全 文 ：广 西 植 物 Guihaia　Nov．２０１４,３４(６):８６９－８７３　　　　　　　　　　 http://journal．gxzw．gxib．cn　
DOI:１０．３９６９/j．issn．１０００Ｇ３１４２．２０１４．０６．０２４
魏鹏,刘彤．N、P、K异质含量拟南芥试管苗的表型适应特性[J]．广西植物,２０１４,３４(６):８６９－８７３
WeiP,LiuT．PhenotypicadaptivepropertiesofArabidopsisthalianatestＧtubeplantletsinoculatedinthemediumwithheterogeneouscontentofN,P
andK[J]．Guihaia,２０１４,３４(６):８６９－８７３
N、P、K异质含量拟南芥试管苗的表型适应特性
魏　鹏１,刘　彤２∗
(１．宁夏职业技术学院 植物组培快繁中心,银川７５０００２;２．新疆兵团绿洲生态农业重点实验室,新疆 石河子８３２００３)
摘　要:以模式种拟南芥为试验材料,有别于自然环境下生长的拟南芥,借助于组织培养方法利用均匀设计
对培养基中KNO３、NH４NO３、KH２PO４设置处理,探讨试管环境下拟南芥生长发育特性及对营养离子需求吸
收特点,结果显示拟南芥本性地通过加强莲座叶与茎生叶的功能以增加生殖生长期的分枝数与苔高;生殖生
长期影响试管苗茎生叶数、苔高的离子种类增多,离子的交互作用更加复杂.通过分析模式植物对N、P、K异
质含量培养基的表型适应特点可推论同一植物在不同时期使用单一培养基是不合理的.
关键词:拟南芥;试管环境;表型适应;营养元素;苗子质量
中图分类号:Q９４５．９７　　文献标识码:A　　文章编号:１０００Ｇ３１４２(２０１４)０６Ｇ０８６９Ｇ０５
PhenotypicadaptivepropertiesofArabidopsisthaliana
testＧtubeplantletsinoculatedinthemedium
withheterogeneouscontentofN,PandK
WEIPeng１,LIUTong２∗
(１．CenterofPlantTissueCultureandRapidPropagation,NingxiaPolytechnicCollege,Yinchuan７５０００２,China;
２．KeyLaboratoryofOasisEcologicalAgricultureofXinjiangRegiments,Shihezi８３２００３,China)
Abstract:Characteristicsofgrowthanddevelopmentalongwiththespecialtyandthedemandofabsorbingnutritional
ionsofArabidopsisthalianainvitrowerediscussedbysettingmodeplantA．thalianaastheexperimentalmaterial,
unlikenaturalgrowthofArabidopsisandbysettingdiferentlevelsofKNO３,NH４NO３andKH２PO４oftreatment
mediumwithinvirtueoftissueculturetechnologyanduniformdesign．TheresultsshowedthatA．thalianaplantlets
wouldreinforcethephysiologicalfunctionofrosetteleafandcaulineleaftoenlargethebranchesandtheheightof
trunk;Inreproductivephase,ionspecieswhichaffectthenumberofcaulineleafandtheheightoftrunkincreased,the
interactionofmineralionswasmorecomplicated．ThroughanalyzingphotoＧadaptivepropertiesofArabidopsisthaliＧ
anatestＧtubeplantletsinoculatedonthemediumwithheterogeneouscontentofN,PandK,itcouldbededucedthat
itwasunreasonabletouseunitarymediumaimatcertainplantintodiferentgrowthperiod．
Keywords:Arabidopsisthaliana;environmentinvitro;phenotypicadaptation;nutrientelements;qualityofplantlets
　　适应是生物的结构、功能或整个生物体对环境
表现出的适应状态,或获得这种适应性的过程,对于
特定环境下的植物个体而言,适应表现为存活、生长
及开花、繁衍的顺利延续(蒋高明,２００４).组培环境
下植株叶片黄化、生根困难、茎尖枯死等现象均是植
物适应环境的不良表现,研究试管植物的适应特性
收稿日期:２０１３Ｇ１０Ｇ１９　　修回日期:２０１３Ｇ１２Ｇ２２
基金项目:国家自然科学基金(３０３６００１７)
作者简介:魏鹏(１９８１Ｇ),男,宁夏银川人,硕士,讲师,主要从事试管植物的生理生态学研究,(EＧmail)weipeng１３５＠１２６．com.
∗通讯作者:刘彤,博士,教授,主要从事植物生态与植物组织培养研究,(EＧmail)liutong１９６８＠yahoo．com．cn.
用于指导改善试管苗生长质量具有重要意义.拟南
芥(Arabidopsisthaliana)是分子生物学研究的模
式植物,生活史短、分布广,是研究植物表型适应
(Henryetal．,２０１０;吴嘉等,２０１０)、居群分化
(Sletvoldetal．,２０１２)、系统发育(Choobetal．,
２００４)的良好材料.试管环境下拟南芥仍可开花
(Iwasakinetal．,２００５),该现象为全面考察离体植
物从营养生长至生殖生长表型适应特性提供了素材.
MS培养基被套用于多数植物的离体繁殖是否
适合试管苗的不同生长阶段,试管苗能否产生最佳
的适 应 状 态 近 来 受 到 质 疑 (Nasetal．,２００４;
Gonçalvesetal．,２００５).本研究以模式种拟南芥为
材料,利用均匀设计对基本培养基中 N、P、K营养
元素设置处理,(１)分析拟南芥试管苗在不同时期的
适应特点,是否与自然条件下拟南芥发育属性相关?
(２)分析不同浓度离子对试管苗营养生长期、生殖生
长期相关指标的影响,总结试管苗在不同生长期对
营养离子吸收的差异特点,分析惯用单一培养基的
不合理性.
１　材料与方法
１．１材料
选择当年生美国哥伦比亚生态型拟南芥种子,
消毒灭菌后接种于不含任何激素的１/２MS培养基
中,待其萌发,株高１~１．５cm时接入试验培养基.
１．２方法
１．２．１试验培养基设置与培养条件　MS培养基属
高盐浓度培养基,配方中 N、P、K浓度较高,其中
KNO３１９００mg􀅰LＧ１,NH４NO３１６５０mg􀅰LＧ１,
KH２PO４１７０mg􀅰LＧ１,为了提高试验可信度,配方
中KNO３、NH４NO３、KH２PO４三类化合物上限浓度
分别提高到２５００、１８００、２３０mg􀅰LＧ１,利用均匀设
计(方开泰,１９９４),分别对 KNO３,NH４NO３,KH２
PO４三种化合物设置处理(表１),CaCl２􀅰２H２O、
MgSO４􀅰７H２O、微量元素、铁盐及有机物含量与
MS培养基相同.为防止激素与营养元素产生交互
作用影响试验最终结果,培养基中不加任何激素.
配方不另设对照,共１６个处理.材料共１６处理×３
次/重复×３瓶/次×５株/瓶＝７２０株,培养容器为
１５０mL的三角瓶,培养温度(２５±２)℃,日光灯照
明１６h􀅰dＧ１,光强４０μmol􀅰mＧ２􀅰sＧ１.
表１　不同处理中三种化合物的含量
Table１　Contentsof３compoundsofdifferenttreatments
配方编号
No．ofmedium
化合物含量Contentofcompound
KNO３ NH４NO３ KH２PO４
１ ２５００ １２００ １２５
２ ２３００ ７００ ０
３ ２１００ ２００ １４０
４ １９００ １４００ ２０
５ １７００ ９００ １５５
６ １５００ ４００ ３５
７ １３００ １８００ １７０
８ １２００ １１００ ５０
９ １０００ ６００ １８５
１０ ９００ ０ ６５
１１ ８００ １３００ ２００
１２ ７００ ８００ ８０
１３ ５００ ３００ ２１５
１４ ３００ １６５０ ９５
１５ １００ １０００ ２３０
１６ ０ ５００ １１０
１．２．２测量指标　待试管苗生长１个月后,选取莲座
叶重/株、茎生叶重/株、苔重/株、莲座叶枯叶重/株、
根重/株、莲座叶数/株、茎生叶数/株、分枝数/株、苔
高/株,莲座叶叶绿素含量(mg􀅰０．１gＧ１FW)统计测
量,生理指标的测定方法引自李合生(２０００).
１．２．３统计与分析　利用SPSS１１．５软件对测量指标
进行相关分析.以测量指标为因变量,[NO３Ｇ]２、
[NO３Ｇ]、[NH４＋ ]２、[NH４＋ ]、[PO４３Ｇ]２、[PO４３Ｇ]、
[K＋]２、[K＋ ]、[NO３Ｇ][NH４＋ ]、[NO３Ｇ][PO４３Ｇ]、
[NO３Ｇ][K＋ ]、[NH４＋ ][PO４３Ｇ]、[NH４＋ ][K＋ ]、
[PO４３Ｇ][K＋]为自变量进行多元二次线形逐步回归
分析,比较不同浓度的 N、P、K对试管苗在不同时
期生长质量的影响,反过来总结试管苗对营养离子
需求的相似性与差异性.
２　结果与分析
２．１离体条件下拟南芥试管苗整体生长特点
各配方处理对拟南芥试管苗影响差异较大,部
分处理试管苗全部死亡或叶片黄化,但植株生长、发
育仍具一定整体规律性(表２).根重与莲座叶重、
茎生叶重、苔重及莲座叶枯死叶重极显著相关,表明
根在拟南芥整个营养生长、生殖生长都具有吸收功
能.莲座叶重与枯死叶重正相关,表明莲座叶的生
长发育快速,仅占整个生活史的一小部分,而叶绿素
含量与分枝数正相关,推测莲座叶行使的光合生理
功能主要为了增加后期分枝数,以提高果枝个数与
０７８ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３４卷
表２　拟南芥试管苗特征值间的相关分析
Table２　CorrelationanalysisamongdifferenteigenvalueofArabidopsisthalianatestＧtubeplantlet
莲座叶重
Weightof
rosetteleaf
茎生叶重
Weightof
caulineleaf
苔重
Weightof
trunk
枯叶重
Weightof
witheredleaf
根重
Weightof
root
叶绿素
Contentof
chlorophyl
莲座叶数
Numberof
rosetteleaf
茎生叶数
Numberof
caulineleaf
分支数
Numberof
branch
苔高
Heightof
trunk
莲座叶重
Weightofrosetteleaf
１
茎生叶重
Weightofcaulineleaf
０．４６５ １
苔重
Weightoftrunk
０．３４９ ０．７８１∗∗ １
枯叶重
Weightofwitheredleaf
０．５６５∗ ０．５０３ ０．２５４ １
根重
Weightofroot
０．７６５∗∗ ０．７３６∗∗ ０．７６１∗∗ ０．６４９∗∗ １
叶绿素
Contentofchlorophyl
Ｇ１．１３ ０．１３８ ０．４２４ ０．２７２ ０．３１２ １
莲座叶数
Numberofrosetteleaf
Ｇ０．２９８ Ｇ０．２１ Ｇ０．０６２ Ｇ０．８６８∗∗ Ｇ０．４２３ Ｇ０．２７４ １
茎生叶数
Numberofcaulineleaf
Ｇ０．０７７ ０．３７２ ０．６６６∗ Ｇ０．３５ ０．１９９ ０．３４７ ０．４９１ １
分支数
Numberofbranch
Ｇ０．２２１ ０．０７７ ０．５５０∗ Ｇ０．２７９ ０．０６６ ０．５８４∗ ０．３１２ ０．７３４∗ １
苔高
Heightoftrunk
Ｇ０．１６１ Ｇ０．０２４ ０．５０３ ０．４４９ ０．０６７ ０．３１３ ０．４５３ ０．８１６∗∗ ０．８２４∗∗ １
　注:除叶绿素含量(mg􀅰０．１gＧ１ FW)以外,其它指标均为单株测量;处理２试管苗全部死亡,未统计入内;∗∗ 显著性水平为１％;∗ 显著性水平为５％.下同.
　Note:Althemeasuredtraitusedsingleplantletexceptforthecontentchlorophyl(mg􀅰０．１gＧ１FW);Altheplantletsoftreatmentlabeled２weredead,traitsoftreatment
２werenotuseinstatisticanalysis;∗∗ meansthesignificancelevelis１％;∗ meansthesignificanceis５％．Thesamebelow．
结实率,表现出一定的适应性生长.茎生叶数与苔
高极显著正相关,表明茎生叶的主要功能是增加单
枝长度,反映出试管苗生殖生长期的适应特点.
２．２不同培养基N、P、K三种营养元素含量比较
由图１看出,１号处理 NO３Ｇ离子浓度最高,１６
号处理最低,两者相差近３４mmol􀅰LＧ１,４号与７号
次之,１０号与１３号差别不大.７号处理NH４＋离子
浓度最高,１０号最小等于０,结合NO３Ｇ离子浓度的
变化图,７号处理总N含量最高,而１０号由于NO３Ｇ
与NH４＋均较低,使得总 N 含量在所有处理中最
低,两者相差近４９mmol􀅰LＧ１,１号与４号总 N含
量仅次于７号处理,而２、１１、５、８号４种处理总 N
含量差别不大,均在４０mmol􀅰LＧ１左右.K＋浓度
除３号配方陡然增大外,从１~１６号处理,均逐渐降
低,最大值与最小值相差约２５mmol􀅰LＧ１.PO４３Ｇ
浓度变化规律较明显,奇数处理大于相应偶数处理,
其中１５号最大,２号最小,为０.
２．３试管苗对N、P、K营养元素的吸收特点
从特征值与离子含量做逐步回归分析可以看
到,营养元素以及营养元素之间的交互作用对试管
苗各个器官生长,发育的影响.为防止变量进入模
型逐渐增多而引起的R２增大,我们用R２与adjusted
R２共同考察回归方程的拟合效果.如表２所示,根
重与[NH４＋ ]、[NO３Ｇ]、[K＋ ]未建立理想的回归方
程,这与１６个配方[NH４＋ ]、[NO３Ｇ]、[K＋ ]变化规
律不明显有关.莲座叶叶绿素含量、分枝数、苔重及
茎生叶数未建立优化的回归模型,表明特征值的影
响因素较多.
抽苔后拟南芥出现分枝、长茎生叶是营养生长
向生殖生长过渡的主要标志,以adjustedR２≥０．５
的回归方程为例,[NO３Ｇ][K＋ ]对茎生叶数、苔高具
有明显的正向作用,而莲座叶数影响效果相反.
[NO３Ｇ][K＋ ]对 茎 生 叶 数、枯 叶 重 影 响 显 著.
[PO４３Ｇ]２与[NH４＋][K＋]对莲座叶重的影响与对莲
座叶数相反.与莲座叶数、莲座叶重相比,苔高、茎
生叶数回归方程变量因素增多,离子间的交互作用
更加复杂.
３　讨论与结论
Pigliuccetal．(２００２)研究发现水淹条件下拟南
芥(Arabidopsisthaliana)的莲座叶数与分枝数相
关性加强,以加大对生殖生长的投资.茎生叶在生
殖阶段对提高拟南芥的相对适合度具有重要作用
(Baileyetal．,２００４).本实验得出不同N、P、K营
养水平下拟南芥试管苗莲座叶的光合生理功能与分
１７８６期　　　　　　　　　魏鹏等:N、P、K异质含量拟南芥试管苗的表型适应特性
图１　不同试验培养基中N、P、K营养元素含量的比较
Fig．１　ComparisonofcontentofnutritionalelementsofN,PandKindiferentexperimentalmedia
表３　拟南芥试管苗不同指标与营养元素的逐步回归分析
Table３　StepＧwiseregressionanalysisofthediferenttraitsofArabidopsisthalianatestＧtubeplantletwiththenutritionalelement
特征值Eigenvalue 方程Equation R２ AdjustedR２
茎生叶重
Weightofcaulineleaf
y＝０．４３２[NH４＋][K＋]＋０．２６５[PO４３Ｇ]２ ０．２２２ ０．０９３
苔重
Weightoftrunk
y＝０．２５６[PO４３Ｇ]２ ０．０６６ ０．０１
根重
Weightofroot
y＝０．８２３[NH４＋][K＋]Ｇ０．４９１[NO３Ｇ][NH４＋] ０．２０１ ０．０６８
叶绿素含量
Contentofchlorophyl
y＝０．５２２[PO４３Ｇ]２Ｇ１．１３７[NH４＋]２＋０．８４９[NO３Ｇ][NH４＋] ０．４２２ ０．２６４
分枝数
branches
y＝Ｇ０．５９５[NO３Ｇ][K＋] ０．３５４ ０．３０４
莲座叶重
Weightofrosetteleaf
y＝Ｇ０．４６３[PO４３Ｇ]２＋０．５０３[NH４＋][K＋] ０．７３７ ０．７０７∗
莲座叶数
No．ofrosetteleaf
y＝Ｇ０．７０８[PO４３Ｇ][K＋]Ｇ０．３２２[NH４＋][K＋]＋０．２０４[PO４３Ｇ]２ ０．９６２ ０．８９７∗
枯叶重
Weightofwitheredleaf
y＝０．７８６[NO３Ｇ][K＋]＋０．１６０[NO３Ｇ][PO４３Ｇ] ０．８５９ ０．８１９∗
苔高
Heightoftrunk
y＝Ｇ１．０８４[K＋]２Ｇ０．５１４[NH４＋]２＋０．４７８[NH４＋][K＋] ０．９２１ ０．８４５∗
茎生叶数
No．ofcaulineleaf
y＝Ｇ１．８８１[K＋]２＋０．５９５[PO４３Ｇ]２＋１．３１６[NO３Ｇ][K＋]Ｇ０．４４３[NH４＋][PO４３Ｇ] ０．８９ ０．７６７∗
枝数正相关,茎生叶数与苔高极显著正相关,结论反
映了组培环境下N、P、K异质质含量拟南芥适应环
境的策略,性质与Pigliuccetal．(２００２)、Baileyet
al．(２００４)研究结果一致,这是拟南芥物种自身适应
属性在试管环境下的展现.
１６个配方处理 N、P、K营养含量差异较大,拟
南芥试管苗功能、形态及发育特征值处理之间差异
显著,离体条件下拟南芥对营养离子的吸收呈现一
定特点,拟南芥抽苔后相对于前营养生长期,植株吸
收营养离子的种类增多,离子间的交互作用加强.
２７８ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３４卷
鉴于组培工厂化生产种苗套用基本培养基的现
象,Wiliams(１９９１)指出有必要考虑培养基中的矿
质组分对外植体的生长与发育是否都最优.RamＧ
age(２００３)以番茄试管苗为例,发现外植体在不同时
期对营养离子存在选择性吸收.本研究以拟南芥为
试验材料,充分利用它在试管内可抽苔进行生殖生
长的特性,揭示了试管环境下拟南芥营养生长与生
殖生长时期对营养离子吸收的差异性规律,一定程
度证明了同一外植体在不同培养时期使用单一培养
基是不合理的,且试验中未加激素,剔除了以往类似
试验中激素作用的协方差,使得结论更具说服力.
为了提高植物离体快繁技术的应用水平,技术
上对营养元素含量优化是近年来的研究热点(Nas
etal．,２００４;Gonçalvesetal．,２００５;刘彤等,２００６).
结合本研究结果,认为增加对外植体物种生物学特
性的了解,尤其是特殊环境下的适应特征,对培养基
中的激素、营养元素优化,是解决部分植物难以通过
组培快繁大量繁殖的科学有效方法,应予以重视.
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