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栒子试管苗玻璃化影响因素的研究



全 文 :北方园艺2014(18):103~106 ·生物技术·
第一作者简介:卢兴霞(1978-),女,硕士,讲师,研究方向为观赏植
物遗传育种与生物技术。E-mail:luxingxia_@163.com.
责任作者:柴慈江(1960-),男,硕士,教授,研究方向为植物组培技
术研究。E-mail:cijiang666@163.com.
基金项目:国家级星火计划资助项目(2008GA610015,2013GA610012);
天津市科委资助项目(08ZHXHNC07000)。
收稿日期:2014-04-24
栒子试管苗玻璃化影响因素的研究
卢 兴 霞,柴 慈 江,张   婷,史 燕 山,骆 建 霞
(天津农学院 园艺园林学院,天津300384)
  摘 要:以栒子试管苗为试材,分别研究了不同的培养瓶封口物、不同6-BA浓度(0~
0.90mg/L)、不同琼脂浓度(6.5~8.5g/L)及不同培养温度对栒子试管苗玻璃化的影响。结果表
明:当6-BA浓度为0.30mg/L、琼脂浓度为6.5g/L、培养温度23~24℃,以棉塞或封口膜封口
时,栒子试管苗玻璃化率较低,繁殖系数较高。
关键词:栒子;组织培养;玻璃化
中图分类号:Q 949 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2014)18-0103-04
  栒子(Cotoneaster hjelmqvisti Flinck and Turcz)是
近年从英国爱丁堡皇家植物园引进的一个栒子新种,
匍匐生长,小叶亮绿,落叶前变为红色,枝叶密集,花粉
色,果红色,是一种观花、观叶、观枝、观果的优良地被
植物,并具有较强的耐寒及耐盐碱能力,适合天津地区
推广应用。为加快其苗木繁殖,课题组开展了相关的
组织培养快繁技术的研究[1]。但是,在栒子组培快繁
中存在着试管苗的玻璃化现象,影响繁殖率的提高。
该试验以栒子试管苗为试材,对栒子试管苗玻璃化的
影响因素进行探讨,以期为减少栒子试管苗玻璃化发
生提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
以在MS培养基上(附加0.75mg/L 6-BA和3%蔗
糖)进行3次继代培养的栒子试管苗为试材。
1.2 试验方法
1.2.1 不同的培养瓶封口物对栒子试管苗玻璃化的影
响 以MS为基础培养基,附加0.75mg/L 6-BA、30g/L
蔗糖和7g/L琼脂。常规灭菌后分装到培养瓶中,并根
据不同培养瓶用不同的封口物封口(表1)。
1.2.2 不同浓度6-BA对栒子试管苗玻璃化的影响 
以MS为基础培养基,附加蔗糖30g/L、琼脂7g/L和
6-BA(0、0.30、0.60、0.75、0.90mg/L)共5个处理。
表1 培养瓶与封口物不同的组合方式
  Table 1 Combination of the vessel and covering
培养瓶The vessel 封口物Covering
100mL三角瓶 棉塞
150mL三角瓶 1层硫酸纸+1层牛皮纸
150mL三角瓶 2层牛皮纸
150mL三角瓶 封口膜(北京振泰出品,下同)
150mL三角瓶 1层封口膜+1层牛皮纸
200mL大口瓶 塑料盖
1.2.3 琼脂浓度对栒子试管苗玻璃化的影响 以 MS
为基础培养基,附加6-BA 0.75mg/L、蔗糖30g/L和琼
脂(6.5、7.0、7.5、8.0、8.5g/L)共5个处理。以上各处理
常规灭菌后,接入长约1cm的栒子试管苗茎段,放于温
度23~28℃、光照强度3 000lx、光照时间14h/d的恒温
培养室培养。
1.2.4 培养温度对栒子试管苗玻璃化的影响 以 MS
为基础培养基,附加0.3mg/L 6-BA、30g/L蔗糖和7g/L
琼脂。常规灭菌后,接入长约1cm的栒子试管苗茎
段,然后分别放于培养架的顶层和底层培养,顶层温度
为24~32℃,底层温度为23~24℃。
1.3 数据分析
在以上各种不同处理下培养40d后,观察并统计试
管苗的玻璃化情况,做单因素方差分析,并按公式计算:
增殖系数=增殖茎段数/接种茎段数;玻璃化率(%)=
玻璃化茎段数/增殖茎段数×100%。
2 结果与分析
2.1 不同的培养瓶封口物对栒子试管苗玻璃化的影响
表2表明,不同培养瓶封口物之间的试管苗玻璃化
率差异显著。其中,以塑料盖封口的玻璃化率最高,达
61.4%;封口膜+牛皮纸封口的玻璃化率也较高,为
12.3%;双层牛皮纸封口的玻璃化率最低,为0。其余3
个处理虽也有玻璃化现象,但玻璃化率均在2%以下。
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·生物技术· 北方园艺2014(18):103~106
一般认为,培养瓶通气性差和培养基水势过高都是
导致试管苗玻璃化的因素,不同的培养瓶封口物会影响
瓶内的通气状况和培养基的水分状况,进而影响到试管
苗的玻璃化。在试管苗培养期间,由于培养基失水会导
致其体积缩小,其边缘逐渐与瓶壁分离,失水越多,培养
基边缘距瓶壁距离越大,因此可用培养基边缘与瓶壁的
距离反映其失水程度。由表3可知,在培养50d后,以
塑料盖封口的培养基失水最少,其次为封口膜+牛皮纸
封口,以双层牛皮纸封口的失水最多,其余3个处理间
失水程度相似,但都少于双层牛皮纸封口处理。这一结
果正好与上述试管苗的玻璃化程度相一致。
  表2 不同培养瓶封口物组合对栒子试管苗玻璃化的影响
  Table 2 Efect of diferent coverings of the vessel on the vitrification
培养瓶封口物
Covering of the vessel
接入茎段数
Number of cultured stem-sections
增殖茎段总数
Number of multiplicated stem-sections
玻璃化茎段数
Number of the vitrification stem-sections
茎段玻璃化率
Vitrification rate/%
棉塞 60  406  6  1.5
硫酸纸+牛皮纸 60  432  6  1.4
牛皮纸+牛皮纸 60  324  0  0
封口膜+牛皮纸 60  414  51  12.3
封口膜 60  410  8  2.0
塑料盖 60  246  151  61.4
  表3 不同培养瓶封口物组合对培养基失水的影响
  Table 3 Efect of diferent coverings of the vessel on water loss of culture medium
培养瓶封口物
Covering of the
vessel
培养50d后培养基边缘与瓶壁的距离The distance of the culture medium and the edge of the bottle wal after 50d/mm
培养基表面边缘与瓶壁距离
The distance of the surface of the culture medium and the edge of the bottle wal
培养基底部与瓶壁距离
The distance of the base of the culture medium and the edge of the bottle wal
棉塞 1.5  1.4
硫酸纸+牛皮纸 1.6  1.5
牛皮纸+牛皮纸 3.5  3.4
封口膜+牛皮纸 0.3  0
封口膜 1.5  1.4
塑料盖 0 0
  由上述结果可知,以塑料盖和封口膜+牛皮纸组合
封口的容器内因通气性差,培养基水势高,加剧了栒子
试管苗玻璃化,因此,这2种封口物不适用于栒子试管
苗的茎芽增殖培养。双层牛皮纸封口组合虽然未出现
试管苗玻璃化,但培养基失水过快,不利于试管苗的生
长,导致其增殖的茎段数明显减少,因此,该组合也不适
用于栒子试管苗的茎芽增殖培养。其余3种封口物:棉
塞、封口膜、牛皮纸+硫酸纸封口组合,其试管苗玻璃化
率均在2%以下,且茎段增殖数较高,这3种封口物均适
用于栒子试管苗的茎芽增殖培养。
2.2 6-BA浓度对栒子试管苗玻璃化的影响
表4表明,栒子试管苗玻璃化率随着6-BA浓度的
增加而增加,6-BA浓度对栒子试管苗玻璃化影响的差异
达到了显著性水平,0.30mg/L处理的茎芽增殖系数除
与0.60mg/L处理的差异不显著外,与其它各处理间
的差异都达到了显著水平。当6-BA浓度为0mg/L
时,栒子试管苗无玻璃化现象,但试管苗增殖系数最
低;当6-BA浓度为0.30mg/L时,试管苗开始出现玻
璃化,但玻璃化率较低,其茎芽增殖系数最高,为5.6。
随着6-BA浓度的增加栒子试管苗玻璃化也增加,当
6-BA浓度为0.90mg/L时,栒子玻璃化率达到20.2%。
以增殖系数和玻璃化2个指标进行综合分析,6-BA为
0.30mg/L时是增殖系数最高、玻璃化率最低。
  表4 不同浓度的6-BA对栒子试管苗的生长及玻璃化的影响
  Table 4 Efect of diferent 6-BA concentrations on Cotoneaster hjelmqvisti plantlet growth and vitrification
6-BA浓度
Concentration of 6-BA
/(mg·L-1)
接种茎段数
Number of cultured
stem-sections
增殖茎段数
Number of multiplicated
stem-sections
增殖系数
The multiplication
coeficient
玻璃化茎段数
Number of the vitrification
stem-sections
玻璃化率
Vitrification rate
/%
0  30  64  2.1c 0  0e
0.30  30  169  5.6a 4  2.4d
0.60  30  127  4.2ab  6  4.7c
0.75  30  124  4.1b 9  7.3b
0.90  30  99  3.3bc  20  20.2a
  注:表中同列数据后不同的小写字母表示差异显著(P<0.05),下同。
Note:Diferent lowercase letters show significant diference at 0.05level,the same below.
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2.3 琼脂浓度对栒子试管苗玻璃化的影响
由表5可知,栒子试管苗玻璃化率随着琼脂浓度的
增加出现先升高后降低的现象。在琼脂浓度为7.0g/L
时玻璃化率达到最高,此时观察到试管苗的生长较快,
但试管苗叶色微黄,长势较差。琼脂浓度为6.5g/L和
8.0g/L处理之间的玻璃化率差异不显著,但琼脂浓度
为6.5g/L时的茎段增殖系数显著高于琼脂浓度为
8.0g/L的处理。当琼脂浓度达到8.5g/L时,虽然有效
地降低了试管苗的玻璃化率,但由于琼脂浓度过高导致
培养基水分含量低,使试管苗生长缓慢。
一般来说,琼脂的浓度会影响培养基的水势。琼脂
浓度低,培养基水势较高,试管苗易于产生玻璃化现象。
在该试验中,琼脂浓度7.0~8.5g/L时的试管苗玻璃化
趋势基本符合上述规律,但是,琼脂浓度6.5g/L的处理
玻璃化率显著低于7.0g/L和7.5g/L处理,显然与上
述规律不符,其原因尚待作进一步研究。在该试验中,
以增殖系数和玻璃化2个指标进行综合分析,琼脂浓度
为6.5g/L是增殖系数高、玻璃化率低的最佳处理。
  表5 不同琼脂浓度对栒子试管苗生长及玻璃化的影响
  Table 5 Efect of diferent agar concentrations on Cotoneaster hjelmqvisti plantlet growth and vitrification
琼脂浓度
Agar concentration
/(g·L-1)
接种茎段数
Number of cultured
stem-sections
增殖茎段数
Number of multiplicated
stem-sections
增殖系数
The multiplication
coeficient
玻璃化茎段数
Number of the vitrification
stem-sections
玻璃化率
Vitrification rate
/%
6.5  36  303  8.42a 17  5.61c
7.0  36  195  5.42b 16  8.21a
7.5  36  175  4.86c 12  6.86b
8.0  36  161  4.47c 8  4.97c
8.5  36  131  3.64d 3  2.29d
2.4 培养温度对栒子试管苗玻璃化的影响
植物组织培养所需温度一般要求恒定在25℃左右,
但在实践中,培养室内的不同部位常存在温度不均匀
的现象。该试验中,在培养室内没有风扇搅动空气的
情况下,培养架的上下层之间温差明显,上层温度较高
而且温度变化大,下层温度较低而且稳定。培养架上
下层之间的这种温度高低差异对栒子试管苗的生长及
玻璃化产生了明显的影响。表6结果显示,培养温度
为23~24℃(下层温度)时,试管苗玻璃化率显著地低于
24~32℃(上层温度),增殖系数则显著地高于24~
32℃。对增殖系数和玻璃化2个指标进行分析,表明采
用23~24℃的较低温度对栒子试管苗的茎芽增殖培养
较为有利。
  表6 不同温度对栒子的生长及玻璃化的影响
  Table 6 Efect of diferent culture temperature on Cotoneaster hjelmqvisti plantlet growth and vitrification
培养温度
Culture temperature
/℃
接种茎段数
Number of cultured
stem-sections
增殖茎段数
Number of multiplicated
stem-sections
增殖系数
The multiplication
coeficient
玻璃化茎段数
Number of the vitrification
stem-sections
玻璃化率
Vitrification rate
/%
23~24  30  169  5.6a 4  2.3b
24~32  30  129  4.3b 37  28.7a
3 结论与讨论
试管苗的玻璃化现象是植物组织培养中普遍发生
的一种形态和生理性的变异。玻璃苗的形态异常,生长
缓慢,生根率、成活率很低,限制了某些植物微繁技术在
产业化中的推广应用[2]。到目前为止,引起玻璃化的最
主要的原因是植物生长调节剂的过量使用、培养基的水
势和组培容器中比较大的相对湿度、MS培养基中大量
的矿物离子(主要是NH4+和Cl-)等。这些因素主要是
通过启动过氧化物-IAA-氧化酶系统诱导生成过量的乙
烯,从而使植物产生非特异性应激反应,出现玻璃化现
象[3-6]。尽管这些因素的作用机制和互作效应仍然不清
楚,但是植物生长调节剂特别是细胞分裂素的作用效果
是有据可查的,而且6-BA的影响最大[2,7-8]。
有研究认为,对幼苗玻璃化影响最关键的因素有
2个:幼苗茎尖的生理状态(活跃的细胞分裂是由于内源
细胞分裂素升高)和培养瓶内比较高的相对湿度,这2个
因素中的任何一个因素不具备,都会显著的降低植物的
玻璃化现象。培养基中的细胞分裂素6-BA会很容易地
被植物吸收,然后迅速被代谢为多种化合物。其中,苄
基裂解后可能会形成细胞分裂素合成的前体—腺嘌呤。
因此,内源细胞分裂素水平的升高可能是由于外源激素
激发了内源细胞分裂素的合成途径或者是tRNA逆转
录的增加,从而生成了细胞分裂素类物质。细胞中内源
细胞分裂素水平的升高可以维持分生组织细胞处于积
极的分化状态,新生的细胞由于只含有少量的木质素和
纤维素,还缺乏细胞壁的充分保护。如果这些细胞处在
相对湿度比较高的环境中,水分就会渗透到这些细胞
中,从而在分生组织区内就会出现高度空泡化的细胞,
使得试管苗的茎尖结构发生改变。过量的内源激素促
进具有不正常茎尖结构的试管苗生长,从而导致试管苗
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玻璃化现象的发生。这也可能是为什么正在生长的植
物材料会发生玻璃化现象的原因[9]。
在该研究中,栒子试管苗玻璃化率也随着6-BA浓
度的升高玻璃化率显著增加,与前人的报道基本一
致[10-12]。栒子试管苗6-BA为0.30mg/L时增殖系数最
高、玻璃化率最低。但其作用机理是否为通过外源激素
6-BA刺激诱导内源激素升高,在高湿的环境下,使试管
苗茎尖细胞发生空泡化,其结构发生改变,从而导致玻
璃化现象的发生还有待进一步研究。
组织培养所需温度一般在22~28℃,在这个温度范
围内,试管苗生长正常,超过这一温度范围,就易产生玻
璃化现象。这可能与幼苗茎尖的生理状态有关,因为低
温使植物体代谢缓慢,新生的幼苗细胞分化不完全,从
而导致玻璃化;而高温则刺激细胞新陈代谢,细胞快速
分裂,愈伤组织疏松,从而导致玻璃化。该试验证明,培
养温度为23~24℃时比较适合栒子试管苗生长,玻璃化
现象较轻,且茎芽增殖系数较高。
琼脂和不同的培养瓶封口物对培养基中的可利用
水分和培养瓶中的相对湿度易产生影响,使植物对营养
和矿物质元素的吸收降低,影响植物的代谢,影响试管
苗的正常生长。有研究表明,培养基中琼脂的浓度与植
物对BA的吸收量呈负相关;用棉塞作封口物的玻璃化
率比用铝箔作封口物的玻璃化率下降了2~3倍,其主
要原因是棉塞封口物可以有效地降低培养瓶内的相对
湿度[9]。该试验表明,琼脂含量在7.0~8.5g/L时,试
管苗玻璃化是随着琼脂浓度的增加而下降,但琼脂含量
6.5g/L的处理玻璃化率则明显低于7.0g/L和7.5g/L
处理,其原因尚待进一步研究;采用通气性好的封口材
料如纱布和脱脂棉做成的棉塞代替聚乙烯塑料膜作为
封口材料,可有效降低培养瓶内的相对湿度,从而减轻
栒子试管苗玻璃化现象的发生。
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Study on the Vitrification of Cotoneaster hjelmqvisti Plantlet in vitro
LU Xing-xia,CHAI Ci-jiang,ZHANG Ting,SHI Yan-shan,LUO Jian-xia
(Colege of Horticulture and Landscape,Tianjin Agriculture Colege,Tianjin 300384)
Abstract:Taking Cotoneaster hjelmqvisti plantlet in vitro as materials,the efect of coverings of the vessels,6-BA
concentrations(0~0.90mg/L),agar concentrations(6.5~8.5g/L)and shoots culture temperature on its vitrification
phenomenon were studied.The results showed that the vitrification rate was lower,and the propagation coeficient
was higher when the Cotoneaster hjelmqvisti plantlet was cultured on MS basal salts containing 0.30mg/L 6-BA and
6.5g/L agar concentration,in 23~24℃cultured temperature and in the vessels covering with cotton plug or sealing
film.
Keywords:Cotoneaster hjelmqvisti Flinck and Turcz;tissue culture;vitrification phenomenon
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