免费文献传递   相关文献

Establishment of Leaf Regeneration System for Hybrids of Populus Cathayana Rehd.

适宜多基因型青杨杂种叶片再生体系建立


以青杨杂种全同胞家系内30个基因型的叶片为外植体,研究培养基、基因型及基因型×培养基互作效应对青杨杂种叶片分化的影响,筛选适合多基因型青杨叶片分化的广谱型培养基,为对青杨从群体水平进行遗传转化和多倍体诱导奠定技术基础。研究结果表明:(1)基因型、培养基、基因型×培养基互作效应对青杨杂种叶片分化的影响极显著。(2)筛选出适合多基因型叶片分化的广谱型培养基为MS+6-BA0.4 mg·L-1+NAA 0.05 mg·L-1,可满足56.7%的青杨杂种基因型叶片分化,分化率可达70%以上。研究认为:在对群体再生生产中,应充分利用基因型×培养基互作效应,通过广谱型培养基实现大多数基因型青杨杂种叶片分化体系建立,并通过特殊培养基解决特殊基因型的青杨杂种叶片分化体系建立问题。


全 文 :核 农 学 报  2014,28(6):0978 ~ 0984
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
收稿日期:2013⁃10⁃31  接受日期:2014⁃04⁃10
基金项目:“十二五”农村领域国家科技计划课题(2012BAD01B0302)
作者简介:李媛,女,主要从事杨树多倍体育种研究。 E⁃mail:li⁃yuan222@ 163. com
通讯作者:康向阳,男,教授,主要从事林木倍性育种与细胞遗传学研究。 E⁃mail:kangxy@ bjfu. edu. cn
文章编号:1000⁃8551(2014)06⁃0978⁃07
适宜多基因型青杨杂种叶片再生体系建立
李  媛  黄  振  王沛琦  李  赟  康向阳
(北京林业大学林木育种国家工程实验室 /林木花卉遗传育种教育部重点实验室,北京  100083)
摘  要:以青杨杂种全同胞家系内 30 个基因型的叶片为外植体,研究培养基、基因型及基因型 ×培养基
互作效应对青杨杂种叶片分化的影响,筛选适合多基因型青杨叶片分化的广谱型培养基,为对青杨从群
体水平进行遗传转化和多倍体诱导奠定技术基础。 研究结果表明:(1)基因型、培养基、基因型 ×培养
基互作效应对青杨杂种叶片分化的影响极显著。 (2)筛选出适合多基因型叶片分化的广谱型培养基为
MS +6 - BA0􀆰 4 mg·L - 1 + NAA 0􀆰 05 mg·L - 1,可满足 56􀆰 7%的青杨杂种基因型叶片分化,分化率可达
70%以上。 研究认为:在对群体再生生产中,应充分利用基因型 ×培养基互作效应,通过广谱型培养基
实现大多数基因型青杨杂种叶片分化体系建立,并通过特殊培养基解决特殊基因型的青杨杂种叶片分
化体系建立问题。
关键词:青杨杂种;多基因型;叶片分化;培养基
DOI:10􀆰 11869 / j. issn. 100⁃8551􀆰 2014􀆰 06. 0978
    植物离体再生体系的建立是实现遗传转化、多倍
体诱导以及规模化快速繁殖的技术基础[1]。 建立植
物离体再生体系所采用的外植体包括茎段、茎尖、原生
质体、叶片、花药、叶柄、未授粉子房、胚乳等[2 - 8],其中
以叶片应用最为普遍。 由于基因型对叶片分化具有显
著影响[9 - 14],因此在进行遗传转化或体细胞多倍体诱
导等遗传改良应用时,往往采用一个基因型的叶片离
体再生体系,或者是为不同基因型分别建立一个叶片
离体再生体系。
杨树(Populus spp)是我国重要的用材树种,也是林
木遗传变异研究的模式树种[15]。 目前,在杨树中研究
多基因型叶片离体再生的很少,只有姚娜等[14]对毛白
杨 5个基因型进行了不同基因型叶片分化差异的比较
研究,但并未建立适宜多基因型的广谱型叶片离体再生
体系。 研究适合多基因型叶片再生体系,在离体条件下
把杨树遗传研究引入群体水平,对提高杨树遗传改良效
率具有重要意义。 本研究以 30 个青杨 ( Populus
cathayana)全同胞家系为材料,在初步探索青杨杂种叶
片分化激素种类及浓度范围的基础上,对多基因型杂种
群体与培养基环境互作进行研究,筛选适合多基因型青
杨杂种叶片分化的广谱型培养基,为优良青杨杂种的遗
传转化和多倍体诱导等奠定技术基础。
1  材料与方法
1􀆰 1  试验材料
杂交母本为优良青杨无性系哲引 3 号杨(Populus
pseudo⁃simonii × P. nigra ‘Zheyin3#’),取自内蒙古自
治区通辽市奈曼旗兴隆召林场。 父本为北京杨(P. ×
beijingensis),取自北京林业大学校园内。 采集父母本
花枝在 20℃左右室内切枝水培、杂交,获得哲引 3 号
杨 ×北京杨的全同胞杂种种子。 采集成熟而未开裂的
蒴果,经 70%酒精与 30% 84 消毒液常规消毒后,解剖
蒴果,将去除种毛后的种子接种于不添加任何激素的
MS基本培养基中萌发生长。 连续继代培养 3 ~ 5 次
后,将茎段转接至 NAA 浓度为 0􀆰 5 mg·L - 1的 MS培养
基中进行增殖培养,从而建立含 200 个基因型的青杨
全同胞家系。
1􀆰 2  叶片分化培养基筛选
选取基因型 2、5、31、36、61 生长 40 d 的杂种苗第
879
  6 期 适宜多基因型青杨杂种叶片再生体系建立
2 ~ 3 片健壮叶片,去除叶柄和叶尖端,从垂直于主脉
一侧剪出 2 道伤口(伤口要剪过叶片主脉),叶片近轴
面向下,接种于按完全随机区组设计的叶片不定芽诱
导培养基中(表 1),培养 20d 后统计叶片分化率。 试
验重复 3 次,每处理 5 个基因型,每个基因型 10 个叶
片。
表 1  叶片不定芽诱导培养基
Table 1  The medium of leaves regeneration
培养基编号
No. of Medium
激素浓度 Hormone concentration / (mg·L - 1)
6 - BA NAA TDZ
FH1 0􀆰 80 0􀆰 20 0􀆰 00
FH2 0􀆰 40 0􀆰 20 0􀆰 00
FH3 0􀆰 20 0􀆰 20 0􀆰 00
FH4 0􀆰 40 0􀆰 10 0􀆰 00
FH5 0􀆰 40 0􀆰 10 0􀆰 05
FH6 1􀆰 50 0􀆰 10 0􀆰 00
Fs 0􀆰 40 0􀆰 05 0􀆰 00
表 2  青杨杂种叶片在不同分化培养基中的分化率与形态变化
Table 2  Leaves differentiation rate and morphology expression on different medium
培养基
Medium
接种基因型
Inoculated genotype
分化基因型
Differentiated genotype
分化率 / %
Differentiation rate
叶片形态变化描述
The morphology expression of leaves
FH1 5 4 28􀆰 7 ± 4􀆰 4c 叶片变脆,芽黄绿,分化芽数少
FH2 5 2 10􀆰 7 ± 3􀆰 1d 叶片枯黄,分化率低,芽黄小
FH3 5 0 0􀆰 0e 叶片枯黄,少有突起的芽点
FH4 5 3 46􀆰 0 ± 4􀆰 0b 叶片绿,芽绿色,芽数少但大
FH5 5 0 0􀆰 0e 叶片增厚,变脆、玻璃化
FH6 5 2 10􀆰 0 ± 0d 叶片增厚,变脆,分化叶子,无茎
Fs 5 5 59􀆰 3 ± 3􀆰 1a 叶片绿色,芽数多且伸长
    注:表中小写字母表示 P < 0􀆰 05 水平差异显著。 表 5、表 6 与此相同。
Note: The small letters indicated significant difference on 0􀆰 05. The same as table 5 and 6.
1􀆰 3  培养基、基因型以及基因型 ×培养基互作效应对
叶片分化效果的影响
从 200 个青杨杂种基因型中选取 30 个基因型,分
别将其叶片接种于 Fd(MS +0􀆰 2 mg·L - 1 6 - BA +0􀆰 02
mg·L - 1 NAA)、Fs(MS +0􀆰 4 mg·L - 1 6 - BA + 0􀆰 05 mg
·L - 1NAA)以及 Fg(MS +0􀆰 8 mg·L - 1 6 - BA +0􀆰 1 mg·
L - 1NAA)三种叶片分化培养基中进行多基因型叶片
分化。 培养 20 d后,统计叶片分化率。 然后将分化的
叶片切成 1cm ×0􀆰 5cm的小块,再转入相同培养基中,
培养 15d后统计有效芽(高度≥1cm 的不定芽为有效
芽)数目。 试验重复 3 次,每处理 10 个叶片。
1􀆰 4  培养条件
培养温度为 25 ± 2℃,光照强度 2000 lx,光照周期
为 14 h光 / 10 h暗,培养基 pH值为 6􀆰 0 ± 0􀆰 2。
1􀆰 5  统计分析方法
分化率 =发生分化的外植体数 /接种外植体总数
× 100% ;增殖系数 =有效芽总数 /分化叶片总数。
数据分析采用 Excel 和 SPSS Statistics 20 统计分
析软件进行方差分析和多重比较。 本研究中所涉及的
百分比数据需经反正弦变换后再进行差异显著性分
析。
2  结果与分析
2􀆰 1  青杨杂种叶片分化培养基筛选
5 个青杨杂种基因型叶片在 7 种分化培养基中培
养 20d后,分别调查其叶片分化率并记录叶片形态变
化。 5 个基因型在不同分化培养基中的分化率和叶片
形态变化情况见表 2。
表 3  不同培养基青杨杂种叶片分化率的方差分析
Table 3  Variance analysis of leaf differentiation
rate on different medium
变异来源
Variation source
自由度
df
均方
MS F P
培养基 Medium 6 1159􀆰 1 199􀆰 0 0. 000
随机误差 Random error 14 5􀆰 8
总计 Total 20
    由表 2 可知,5 种青杨杂种基因型叶片在添加不
同浓度 6 - BA、NAA以及 TDZ的分化培养基中分化率
以及发生分化的基因型数目具有明显的差异,其中以
979
核  农  学  报 28 卷
6 - BA浓度为 0􀆰 4 mg·L - 1、NAA 浓度为 0􀆰 05 mg·L - 1
的分化培养基中的分化率最高且分化的基因型数量
多,叶片分化率达 59􀆰 3% ,叶片一直保持绿色,不定芽
数目多且生长快;6 - BA 浓度为 0􀆰 2 mg·L - 1、NAA 浓
度为 0􀆰 2 mg·L - 1或 6 - BA 浓度为 0􀆰 4 mg·L - 1、NAA
浓度为 0􀆰 1 mg·L - 1的分化培养基中叶片基本不分化。
从表 2 还可以看出,高浓度的 6 - BA或添加 TDZ的培
养基易导致叶片增厚、变脆、玻璃化。 6 - BA / NAA 浓
度比降低则易导致叶片枯黄,至不分化。 5 种青杨杂
种基因型叶片在 7 种分化培养基中分化率的方差分析
结果表明,分化培养基对青杨杂种基因型的叶片分化
具有极显著的影响。 Fs 分化培养基的叶片分化率显
著高于其它 6 种分化培养基的分化率,初步筛选出适
宜青杨杂种叶片分化的培养基为 Fs培养基。
表 4  不同基因型在不同培养基上的叶片分化率和增殖系数方差分析
Table 4  Variance analysis of leaf differentiation rate and propagation coefficient for different genotypes on different medium
变异来源
Variation source
自由度
df
均方 MS F Sig.
分化率
Differentiation
rate
增殖系数
Propagation
coefficient
分化率
Differentiation
rate
增殖系数
Propagation
coefficient
分化率
Differentiation
rate
增殖系数
Propagation
coefficient
培养基 Medium 2 19034􀆰 80 1068􀆰 70 185􀆰 60 143􀆰 60 0. 00 0. 00
基因型 Genotype 29 1687􀆰 00 97􀆰 40 16􀆰 50 13􀆰 10 0. 00 0. 00
G × E 58 774􀆰 40 41􀆰 40 7􀆰 60 5􀆰 60 0. 00 0. 00
误差 Error 180 102􀆰 50 7􀆰 44
总计 Total 269
2􀆰 2  培养基、基因型以及培养基 ×基因型互作效应对
叶片分化的影响
2􀆰 2􀆰 1  培养基对青杨杂种叶片分化的影响  围绕初
步筛选出的适宜叶片分化的培养基开展培养基、基因
型以及培养基 ×基因型互作效应对青杨杂种叶片分化
的影响。 30 个基因型的叶片在 Fd、Fs 以及 Fg3 种叶
片分化培养基中培养 10d 后,大部分基因型的叶片切
口处开始形成浅绿色突起;培养 20d后,叶脉及切口处
出现大量丛生不定芽(图 3 - A)。 此时,将分化叶片
转接至相同培养基中继续 10d 后,丛生芽明显伸长
(图 3 - B)。 分别调查培养基对青杨杂种叶片分化率
和增殖系数的影响,结果分别见图 1、图 2。
    由图 1、图 2 可知,30 个青杨杂种叶片在 3 种分化
培养基中的分化率和增殖系数存在明显的差异,其中
以 Fs分化培养基的分化率和增殖系数最高,平均分化
率和平均增殖系数分别为 71􀆰 4% 、8􀆰 3;Fg分化培养基
的分化率和增殖系数最低,平均分化率和平均增殖系
数分别为 32􀆰 6% 、1􀆰 4。 30 个基因型在 3 种不同分化
图 1  培养基对青杨杂种叶片分化率的影响
Fig. 1  Effects of media on leaf differentiation
rate in hybrids of Populus cathayana
图 2  培养基对青杨杂种叶片
增殖系数的影响
Fig. 2  Effects of media on leaf differentiation
propagation coefficient in hybrids of
Populus cathayana
089
  6 期 适宜多基因型青杨杂种叶片再生体系建立
培养基中的平均分化率和平均增殖系数的方差分析结
果表明,培养基对青杨杂种叶片分化率以及增殖系数
的影响均达到了极显著水平(表 4)。 进一步对不同培
养基的叶片分化率以及增殖系数进行多重比较,结果
显示 Fs分化培养基的叶片分化率以及增殖系数均显
著高于 Fd以及 Fg2 种分化培养基的叶片分化率和增
殖系数(图 1、图 2)。 这表明 Fs 培养基为适宜青杨杂
种叶片分化的 1 种广谱型分化培养基。
2􀆰 2􀆰 2  基因型对青杨杂种叶片分化的影响  30 个青
杨杂种基因型的平均叶片分化率和平均增殖系数统计
结果见表 5。
表 5  基因型对青杨杂种叶片分化的影响
Table 5  Effects of genotypes on leaf differentiation in hybrids of Populus cathayana
基因型
Genotype
平均分化率
Differentiation rate / %
平均增殖系数
Propagation coefficient /个
基因型
Genotype
平均分化率
Differentiation rate / %
平均增殖系数
Propagation coefficient /个
2 52􀆰 2 ± 1􀆰 3efg 5􀆰 5 ± 1􀆰 3cdefgh 69 73􀆰 3 ± 2􀆰 1ab 9􀆰 4 ± 2􀆰 1b
3 55􀆰 6 ± 1􀆰 1def 4􀆰 8 ± 1􀆰 1cdefghi 71 50􀆰 0 ± 1􀆰 2efg 3􀆰 4 ± 1􀆰 2fghijkl
5 55􀆰 6 ± 1􀆰 0def 4􀆰 4 ± 1􀆰 0defghi 72 55􀆰 6 ± 3􀆰 2def 5􀆰 8 ± 3􀆰 2cdefg
8 32􀆰 2 ± 0􀆰 2hij 1􀆰 0 ± 0􀆰 2jkl 75 67􀆰 8 ± 2􀆰 2abcd 7􀆰 3 ± 2􀆰 2bcd
9 67􀆰 8 ± 3􀆰 4abcd 12􀆰 8 ± 3􀆰 4a 77 77􀆰 8 ± 1􀆰 4a 6􀆰 7 ± 1􀆰 4bcde
21 58􀆰 9 ± 0􀆰 7cdef 3􀆰 8 ± 0􀆰 7efghijk 82 41􀆰 1 ± 1􀆰 0gh 2􀆰 7 ± 1􀆰 0hijkl
24 47􀆰 8 ± 2􀆰 7efg 5􀆰 8 ± 2􀆰 7cdefg 121 57􀆰 8 ± 1􀆰 2cdef 3􀆰 7 ± 1􀆰 2efghijkl
31 50􀆰 0 ± 0􀆰 6efg 4􀆰 0 ± 0􀆰 6efghij 123 27􀆰 8 ± 0􀆰 4hijk 1􀆰 1 ± 0􀆰 4jkl
36 52􀆰 2 ± 0􀆰 5efg 2􀆰 7 ± 0􀆰 5hijkl 125 15􀆰 6 ± 0􀆰 3k 0􀆰 7 ± 0􀆰 3l
38 74􀆰 4 ± 3􀆰 6ab 14􀆰 1 ± 3􀆰 6a 129 26􀆰 7 ± 0􀆰 7ijk 1􀆰 8 ± 0􀆰 7ijkl
40 31􀆰 1 ± 1􀆰 1hij 2􀆰 3 ± 1􀆰 1ijkl 159 74􀆰 4 ± 2􀆰 1ab 7􀆰 4 ± 2􀆰 1bc
43 45􀆰 6 ± 0􀆰 8fg 2􀆰 8 ± 0􀆰 8ghijkl 162 62􀆰 2 ± 0􀆰 7bcde 3􀆰 8 ± 0􀆰 7efghijk
50 38􀆰 9 ± 1􀆰 3ghi 2􀆰 8 ± 1􀆰 3ghijkl 163 18􀆰 9 ± 0􀆰 5jk 0􀆰 9 ± 0􀆰 5jkl
57 47􀆰 8 ± 1􀆰 8efg 4􀆰 7 ± 1􀆰 8cdefghi 171 71􀆰 1 ± 1􀆰 9abc 7􀆰 6 ± 1􀆰 9bc
61 57􀆰 8 ± 1􀆰 8cdef 6􀆰 4 ± 1􀆰 8cdef 172 22􀆰 2 ± 0􀆰 4 jk 0􀆰 9 ± 0􀆰 4kl
    由表 5 可以可知,30 个青杨杂种的平均分化率以
及平均增殖系数间存在一定的差异,不同基因型的平
均分化率变动范围介于 15􀆰 6% ~ 77􀆰 8% ,而增殖系数
则在 0􀆰 7 ~ 14􀆰 1 之间变化。 30 个青杨杂种基因型的
叶片分化率和增殖系数的方差分析结果表明,基因型
对叶片分化和增殖系数均有极显著的影响(表 4)。 30
个基因型的叶片分化率和增殖系数的 Duncan 多重比
较结果显示,基因型 77、38、159、69 以及 171 这 5 种基
因型的叶片分化率均高于 70% ,显著大于 3、5、72 等
19 种基因型的叶片分化率;基因型 38、9 这 2 种基因
型的增殖系数高于 12􀆰 0,显著大于 69、171、159、75 以
及 77 等 28 种基因型的增殖系数。 由此可见,不同基
因型青杨杂种叶片分化能力存在极显著的差异。
2􀆰 2􀆰 3  基因型 ×培养基互作效应对叶片分化影响 
30 个青杨杂种基因型叶片在 3 种分化培养基中平均
分化率和平均增殖系数见表 6。
    由 7 可知,30 个青杨杂种基因型在不同分化培养
基中的叶片分化率和增殖系数存在较大差异,其中在
Fd分化培养基中的分化率以及增殖系数的变化范围
分别为 0 ~ 93􀆰 3% 、0 ~ 13􀆰 4,在 Fs 分化培养基中的分
化率以及增殖系数的变化范围分别为 33􀆰 3 ~ 96􀆰 7% 、
0􀆰 7 ~ 20􀆰 4,在 Fg 分化培养基中的分化率的变化范围
为 0 ~ 60􀆰 0% 、0 ~ 4􀆰 0。 30 个青杨杂种基因型在 3 种
不同培养基中叶片分化率以及增殖系数的差异显著性
分析结果表明,基因型 ×培养基互作效应对叶片分化
以及增殖系数的影响均达到了极显著水平(表 4)。 叶
片分化率以及增殖系数的基因型 ×培养基互作效应多
重比较结果显示,基因型 9、159、171、75、61、77、69、
162、38 适宜在分化培养基 Fd 中进行叶片分化培养,
分化可达 76􀆰 7% ~ 93􀆰 3% ,增殖系数为 5􀆰 1 ~ 15􀆰 5;基
因型 72、75、9、38、77、121、57、50、69、82、3、61 等 17 种
基因型适宜在分化培养基 Fs中进行叶片分化培养,分
化可达 70􀆰 0% ~96􀆰 7% ,增殖系数为 4􀆰 1 ~ 20􀆰 4;30 个
青杨杂种基因型在分化培养基 Fg 中的分化率均低
60􀆰 0% ,增殖系数均小于 3􀆰 0,不适宜于青杨杂种的叶
189
核  农  学  报 28 卷
            表 6  基因型 ×培养基互作效应对青杨杂种叶片分化的影响
Table. 6  Effects of genotype × medium interactions on leaf differentiation in hybrids of Populus cathayana
基因型
Genotype
Fd Fs Fg
平均分化率 / %
Differentiation rate
平均增殖系
Propagation
coefficient数 /个
平均分化
Differentiation
rate率 / %
平均增殖系数
Propagation
coefficient /个
平均分化率
Differentiation
rate / %
平均增殖系数
Propagation
coefficient /个
2 43􀆰 3 ± 20􀆰 3efgh 3􀆰 4 ± 1􀆰 0ef 63􀆰 3 ± 6􀆰 7cdefgh 7􀆰 2 ± 3􀆰 1bcd 50􀆰 0 ± 11􀆰 6ab 2􀆰 9 ± 0􀆰 6abc
3 43􀆰 3 ± 14􀆰 5 efgh 3􀆰 0 ± 1􀆰 3ab 83􀆰 3 ± 8􀆰 8 abcde 6􀆰 3 ± 2􀆰 7 bcd 40􀆰 0 ± 10􀆰 0abc 2􀆰 8 ± 1􀆰 2abcd
5 63􀆰 3 ± 3􀆰 3 cde 3􀆰 6 ± 0􀆰 4ef 66􀆰 7 ± 6􀆰 7bcdefgh 4􀆰 9 ± 2􀆰 2 bcd 36􀆰 7 ± 8􀆰 8bcd 1􀆰 5 ± 0􀆰 6 cdefghij
8 46􀆰 7 ± 3􀆰 3 efgh 1􀆰 7 ± 0􀆰 3ef 33􀆰 3 ± 8􀆰 8i 0􀆰 7 ± 0􀆰 4d 16􀆰 7 ± 3􀆰 3def 0􀆰 4 ± 0􀆰 1hij
9 93􀆰 3 ± 3􀆰 3a 13􀆰 5 ± 1􀆰 4ab 93􀆰 3 ± 3􀆰 3ab 16􀆰 8 ± 7􀆰 2ab 16􀆰 7 ± 3􀆰 3def 0􀆰 7 ± 0􀆰 1ghij
21 50􀆰 0 ± 5􀆰 8efg 4􀆰 1 ± 0􀆰 4ef 76􀆰 7 ± 8􀆰 8 abcdef 4􀆰 5 ± 2􀆰 3 bcd 50􀆰 0 ± 5􀆰 8ab 1􀆰 7 ± 0􀆰 6 bcdefghi
24 10􀆰 0 ± 5􀆰 8ij 0􀆰 2 ± 0􀆰 1f 73􀆰 3 ± 12􀆰 0abcdefg 13􀆰 7 ± 5􀆰 9abc 60􀆰 0 ± 5􀆰 8a 1􀆰 7 ± 0􀆰 2 bcdefghi
31 60􀆰 0 ± 10􀆰 0 cdef 4􀆰 2 ± 0􀆰 7ef 53􀆰 3 ± 3􀆰 3fghi 3􀆰 6 ± 1􀆰 6cd 36􀆰 7 ± 12􀆰 0bcd 2􀆰 3 ± 0􀆰 8bcdefg
36 66􀆰 67 ± 8􀆰 82 bcde 3􀆰 2 ± 1􀆰 0ef 53􀆰 3 ± 6􀆰 7fghi 2􀆰 4 ± 1􀆰 1cd 36􀆰 7 ± 6􀆰 7bcd 1􀆰 1 ± 0􀆰 2efghij
38 76􀆰 7 ± 8􀆰 8 abcd 10􀆰 9 ± 1􀆰 4abc 93􀆰 3 ± 3􀆰 3ab 20􀆰 4 ± 9􀆰 4a 53􀆰 3 ± 3􀆰 3ab 4􀆰 0 ± 1􀆰 3a
40 3􀆰 3 ± 3􀆰 3j 0􀆰 1 ± 0􀆰 1f 66􀆰 7 ± 6􀆰 7 bcdefgh 4􀆰 0 ± 2􀆰 5 cd 23􀆰 3 ± 3􀆰 3cde 0􀆰 9 ± 0􀆰 2 fghij
43 66􀆰 7 ± 6􀆰 7bcde 4􀆰 5 ± 0􀆰 3ef 60􀆰 0 ± 10􀆰 0defghi 2􀆰 9 ± 1􀆰 7cd 10􀆰 0 ± 5􀆰 8ef 0􀆰 2 ± 0􀆰 2 ij
50 0􀆰 0j    0􀆰 0f    90􀆰 0 ± 5􀆰 8abc 6􀆰 3 ± 3􀆰 0bcd 26􀆰 7 ± 6􀆰 7cde 0􀆰 9 ± 0􀆰 1fghij
57 53􀆰 3 ± 3􀆰 3defg 2􀆰 6 ± 0􀆰 3ef 90􀆰 0 ± 5􀆰 8abc 7􀆰 3 ± 3􀆰 7 bcd 0􀆰 0f    0􀆰 0j   
61 80􀆰 0 ± 5􀆰 8abc 9􀆰 6 ± 2􀆰 1bcd 76􀆰 7 ± 3􀆰 3 abcdef 7􀆰 1 ± 4􀆰 2 bcd 16􀆰 7 ± 3􀆰 3bcd 0􀆰 8 ± 0􀆰 1ghij
69 76􀆰 7 ± 6􀆰 7 abcd 13􀆰 4 ± 4􀆰 0ab 86􀆰 7 ± 8􀆰 8 abcd 9􀆰 7 ± 4􀆰 2 abcd 56􀆰 7 ± 6􀆰 7ab 3􀆰 0 ± 0􀆰 6abc
71 23􀆰 3 ± 8􀆰 8 hij 0􀆰 7 ± 0􀆰 3f 73􀆰 3 ± 14􀆰 5abcdefg 6􀆰 8 ± 2􀆰 9 bcd 53􀆰 3 ± 8􀆰 8ab 1􀆰 8 ± 0􀆰 3bcdefghi
72 30􀆰 0 ± 10􀆰 0 ghi 1􀆰 0 ± 0􀆰 4f 96􀆰 7 ± 3􀆰 3a 13􀆰 7 ± 8􀆰 4 abcd 40􀆰 0 ± 5􀆰 8abc 1􀆰 2 ± 0􀆰 2 defghij
75 83􀆰 3 ± 3􀆰 3abc 15􀆰 5 ± 1􀆰 2a 96􀆰 7 ± 3􀆰 3a 4􀆰 1 ± 1􀆰 8 cd 23􀆰 3 ± 3􀆰 3cde 0􀆰 6 ± 0hij
77 80􀆰 0 ± 5􀆰 8abc 6􀆰 9 ± 1􀆰 3cde 93􀆰 3 ± 3􀆰 3ab 8􀆰 5 ± 4􀆰 0 bcd 60􀆰 0 ± 5􀆰 8a 2􀆰 5 ± 0􀆰 3bcde
82 10􀆰 0 ± 5􀆰 8ij 0􀆰 3 ± 0􀆰 2a 86􀆰 7 ± 6􀆰 7 abcd 4􀆰 4 ± 1􀆰 9 bcd 26􀆰 7 ± 8􀆰 8cde 1􀆰 3 ± 0􀆰 3defghij
121 23􀆰 3 ± 8􀆰 8hij 0􀆰 8 ± 0􀆰 2a 93􀆰 3 ± 3􀆰 3ab 5􀆰 5 ± 2􀆰 6 bcd 56􀆰 7 ± 6􀆰 7ab 2􀆰 4 ± 0􀆰 3 bcdef
123 36􀆰 7 ± 8􀆰 8fgh 1 ± 0􀆰 3f 46􀆰 7 ± 6􀆰 7ghi 1􀆰 7 ± 0􀆰 8 cd 0􀆰 0f    0􀆰 0j   
125 0􀆰 0j    0􀆰 0f    40􀆰 0 ± 5􀆰 8hi 1􀆰 4 ± 0􀆰 6cd 6􀆰 7 ± 3􀆰 3ef 0􀆰 3 ± 0􀆰 2 ij
129 33􀆰 3 ± 3􀆰 3ghi 1􀆰 2 ± 0􀆰 1f 46􀆰 7 ± 14􀆰 5ghi 3􀆰 0 ± 1􀆰 7cd 0􀆰 0f    0􀆰 0j   
159 90􀆰 0 ± 10􀆰 0ab 11􀆰 2 ± 5􀆰 7abc 76􀆰 7 ± 8􀆰 8 abcdef 6􀆰 1 ± 2􀆰 7 bcd 56􀆰 7 ± 6􀆰 7ab 3􀆰 1 ± 0􀆰 9ab
162 76􀆰 7 ± 8􀆰 8abcd 5􀆰 1 ± 1􀆰 5def 60􀆰 0 ± 10􀆰 0defghi 3􀆰 5 ± 1􀆰 7cd 50􀆰 0 ± 5􀆰 8ab 1􀆰 7 ± 0􀆰 1 bcdefghi
163 0􀆰 0j    0􀆰 0f    46􀆰 7 ± 12􀆰 0ghi 1􀆰 1 ± 0􀆰 5cd 10􀆰 0 ± 5􀆰 8ef 0􀆰 4 ± 0􀆰 2ij
171 90􀆰 0 ± 5􀆰 8ab 10􀆰 4 ± 2􀆰 8abc 70􀆰 0 ± 5􀆰 7abcdefg 5􀆰 1 ± 2􀆰 2 bcd 53􀆰 3 ± 6􀆰 7ab 2􀆰 0 ± 0􀆰 4bcdefgh
172 0. 0j    0. 0f    56􀆰 7 ± 14􀆰 5 efghi 2􀆰 0 ± 0􀆰 9 cd 10􀆰 0 ± 5􀆰 8ef 0􀆰 3 ± 0􀆰 2ijb
片分化培养。
3  讨论
植物器官离体再生主要受自身遗传因素、培养基、
基因型 ×培养基的交互作用以及培养环境条件的影
响。 基因型是影响植物离体再生的内在因素。 Gary
等[16]对 5 个黑杨基因型的茎段不定芽再生能力进行
了研究,发现基因型是影响黑杨茎段不定芽的再生的
主要因素,无性系 89M11 的茎段再生能力最强。 姚娜
等[14]对 5 个毛白杨基因型的叶片再生能力开展了研
究,发现不同基因型毛白杨叶片分化所适宜的培养基
不同。 这些研究均表明,基因型对杨树植物叶片或茎
段不定芽再生影响显著。 本研究对 30 个青杨杂种基
289
  6 期 适宜多基因型青杨杂种叶片再生体系建立
因型进行叶片分化研究结果与前者基本一致,认为青
杨基因型对叶片分化具有极显著地影响,不同青杨杂
种基因型间叶片分化率和增殖系数差异显著。
培养基中的植物生长调节剂是影响植物组织培养
定向发育的重要因素。 杨树离体叶片分化主要使用的
生长调节剂是 6 - BA、TDZ和 NAA[17 - 18,22]。 研究认为
银白杨[19]、小青杨[5]的叶片不定芽再生率高低不仅与
植物生长调节剂的种类组合及绝对浓度有关,细胞分
裂素和生长素浓度的比值也是影响其叶片分化的重要
因素。 在本研究中,细胞分裂素与生长素的绝对浓度
及浓度比值均对青杨杂种叶片分化有重要影响,适宜
其叶片分化的广谱型培养基中 6 - BA、NAA 浓度分别
为 0􀆰 4 mg·L - 1、0􀆰 05 mg·L - 1,浓度比值为 8􀆰 0。 也有
研究认为多种细胞分裂素配合使用较单独使用效果
好。 在有关毛白杨、新疆杨以及河北杨的组织培养研
究中就发现了此种现象[20 - 22]。 但是本研究中发现,添
加 TDZ易引起青杨杂种叶片增厚、玻璃化,不利于青
杨杂种叶片分化。 这可能与 TDZ 的活性高,而青杨杂
种对细胞分裂素比较敏感有关。
在遗传测定中,林木性状遗传力估算往往要受到
基因型 ×环境互作(genotype by environment interaction
GEI)效应的影响。 Kang[23]认为这主要是由基因型对
环境刺激、生物胁迫、非生物胁迫、表现型的可塑性等
引起的,这就提示在林业生产应用中应重视环境和品
种合理配置。 本研究中,不同培养基就相当于植物生
长的微环境,不同基因型与培养基之间同样存在互作
效应。 30 个青杨杂种基因型在 3 种不同培养基中叶
片分化效果表明,基因型 ×培养基互作效应对叶片分
化率以及增殖系数的影响均达到了极显著的水平。 30
个基因型中的 17 个基因型适于在 Fs培养基中分化,9
个基因型适于在 Fd培养基中分化。
注:A: 培养 20d的叶片分化情况;B: 继代 10d时叶片分化情况。
Note: A: Leaf regeneration after 20days’culture; B: Leaf regeneration after 10days’subculture.
图 3  青杨杂种叶片不定芽分化
Fig. 3  Leaf regeneration of hybrids of Populus cathayana
4  结论
本研究表明基因型、培养基、基因型 ×培养基互作
效应对青杨杂种叶片分化的影响极显著。 筛选出适合
多基因型叶片分化的广谱型培养基为 MS + 6 - BA0􀆰 4
mg·L - 1 + NAA 0􀆰 05 mg·L - 1,可满足 56􀆰 7%的青杨杂
种基因型叶片分化,分化率可达 70%以上。 本研究认
为,在多基因型青杨杂种叶片分化时,可以根据情况对
基因型进行分组培养。 这样,可以充分利用基因型 ×
培养基互作效应,通过广谱型培养基实现大多数基因
型的青杨杂种叶片分化体系建立,并通过特殊培养基
解决特殊基因型的青杨杂种叶片分化体系建立问题。
本研究筛选出的广谱型培养基,为从群体水平进行遗
传转化,以及展开秋水仙素处理离体叶片诱导不定芽
染色体加倍选育四倍体奠定了一定的技术基础。
参考文献:
[ 1 ]   卢小三,范素杰,张帅,何浩,熊东旭,王晓光,李良,涂炳坤. 杨
树诱导芽分化中 6 - BA和 NAA配比优化研究[J] .湖北林业科
技,2010,(3):17 - 21
389
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2014,28(6):0978 ~ 0984
[ 2 ]  张存旭,张瑞娥,赵忠. 不同无性系毛白杨离体植株再生能力比
较研究[J] .西北农林科技大学学报:自然科学版,2004,32(8):
71 - 80
[ 3 ]  Lu S F, Zhao H Y, Wei J H. Establishment of in vitro regeneration
system of triploid Chinese white poplar[ J] . Acta Botanica Sinica,
2001, 43(4): 435 - 437
[ 4 ]  王善平,许智宏,卫志明. 毛白杨的叶肉原生质体培养再生植株
[J] .中国科学:B,1990(12): 1260 - 1264
[ 5 ]  Cai X, Kang X Y. In vitro tetraploid induction from leaf explants of
Populus pseudo⁃simonii Kitag[ J] . Plant Cell Report,2011,30:1771
- 1778
[ 6 ]  范晶超. 欧美杨‘POR’组织培养再生系统研究[D].洛阳:河南
科技大学,2012
[ 7 ]  翟晓巧,王政权,范国强. 泡桐体外器官直接发生的植株再生
[J] .核农学报,2004,18(5) :357 - 360
[ 8 ]  林颖,龙自立,叶庆富,刘永立. 猕猴桃胚乳再生植株体系的优
化[J] .核农学报,2012,26(2):257 - 261
[ 9 ]  蒋泽平,梁珍海,朱军,郭立春. 不同基因型梅花组织培养增殖
率差异[J] .华大学学报,2005,12(6):550 - 552
[10]  Lelia P M, Jafarkhani K A, Habashi A K. Efficiency of direct and
indirect shoot organogenesis in different genotypes of Rosa hybrid
[J] . Plant Cell Tissue and Organ Culuret,2013, 112:101 - 108
[11]  Machii H, Mizuno H, Hirabayashi T. Screening wheat genotypes for
high callus induction and regeneration capability from anther and
immature embryo cultures[J] . Plant Cell Tissue and Organ Culture,
1998, 53(1): 67 - 74
[12]  Hoquelme, Mansfield J W. Effect of genotype and explants age on
callus induction and subsequent plant regeneration from root derived
callus of Indicarice genotypes [ J ] . Plant Cell Tissue and Organ
Culture, 2004, 78(3): 217 - 223
[13]  Coleman G C, Ernst S G. In vitro shoot regeneration of Populus
deltoides Effect on cytokinin and genotype[ J] . Plant Cell Report,
1989, 8: 459 - 462
[14]  姚娜,张志毅,安新民,王冬梅,陶凤杰. 毛白杨叶片离体再生培
养的基因型效应[J] .北京林业大学学报,2007,29(5):38 - 43
[15]  Bradshaw H D, Ceulemans R, Davis J, Stettler R. Emerging model
systems in plant biology: poplar (Populus) as a model forest tree
[J] . Journal of Plant Growth Regulation, 2000,19:306 - 313
[16]  Gary D C, Stephen G E. Shoot induction competence and callus
determination in Populus deltoids[J] . Plant Science,1990, 71(1):
83 - 92
[17]  陈颍,韩一凡,李玲,田颖川,聂绍基. 苏云金杆菌杀虫晶体蛋白
基因转化美洲黑杨的研究[J] .林业科学,1995,31(2):97 - 103
[18]  樊军锋,李玲,韩一凡,李家瑞. 84K 杨叶片外植体再生系统的
建立[J] .西北林学院学报,2002,17(2):33 - 36
[19]  李慧,陈晓阳,李云,李伟,郭海. 银白杨叶片不定芽再生影响因
素的研究[J] .北京林业大学学报, 2004, 26(3): 46 - 50
[20]  陈维纶,杨善英,郭东红. 一种以黄化法为基础提高毛白杨快速
繁殖效率的新分化方法[J] .植物学报,1991,33(1):14 - 18
[21]  诸葛强,王婕琛,黄敏仁,王明庥. 新疆杨植株再生体系的建立
[J] .南京林业大学学报:自然科学版,2003,27(6):1 - 4
[22]  贾小明,樊军风,王娟娟. 河北杨和新疆杨离体叶片诱导不定芽
[J] .西北农林科技大学学报, 2006, 34(12): 110 - 114
[23]  Kang M S. Using genotype⁃by⁃environment interaction for crop
cultivar development [J] . Advances in Agronomy,1998, 62: 199 -
252
Establishment of Leaf Regeneration System for Hybrids of
Populus Cathayana Rehd.
LI Yuan  HUANG Zhen  WANG Pei⁃qi  LI Yun  KANG Xiang⁃yang
(Key Laboratory for Genetics and Breeding in Forest Trees and Ornamental Plants of Ministry of Education
Beijing Forestry University / National Engineering Laboratory for Tree Breeding, Beijing  100083)
Abstract:To study the effects of medium(E)、genotype(G) and G × E interactions on the leaf regeneration of Populus
cathayana,and to selected the suitable medium, leaves of thirty genotypes from the same full⁃sib family was used as
explants. Related studies will provide a platform for further genetic transformation and polyploidy induction of Populus
cathayana at population level. The result showed that Genotype (G), medium (E) and G × E interactions had
extremely effect on shoot regeneration of hybrids of Populus. The widely⁃used medium of shoots induction from leaves
was selected, it is the MS medium containing 0􀆰 4 mg·L - 1 6 - BA and 0􀆰 05 mg·L - 1 NAA. It can induct 56􀆰 7%
genotypes of Populus cathayana to generate shoots, which frequency reaches 70% 。 The study suggests that, for plant
regeneration in population level, G × E interactions should be take a full consideration. The widely used medium can
be used for the establishment of leaf regeneration system for the majority hybrids of Populus cathayana genotype.
However, the special media should be selected for a certain genotype.
Key words:Hybrids of Populus Cathayana Rehd. ; Multiple Genotypes; Leaf Regeneration; Medium
489