納米碳對(duì)平陸百合脫毒苗鱗片分化的影響

王鵬麗，任建宏，王曉璐，王育選，趙娟

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

納米碳對(duì)平陸百合脫毒苗鱗片分化的影響

王鵬麗，任建宏，王曉璐，王育選，趙娟*

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

[目的]研究不同濃度納米碳對(duì)平陸百合鱗片分化的影響，旨在優(yōu)化篩選分化培養(yǎng)基的同時(shí)，為納米碳應(yīng)用于植物組織培養(yǎng)提供參考依據(jù)。[方法]以平陸百合脫毒苗鱗片為外植體，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法研究了植物激素與不同濃度納米碳配比對(duì)誘導(dǎo)平陸百鱗片分化的影響。[結(jié)果]6-芐氨基腺嘌呤(6-BA)、萘乙酸(NAA)和不同濃度納米碳配比時(shí)，鱗片分化的最佳培養(yǎng)基為MS+6-BA 0.5 mg·L-1+NAA 0.2 mg·L-1+納米碳800 mg·L-1，分化率達(dá)98.09%；玉米素(ZT)、吲哚丁酸(IBA)和不同濃度納米碳配比時(shí)，鱗片分化的最佳培養(yǎng)基為MS+ZT 0.8 mg·L-1+IBA 0.3 mg·L-1+納米碳600 mg·L-1，分化率達(dá)91.43%。[結(jié)論]培養(yǎng)基中添加不同濃度的納米碳均可促進(jìn)百合鱗片的分化，不同濃度納米碳對(duì)鱗片分化的影響程度不同，其最適宜添加濃度為600～800 mg·L-1。

納米碳； 平陸百合； 鱗片分化

山西平陸百合(Liliumbrowniivar.viridulum)為百合科百合屬多年生草本球根植物，其鱗莖富含多種人體所需的蛋白質(zhì)、礦質(zhì)元素等[1,2]，具有較高營養(yǎng)和食用價(jià)值[3,4]，不僅是很好的保健產(chǎn)品,且在臨床上也具有醫(yī)用價(jià)值的功效。快速繁殖百合脫毒苗為百合大量生產(chǎn)和應(yīng)用提供了有效途徑，鱗莖是最常用的快繁外植體，而以鱗片作為快繁的外植體，比鱗莖繁殖數(shù)量更大，繁殖系數(shù)更高，同時(shí)可避免病毒積累和種性退化，更有利于規(guī)模化、工廠化快速繁殖[5]。目前已有一些誘導(dǎo)百合鱗片分化的相關(guān)研究，但尚未見到納米碳對(duì)百合鱗片分化的相關(guān)報(bào)道。

納米技術(shù)是指研究結(jié)構(gòu)尺寸在1～100 nm范圍內(nèi)的材料性質(zhì)和應(yīng)用的一項(xiàng)嶄新技術(shù)[6]。當(dāng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)尺寸在此范圍內(nèi)時(shí)，理化性質(zhì)會(huì)改變，這些材料通常被稱為納米材料，因其結(jié)構(gòu)獨(dú)特、性能優(yōu)異而廣泛應(yīng)用于及醫(yī)藥、能源、環(huán)境、生物、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等眾多領(lǐng)域[7～9]。納米碳作是典型的納米材料之一，目前已有研究表明，納米碳在影響生物代謝、促進(jìn)作物生長發(fā)育等方面具有良好的作用[10]，對(duì)于納米碳的研究及應(yīng)用主要集中在其理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特性及改良土壤、促進(jìn)作物吸水吸肥、增產(chǎn)等，但其對(duì)植物的生理作用、分子機(jī)制及在植物組織培養(yǎng)中的應(yīng)用研究較少。本實(shí)驗(yàn)室已在金昌棗、大花蕙蘭、紅掌的組培快繁中開展了納米碳應(yīng)用的相關(guān)研究[11]。本試驗(yàn)以平陸百合鱗片為外植體，采用L16(45)正交設(shè)計(jì)法，對(duì)不同激素與不同濃度納米碳配比誘導(dǎo)平陸百鱗片分化，旨在優(yōu)化篩選百合鱗莖分化培養(yǎng)基的同時(shí)，為納米碳應(yīng)用于植物組織培養(yǎng)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)用平陸百合(Liliumbrowniivar.viridulum)脫毒苗由本實(shí)驗(yàn)室前期試驗(yàn)獲得。

6-芐氨基腺嘌呤(6-BA)由天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所提供，萘乙酸(NAA) 上?；瘜W(xué)試劑采購供應(yīng)站經(jīng)銷提供，玉米素(ZT) 大連美侖生物技術(shù)有限公司提供，吲哚丁酸(IBA)由天津石英鐘長霸州市化工分廠，納米碳(C>90%，粒徑40～80 nm)由山西華農(nóng)納米科技有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

以前期試驗(yàn)篩選出的誘導(dǎo)百合鱗片分化效果較好的激素種類和配比為基礎(chǔ)，采用L16(45)正交設(shè)計(jì)法進(jìn)行納米碳對(duì)百合鱗片分化的影響研究，試驗(yàn)因素及水平見表1。選用平陸百合外層鱗片作為外植體，以平鋪方式接種，每組7瓶，每瓶接種5塊鱗片，重復(fù)3次。每周觀察并記錄鱗片分化及生長情況，接種40 d后統(tǒng)計(jì)鱗片分化率。

1.3 培養(yǎng)條件

以MS為基本培養(yǎng)基，附加蔗糖30 g·L-1，瓊脂6 g·L-1，pH為5.6～5.8。

培養(yǎng)溫度(25±2)℃，光照14 h·d-1，光照強(qiáng)度2 000～3 000 lx。

表1 鱗片分化正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)/mg·L-1Table 1 Scale differentiation orthogonal test design

1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

鱗片分化率=(發(fā)生分化的鱗片數(shù)/接種鱗片總數(shù))×100%

使用DPS 7.05對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；使用SPSS 17.0設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)并對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 納米碳與6-BA、NAA配比對(duì)平陸百合鱗片分化的影響

將百合鱗片以平鋪放置方式接種于以下培養(yǎng)基，14 d后鱗片邊緣切口處膨大，21 d后在膨大處有芽出現(xiàn)，28 d后芽形成小鱗莖，緊密排列于接種鱗片的切口處，40 d后統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2納米碳與6-BA、NAA配比對(duì)鱗片分化的影響

Table 2 Effects of nano-carbon and 6-BA and NAA ratio on scale differentiation

編號(hào)Code因素Factors6?BA/mg·L-1NAA/mg·L-1納米碳/mg·L-1分化率/%Differentiationrate1020120057142020140078093020160063814020180060955050220079056050240082867050260090488050280098099080320063811008034007333110803600885712080380071431310042005619141004400695215100460075241610048006286

由表2可見，不同濃度6-BA、NAA與不同濃度納米碳配比時(shí)對(duì)百合鱗片分化的影響均不同。在附加相同激素的培養(yǎng)基中，隨著納米碳濃度的升高，鱗片分化率基本呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)；而隨著激素濃度的升高，配比高濃度的納米碳則促鱗片分化效果更好。所設(shè)處理中以處理8促分化效果最好，分化率最高，為98.09% (圖1a)，且分化出的小鱗莖生長健壯；而處理13的促分化效果較差，分化率僅為56.19%(圖1b)，且分化出的小鱗莖徒長。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析(表3)，6-BA、NAA和納米碳的極值分別是22.62、5.72和15.48，說明6-BA對(duì)平陸百合鱗片分化的影響最大，納米碳次之，NAA的作用最小。

圖1 納米碳與6-BA、NAA配比對(duì)平陸百合鱗片分化的影響Fig.1 Nano-carbon and 6-BA、NAA ratio of flat lily scales differentiation culture 注：a培養(yǎng)基:MS+6-BA 0.5 mg·L-1+NAA 0.2 mg·L-1+納米碳800 mg·L-1；b培養(yǎng)基:MS+6-BA 1.0 mg·L-1+NAA 0.4 mg·L-1+納米碳200 mg·L-1Note: a (medium: MS+6-BA 0.5 mg·L-1+NAA 0.2 mg·L-1+carbon nano 800 mg·L-1);b (medium: MS+6-BA 1.0 mg·L-1+NAA 0.4 mg·L-1+carbon nano 200 mg·L-1)

運(yùn)用SPSS軟件對(duì)百合鱗片分化結(jié)果進(jìn)行方差分析。從主體間效應(yīng)檢驗(yàn)表(表4)可以得出，在Sig=0.05水平上，6-BA對(duì)平陸百合鱗片的分化具有顯著性差異，NAA和納米碳對(duì)鱗片的分化沒有顯著性差異；F值：6-BA>納米碳>NAA，表明3因素對(duì)百合鱗片分化作用的主次關(guān)系為6-BA>納米碳>NAA，這與極差分析的結(jié)果一致。綜合考慮，6-BA與NAA配比時(shí)誘導(dǎo)鱗片分化的最佳培養(yǎng)基為MS+6-BA 0.5 mg·L-1+NAA 0.2 mg·L-1+納米碳800 mg·L-1。

表3平陸百合鱗片分化率極差分析(直觀分析)/mg·L-1

Table 3 Analysis of scale differentiation rate of lily (visual analysis)

試驗(yàn)因素Testfactor6?BANAA納米碳水平和K1K2K3K4水平均值K1K2K3K4極值R25999291432561935048295233038029714280953181026381303812933365007286640587627381759574297024795365957596733322625721548

注：K為各因素在各個(gè)水平誘導(dǎo)率總和，k為各因素在各個(gè)水平的平均值，R為極差(下同)

Note：K the sum of the various factors in each level，k the average of the factors at each level， R Indicate range (same below)

表4平陸百合鱗片分化率方差分析

Table4 Analysis of scale differentiation rate of lily

變異來源Sourceofvariation平方和Squaresumdf均方AverageF值F?valueSig6?BA131568134385606598??0025NAA6735332245103380799納米碳525413317513826350144誤差398788666465總計(jì)8807128516

注：**表示在0.01水平上差異極顯著(下同)

Note：**indicate the obviously significant differences(P<0.01) (same below)

2.2 納米碳與ZT、IBA配比對(duì)平陸百合鱗片分化的影響

將百合鱗片以平鋪放置方式接種于以下培養(yǎng)基，分化小鱗莖的數(shù)量數(shù)及其長勢(shì)均弱于6-BA、NAA和納米碳處理組，40 d后統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5。

由表5可知，不同濃度ZT、IBA與不同濃度納米碳配比時(shí)對(duì)百合鱗片分化的影響也不同。在附加相同激素的培養(yǎng)基中，隨著納米碳濃度的升高，鱗片分化率也基本呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)；但隨著

表5納米碳與ZT、IBA配比對(duì)鱗片分化的影響

Table 5 Effects of nano-carbon and ZT and IBA ratio on scale differentiation

編號(hào)Code因素FactorsZT/mg·L-1IBA/mg·L-1納米碳/mg·L-1分化率/%Differentiationrate1020120048572020140069523020160062864020180052385050220060006050240067617050260074388050280082869080320083811008034008381110803600914312080380076191310042005048141004400609515100460071431610048005714

激素濃度的升高，以配比中濃度的納米碳促鱗片分化效果更好。所設(shè)處理中以處理11分化率最高，為91.43% (圖2 c)，但分化出的小鱗莖也出現(xiàn)部分徒長現(xiàn)象，不太健壯；而處理1的促分化效果較差，分化率僅為48.57% (圖2d)，但分化出的小鱗莖生長較健壯。極差分析可知(見表6)，ZT、IBA和納米碳的極值分別是25.48、7.36和14.31，說明ZT對(duì)平陸百合鱗片分化的影響最大，納米碳次之，IBA的作用最小。

圖2 納米碳與ZT、IBA配比對(duì)平陸百合鱗片分化的影響Fig.2 Nano-carbon and ZT、IBA ratio of flat lily scales differentiation culture 注：c 培養(yǎng)基：MS+ZT 0.8 mg·L-1+IBA 0.3 mg·L-1+納米碳600 mg·L-1)；d 培養(yǎng)基:MS+ZT 0.2 mg·L-1+IBA 0.1 mg·L-1+納米碳200 mg·L-1)Note:c(medium: MS+ZT 0.8 mg·L-1+IBA 0.3 mg·L-1+carbon 600 mg·L-1); d (medium: MS+ZT 0.2 mg·L-1+IBA 0.1 mg·L-1+nano carbon 200 mg·L-1)

運(yùn)用SPSS軟件對(duì)百合鱗片分化結(jié)果進(jìn)行方差分析。從主體間效應(yīng)檢驗(yàn)表(表7)可以得出，在Sig=0.05水平上，ZT對(duì)平陸百合鱗片的分化具有顯著性差異，IBA和納米碳對(duì)鱗片的分化沒有顯著性差異；F值：ZT>納米碳>IBA，表明3因素對(duì)百合鱗片分化作用的主次關(guān)系為ZT>納米碳>IBA，這與極差分析的結(jié)果一致。綜合考慮，ZT與IBA配比時(shí)誘導(dǎo)鱗片分化的最佳培養(yǎng)基為MS+ZT 0.8 mg·L-1+IBA0.3 mg·L-1+納米碳600 mg·L-1。

表6平陸百合鱗片分化率極差分析(直觀分析)/mg·L-1

Table6 Analysis of scale differentiation rate of lily (visual analysis)

試驗(yàn)因素TestfactorZTIBA納米碳水平和K1K2K3K4水平均值K1K2K3K4極值R23333264752428628485290482818933524261053001024000277142685758336619607271217262704783816526750360006929671425487361431

表7平陸百合鱗片分化率方差分析

Table7 Analysis of scale differentiation rate of lily

變異來源Sourceofvariation平方和Squaresumdf均方AverageF值F?valueSigZT/mg·L-1166911135563709854??0010IBA/mg·L-113326334442107870544納米碳/mg·L-1435246314508225700150誤差338770656462總計(jì)7729934616

3 討論

目前最常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法一般為正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析方法，它選取具有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)來進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)而達(dá)到以典型試驗(yàn)代替全面試驗(yàn)而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化[12]。正交設(shè)計(jì)可減少試驗(yàn)次數(shù)和試驗(yàn)分析方法的繁雜，克服培養(yǎng)基設(shè)計(jì)的盲目性，使各組合均勻搭配，最終迅速找到最優(yōu)方案，確定影響實(shí)驗(yàn)的主次因素[13,14]。本試驗(yàn)分別對(duì)兩種組合直觀分析、方差分析、多重比較，篩選出誘導(dǎo)平陸百合鱗片分化的最適宜培養(yǎng)基為MS+6-BA 0.5 mg·L-1+NAA 0.2 mg·L-1+納米碳800 mg·L-1，確定了影響鱗片分化的主次因素即6-BA>納米碳>NAA，為優(yōu)化平陸百合鱗片分化體系提供了依據(jù)。

百合鱗片分化能力的大小受多種因素的影響，如百合品種、激素組合、接種鱗片部位(外層、中層、內(nèi)層)、接種方式(平鋪放置、豎直插入)等[15]。植物激素種類和配比調(diào)節(jié)著鱗片分化率的高低及鱗莖的大小，相同植物的不同外植體或不同植物相同器官對(duì)外源植物激素的需求不同[16]。徐麗萍等[17]選用青海細(xì)葉百合鱗片作為外植體，獲得最適分化培養(yǎng)基為MS+6-BA 0.5 mg·L-1+NAA 0.3 mg·L-1分化率為73.3%。 王剛[18]等報(bào)道的百合鱗片誘導(dǎo)分化的最適培養(yǎng)基MS+ 6-BA 0.5～1.0 mg·L-1+NAA 0.2 mg·L-1。殷麗娜[19]等選用平陸百合外層鱗片最為外植體，得最適分化培養(yǎng)基為MS+ZT 1.5 mg·L-1+IBA 0.1 mg·L-1分化率90.0%。本研究在6-BA、NAA、納米碳組合下，經(jīng)極差分析得到3種因子影響百合鱗片分化的主次關(guān)系為6-BA﹥納米碳>NAA；而ZT、IBA、納米碳組合下, 經(jīng)極差分析得到3種因子影響百合鱗片分化的主次關(guān)ZT﹥納米碳>IBA，說明外源植物激素對(duì)誘導(dǎo)百合鱗片分化中起決定作用，而納米碳可以促進(jìn)激素對(duì)鱗片分化的誘導(dǎo)作用。

納米碳是一種小尺寸納米材料，具有較強(qiáng)的吸附能力，能夠調(diào)節(jié)植物體內(nèi)多種酶的活性，改善植物光合性能，提高作物產(chǎn)量，在提高肥料利用率方面也有很好的效果[20,21]，王佳奇等[22]研究發(fā)現(xiàn)納米碳可促進(jìn)玉米的種子和幼苗萌發(fā)及根系生長，促進(jìn)其對(duì)水分及礦質(zhì)元素的吸收。本試驗(yàn)在最佳培養(yǎng)配方的條件下，附加不同濃度的納米碳均可促進(jìn)鱗片的分化，這可能是納米碳的吸附性有關(guān)，促進(jìn)了百合鱗片對(duì)培養(yǎng)基中各種成分的吸收和利用，同時(shí)調(diào)控激素之間的平衡，其具體的作用機(jī)制如何，對(duì)植物組織培養(yǎng)的其它途徑和過程還有何作用，還需進(jìn)一步研究。

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Effectsofnano-carbononscaledifferentiationofLiliumbrowniivar.virus-freeplants

WangPengli,RenJianhong,WangXiaolu,WangYuxuan,ZhaoJuan*

(CollegeofAgriculture,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

[Objective]The effects of different concentrations of nano-carbon on the differentiation of Lilium davidii were studied, the aim of this study was to optimize the screening medium and to provide reference for the application of nano-carbon in plant tissue culture.[Methods]The effects of plant hormones and different concentrations of nano-carbon on the differentiation of cultivated flora were studied by orthogonal design.[Result]When 6-BA, NAA and different concentrations of nano-carbon were used, the best medium for scale differentiation was MS+6-BA 0.5 mg·L-1+NAA 0.2 mg·L-1+nano-carbon 800 mg·L-1, the differentiation rate of 98.09%; When ZT, IBA and different concentrations of nano-carbon were used, the best medium for scale differentiation was MS+ZT 0.8 mg·L-1+IBA 0.3 mg·L-1+carbon 600 mg·L-1, the differentiation rate of 91.43%.[Conclusion]The addition of different concentrations of nano-carbon in the culture medium could promote the differentiation of lily scales. The effects of different concentrations of nano-carbon on the differentiation of scales were different, and the optimum concentration was 600-800 mg·L-1.

Nano carbon, PingLu lily, Scale differentiation

S682.29

A

1671-8151(2017)12-0879-05

2017-07-21

2017-09-18

王鵬麗(1990-)，女(漢)，山西左權(quán)人，碩士研究生，研究方向：植物組織培養(yǎng)

*通信作者：趙娟，博士，副教授，Tel:0354-6286958; E-mail:sxndzhaojuan@163.com

自然基金青年項(xiàng)目(31601369)；山西省面上青年基金(201601D202054)；山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目(20130311014-1)；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)博士科研啟動(dòng)項(xiàng)目(2012YJ13)

(編輯：韓志強(qiáng))