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垂丝海棠无菌体系建立研究



全 文 :·生物技术· 北方园艺2012(10):126~129
第一作者简介:张玲玲(1988-),女,硕士,研究方向为园林植物遗
传育种。E-mail:zhang.5527@163.com。
责任作者:郭军站(1963-),男,硕士,副教授,硕士生导师,研究方
向为林木遗传育种。E-mail:guojunzhan@163.com。
收稿日期:2012-03-05
垂丝海棠无菌体系建立研究
张 玲 玲,郭 军 站,张   敏,杨   梅,姜 晓 丹
(西北农林科技大学 林学院,陕西 杨凌712100)
  摘 要:以垂丝海棠为试材,研究了外植体消毒的影响因素、芽诱导启动最适的培养基和植
物生长激素浓度组合。结果表明:每年4~8月取材的幼嫩外植体灭菌效果最好,单芽茎段用
75%酒精30s+0.1%HgCl2消毒6min、叶片采用75%酒精30s+0.1%HgCl2消毒8min效果最
佳,花瓣作为外植体,染菌率高,不利于无菌体系的建立;正交实验表明,芽诱导启动的最适培养
基及激素浓度组合为:WPM+6-BA 1.0mg/L+NAA 0.5mg/L,启动率为87%。
关键词:垂丝海棠;外植体消毒;芽诱导启动
中图分类号:S 685.99 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2012)10-0126-04
  垂丝海棠(Malus haliana)为蔷薇科苹果属落叶小
乔木,又称海棠、海棠花、垂枝海棠,原产我国西南、中南、
华东等地,花期3~4月,开花时节花蕾绽放、花色艳丽,
花梗柔软下垂,其干在老化和风蚀后,苍虬蜿移,曲如龙
游,相对于花的美艳又别有一番趣味[1]。其生性强健,
喜阳光,爱温暖湿润环境,不耐阴寒,对土壤酸碱性要求
不严,栽培容易,在园林绿化中应用广泛,还可作盆花栽
培。除具有园林观赏价值外,垂丝海棠还具有一定的食
用和药用功能,它的果实酸甜可食,可制蜜饯,花气味微
苦,可作为中药材起到调经和血的作用,因而引起相关
行业的极大重视,其苗木需求量逐年增加,如何快速繁
殖大量垂丝海棠优质苗木成为关键[2]。
目前,国内对垂丝海棠的研究多集中在栽培方
面[3-4],其繁殖多采用嫁接方式[5],成活率低,繁殖系数
小,采用组织培养,可以加快其生长和繁殖速度。垂丝
海棠属于木本花卉,对其进行组织培养难度较大,目前
对垂丝海棠组织培养的研究较少[6],该试验研究垂丝海
棠外植体消毒影响因素和最佳的芽诱导启动培养基和
激素浓度组合,旨在为垂丝海棠组织培养快速建立无菌
体系提供系统依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
材料取自西北农林科技大学海棠园内,分别于4、6、
8、9、10月连续晴天后的某天中午12:00~14:00,取生长
健壮、无病虫害、经太阳照射后干燥的垂丝海棠植株的
幼嫩枝条和生长成熟的枝条。
1.2 试验方法
1.2.1 外植体消毒 晴天中午采集外植体后→放入清
水中用细软毛刷轻刷表面→去污粉水浸泡5~10min→
流水下冲洗2~3h→转入超净工作台上,用75%酒精溶
液消毒处理30s,期间轻微摇动→倒掉酒精→无菌水摇
洗1~2次→不同消毒处理(表1),期间轻微摇动→弃去
消毒液→无菌水摇洗4~5次,每次摇洗时间不少于
1min→倒去无菌水→将消毒后的外植体置于灭菌培养
皿中用无菌滤纸吸干→叶片切成0.5cm×0.5cm左右
的整齐方块,茎段切成0.5~1.0cm长的单芽小段,花瓣
剪去边缘褐化部分→接种在已灭菌的培养基上。
表1 不同消毒剂和不同消毒时间组合
  Table 1 Combination of diferent disinfectants and disinfection time
消毒处理Disinfect treatment  1  2  3  4  5  6
A 30% H2O2/min  2  4  5  6  8  10
B 2% NaClO/min  2  4  5  6  8  10
C 0.1% HgCl2/min  2  4  5  6  8  10
1.2.2 不定芽诱导 采用三因素三水平正交实验设计
(表2)筛选垂丝海棠单芽茎段不定芽诱导启动的最佳培
养基和激素浓度配比,每个处理15瓶,每瓶2个外植体,
3次重复,培养条件:光照时间为12~16h/d,光照强度
为1 500lx,温度为(25±2)℃,培养20d后,记录试验结
果,统计不定芽启动率。
表2 正交实验设计方案L9(34)
  Table 2  Plan of orthogonal experiment design L9(34)
水平
Level
因素Factor
(A)培养基
Medium
(B)6-BA
/mg·L-1
(C)NAA
/mg·L-1
误差空列
Nul columns of error
1 MS  2.0  0.5
2  1/2MS  1.0  0.2
3 WPM  0.5  0.1
1.3 数据分析
染菌率(%)=(接种染菌数/接种总数)×100%;褐
化率(%)=(接种褐化数/接种总数)×100%;无菌存活率
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(%)=(接种存活数/接种总数)×100%;启动率(%)=
(芽萌发的外植体数/无菌外植体总数)×100%。用
Microsoft Excel进行简单数据处理作图,用SPSS软件对
正交实验结果进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 外植体消毒影响因素
一般菌类污染在接种后3~10d即可出现,试验设
计以接种后30d统计外植体的染菌率、褐化率和无菌成
活率。
2.1.1 外植体的幼嫩程度对消毒的影响 试验以垂丝
海棠茎段为外植体,分别选取幼嫩的茎段和生长成熟的
茎段进行试验,每个处理15瓶,每瓶2个外植体,3次重
复,接种30d后统计外植体的染菌率、褐化率和无菌成
活率,比较外植体的幼嫩程度对消毒的影响。图1显示
幼嫩程度不同的外植体在消毒灭菌方面表现出较大的
差异,同样的消毒处理,成熟外植体污染率、褐化率较
高,无菌存活率仅有37%,若延长成熟外植体的消毒时
间,又容易引起植物褐化死亡,成活率仍然较低;相比之
下,幼嫩外植体污染率和褐化率总体控制在30%左右,
无菌存活率明显较高,在外植体消毒获得无菌苗方面幼
嫩外植体明显优于生长成熟的外植体,原因可能是幼嫩
的植物材料由于受周围环境的污染程度小,带菌少,更
加易于清洗和消毒,所以组织培养宜选取幼嫩外植体作
为材料,以降低试验污染率,减少不必要的损耗。
图1 外植体的幼嫩程度对消毒的影响
Fig.1 Sterilization efect of diferent age explants
2.1.2 取材时期对外植体消毒的影响 试验在5个取
材时期内均以垂丝海棠茎段为外植体材料,每个处理15
瓶,每瓶2个外植体,3次重复,分别统计各个取材时期
内接种30d后外植体的染菌率、褐化率和无菌成活率,
比较取材时期对外植体消毒的影响。由图2可知,取材
时期对垂丝海棠消毒效果有很大影响,取材于4、6、8月
的外植体无菌存活率明显高于9、10月的外植体,原因是
4~8月是垂丝海棠生长的旺盛季节,植物抗性强,且这
段时期阳光较多,杀菌效果好,垂丝海棠外植体染菌率、
褐化率较低,无菌存活率较高;9、10月是陕西杨凌的雨
季,连日多雨的天气造成细菌、真菌、大量滋生,消毒较
困难,染菌率高,且这段时期垂丝海棠生长滞后,植物抗
性下降,导致褐化率高,无菌存活率下降。
图2 取材时期对外植体消毒的影响
Fig.2 Explant sterilization efect of sampling period
2.1.3 消毒剂种类和消毒时间对不同外植体消毒的影
响 不同的外植体在自然条件下所带的菌不一样,因此
所适合的消毒方式也有所不同,试验分别以垂丝海棠茎
段、叶片、花瓣为外植体材料,设计不同消毒处理(表1),
30d后统计染菌率、褐化率和无菌存活率(表3)。表3
显示同样的消毒处理总体染菌率:花瓣≈叶片>茎段,
总体褐化率:花瓣>叶片≈茎段,总体无菌存活率:
茎段≈叶片>花瓣,可见茎段和叶片是垂丝海棠组织培
养建立无菌体系相对较好的外植体材料,无菌成活率较
高;花瓣较薄,消毒处理时组织容易遭破坏,褐化死亡较
多,成活率低,很难建立无菌体系。茎段作为外植体,
0.1% HgCl2作为消毒剂,随着消毒时间的延长,无菌存
活率先呈上升然后逐渐下降趋势,消毒6min时无菌存
活率最高,为86%;2%NaClO作为消毒剂,无菌存活率
   表3 不同消毒组合的染菌率、褐化率和无菌存活率
  Table 3 Polution rate,browning rate and
survival rate of diferent disinfection combination %
染菌率
Polution rate
褐化率
Browning rate
无菌存活率
Survival rate
处理
Treatment
茎段
Stem
segments
叶片
Leaf
花瓣
Petal
茎段
Stem
segments
叶片
Leaf
花瓣
Petal
茎段
Stem
segments
叶片
Leaf
花瓣
Petal
A1  100  100  100  0  0  0  0  0  0
A2  83  93  93  0  3  3  17  4  4
A3  80  77  80  0  10  10  20  13  10
A4  73  70  73  3  7  17  24  23  10
A5  70  70  60  17  10  23  13  20  17
A6  57  67  47  30  17  43  13  16  10
B1  100  100  100  0  0  0  0  0  0
B2  87  70  63  3  10  17  10  20  20
B3  73  67  67  7  13  20  20  20  13
B4  63  60  50  3  10  30  34  30  20
B5  33  57  23  17  17  50  50  26  27
B6  7  53  30  13  23  67  80  24  3
C1  93  100  100  3  0  0  4  0  0
C2  67  73  57  7  10  27  26  17  16
C3  23  50  47  10  13  20  67  37  33
C4  7  23  23  7  17  27  86  60  50
C5  7  3  10  43  20  53  50  77  37
C6  3  3  3  67  27  83  30  70  14
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随着消毒时间的延长呈上升趋势,在10min处达到最
高,为80%;30% H2O2消毒整体效果差,无菌存活率在
24%(图3-A)以下。因此茎端消毒建议用0.1% HgCl2
消毒处理6min。叶片作为外植体,0.1% HgCl2作为消
毒剂,随着消毒时间的延长,无菌存活率先呈上升然后
逐渐下降趋势,消毒8min时无菌存活率最高,为77%;
垂丝海棠叶片消毒用2%NaClO、30%H2O2效果均明显
低于0.1% HgCl2,而且用0.1% HgCl2消毒,时间也较
茎段长(图3-B)。这和垂丝海棠的叶片背布柔毛有很大
关系,柔毛不易彻底杀菌,需要长时间消毒。花瓣作为
外植体,消毒处理无菌存活率整体在50%以下,效果相
对较好的是0.1% HgCl2消毒6min,无菌存活率50%
(图3-C)。结合表3可见,花瓣作为外植体建立垂丝海
棠组织培养无菌体系较难,适合花瓣的更好的消毒灭菌
方法还需要进一步研究确定。
图3 消毒剂和消毒时间对不同外植体消毒的影响
Fig.3 Influence of disinfectants and disinfection
time on diferent explants sterilization
2.2 不同培养基及激素浓度配比对不定芽诱导启动的
影响
以垂丝海棠经消毒获得的无菌单芽茎段(图4)为材
料,采用正交实验设计,试验因素为培养基(A)、6-BA
(B)、NAA(C),每个因素取3个水平,接种20d后统计
试验结果(图5),进行数据分析,极差分析见表4,方差分
析见表5。
由表4极差分析可知,根据r值确定培养基(A)、
6-BA(B)、NAA(C)对垂丝海棠不定芽诱导的影响大小
为:培养基>NAA>6-BA,根据各因素水平均值(k)的
大小,确定最优水平组合为:A3B2C1;由表5方差分析可
知,培养基(A)和NAA(C)对试验结果的影响达显著水
平(0.01<P<0.05),6-BA(B)对试验结果没有显著差异
(P>0.05),根据F值可以看出,3个因素对试验结果的
影响大小为A>C>B,这与极差分析结果一致。
表4 试验结果直观分析
  Table 4 Test result visual analysis
编号
Number
(A)培养基
Medium
(B)6-BA
/mg·L-1
(C)NAA
/mg·L-1
启动率
Starting rate/%
1  1(MS) 1(2.0) 1(0.5) 57.77
2  1  2(1.0) 2(0.2) 50.00
3  1  3(0.5) 3(0.1) 51.11
4  2(1/2MS) 1  2  53.33
5  2  2  3  54.43
6  2  3  1  63.33
7  3(WPM) 1  3  70.00
8  3  2  1  86.67
9  3  3  2  73.33
K1  158.88  181.10  207.77
K2  171.09  191.10  176.66
K3  230.00  187.77  175.54
k1  52.96  60.37  69.26
k2  57.03  63.70  58.89
k3  76.67  62.59  58.51
r  23.71  3.33  10.75
  注:K1、K2、K3分别代表不同水平3次启动率之和;k1、k2、k3分别代表不同水
平均值启动率;r代表平均极差(r=最大均值-最小均值)。
Notes:K1,K2,K3denote the sum of starting for diferent levels respectively;k1,
k2,k3denote the average of starting for diferent levels respectively;rdenotes the average
diference between maximum and minimum.
表5 方差分析结果
  Table 5 Test result variance analysis
差异源
Diference source
SS  df  MS  F  P-value  Fcrit
A  964.170  2  482.085 89.918* 0.011  F0.01(2,2)=99
B  17.286  2  8.643  1.612  0.383  F0.05(2,2)=19
C  223.095  2  111.548 20.806* 0.046
误差Error  10.723  2  5.361
总计Total  1 215.274  8
  注:*表示0.05显著水平。
Note:The mark‘*’denotes significantly diferent at P=0.05.
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综合极差直观分析与方差分析结果,得出垂丝海棠
芽诱导启动的最优水平组合为A3B2C1,即:WPM+6-BA
1.0mg/L+NAA 0.5mg/L。
3 结论与讨论
垂丝海棠属于木本花卉,对其进行组织培养的难度
大于草本植物,尤其在外植体灭菌方面,该试验从多方
面研究垂丝海棠外植体灭菌的影响因素,研究表明,外
植体幼嫩程度、取材时期,消毒剂种类、消毒时间都会影
响消毒效果。试验中取材于4~8月间的垂丝海棠的幼
嫩外植体消毒效果较好;在选择消毒剂和消毒时间时,
由于75%酒精对植物细胞和组织具有很大的损伤性,消
毒时间不宜过长,常与其它消毒剂配合使用[7],试验设
计75%酒精分别配合30%H2O2、2%NaClO、0.1%
HgCl2,设置不同消毒时间对3种外植体消毒,结果表
明,在供试的3种垂丝海棠外植体中,消毒效果由好到
劣依次为幼嫩单芽茎段>幼嫩叶片>花瓣;其中单芽茎
段用75%酒精30s+0.1% HgCl2消毒6min、叶片采用
75%酒精30s+0.1% HgCl2消毒8min效果最佳,花瓣
用75%酒精30s+0.1%HgCl2消毒6min相对较好,无
菌存活率为50%,但是花瓣整体消毒效果较叶片和茎段
差,不利于无菌体系的建立。
植物激素是影响组织培养快速繁殖的重要因素[8],
其成分、配比和浓度会对试验结果产生较大的影响[9-13],
通过正交实验设计,确定6-BA和 NAA在垂丝海棠芽
诱导启动中的作用大小为NAA>6-BA,芽诱导启动以
6-BA 1.0mg/L+NAA 0.5mg/L效果最好,其萌芽较
快且出芽率最高,可达87%;此外,基本培养基也会对试
验结果产生影响,不同植物组织培养所需最佳培养基不
同[14],试验采用 MS、1/2MS、WPM 3种基本培养基,结
果发现芽诱导启动效果由好到劣依次为 WPM>
1/2MS>MS,这说明垂丝海棠芽诱导启动萌发更适宜低
盐浓度培养基。
垂丝海棠的组培机制还不够成熟,还需更多相关方
面的研究,该试验探索出垂丝海棠外植体消毒的影响因
素、提高芽启动效率的培养基和激素浓度配比,为快速建
立无菌体系提供了系统依据,可大大缩短垂丝海棠组织培
养试验时间,减少试验成本,节省优良垂丝海棠种质资源,
为组培相关方面进行深入研究奠定了扎实的基础。由于
条件限制,所研究的外植体还有局限,对于是否可以发展
更多的垂丝海棠外植体类型,还需进一步研究。
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Study on Establishment of Aseptic System of Malus haliana
ZHANG Ling-ling,GUO Jun-zhan,ZHANG Min,YANG Mei,JIANG Xiao-dan
(Colege of Forestry,Northwest Agriculture and Forestry University,Yangling,Shaanxi 712100)
Abstract:Taking Malus halianaas test material,explant disinfection factors of Malus halianaand the best combination
of culture medium and plant growth hormones concentration for bud germination were studied.The results indicated that
the explants of best disinfectant efect were those which were young and sampled in April to August every year;the best
disinfection method of stem segment with single bud was 75%alcohol 30swith 0.1%HgCl26min,the best disinfection
method of leaf was 75%alcohol 30swith 0.1% HgCl28min,Because of high infection rate,it was too hard for Petal to
establish aseptic system;Orthogonal experimental design showed that the best combination of culture medium and plant
growth hormones concentration for bud germination was WPM+6-BA 1.0mg/L+NAA 0.5mg/L,and germination rate
was 87%.
Key words:Malus haliana;explant disinfection;bud germination
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