜培养基配方。综合考虑芽增殖系数与芽苗质量,MS+
6-BA 0.5mg/L+NAA 0.01mg/L+GA30.1mg/L+
20~30g/L蔗糖+7g/L琼脂就是最佳的芽增殖培养基
配方(图1-2)。
表4 留兰香芽增殖培养正交实验
设计方案与试验结果直观分析
  Table 4 Orthogonal test design and
visual bud proliferation analysis of Mentha spicata Linn
试验号
Test numbers
因素Factors
NAA
/mg·L-1
6-BA
/mg·L-1
GA3
/mg·L-1
蔗糖Sugar
/g·L-1
均芽增殖系数
Average coeficient of
bud proliferation
1  0.01  0.1  0  20  3.20
2  0.01  0.5  0.1  30  5.80
3  0.01  1.5  0.2  40  5.00
4  0.05  0.1  0.1  40  2.60
5  0.05  0.5  0.2  20  5.20
6  0.05  1.5  0  30  3.60
7  0.20  0.1  0.2  30  2.20
8  0.20  0.5  0  40  3.60
9  0.20  1.5  0.1  20  4.20
T1 4.66  2.67  3.47  4.20
T2 3.80  4.87  4.20  3.87
T3 3.33  4.27  4.13  3.73
R  1.33  2.20  0.73  0.47
  注:表中所有数据均为5次重复的平均值。下同。
Note:Al datums in the table are the average of five replications.Same the below.
2.3 生根培养
留兰香离体生根比较容易,早的第3天就产生了
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根。第7天时,1~9组均有苗产生根,平均生根数由高
到低依次是第4、6、8、2、1、8、5、7、9、3组,并且根大部分
在茎节的叶腋处产生,少数在茎基部产生;第14天时,生
根率、平均生根数与平均根长见表5。由表5可知,对平
均生根数高低产生的效应由主到次的因素顺序是 MS
培养基大量元素、KT、IBA、蔗糖(方差分析表明,MS大
量元素、KT浓度表现差异显著,IBA、蔗糖均不显著),四
者最适的水平依次是第2、1、1、2水平,即1/2MS+IBA
0.2mg/L+20g/L蔗糖+7g/L琼脂就是比较适宜的
促进根分化的配方。对平均根长大小产生的效应由主
到次的因素顺序是 MS培养基大量元素、IBA、KT、蔗糖
(方差分析表明 MS大量元素、IBA浓度表现差异显著,
KT、蔗糖均不显著),四者最适水平依次是第2、1、2、3水
平,即1/2MS+IBA 0.2mg/L+KT 0.05mg/L+25g/L
蔗糖+7g/L琼脂就是比较适宜的促进根伸长生长的配
方。综合正交实验结果,以生根数与平均根长为主要参
考指标,并综合考虑生根率与组培苗生长状况,最终确
定以1/2MS+IBA 0.2mg/L+KT 0~0.05mg/L+
20~25g/L蔗糖+7g/L琼脂为最佳的生根培养基配方
(图1-3)。
  表5 留兰香生根培养正交实验设计与结果直观分析
  Table 5 Orthogonal test design and visual rooting analysis of Mentha spicata Linn
试验号
Test numbers
因素Factor
MS大量元素
MS macroelement
IBA
/mg·L-1
KT
/mg·L-1
蔗糖Sugar
/g·L-1
生根率
Root rate/%
平均生根数
Average number of root
平均根长
Average length of root/cm
1  1/4  0.2  0  15  100  6.20  0.65
2  1/4  1.0  0.05  20  100  7.00  0.59
3  1/4  2.0  0.5  25  57  2.00  0.42
4  1/2  0.2  0.05  25  100  8.80  0.86
5  1/2  1.0  0.5  15  100  5.00  0.42
6  1/2  2.0  0  20  100  7.80  0.52
7  1  0.2  0.5  20  71  4.00  0.44
8  1  1.0  0  25  100  5.40  0.34
9  1  2.0  0.05  15  80  3.00  0.30
T1 5.07  6.33  6.47  4.73
T2 7.20  5.80  6.27  6.27
T3 4.13  4.27  3.67  5.40
R  3.07  2.07  2.60  1.53
T1′ 0.55  0.65  0.50  0.46
T2′ 0.60  0.45  0.58  0.51
T3′ 0.36  0.41  0.42  0.54
R′ 0.24  0.24  0.16  0.09
  注:T1~T3为平均生根数水平均值;T1’~T3’为平均根长水平均值。
Note:T1~T3are level distance of average number of root;T1’~T3’are level distance of average length of root.
图1 留香兰组织培养过程
Fig.1 Tissue culture process of M.spicata
2.4 练苗移栽
2011年4月上旬开始,在温室内对苗高3~5cm,生
根2~3条,根长0.5~1cm的组培苗进行练苗。先闭瓶
练苗7~10d,然后开口加少量自来水半开口练苗3~5d,
再敞开口练苗3~5d,每天都要更换自来水,待老叶逐
渐脱落新芽逐渐长出,准备移栽。首先用自来水洗净根
上的培养基,在50%多菌灵可湿性粉剂600~800倍溶
液中浸根10min,移植入草炭∶蛭石∶珍珠岩(2∶1∶1)
的基质中,浇透水(也可用多菌灵溶液浇灌),盖上小拱
棚,7~10d后撤去拱棚。期间控制温度20~30℃,遮
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光,湿度90%以上。成活率可达93.3%以上(图4)。
3 讨论与结论
切取外植体时供体植株的生理状态对于芽的反应
能力有明显的影响。在生长季节开始时由活跃生长的
枝条上切取的外植体,通常能产生最好的效果[10]。在每
年4月选取留兰香春季萌发的含顶芽的幼嫩茎段作为
外植体不仅培养效果好,而且比较容易消毒灭菌。试验
表明,以70%~75%酒精浸洗30s,无菌水漂洗3次,沥
干水后再用0.1%升汞浸洗6min,无菌水漂洗5次,存
活率最高,为66.7%。
在通过促进腋芽萌发来实现芽增殖的丛生芽增殖
型中,培养基中适当浓度的细胞分裂素可增强腋芽生枝
能力,使枝条的繁殖系数显著提高。当细胞分裂素的水
平较高时,形成茎芽的数目可能较多,但每个茎芽的生
长会受到抑制,有时还要加入GA3以促使茎的伸长[10]。
芽增殖正交实验结果表明,细胞分裂素6-BA浓度对芽
增殖系数影响极显著,而NAA、GA3与蔗糖浓度影响不
显著。在 MS+6-BA 0.5mg/L+NAA 0.01mg/L+
GA30.1mg/L+20~30g/L蔗糖+7g/L琼脂的培养
基配方上留兰香芽增殖系数最高约为6.00,其植株生产
健壮。随着增殖培养的继代次数增多,较高浓度的6-BA
会加速玻璃化苗的产生,可以通过降低温度如18~
22℃,或提高琼脂浓度如7.5~8.0g/L等措施防止
玻璃化,使苗健壮。通常认为生长素能促进植物生
根,6-BA抑制生根,但在芽增殖试验中观察到在6-BA浓
度较高的6号配方中苗的下部腋芽处也分化出根,这一
现象杨乃博[6]也有报道。
对大多数物种来说,生根培养基中盐的浓度应该减
少,诱导生根需要有适当的生长素[10]。留兰香生根正
交实验表明,留兰香易生根,早的3d就能长根。MS
大量元素、KT浓度对生根数影响显著,IBA、蔗糖浓度
影响不显著;MS大量元素、IBA浓度对平均根长影响
显著,KT、蔗糖浓度影响不显著。综合考虑,1/2MS+IBA
0.2mg/L+KT 0~0.05mg/L+20~25g/L蔗糖+7g/L
琼脂的培养基就是最佳的生根培养基配方。
留兰香练苗移栽中,温度是基础,控制在20~30℃;
湿度是关键,控制在90%以上;避强光也很重要;移植入
草炭∶蛭石∶珍珠岩(2∶1∶1),成活率达93.3%以上。
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Study on Micropropagation Technique System of Mentha spicata Linn
SHEN Shun-xian,LI Xue-hui,HE Ai-li,FAN Ya-min
(Henan Vocational Colege of Agricultural,Zhongmu,Henan 451450)
Abstract:Using the tender stem containing terminal bud in spring as explants,the orthogonal test was used,the
micropropagation technique system of Mentha spicata Linn were studied.The results showed that the best method for
disinfectant was 70%to 75%alcohol(washed for 30s)and 0.1% mercuric chloride(washed for 6min).The optimal
medium for inducing shoot was MS+NAA 0.05mg/L+6-BA 1.5mg/L+30g/L sugar+7g/L agar;the optimal
medium for shoot generation was MS+6-BA 0.5mg/L+NAA 0.01mg/L+GA30.1mg/L+20g/L to 30g/L sugar+
7g/L agar;the optimal medium for rooting was 1/2MS+IBA 0.2mg/L+KT 0to 0.05mg/L+20g/L to 25g/L sugar+
7g/L agar.
Key words:Mentha spicata Linn;tissue culture;micropropagation technique;orthogonal test
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