全 文 :书西北植物学报!
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文章编号$
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收稿日期$
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&修改稿收到日期$
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基金项目$广东省自然科学基金团队项目"
1%)#",$!"#"""""!
#
作者简介$刘
!
颖"
#1&)
#!男!在读博士研究生!主要从事植物生物技术和分子生物学研究
2(34.5
$
5.6
7
.0
8
&)#,&
!
#!,+9:3
"
通信作者$刘振兰!博士!教授!主要从事植物分子生物学研究
2(34.5
$
;<=0540
(
5.6
!
/946+=>6+90
利用微嫁接技术促进麻疯树再生不定芽的生长
刘
!
颖#!杨跃生#!童
!
欣#!陈晓阳!!刘振兰#"
"
#
华南农业大学 生命科学学院!亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室!广州
)#",$!
&
!
华南农业大学 林学院!广东
省森林植物种质创新与利用重点实验室!广州
)#",$!
#
摘
!
要$该研究以麻疯树种子实生苗的小芽和芽条为接穗!以带有胚根的实生苗下胚轴为砧木进行无菌微嫁接!试
图建立新的有效微嫁接方法!解决农杆菌介导的麻疯树遗传转化体系中再生的转化不定芽难以顺利发育成完整植
株的问题结果表明$"
#
#抗生素对嫁接苗的生长有显著的抑制作用"
!
#进行微嫁接所用砧木的苗龄以
)>
为宜
"
%
#进行微嫁接时适宜采用的砧木类型为带有部分胚根的下胚轴"
$
#嫁接苗在
"+%3
8
%
?@ABC!3
8
%
?
谷氨酰胺
C#
%
!DE
培养基上的生长效果最好"
)
#嫁接苗的移栽成活率最高可达
*,+$"F
"
,
#以小芽或芽条为接穗的嫁
接苗均可正常生长该研究建立的麻疯树微嫁接体系!为解决麻疯树转化不定芽或芽条生长发育困难的问题提供
了一条新的途径
关键词$麻疯树&组织培养&遗传转化&微嫁接
中图分类号$
G%+!
文献标志码$
B
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8
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7
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7
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X
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X
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X
V:U5=3
!
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8
V4RS.0
8
3=S<:>/U
7
6/.0
8
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8
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5:\=V
X
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8
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X
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#
#
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7
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7
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V4RS.0
8
!!
麻疯树"
-&(#$
.
/&+#&0?+
#是原产南美洲的
大戟科麻疯树属的一种植物!广泛分布在热带和亚
热带地区麻疯树种子含油量高"
$"F
"
,"F
#!提
取的种子油可用于生产高品质的生物柴油)#(!*由
于麻疯树种子油性能优越!因而被当作一种重要的可
再生能源而受到世界各国的广泛关注)!*此外!其组
织提取物具有重要的药用价值)%($*和杀虫作用)*然
而!由于麻疯树种子产量低以及生长区域有限!限制
了麻疯树生物柴油产业化的发展为了提高麻疯树
种子含油量以及改变油脂的组分!增强麻疯树的抗
病虫和对环境适应的能力以扩大其种植面积!遗传
改良逐渐成为麻疯树育种的一个重要手段
目前!植物遗传转化的技术已经基本成熟!而最
常用的方法是应用农杆菌介导法将外源基因导入到
受体植物细胞并整合到染色体基因组中以实现外源
基因的稳定遗传农杆菌介导的遗传转化方法已经
在麻疯树遗传改良中得到了一定的应用),(#"*为了
抑制农杆菌侵染后外植体上农杆菌的过度增殖!通
常需要在培养基中添加一定浓度的抗生素同时!
为了减少后期转基因再生苗的分子检测工作量!通
常需要在培养基中添加一定浓度的筛选剂"如潮霉
素#!以期在外植体培养过程中将非转化的再生芽剔
除但是!对那些组织培养再生相对困难的植物!抗
生素和筛选剂在外植体转化培养体系中的使用往往
会对再生芽的进一步生长产生一定的抑制作
用)##(#)*!往往导致只能得到少量的完整植株
微嫁接"
*12*(#$3.9V:
8
V4RS.0
8
#是一种在试管
内将砧木与接穗进行嫁接的技术!它是植物组织培
养与嫁接技术的结合)#,(#**该技术最初被用来从感
染病毒的植株上切取外植体以获得无毒的植株)#&*
微嫁接培养体系中的砧木为接穗提供了充足的营养
来源!可以有效地促进接穗的生长目前!这种方法
已被成功应用于外植体脱毒以外的许多其他技术实
践中)#1(!"*与常规嫁接方法相比!微嫁接技术有以
下几个优点$"
#
#嫁接后培养条件可以人为控制!更
易提高嫁接成活率&"
!
#周期短+费用低+占地少+成
活率高&"
%
#有利于开展嫁接亲和力相关的研究工
作&"
$
#不受环境和季节限制的影响!可以在实验室
内常年进行)!#*本研究期望建立一种有效的麻疯
树微嫁接体系!为解决麻疯树转化不定芽条生长迟
缓及生根困难等问题提供一条新途径
#
!
材料和方法
A+A
!
植物材料
本研究所用的麻疯树种子来源于种植在海南省
海口市东山林场的编号为
D(#1
的无性系!由华南
农业大学林学院陈晓阳教授提供
A+B
!
实验方法
A+B+A
!
培养基及培养条件
!
本研究所有试验均在
相同培养条件下进行!所用基本培养基为
DE
)
!!
*
+
A)
和
#
%
!DE
!以及添加了不同浓度抗生素+吲哚丁
酸"
@AB
#和谷氨酰胺"
K50
#的
DE
或
#
%
!DE
培养
基所有培养基均使用
#3:5
%
?J4MP
或
#3:5
%
?
PO5
调整
X
P
至
)+&
"
,+"
!然后在
#!#`
+
"+#D[4
的条件下高压灭菌
!"3.0
组织培养条件为
!"""
5^
的光照强度!
#!<
%
>
的光照时间!"
!)a#
#
`
的培
养温度无特殊说明情况下!所用培养基中均添加
了
#""3
8
%
?
肌醇+
%F
蔗糖和
"+*F
琼脂
A+B+B
!
接穗和砧木的获得
!
去壳的麻疯树种子经
次氯酸钠常规灭菌后接种到无激素
DE
培养基上培
养形成无菌种子苗切取发芽
)>
小苗带胚芽和上
胚轴部分作为小芽接穗材料!切取发芽
#)>
小苗带
胚芽和上胚轴部分作为芽条接穗材料"长度为
"+)
93
左右#分别取发芽
)
+
#)
和
%">
的小苗!在子
叶的下方横切!弃除上方的子叶和上胚轴作为砧木
"长度为
#+)93
左右#
A+B+C
!
嫁接方法
!
嫁接时!用无菌手术刀将小芽和
芽条的基部切割成楔形切面!作为接穗&将砧木材料
分别制备成带有完整胚根+带有部分胚根"保留的胚
根长度约为
"+)93
#和完全不带胚根的
%
种类型的
砧木用手术刀在砧木形态学上端横切面的中部竖
着向下切
"+)93
左右!把准备好的接穗小心插入砧
木切口正中完成嫁接
A+B+D
!
嫁接后的培养
!
用镊子夹住已经嫁接有接
穗的砧木!小心地将砧木的形态学下端朝下转移到
新配制的培养基上!用镊子夹住下胚轴根茎处往下
轻压稍作固定!嫁接苗在组织培养室内进行培养
培养
)>
龄小芽接穗和不同苗龄和类型砧木嫁接获
得的嫁接苗所用培养基包括不添加抗生素的
DE
培
养基+添加抗生素的
DE
培养基+不同类型的基本培
养基"
DE
!
A)
!
#
%
!DE
#和添加了不同浓度吲哚丁酸
"
@AB
#和谷氨酰胺"
K50
#的
#
%
!DE
培养基培养
#)
>
龄芽条接穗和
)>
龄砧木嫁接获得的嫁接苗所用
培养基为添加了不同浓度谷氨酰胺"
K50
#的
#
%
!
DE
培养基
A+B+E
!
嫁接苗的出瓶炼苗和种植
!
待接穗和砧木
接口愈合!接穗芽条有明显的伸长生长后!即可将嫁
接苗取出培养瓶!洗净根上的培养基后栽种到基质
"沙砾
b
土壤
c#b#
#中在栽种早期进行常规方法
的组培苗保湿炼苗!
">
后即可进行常规栽培管理
A+B+F
!
实验结果记录和数据处理
!
本研究所有试
1##!
#"
期
!!!!!!!!!!!
刘
!
颖!等$利用微嫁接技术促进麻疯树再生不定芽的生长
验处理均重复
%
次!每个重复包括
!"
"
!)
个外植
体!试验数据均用
%
次重复的平均值
a
标准差"
EZ
#
表示数据采用
E[EEES4S./S.9/#*+"
统计分析软
件进行方差分析和邓肯多重比较"
4
#
"+")
#
嫁接成活率"
F
#
c
"成活的嫁接苗数%总嫁接苗
数#
d#""F
株高增加量"
93
#
c
成活嫁接苗株高增加量
芽长增加量"
93
#
c
成活嫁接苗接穗长度增加量
根数增加量"条#
c
成活嫁接苗上根数增加量
根长增加量"
93
#
c
成活嫁接苗上根长增加量
移栽成活率"
F
#
c
"移栽后成活的嫁接苗数%移
栽的总嫁接苗数#
d#""F
!
!
结果与分析
B+A
!
抗生素对麻疯树嫁接苗生长效果的影响
为了探讨羧苄青霉素和头孢霉素对麻疯树嫁接
苗生长发育的影响!本研究以
)>
苗龄的带有完整
胚根的砧木和小芽接穗进行微嫁接并将嫁接苗分别
接种到不添加抗生素+添加
!""3
8
%
?
羧苄青霉素
或
!""3
8
%
?
头孢霉素的
DE
培养基上!培养
%">
后记录嫁接苗生长情况"表
#
#由表
#
可见!嫁接
苗在添加
!""3
8
%
?
羧苄青霉素的培养基上生长效
果最差!其嫁接成活率+株高增加量+芽长增加量+根
数增加量和根长增加量均最小!分别为
,1+%%F
+
"+)%93
+
"+#$93
+
"+!#
条和
"+#*93
&嫁接苗在不
添加抗生素的培养基上的生长状态显著优于添加了
抗生素组的生长状态!其嫁接成活率+株高增加量+
芽长增加量+根数增加量和根长增加量均为最大值!
分别为
&,+,*F
+
"+*$93
+
"+)!93
+
"+*&
条和
#+1)
93
表明嫁接苗在含有抗生素的培养基中生长状
态较差!抗生素对嫁接苗的芽条和根的生长发育有
明显的抑制作用
B+B
!
不同苗龄砧木对嫁接苗生长的影响
将
)>
苗龄的小芽接穗嫁接到
)
+
#)
和
%">
苗
龄的带有完整胚根的砧木上!然后将嫁接苗接种到
不添加抗生素的
DE
培养基上!培养
%">
后记录嫁
接苗生长情况由表
!
可见!
)>
苗龄种子苗的砧木
获得的嫁接苗的嫁接成活率+株高增加量+芽长增加
量+根数增加量和根长增加量均最大!分别为
&,+,*F
+
"+*$93
+
"+)!93
+
"+*&
条和
#+1)93
&而
#)
和
%">
苗龄种子苗的砧木获得的嫁接苗的生长
效果较差!其嫁接成活率+株高增加量+芽长增加量+
根数增加量和根长增加量均明显降低表明不同
苗龄的砧木对嫁接苗的生长有明显的影响!
)>
苗
龄种子苗的砧木获得的嫁接苗生长效果最佳
B+C
!
基本培养基对嫁接苗生长的影响
将
)>
苗龄的带有完整胚根的砧木和小芽接穗
进行微嫁接!然后将嫁接苗分别接种至不添加激素
和抗生素的
#
%
!DE
+
DE
和
A)
等
%
种基本培养基
上!培养
%">
后记录嫁接苗生长情况由表
%
可
见!
#
%
!DE
培养基上生长的嫁接苗的株高增加量+
芽长增加量+根数增加量和根长增加量均为最大值!
分别为
"+&,93
+
"+,*93
+
#+"&
条和
!+"&93
&而嫁
接苗在
A)
培养基上的生长状态最差!其株高增加
量+芽长增加量+根数增加量和根长增加量均为最小
值!分别为
"+,#93
+
"+$*93
+
"+)$
条和
#+)193
表
A
!
抗生素对嫁接苗生长的影响
L4U5=#
!
2RR=9S:R40S.U.:S.9:0S<=
8
V:\S<:RS<=
8
V4RS=>/==>5.0
8
/
抗生素处理
B0S.U.:S.9SV=4S3=0S
嫁接成活率
E6VW.W45V4S=
:R
8
V4RS.0
8
%
F
株高增加量
@09V=4/=.0
<=.
8%
93
芽长增加量
?=0
8
S<:R/<::S
.09V=4/=>
%
93
根数增加量
J:+:RV::S
.09V=4/=>
根长增加量
?=0
8
S<:RV::S
.09V=4/=>
%
93
无抗生素
J:40S.U.:S.9 &,+,*a$+,!4 "+*$a"+",4 "+)!a"+"%4 "+*&a"+"&4 #+1)a"+#)4
头孢霉素
O=R4;:5.0/:>.63
"
!""3
8
%
?
#
*&+,*a!+%#U "+)1a"+"!U "+#,a"+",U "+!%a"+"*U "+#1a"+"!U
羧苄青霉素
O4VU=0.9.5.0>./:>.63
"
!""3
8
%
?
#
,1+%%a$+,!9 "+)%a"+")U "+#$a"+"!U "+!#a"+")U "+#*a"+"%U
!!
注$表中试验数据均为嫁接
%">
后统计所得!且均为
%
次重复的平均值
a
标准差"
EZ
#!数据后字母不同表示处理间在
"+")
水平差异显著下同
J:S=
$
B5V=/65S/\=V=V=9:V>=>4RS=V
8
V4RS.0
8
R:V%">4
7
/+e456=/V=
X
V=/=0S3=40/aEZ
"
/S40>4V>>=W.4S.:0
#
.0S
X
=0>=0S=^
X
=V.3=0S/+Z4S4.0S<=/43=
9:5630R:5:\=>U
7
>.RR=V=0S5=SS=V/4V=/.
8
0.R.940S5
7
>.RR=V=0S4S"+")5=W=5+L<=/43=4/U=5:\+
表
B
!
不同苗龄砧木对嫁接苗生长的影响
L4U5=!
!
2RR=9S:R4
8
=:R/S:9]
X
540S/:0S<=
8
V:\S<:RS<=
8
V4RS=>/==>5.0
8
/
砧木萌发时间
B
8
=:R
/S:9]
%
>
嫁接成活率
E6VW.W45V4S=
:R
8
V4RS.0
8
%
F
株高增加量
@09V=4/=.0
<=.
8%
93
芽长增加量
?=0
8
S<:R/<::S
.09V=4/=>
%
93
根数增加量
J:+:RV::S
.09V=4/=>
根长增加量
?=0
8
S<:RV::S
.09V=4/=>
%
93
) &,+,*a$+,!4 "+*$a"+",4 "+)!a"+"%4 "+*&a"+"&4 #+1)a"+#)4
#) $,+,*a$+,!U "+%1a"+"!U "+%%a"+")U "+$%a"+#!U "+&1a"+#$U
%" %!+""a$+""9 "+!*a"+"$9 "+!!a"+"%9 "+#$a"+"&9 "+!!a"+"&9
"!#!
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
%$
卷
表明基本培养基类型对嫁接成活率影响不大!但对
嫁接苗的生长有显著的影响!
#
%
!DE
培养基对嫁接
苗生长最佳
B+D
!
砧木类型对嫁接苗生长的影响
将
)>
苗龄的小芽接穗嫁接到
%
种类型"带有
完整胚根+带有部分胚根和完全不带胚根#
)>
苗龄
的砧木上!并将嫁接苗接种至不添加激素和抗生素
的
#
%
!DE
基本培养基上!培养
%">
后记录嫁接苗
生长情况"图
#
!
B
+
A
&表
$
#由表
$
可见!带有部分
胚根原基的砧木所获得嫁接苗的株高增加量+芽长
增加量+根数增加量和根长增加量都为最大值!分别
为
"+1!93
+
"+*$93
+
#+*$
条和
!+)$93
!但其株高
增加量和芽长增加量与带有完整胚根的嫁接苗相比
差异并不显著&而完全不带胚根的砧木所获得嫁接
苗的生长状态最差!除根数增加量外!其株高增加
量+芽长增加量和根长增加量均为最小值!分别为
"+,,93
+
"+%&93
和
#+*%93
表明!不同类型的砧
木对嫁接苗的生长有显著的影响!带有胚根的砧木
所获得嫁接苗具有较好的生长状态
B
69=
对嫁接苗生长的影响
将
)>
苗龄的小芽接穗嫁接到
)>
苗龄带有部
分胚根的砧木上!并将嫁接苗接种至添加不同浓度
"+
"+#
+
"+%
+
"+,
+
#3
8
%
?
#
@AB
的
#
%
!DE
培养基
上!培养
%">
后记录嫁接苗生长情况由表
)
可
见!添加
"+%3
8
%
?@AB
时嫁接苗的生长情况最佳!
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#+芽长增加量"
#+!*93
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8
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8
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8
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8
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株高增加量
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芽长增加量
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8
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%
93
根数增加量
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根长增加量
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93
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芽长增加量
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根数增加量
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根长增加量
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带部分胚根
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#
但当添加
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的浓度为
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时!嫁接苗的生长
状态比不添加
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对嫁接苗的生长有显著的影响!添加较低浓度
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"
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#对嫁接苗的生长和移栽成
活率有明显的促进作用
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谷氨酰胺对麻疯树嫁接苗生长发育的影响
将
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苗龄"芽条#的接穗嫁接到
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的
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对嫁接苗的生长
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#+芽长增加量"
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也显著提高!最高达
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8
%
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因此!培养基中添加
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的适宜浓度为
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8
%
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另
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在相同培养条件下!
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#
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讨
!
论
在农杆菌介导的麻疯树遗传转化过程中!为了
使克隆于植物双元表达质粒载体上的目的基因整合
到植物基因组中!需要利用携带重组质粒的农杆菌
菌液对植物的外植体进行侵染和共培养!因此共培
养后的外植体上会带有农杆菌为了抑制后续培养
过程中外植体上农杆菌的过度生长!通常会在培养
基中添加浓度为
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"
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8
%
?
的头孢霉素或者
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8
%
?
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非转化细胞的生长!还需要在培养基中添加筛选剂!
如卡那霉素或者潮霉素等)!%(!)*然而!在培养基中
添加抗生素或者筛选剂会对植物细胞"包括转化和
非转化细胞#的生长发育产生不利影响!导致转化细
胞再生出的大部分不定芽生长状态不佳!同时也会
导致获得适宜驯化移栽的完整转化植株的周期变
长)#%(#$*本研究表明!抗生素对麻疯树嫁接苗的生
长也有显著的抑制作用但在微嫁接技术中!接穗
不需接触培养基!接穗上的农杆菌不会污染培养基!
培养嫁接苗的培养基中无需添加抗生素
大豆微嫁接的研究发现!不同类型的基本培养
基对嫁接苗的生长有显著影响)#!*不同类型的基
本培养基中含有不同种类和浓度的碳源+氮源和微
量元素等物质!而这些物质对嫁接苗的生根和生长
可能起决定作用!因此不同物种适宜选用的基本培
养基可能不同本研究结果表明!基本培养基的类
型对麻疯树嫁接苗的生长也有显著影响!采用
#
%
!
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培养基时!嫁接苗的生长效果最佳
研究表明!柑桔的苗龄对微嫁接的成活起非常
关键的作用!
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苗龄砧木的嫁接成活率最高!而
!!#!
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
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%$
卷
较大与较小苗龄的试管苗嫁接成活率均较低)!,(!**
本研究结果表明!麻疯树砧木的苗龄对嫁接苗的成
活率和生长效果有明显的影响!
)>
苗龄砧木的嫁
接效果最佳!随着砧木苗龄的增加!嫁接效果变差
这可能是由于砧木苗龄较老时!维管组织成熟度高!
伤口愈合能力下降!导致与接穗的愈合效果变差!使
得接穗由于无法及时得到砧木传送的营养物质而易
变干+变褐以致死亡
赵改荣等研究认为!用带根苗作砧木的葡萄微
嫁接苗成活后生长起始早+叶片大+生长势强)!&*
本研究结果表明!带有部分胚根的砧木的微嫁接苗
生长效果最佳!这可能是由于砧木带根嫁接后不需
生根!直接就可以吸收营养!同时由于去掉了胚根的
根尖!打破了根的顶端优势!可以促进二级根的发生
和生长!增加了根的数量!扩大了吸收营养的面积!
有益于嫁接苗的生长带有完整胚根的砧木因为保
留了胚根的根尖!因此保持了根的顶端优势!可能会
对二级根的发生和生长产生抑制作用
植物生长调节剂可减轻氧化作用!促进接穗与
砧木切口表面愈伤组织的形成!显著提高嫁接成活
率)!*!1(%"*
@AB
作为一种植物生长调节剂!常被用
来诱导芽条生根!在麻疯树组织培养中应用广
泛)%#(%!*
K50
作为一种在植物新陈代谢中起重要作
用的内源氨基酸!为核酸及其它含氮化合物的生物
合成提供氮源)%!*!并且作为一种有机态氮常被添加
在植物组织培养的培养基中)%%*研究发现!外源的
K50
对再生芽条生根有积极的促进作用)%$(%,*本研
究结果表明!在培养嫁接苗的培养基中添加
"+%
3
8
%
?@AB
和
!3
8
%
?K50
可以显著提高嫁接苗的
生根效率和生长效果
嫁接是园艺学上常用的一种栽培技术!常用于
将具有优良性状的芽或者芽条嫁接至相同或者相近
物种的砧木上以达到快速扩繁的目的近年来!嫁
接技术也在其他非园艺作物上得到了应用!例如利
用嫁接技术获得转基因棉花植株)%**目前!传统嫁
接技术在麻疯树遗传改良中也得到了应用!但已有
研究均采用传统的嫁接方法!即直接以成年植株或
者在土壤中萌发的种子苗"
!#>
苗龄#为砧木进行
嫁接!而非无菌微嫁接&以上研究对作为接穗的芽条
的长度和质量均有一定的要求!即选用的芽条要健
壮且长度至少为
!+)93
!同时在砧木与接穗的接合
部位要用塑料膜进行包裹来达到固定和保湿的目
的)#"!%&*本研究报道的微嫁接方法!只需获得长度
大于或等于
"+)93
的芽条即可作为接穗用于微嫁
接!且不需要在接合部位进行包裹&同时!所用砧木
只需采用
)>
苗龄的无菌种子苗的带有部分胚根的
下胚轴!因此适用性更广!获得嫁接苗的周期更短!
生产效率更高
本研究建立了一种有效的麻疯树无菌微嫁接体
系!即以麻疯树无菌种子幼苗带有部分胚根的下胚
轴作为砧木!将接穗嫁接到该砧木上由于砧木下
端带有部分胚根!因此嫁接苗易于生根而不需要麻
疯树组织培养体系中再生芽条的生根培养步骤接
穗芽条经过嫁接后能够和砧木愈合成为一颗完整并
正常生长发育的植株用本方法可缩短麻疯树遗传
改良的周期并获得更多健壮的转化植株!为解决麻
疯树转化不定芽条生根难的问题提供了新途径
参考文献!
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