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Study on technique of inducing microrhizome in Zingiber officinale

怀姜试管姜诱导技术的研究



全 文 :UnionMedicalColege,Beijing100094,China;
2.BeijingUniversityofTraditionalChineseMedicine,Beijing100102,China;
3.ZhejiangForestryColegeResearchCentreforNaturalPharmacology,Lin’an323000,China;)
[Abstract] Objective:Tostudythegeneticrelationshipanddiversityof3specieswhichbelongtoTripterygium.Method:
Sampleswerecolectedanddividedinto4types:typicalT.wilfordi,typicalT.hypoglaucumandtheirmiddletypeaccordingtomor
phologicalcharacters,andT.regeli.RAPDmarkerswereusedtomeasurethegeneticrelationshipanddiversityof110individuals
from22naturalpopulationsinChina.ResultandConclusion:10primerswereselectedfrom100onesscreened.Atotalof128bands
werescoredand123ofthemwerepolymorphic.Clusteranalysisindicatedthatalthesamplescouldbedividedinto3parts:5individ
ualsfromT.regeligatheredcloselyandwereseparatedfromotherpopulationandformedsinglebranch.Al4populationsfromT.hy
poglaucumgathereddirectly.ThemiddletypeshowedanearerrelationshipwithT.wilfordithanwithT.hypoglaucum,althoughthere
wasgeneticdiferentiationbetweenpopulationsfrommiddletypeandthosefromT.wilfordi.Themiddletypehasmorediversitythan
T.wilfordi.ThedistancebetweendiferentmiddletypepopulationsandT.wilfordiwasdiferent.Theexistenceofmiddletypepopu
lationsbetweenT.wilfordiandT.hypoglaucumsuggestedthatthe2speciesshouldbecombinedintoonespecies.Consideringal
populationsexceptT.regeli,thegenericdiferentiationamongpopulationswassignificantandthegeneticdiversityexistedmainlya
mongdiferentpopulations.SosamplesofTripterygishouldbecolectedfromdiferentppopulationsforthereservationofthegeneticdi
versity.
[KeyWords] Tripterygiumwilfordi;T.hypoglaucum;middletype;RAPD;geneticrelationship;geneticdiversity
[责任编辑 张宁宁]
[收稿日期] 20060914
[基金项目] 安徽省“十五”二期重点项目(03013003);郑州轻
工业学院博士基金资助
[通讯作者] 薛建平,Tel:(0371)63627070,Email:xuejp2000
@yahoo.com.cn
怀姜试管姜诱导技术的研究
薛建平1,2,黄月琴2,张爱民2
(1.郑州轻工业学院 食品与生物工程学院,河南 郑州 450002;
2.淮北煤炭师范学院 生物系,安徽 淮北 235000)
[摘要] 目的:以清化姜脱毒苗为材料,研究不同浓度的蔗糖,NAA,PP333,6BA对试管姜诱导的影响。方法:
采用正交实验方法配制成不同的培养基。结果与结论:蔗糖是试管姜形成的主要影响因素,PP333,NAA次之,6BA
则抑制试管姜的形成。诱导试管姜的适宜培养基为MS+NAA10mg·L-1+PP33302mg·L
-1+8%蔗糖。
[关键字] 姜;试管姜;组织培养;正交实验
[中图分类号]S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2007)16162104
  姜ZingiberoficinaleRosc.为多年生单子叶草本
植物,以地下根状茎入药,具有发汗解毒、温中止吐、
抗晕止咳等功效。近年研究表明,姜具有降血脂、抗
肿瘤、抗氧化作用[1]。河南怀姜也叫清化姜、上庄姜,
已有1700多年的栽培历史,它块大皮薄、丝细肉腻、
香辣浓郁宜口,百煮不烂,畅销于华北、东北、西北诸
省及东南亚和欧美市场[2]。但由于怀姜生产上长期
采用根状茎进行无性繁殖和栽培,病毒[3,4]、病菌[5]
易在体内积累,导致生长势衰退,品种退化,产量品质
下降,病毒病、癞皮病以及姜瘟病发生日趋严重,成为
制约怀姜生产的重要因素。通过姜茎尖脱毒技术,以
上问题已能得到有效地解决[6],但姜脱毒苗移栽成活
率低、育苗周期长、运输不便利,从而大大限制了其在
生产上的推广[7]。近年来,随着植物生物技术的发
展,人们先后在试管中诱导出了半夏[8]、马铃薯[9]、
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芋[10]等,尝试替代试管脱毒苗,其中试管半夏的培养
技术日趋成熟,完全可以替代试管苗作为商品供
应[11,12]。但试管姜的研究刚刚起步,国内仅有山东
莱芜大姜[13,14]和江西兴国九山生姜[15]等试管姜诱导
成功的报道,由于姜品种不一样,研究结果相互矛盾。
目前关于河南怀姜试管姜的诱导技术尚未见报道,因
此作者采用多因素正交实验,研究不同因素对怀姜试
管姜诱导的影响,从中筛选适宜的培养基,为怀姜试
管姜的规模化生产提供技术支持。
1 材料和方法
1.1 材料 怀姜脱毒试管苗,由淮北煤炭师范学院
药用植物细胞工程研究室提供。
1.2 培养基及培养条件 以MS为基本培养基,用
08%的琼脂固化,pH58~60,附加不同浓度的植
物生长物质和蔗糖,分装于100~150mL的三角烧
瓶中,在121℃湿热灭菌15~20min。材料接种后
放在光照培养箱中培养,温度(25±1)℃,光照强度
为2000~3000lx,光照时间12h·d-1。
1.3 方法 采用4因素3水平的 L9(3
4)正交试验
方案配制培养基(表1)。每种处理接种姜苗20瓶,
每瓶接种2株,重复3次,定期观察记录,50d后分
析统计试验结果。
表1 水平因素
水平

蔗糖/%

NAA/mg·L-1

PP333/mg·L-1

6BA/mg·L-1
1 4 0 0 0
2 8 05 01 05
3 12 10 02 10
2 结果与分析
2.1 PP333对试管姜形成的影响 正交表中的均值
K越大,则说明该因子的某水平越好。正交实验结
果分析表明(表2),PP333的均值 K3>K2>K1,说明
在0~02mg·L-1对试管姜的诱导起促进作用。
添加PP333的培养基中,根状茎膨大的效果较好,尤
其是PP333为02mg·L
-1的A1B3C3D3,A2B2C3D1和
A3B1C3D2培养基,平均诱导率为485%,平均单株
根茎重最高为09g。另外,通过观察姜苗生长情况
发现,加有PP333的培养基中平均单株根的数目比未
加PP333的培养基多而且粗壮(图1,2)。这是因为
PP333有促进根系生长的作用,但就株高来看,未发
现PP333矮化植株的作用,可能是PP333使用的浓度较
低的原因。
表2 不同培养基对试管姜诱导的正交试验
培养基编号
因素
蔗糖/% NAA/mg·L-1 PP333/mg·L-1 6BA/mg·L-1
平均株高
/cm
诱导率
/%
单株根茎重
/g
单株根数
/个
A1B1C1D1 4 0 0 0 150 124 024 4
A1B2C2D2 4 05 01 05 200 298 04 7
A1B3C3D3 4 10 02 10 400 461 051 9
A2B1C2D3 8 0 01 10 270 392 060 7
A2B2C3D1 8 05 02 0 360 789 090 8
A2B3C1D2 8 10 0 05 530 561 075 5
A3B1C3D2 12 0 02 05 030 204 031 8
A3B2C1D3 12 05 0 10 300 128 020 5
A3B3C2D1 12 10 01 0 460 318 030 6
K1 29433 24000 27100 41033        
K2 58067 40500 33600 35433        
K3 21667 44667 48467 32700        
R 36400 20667 21367 8333        
图1 正常生长的试管苗 图2 PP333对试管苗的影响
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2.2 NAA对试管姜形成的影响 NAA的均值
K3>K2>K1,说明在0~10mg·L
-1对试管姜的诱
导起促进作用。NAA为10mg·L-1的 A1B3C3D3,
A2B3C1D2和 A3B3C2D1培养基中,平均诱导率为
447%,平均单株根茎重最高为075g。观察姜苗
生长情况发现,添加NAA的培养基中平均株高显著
高于未加 NAA的培养基,NAA具有促进姜苗植株
生长的作用。
2.3 6BA对试管姜形成的影响 比较6BA的均
值可见K1>K2>K3,说明在0~10mg·L
-1对试管
姜的诱导起抑制作用,但促进植株形成丛生芽(图
3)。6BA为10mg·L-1的A1B3C3D3,A2B1C2D3和
A3B2C1D3培养基中,平均诱导率仅为327%,平均
单株根茎重最高仅为06g。
图3 6BA对试管苗的影响
2.4 蔗糖质量分数对试管姜形成的影响 正交分
析结果的极差R值越大,则该因素影响越显著。蔗
糖的积差 R值最大,为试管姜诱导的主要影响因
素,表3正交分析结果表明,蔗糖对试管姜诱导率达
到显著影响水平(P<005)。蔗糖的均值K2>K1>
K3,说明当蔗糖质量分数小于8%时,试管姜的诱导
率随蔗糖质量分数的上升而上升;蔗糖大于8%时,
诱导率随着蔗糖质量分数的上升而下降,因此8%
的蔗糖为诱导试管姜的适宜浓度。蔗糖质量分数为
8%的A2B1C2D3,A2B2C3D1和A2B3C1D2培养基中,根
状茎膨大较早,平均诱导率可达587%,平均单株
根茎重最高可达09g(图4)。
图4 蔗糖对试管姜诱导的影响
2.5 试管姜最佳培养基分析 正交试验结果的均
值K越大,则说明该因子的某水平越好。根据表2
直观分析,诱导试管姜形成时,蔗糖,NAA,PP333,6
BA的最佳诱导质量浓度分别为8%,10mg·L-1,
02mg·L-1,0mg·L-1,则获得培养基 MS+
NAA10mg·L-1+PP33302mg·L
-1+8%蔗糖。
配制该培养基20瓶进行验证实验,结果显示试管姜
诱导率高达830%,显著高于正交表中的9种培养
基,从而验证了该种培养基为怀姜试管姜诱导的适
宜培养基。
表3 试管姜诱导率的方差分析
方差来源 S df F Fa P
A 2205149 2 20366 19000 <005
B 716722 2 6619    
C 719802 2 6648    
D 108276 2 1000    
Erer 10828 2      
总和 3858229 10      
3 讨论
姜脱毒试管苗应用于大田生产,需要严格的驯
化条件和管理操作,且驯化过程中,试管苗在离体条
件下形成的根系往往不能发挥作用而需要新生根。
但试管姜具较强的抗逆性,不需特殊驯化,可直接移
栽大田;姜块又具有较好的储藏性,不受生产季节限
制,能全年生产,因而试管姜的高效诱导和培育可望
成为脱毒苗和大田生产的对接技术[13,14]。
NAA能刺激细胞分裂和组织分化,促进植株生
长发育。试管姜诱导培养基中添加适宜浓度的
NAA能促进植株长高。而未加 NAA则会造成根状
茎膨大缓慢,生长点虽然逐渐变绿,但多数仅形成绿
色小点而难以伸长,这可能是因为缺乏NAA导致生
长点不能进行伸长生长,从而植株发育质量下降,不
能进行有效的光合作用而为试管姜的形成提供所需
的有机物质。6BA对试管姜的诱导起抑制作用,该
结论与张延国等[14,15]的报道相一致。
在NAA,PP333,6BA及蔗糖4种因素中,蔗糖是
诱导怀姜试管姜的主要影响因素。蔗糖质量分数为
8%时试管姜诱导的效果较好,这可能是因为蔗糖在
培养基中不仅起碳源的作用,而且还具有调节渗透
压的作用。蔗糖质量分数过低则不能提供生长所需
的足够碳源,而难以维持植株的正常生长;蔗糖质量
分数过高则导致渗透压过大而不利于植株对养分及
植物生长物质的吸收,从而影响植株的生长。另外
还可能是因为蔗糖能影响生姜试管苗内源激素的变
化,郑永强等[15]的报道指出,蔗糖能够显著影响生
姜试管苗内源激素水平,以 ABA,GA变化较大,随
着蔗糖质量分数的升高,GA呈下降趋势,而ABA先
上升后下降。生姜试管苗以 ABA作为正信号,GA
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作为负信号,对试管姜的形成进行有效的调控。
PP333对试管姜诱导的具有促进作用,也可能是通过
抑制内源赤霉素生物的合成[16],调节 ABA/GA的
比值,从而使植株体内的ABA/GA有所上升。
Kühn等[17]研究发现,在高糖条件下,马铃薯植
株内蔗糖的积累和运输加快,从而促进了块茎的形
成。此外,高浓度蔗糖还能诱导块茎形成过程中特
异基因的表达,促进块茎储藏蛋白的积累[18]。在试
管马铃薯诱导过程中必需在培养基中添加高浓度的
蔗糖,蔗糖不单是碳源,同时会使赤霉素活性降低,
从而促进结薯,而这种赤霉素活性降低是通过蔗糖
与赤霉素结合形成糖配体来实现的[19]。那么在试
管姜的形成中,高浓度的蔗糖是否有着相似的作用
机制,值得更加深入的研究。
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StudyontechniqueofinducingmicrorhizomeinZingiberoficinale
XUEJianping1,2,HUANGYueqin2,ZHANGAimin2
(1.ColegeofFoodandBioengineering,ZhengzhouUniversityofLightIndustry,Zhengzhou450002,China;
2.DepartmentofBiology,HuaibeiCoalIndustryTeachersColege,Huaibei235000,China)
[Abstract] Objective:TostudytheefectofdiferentfactorsoninductionofmicrotubersinZingiberoficinale.Thesefactors
includedNAA,PP333,6BAandsucrose.Method:Orthogonaldesignandplanttissueculturetechniquewereused.ResultandCon
clusion:Sucrosewasthemostimportantfactorontheinductionofmicrotubers,folowedbyPP333andNAA.6BAwasthefactorwhich
restrainedtheformationofmicrotubers.TheoptimalmediatoinducemicrotuberswasMS+NAA10mg·L-1+PP33302mg·L
-1+
sucrose8%.
[Keywords] Zingiberoficinale;microrhizomeofginger;tissueculture;orthogonaldesign
[责任编辑 张宁宁]
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