全 文 :北方园艺2016(04):101~106 ·生物技术·
第一作者简介:何炎红(1979-),女,内蒙古呼和浩特人,博士,副
教授,研究方向为森林培育。E-mail:hyh20012008@imau.edu.
cn.
责任作者:白玉娥(1968-),女,教授,研究方向为林木遗传育种。
E-mail:bye666@163.com.
基金项目:国家科技支撑资助项目(2013BAD14B02)。
收稿日期:2015-10-28
DOI:10.11937/bfyy.201604027
山杏愈伤组织诱导及植株再生
何 炎 红,吴 高 殷,白 玉 娥,田 有 亮,金 牧 兰,邹 薇 薇
(内蒙古农业大学 林学院,内蒙古 呼和浩特010019)
摘 要:以山杏成熟胚和胚乳为外植体,以MS为基本培养基进行组织培养,研究了基于山杏
经愈伤组织途径建立的再生植株技术。结果表明:以胚乳为外植体诱导愈伤组织的适宜培养基
为MS+6-苄基腺嘌呤(6-BA)1.0mg/L+2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)0.5mg/L+蔗糖30g/L+
琼脂3g/L;愈伤组织的继代及分化培养基为MS+6-BA 1.0mg/L+萘乙酸(NAA)0.1mg/L+蔗
糖30g/L+琼脂3g/L;以成熟胚诱导愈伤组织和丛生芽增殖分化培养基为MS+6-BA 2.0mg/L+
蔗糖30g/L+琼脂3g/L;生根培养基为1/2MS+NAA 0.5mg/L+蔗糖30g/L+琼脂3g/L。
关键词:山杏;愈伤组织;植株再生
中图分类号:S 662.203.6 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2016)04-0101-06
山杏(Armeniaca sibirica(L.)Lam)主要分布于我
国北方地区,是主要的经济树种和生态绿化树种,具有
广泛应用和实际价值。山杏常用的繁殖方法是播种繁
殖和嫁接繁殖,嫁接繁殖能够保持品种的优良特性,遗
传性状稳定,但繁殖速度慢,严重阻碍优良品种的推广
应用。播种繁殖需要层积等技术,种子处理时间长,要
求高,且种子产量往往受到气候影响,限制了山杏播种
苗的培养。而植物组织培养技术,能够在较短时间内利
用较少的材料,大量繁殖出具有统一优良性状的山杏苗
木,不受地区、气候等影响,扩繁速度比常规方法近数万
倍,已被广泛应用于多种植物[1]。但迄今为止,山杏组
培苗在生产中尚未应用,对山杏组织培养的研究报道较
少。王鸿[2]以山杏下胚轴、子叶、茎尖和无性系叶片作
为外植体,研究不同外植体、外源植物生长调节剂、培养
基类型、培养时间、接种方式等因素对增殖效率、愈伤组
织诱导率、再生频率和试管苗生根的影响。刘小蕾[3]通
过对山杏的茎尖、叶片和下胚轴的组织培养初步建立了
山杏再生体系。现以山杏胚乳、成熟胚为外植体,经愈
伤组织途径诱导丛生芽,建立再生植株,以期为山杏快
速繁殖和种质资源保护等提供参考依据
。
Establishment of High Efficient Regeneration System of Pyrus ussuriensis Leaves
WANG Defen,ZHANG Mei,LI Dingli,WANG Ran,MA Chunhui,SONG Jiankun
(Colege of Horticulture,Qingdao Agricultural University,Qingdao,Shandong 266109)
Abstract:In this study,an eficient regeneration system of leaves of Pyrus ussuriensis was established by using the NN69
basic culture medium.The results showed that introduction efect of TDZ was better than that of 6-BA and KT,
introduction efect of IBA and IAA was better than NAA and 2,4-D,in adventitious bud regeneration.The optimal
culture medium of shoot regeneration whose eficiency was 100.0%and the number of shoots per plant was 8.47,was
NN69+TDZ 3.0mg/L+IBA 0.3mg/L.The optimal of root induction was 1/2MS+IBA 0.5mg/L,and the eficiency
of it was 45.5%and root number was 2.24per shoot.
Keywords:Pyrus ussuriensis;leaves;tissue culture;regeneration
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·生物技术· 北方园艺2016(04):101~106
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试山杏种子取自内蒙古呼和浩特内蒙古良种繁
育基地山杏种植园区。
1.2 试验方法
1.2.1 消毒时间的选择 种子经温水浸泡24~48h,将
种壳剥离后,滴加2滴吐温-20,自来水冲洗30min后在
超净工作台进行消毒。用75%酒精处理30s后用无菌
水清洗2次,再用2%NaClO分别处理4、6、8min,统计
污染率及愈伤组织生长状况。
1.2.2 愈伤组织诱导基本培养基的选择 以胚乳为外
植体,将其分别接种到含6-BA 1mg/L+2,4-D 0.5mg/L
的MS、1/2MS、N6和B5 4种基本培养基中,在(25±2)℃、
暗培养条件下诱导愈伤组织,统计诱导率及生长状况。
1.2.3 胚乳愈伤组织的诱导 将外植体接种至含不同浓
度细胞分裂素6-苄基腺嘌呤6-BA(0.5、1.0、2.0mg/L)、激
动素KT(0.5、1.0、2.0mg/L)、生长素萘乙酸NAA(0.1、
0.2、0.5、1.0mg/L)、吲哚丁酸IBA(0.1mg/L)、吲哚乙
酸IAA(0.1mg/L)、2,4-二氯苯氧乙酸2,4-D(0.1、0.3、
0.5、1.0mg/L)的不同激素组合培养基中,在(25±2)℃、
暗培养条件下诱导愈伤组织,统计诱导率及愈伤组织生
长情况。
1.2.4 愈伤组织的继代及分化诱导 将培养20d的
愈伤组织转接至含不同浓度细胞分裂素6-BA(0.5、
1.0、2.0mg/L)+NAA(0.1、0.2、0.5mg/L)组合的培
养基中进行丛生芽诱导,统计愈伤组织增殖率及分化
情况。
1.2.5 成熟胚芽的诱导及分化增殖 消毒后的种子
切下成熟胚接种至含不同浓度细胞分裂素6-BA(0.1、
0.5、1.0、2.0mg/L)和NAA(0.5mg/L)的培养基中,
按照2种培养方法进行培养,第1组对成熟胚先进行
暗培养14d,再进行光培养;第2组成熟胚不经暗培养
直接进行光培养。统计愈伤组织诱导率及增殖分化
情况。
1.2.6 丛生芽生根及移栽 选择叶片翠绿、生长良好、
长约2cm的芽,接种至以1/2MS为基本培养基、含不同
浓度生长素NAA和IBA的培养基中,统计生根率。待
试管苗根长至2cm且有侧根时,进行驯苗,并统计试管
苗成活率。
2 结果与分析
2.1 消毒时间的筛选
由表1可知,消毒时间长短对外植体的污染率无明
显差异,外植体诱导愈伤组织诱导率与消毒时间长短有
直接关系,消毒时间越长对外植体的损害越大,需诱导
时间也越长,所以选取适宜消毒时间组合:75%酒精30s
和2%NaClO处理4min。
表1 消毒时间的筛选
Table 1 The selection of sterilization time
处理
Treatment
污染率
Contamination rate/%
生长状况
Growth status
75%酒精30s+2%NaClO 4min 6.67 接种9d,愈伤组织从伤口处长出愈伤,诱导率达90%
75%酒精30s+2%NaClO 6min 6.67 接种9d,部分长出愈伤组织,诱导率达63.34%
75%酒精30s+2%NaClO 8min 3.36 接种9d,愈伤诱导率低,极少部分长出愈伤,诱导率为36.67%
2.2 愈伤组织诱导基本培养基的筛选
由表2可知,4种培养基诱导愈伤组织的诱导率都
大于80%,愈伤组织呈白色颗粒状。诱导产生愈伤组织
时间MS最快为15d。在相同诱导时间下,MS培养基
增殖量最大,其次为1/2MS,N6最小。4种培养基可分
为高盐、中盐和低盐[4],MS培养基为高盐培养基,诱导
率、生长状况等最好,其次为中盐培养基(1/2MS、B5),低
盐培养基(N6)最差。
表2 基本培养基的筛选
Table 2 The selection of basic culture medium
培养基种类
Medium type
诱导率
Induction rate/%
生长状况
Growth status
MS 100.0 15d后愈伤组织颗粒状,增殖量大、成团,白色
1/2MS 100.0 20d后愈伤组织颗粒状,增殖量少、成团,白色
N6 82.5 20d后愈伤组织颗粒状,未增殖;白色
B5 92.5 20d后愈伤组织颗粒状,增殖量少、成团;白色
2.3 诱导愈伤组织的激素组合筛选
由表3可知,随着生长素NAA浓度的提高(S1~
S4),愈伤组织诱导率逐渐提高,最高达86.1%,高浓度
的NAA利于愈伤组织的诱导(图1);随着生长素2,4-D
浓度的提高(S5~S8),愈伤组织诱导率逐渐提高,最高
达100%,但2,4-D浓度过高(1.0mg/L)外植体极易褐
化(图2);细胞分裂素6-BA浓度的增加对外植体的诱导
率无明显差异(L1~L3);激动素KT对外植体的愈伤组
织诱导作用小(L4~L6);然而生长素IBA和IAA均不
利于外植体愈伤组织的诱导(L7~L8)。综上所述,不同
生长素诱导胚乳愈伤组织活性的大小依次为2,4-D>
NAA>IBA和IAA,诱导胚乳愈伤组织适宜培养基为
MS+6-BA 0.5mg/L+2,4-D 0.5mg/L+蔗糖30g/L+
琼脂3g/L。
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北方园艺2016(04):101~106 ·生物技术·
表3 不同激素组合对诱导愈伤组织的影响
Table 3 The efect of diferent hormone combinations on inducing calus
处理
Treatment
激素配比
Hormone combination/(mg·L-1)
诱导率
Induction rate/%
愈伤生长情况
Calus growth
S1 6-BA 1.0+NAA 0.1 13.0 大部分外植体膨大弯曲,部分伤口有少许愈伤
S2 6-BA 1.0+NAA 0.2 19.4 大部分外植体膨大弯曲,部分伤口有少许愈伤
S3 6-BA 1.0+NAA 0.5 55.5 伤口处小团状愈伤,黄白色
S4 6-BA 1.0+NAA 1.0 86.1 外植体膨大弯曲,伤口四周均有颗粒状愈伤,白色
S5 6-BA 0.5+2,4-D 0.1 80.5 疏松颗粒状愈伤,白色
S6 6-BA 0.5+2,4-D 0.3 88.8 紧密成团状愈伤,黄白色
S7 6-BA 0.5+2,4-D 0.5 100.0 紧密成团状,大量愈伤,黄白色
S8 6-BA 0.5+2,4-D 1.0 100.0 疏松块状愈伤,褐黄色,愈伤褐化严重
L1 6-BA 0.2+2,4-D 0.5 94.2 团状,少量愈伤,白色
L2 6-BA 1.0+2,4-D 0.5 97.2 团状颗粒状,大量愈伤,白色
L3 6-BA 2.0+2,4-D 0.5 97.2 团状颗粒状,大量愈伤,黄白色轻微褐化
L4 KT 0.5+2,4-D 0.5 11.1 少量颗粒状愈伤,白色
L5 KT 1.0+2,4-D 0.5 27.7 少量颗粒状愈伤,白色,部分外植体从愈伤长出根
L6 KT 2.0+2,4-D 0.5 25.0 少量颗粒状愈伤,白色,部分外植体从愈伤长出根
L7 6-BA 1.0+IBA 0.1 0.0 外植体膨大,无愈伤组织
L8 6-BA 1.0+IAA 0.1 0.0 外植体膨大,无愈伤组织
图1 高浓度细胞分裂素诱导愈伤组织
Fig.1 High concentrations of
cytokinin induced calus
图2 2,4-D诱导愈伤组织
Fig.2 2,4-D induced calus
2.4 愈伤组织的继代及分化诱导
由表4可知,当6-BA浓度为1.0mg/L时,丛生芽分
化增殖率达6.0以上(Y3~Y5),但随着6-BA浓度的提高
(Y6~Y8),分化苗较弱并且伴随严重的玻璃化(图3);
生长素NAA浓度的增加主要影响愈伤组织的形成(图
4)。综上所述,适宜外植体分化的培养基为 MS+6-BA
1.0mg/L+NAA 0.1mg/L+蔗糖30g/L+琼脂3g/L。
图3 高浓度分裂素下愈伤的分化
Fig.3 The calus diferentiation under
high concentration of cytokinin
图4 适宜愈伤组织分化的培养基
Fig.4 The suitable medium for diferentiation of calus
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·生物技术· 北方园艺2016(04):101~106
表4 不同激素配比对愈伤组织增殖分化影响
Table 4 The efect of diferent hormone combinations on proliferation and diferentiation of calus
处理
Treatment
激素配比
Hormone combination/(mg·L-1)
增殖率
Proliferation rate
芽分化情况
Bud diferentiation
Y1 6-BA 0.5+NAA 0.1 3.4 分化芽良好,部分叶片卷曲
Y2 6-BA 0.5+NAA 0.2 3.7 分化芽良好
Y3 6-BA 1.0+NAA 0.1 6.3 分化芽良好,快,部分叶片卷曲,轻微水渍状
Y4 6-BA 1.0+NAA 0.2 6.0 分化芽良好,快,部分叶片卷曲,轻微水渍状
Y5 6-BA 1.0+NAA 0.5 6.1 分化苗弱,基部有大量愈伤
Y6 6-BA 2.0+NAA 0.1 4.7 分化苗弱,玻璃化现象严重
Y7 6-BA 2.0+NAA 0.2 5.4 分化苗弱,玻璃化现象严重
Y8 6-BA 2.0+NAA 0.5 3.2 分化苗弱,玻璃化现象严重,基部有愈伤
2.5 成熟胚丛生芽诱导及增殖和分化
经第1组试验获得的丛生芽茎节段徒长且不整齐
(图5),而第2组试验获得的丛生芽壮实且生长一致(图
6)。由表5可知,随着6-BA浓度的提高,丛生芽分化诱
导率也相对提高(A1~A4),当6-BA浓度为2.0mg/L
时,诱导率最大,为82.5%,且丛生芽生长较好,低浓度
6-BA不利于成熟胚丛生芽的诱导分化。虽然A5处理
的诱导率低于A4处理,但A5处理可同时诱导根和丛生
芽,且生长较好。
注:A,暗培养14d;B,光培养。
Note:A,cultured for 14days in dark;B,cultured in light.
图5 暗培养+光培养条件下丛生芽诱导和增殖
Fig.5 Induction and proliferation of multiple shoots under the condition of dark+light
注:A,附加6-BA 2.0mg/L的培养基;B,附加6-BA 2.0mg/L+NAA 0.5mg/L的培养基。
Note:A,the medium with 2.0mg/L 6-BA;B,the medium with 2.0mg/L 6-BA+0.5mg/L NAA.
图6 成熟胚光培养下丛生芽诱导和增殖
Fig.6 Induction and proliferation of multiple shoots under the condition of light
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北方园艺2016(04):101~106 ·生物技术·
表5 不同激素组合对成熟胚丛生芽诱导和增殖的影响
Table 5 The efect of diferent hormone combinations on induction and proliferation of mature embryo shoots
处理
Treatment
激素配比
Hormone combination/(mg·L-1)
诱导率
Induction rate/%
备注
Remark
A1 6-BA 0.1 0.0 未见芽丛,少量愈伤组织
A2 6-BA 0.5 30.0 愈伤组织继代后,从愈伤处长出芽丛,丛生芽数量较少
A3 6-BA 1.0 50.0 愈伤组织继代后,从愈伤处长出芽丛,丛生芽数量较多
A4 6-BA 2.0 82.5 愈伤组织继代后,从愈伤处长出芽丛,丛生芽数量较多,长势较A3好
A5 6-BA 2.0+NAA 0.5 75.0 愈伤组织继代后,从愈伤处长出芽丛且根从愈伤组织上分化部分长出须根;丛生芽数量较多,长势较A3好
2.6 丛生芽生根诱导及练苗
叶片翠绿,芽丛长至2cm左右的芽,切下接种至
1/2MS+NAA 0.5mg/L+蔗糖30g/L+琼脂6g/L培
养基中,试管苗生根率可达75%以上(图7、8)。试管苗
种植在蛭石∶珍珠岩∶腐殖土=1∶1∶2混合土中,试
管苗的成活率达75%(图9)。
注:A,上部;B,底部。
Note:A,up;B,bottom.
图7 主根的分化
Fig.7 Diferentiation of the main root
图8 侧根的分化
Fig.8 Diferentiation of lateral root
3 结论与讨论
随着消毒时间的增加,种子感染率降低,但种子的
受伤害程度较大,对外植体愈伤组织的诱导增加了诱导
时间并降低了诱导率,消毒时间短,会增加外植体的污
染率;适宜消毒方法为75%酒精30s和2%NaClO
4min。
以山杏胚乳为外植体研究4种基本培养基对愈伤
注:培养基成分蛭石∶珍珠岩∶腐殖土=1∶1∶2。
Note:Vermiculite∶perlite∶humus soil=1∶1∶2in the medium.
图9 试管苗的生长
Fig.9 The growth of plant
组织诱导的影响,诱导愈伤组织使用高盐培养基较好。
MS培养基诱导时间短、增殖快,可作为诱导愈伤组织优
选培养基。
愈伤组织的诱导研究得出细胞分裂素6-BA优于
KT;生长素诱导山杏愈伤组织活性的大小依次为2,4-D>
NAA>IBA和IAA,在2,4-D培养基中诱导出的愈伤组
织为白色透明颗粒状且愈伤增殖量多,2,4-D浓度的增
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·生物技术· 北方园艺2016(04):101~106
加,愈伤组织呈块状极易褐化死亡;所以胚乳愈伤组织
诱导的适宜培养基为 MS+6-BA 0.5mg/L+2,4-D
0.5mg/L+蔗糖30g/L+琼脂3g/L。
继代培养基不添加生长素2,4-D,增加细胞分裂素
浓度和降低生长素浓度利于丛生芽的分化,细胞分裂素
的浓度过高丛生芽玻璃化的现象严重;该试验适宜愈
伤组织分化培养基为 MS+6-BA 1.0mg/L+NAA
0.1mg/L+蔗糖30g/L+琼脂3g/L。
成熟胚诱导丛生芽随着6-BA浓度的提高,芽丛的
分化诱导率也相对提高至82.5%,低浓度6-BA不利于
丛生芽的分化并且愈伤组织较少;然而6-BA与NAA组
合丛生芽的分化和根的分化可同步进行,但根的状况
弱,不利于后期驯苗;适宜成熟胚增殖分化培养基为MS+
6-BA 2.0mg/L+蔗糖30g/L+琼脂3g/L。
丛生芽诱导生根的培养基单独使用生长素更适合
丛生芽根的分化,选取1/2MS+NAA 0.5mg/L+蔗糖
30g/L+琼脂6g/L为适宜培养基,生根率达75%。移
栽练苗基质选取蛭石∶珍珠岩∶腐殖土=1∶1∶2,成
活率达75%。
山杏成熟胚诱导愈伤组织的过程能在短期实现,愈
伤组织诱导丛生芽的过程中分化率低,并且芽丛的质量
不高,叶片有卷曲、玻璃化现象严重,原因可能是细胞分
裂素浓度过高、培养基大量元素氮比例失衡、培养环境
温度过高和湿度过大等因素所导致;主要因素是细胞分
裂素使用浓度和培养瓶中湿度;细胞分裂素浓度过高促
进细胞分裂极易引起试管苗的过度生长,加速玻璃化现
象的发生,但当细胞分裂素浓度低时,丛生芽的增殖分
化就会受到严重影响;在不透气的高湿培养瓶中,不利
于气体的交换,苗的生长势快,玻璃化的发生频率也相
对较高。试验中应选取透气封口膜利于瓶内外气体的
交换,从而降低试管苗玻璃化发生。
胚乳愈伤组织进行分化培养,分化率极低,愈伤组
织不易分化,可能的原因其一是在愈伤组织诱导过程中
使用生长素2,4-D,2,4-D的使用不利于愈伤组织的分
化;其二,在分化培养基中添加的细胞分裂素和生长素
浓度配比不适宜愈伤组织的分化。
试管苗在生根过程中,部分丛生芽叶片逐渐泛黄最
后死亡,部分茎尖组织坏死,试管苗生根状况良好但生
根苗不壮现象严重;可能与培养基的各成分有很大关
系,山杏的分布在北方干旱地区,培养环境空气湿度过
大也是原因之一;具体原因还需进一步的研究。
参考文献
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Calus Induction and Plant Regeneration of Armeniacasibirica
HE Yanhong,WU Gaoyin,BAI Yu’e,TIAN Youliang,JIN Mulan,ZOU Weiwei
(Forestry Colege,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot,Inner Mongolia 010019)
Abstract:Taking mature embryo and endosperm of Armeniaca sibirica as explants,using MS media with diferent
combinations of hormones,the regeneration plant of Armeniaca sibirica was established.The results showed that the
formula of MS+6-BA 1.0mg/L+2,4-D 0.5mg/L+sucrose 30g/L+agar 3g/L was better at the stage of inducing
calus when endosperm was adopted as explant,and better medium of calus subculture and diferentiation was MS+6-BA
1.0mg/L+NAA 0.1mg/L+sucrose 30g/L+agar 3g/L.MS+6-BA 2.0mg/L+sucrose 30g/L+agar 3g/L was the
optimal medium for calus induction from mature embryo and the multiple shoots from calus,and during the proliferating
period of clustered shoots,the rooting medium was 1/2MS+NAA 0.5mg/L+sucrose 30g/L+agar 3g/L.
Keywords:Armeniaca sibirica;calus;plant regeneration
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