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    花櫚木組織培養(yǎng)再生體系的建立及優(yōu)化

    2024-01-01 00:00:00王智華李倩張素芳鄧小梅吳藹民
    江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2024年4期
    關(guān)鍵詞:組織培養(yǎng)

    摘要:為建立花櫚木的組織培養(yǎng)再生體系,以花櫚木種子為外植體,通過不同滅菌組合方式進(jìn)行消毒處理,研究不同培養(yǎng)基和植物生長調(diào)節(jié)劑組合對花櫚木不定芽誘導(dǎo)、增殖、生根的影響。結(jié)果表明:(1)最佳滅菌方式是以種子為外植體,對其進(jìn)行75%乙醇浸泡30 s+0.1% HgCl2 浸泡6 min的消毒處理;(2)最適不定芽誘導(dǎo)培養(yǎng)基是改良MS(加椰汁)+6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L+肌醇0.1 g/L+蔗糖30 g/L+瓊脂6 g/L,誘導(dǎo)率為74.96%;(3)最適不定芽增殖培養(yǎng)基是改良MS(加椰汁)+6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L+肌醇0.1 g/L+蔗糖30 g/L+瓊脂6 g/L;(4)最適不定根誘導(dǎo)培養(yǎng)基是1/2 WPM+NAA 0.15 mg/L+IBA 0.2 mg/L+肌醇0.1 g/L+蔗糖30 g/L+瓊脂6 g/L,生根率最高達(dá)61.47%。本研究建立花櫚木組織培養(yǎng)再生體系,旨在為花櫚木種質(zhì)資源保存和工廠化育苗提供技術(shù)指導(dǎo),同時(shí)為花櫚木遺傳轉(zhuǎn)化研究提供理論基礎(chǔ)。

    關(guān)鍵詞:花櫚木;組織培養(yǎng);再生體系

    中圖分類號(hào):S722.3+7" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

    文章編號(hào):1002-1302(2024)04-0050-05

    收稿日期:2023-03-27

    基金項(xiàng)目:廣東省林業(yè)科技計(jì)劃項(xiàng)目 (編號(hào):2017KJCX028)。

    作者簡介:王智華(1998—),女,云南昭通人,碩士研究生,研究方向?yàn)榱帜旧飳W(xué)。E-mail:Wangzhihua148184@163.com。

    通信作者:吳藹民,博士,教授,研究方向?yàn)榱帜旧飳W(xué)。E-mail:wuaimin@scau.edu.cn。

    花櫚木(Ormosia henryi Prain)又名花梨木,為蝶形花科紅豆屬常綠喬木,主要分布在東亞地區(qū),主產(chǎn)于我國亞熱帶地區(qū)及泰國、越南等地,為世界著名的珍貴用材樹種;但由于砍伐嚴(yán)重且缺乏人工栽培,其天然林資源已近枯竭,花櫚木被列為國家二級(jí)保護(hù)植物[1]。花櫚木因其木結(jié)花紋色彩鮮艷且紋理清晰美麗,有微香,木材結(jié)構(gòu)均勻,硬度適中,被廣泛用于制作高檔家具、雕刻藝術(shù)品和裝飾品,具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2]。花櫚木還是一種極為珍貴的中藥材,其根、莖、葉、皮等各樹體器官均可入藥。由于地域限制等因素,國外學(xué)者對花櫚木的研究較少,僅在生態(tài)環(huán)境研究中略有提及[3]。國內(nèi)對花櫚木的研究大多集中在種子育苗及苗期管理上[4-8]。由于花櫚木原生境遭到破壞,且花櫚木種質(zhì)資源稀少、結(jié)實(shí)困難且種子萌發(fā)較難,為了擴(kuò)大種群,迫切需要對花櫚木野生資源采取保護(hù)及人工栽培等措施[9-10]。因此,建立高效實(shí)用的組織培養(yǎng)再生體系刻不容緩。目前對花櫚木組織培養(yǎng)的研究已取得一定成效[2,10-11],但花櫚木野生幼苗生長慢,保存率低,更新比較困難。因此,本研究通過外植體的消毒、培養(yǎng)基及植物生長調(diào)節(jié)劑的不同組合處理,對花櫚木不定芽的誘導(dǎo)、增殖、生根的影響進(jìn)行研究,旨在建立高效、穩(wěn)定的花櫚木組織培養(yǎng)再生體系,為花櫚木種質(zhì)資源的保存和工廠化育苗提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。

    1 材料與方法

    1.1 材料來源

    本試驗(yàn)所用的花櫚木種子,來源于江西省贛州市全南縣大吉山鎮(zhèn)矮嶺下和馬安村南方向林地以及浙江中國林業(yè)科學(xué)研究院亞林中心。試驗(yàn)于2017年9月在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院實(shí)驗(yàn)室開展,試驗(yàn)用莖段來自在恒溫25 ℃、濕度70%、光照強(qiáng)度3 000 lx、光照時(shí)間8 h/d培養(yǎng)箱內(nèi)種子萌發(fā)至第3張葉片展開的種子苗。

    1.2 無菌材料的獲得及外植體的滅菌方法

    采用文獻(xiàn)[12]中的滅菌方法,在超凈工作臺(tái)內(nèi)將種子苗放入無菌玻璃瓶中,先用無菌水清洗3次,于75%乙醇中浸泡30 s,無菌水沖洗5次;隨后將其放入0.1% HgCl2中按規(guī)定時(shí)間進(jìn)行滅菌處理,無菌水沖洗5次。將滅菌處理后的種子幼苗取出,接種于誘導(dǎo)培養(yǎng)基中。

    花櫚木種子發(fā)芽困難,為了能建立更有效的花櫚木組培體系,以花櫚木種子為外植體,設(shè)計(jì)2種滅菌處理(表1)。每種材料每個(gè)處理100瓶,21 d后統(tǒng)計(jì)污染率、死亡率、存活率。比較不同滅菌處理對進(jìn)瓶幼苗生長的影響,篩選出最佳的滅菌處理。

    1.3 不定芽誘導(dǎo)培養(yǎng)基的篩選

    不定芽誘導(dǎo)培養(yǎng)基是以MS、改良MS(加椰汁)、WPM、B5為基本培養(yǎng)基,分別添加蔗糖 30 g/L、瓊脂6 g/L、肌醇0.1 g/L再按不同組合附加激素6-BA 2.0 mg/L、NAA 0.2 mg/L、IBA 0.25 mg/L,pH值調(diào)至5.8。將無菌種子苗接種于誘導(dǎo)培養(yǎng)基中,共設(shè)8個(gè)處理,每個(gè)處理30株,重復(fù)3次,記錄生長狀況,20 d后統(tǒng)計(jì)不定芽的誘導(dǎo)率。

    1.4 增殖培養(yǎng)基的篩選

    待誘導(dǎo)培養(yǎng)的不定芽生長至長度為2~3 cm時(shí),切下放入增殖培養(yǎng)基中。

    1.4.1 基本培養(yǎng)基的篩選

    以MS、1/2MS、改良MS(加椰汁)、WPM、B5為基本培養(yǎng)基,均分別添加蔗糖30 g/L、瓊脂6 g/L、肌醇0.1 g/L、6-BA 2.0 mg/L、NAA 0.2 mg/L,pH值調(diào)至5.8。每個(gè)處理重復(fù)3次,各15瓶,每瓶一叢不定芽,20 d后統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果。

    1.4.2 植物生長調(diào)節(jié)劑種類與濃度配比的篩選

    主要研究6-BA、NAA不同濃度組合對花櫚木增殖的影響,各因子分別設(shè)4個(gè)水平:6-BA濃度分別設(shè)為1.0、1.5、2.0、2.5 mg/L,NAA濃度分別設(shè)為0.08、0.15、0.20、0.25 mg/L。以改良MS為基本培養(yǎng)基,在各培養(yǎng)基內(nèi)均加入蔗糖30 g/L、肌醇 0.1 g/L、瓊脂6 g/L,pH值調(diào)至5.8,每個(gè)處理15瓶,重復(fù)3 次。接種20 d后統(tǒng)計(jì)花櫚木不定芽增殖情況和生長狀況。

    1.5 生根培養(yǎng)基的篩選

    選取增殖培養(yǎng)后生長發(fā)育良好且株高大于 1.5 cm 的芽進(jìn)行生根培養(yǎng)。每瓶接種1株,每個(gè)處理接種20瓶,重復(fù)3次。30 d后統(tǒng)計(jì)生根情況。

    本試驗(yàn)以MS、1/2MS、WPM、1/2WPM為生根基本培養(yǎng)基(均分別添加生長素IBA 0.5 mg/L、NAA 0.05 mg/L、瓊脂6 g/L、肌醇0.1 g/L、蔗糖30 g/L,pH值調(diào)至5.8),研究不同生根培養(yǎng)基對花櫚木生根的影響。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)生長素IBA、NAA對花櫚木生根率的影響,且分別設(shè)3個(gè)水平:IBA分別設(shè)為0.2、0.4、0.6 mg/L,NAA分別設(shè)為0.15、0.10、0.05 mg/L。

    1.6 統(tǒng)計(jì)分析方法

    使用IBM SPSS Statistics 17軟件和Excel 2017進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,百分?jǐn)?shù)經(jīng)反正弦轉(zhuǎn)換后進(jìn)行方差分析。

    污染率=污染的外植體數(shù)/接種苗數(shù)×100%;

    誘導(dǎo)率=誘導(dǎo)出腋芽的無菌外植體數(shù)/未污染的外植體個(gè)數(shù)×100%;

    褐化死亡率=褐化死亡的外植體數(shù)/接種苗數(shù)×100%;

    增殖系數(shù)=總芽數(shù)/接種不定芽數(shù)(以芽長≥0.3 cm為數(shù)據(jù)源);

    生根率=生根苗數(shù)/接種苗數(shù)×100%;

    平均根數(shù)=所有根數(shù)/生根苗數(shù)。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 不同消毒處理對花櫚木組培無菌系建立的影響

    由表2可知,處理2的外植體存活率高達(dá)55%,污染率為15%;處理1的死亡率、污染率都高于處理2,存活率僅30%。綜上,種子不去殼,用75%乙醇浸泡30 s+0.1% HgCl2浸泡6 min處理為最適合花櫚木組培無菌系建立的滅菌處理。

    2.2 不同培養(yǎng)基及生長素對花櫚木不定芽誘導(dǎo)的影響

    MS、改良MS、WPM、B5這4種培養(yǎng)基的方差分析結(jié)果(表3)表明,不同培養(yǎng)基會(huì)對花櫚木不定芽誘導(dǎo)產(chǎn)生極顯著影響(Plt;0.01)。當(dāng)4種培養(yǎng)基以6-BA 為分裂素, 分別添加不同生長素時(shí),花櫚木

    不定芽受到不同的誘導(dǎo)影響。生長素為NAA時(shí),花櫚木在改良MS培養(yǎng)基中長勢最好(圖1-a),不定芽生長快,伸長也快,誘導(dǎo)率為74.96%;其次為MS培養(yǎng)基,不定芽生長慢,長勢一般,誘導(dǎo)率為64.38%;誘導(dǎo)率最低且生長情況最差的是B5培養(yǎng)基,不定芽生長緩慢,甚至出現(xiàn)死亡,誘導(dǎo)率僅為29.39%。生長素為IBA時(shí),花櫚木同樣在改良MS培養(yǎng)基中長勢最好,誘導(dǎo)率為70.79%;在WPM培養(yǎng)基上誘導(dǎo)率雖有61.50%,但不定芽生長慢,且有小部分出現(xiàn)玻璃化現(xiàn)象;誘導(dǎo)率最低的依舊是B5培養(yǎng)基,誘導(dǎo)率為51.94%且不定芽生長緩慢、泛黃。綜上,改良MS培養(yǎng)基為最適合花櫚木不定芽誘導(dǎo)的培養(yǎng)基:改良MS+肌醇0.1 g/L+蔗糖30 g/L+瓊脂6 g/L+6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L。此外,在相同的培養(yǎng)基中,不同的激素組合會(huì)對不定芽的誘導(dǎo)產(chǎn)生很大影響(表3),在B5、WPM培養(yǎng)基中,花櫚木在IBA作用下不定芽誘導(dǎo)率比在NAA中高;在改良MS、MS培養(yǎng)基中,花櫚木在NAA作用下不定芽誘導(dǎo)率比在IBA中高。因此,本試驗(yàn)所用的4種培養(yǎng)基均能誘導(dǎo)出不定芽,且對不定芽誘導(dǎo)影響的主次關(guān)系整體為改良MS培養(yǎng)基>MS培養(yǎng)基gt;WPM培養(yǎng)基gt;B5培養(yǎng)基。

    2.3 不同培養(yǎng)基及激素組合對花櫚木不定芽增殖的影響

    2.3.1 不同培養(yǎng)基對花櫚木不定芽增殖的影響

    通過花櫚木不定芽誘導(dǎo)得到幼苗后,以MS、1/2MS、改良MS、WPM、B5這5種培養(yǎng)基為主要研究對象,分析其對不定芽增殖的影響。由表4可知,不同培養(yǎng)基處理下花櫚木不定芽的增殖系數(shù)之間有極顯著差異(Plt;0.01)?;澳驹诟牧糓S培養(yǎng)基上長勢最好,不定芽多且健壯,不定芽伸長比在其他培養(yǎng)基快,增殖系數(shù)為3.19,約為B5培養(yǎng)基的2.5倍;在MS培養(yǎng)基上次之,不定芽較多且不定芽生長較快,但不定芽伸長效果不明顯;在WPM培養(yǎng)基上不僅不定芽少、生長緩慢,甚至出現(xiàn)褐化情況;在B5培養(yǎng)基上,不定芽少、愈傷組織較多。綜上所述,改良MS培養(yǎng)基為最適合花櫚木不定芽增殖的基本培養(yǎng)基,具體為:改良MS+肌醇0.1 g/L+蔗糖30 g/L+瓊脂 6 g/L+6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L。

    2.3.2 不同激素組合對花櫚木不定芽增殖的影響

    方差分析結(jié)果表明,不同激素組合對花櫚木的增殖系數(shù)會(huì)產(chǎn)生極顯著影響(Plt;0.01)(表5)。其中,6-BA為2.0 mg/L處理下,NAA為0.25 mg/L時(shí),花櫚木增殖效果最佳(圖1-b),增殖系數(shù)最高,為3.59,不定芽整體長勢好,生長健壯,莖段伸長很快。6-BA為1.0 mg/L處理下,NAA濃度為0.20 mg/L時(shí),花櫚木增殖效果最差,增殖系數(shù)僅為2.10,增殖的不定芽葉片發(fā)黃,生長差。6-BA為1.0 mg/L處理下時(shí),增殖系數(shù)隨NAA濃度的增加呈“升—降—升”的趨勢;且當(dāng)NAA為0.15 mg/L時(shí),增殖系數(shù)最高,葉片顏色正常,不定芽健壯,但整體生長慢。6-BA為1.5 mg/L處理下,增殖系數(shù)隨NAA濃度增加呈“升—降—升”的趨勢,且當(dāng)NAA為0.25 mg/L時(shí),增殖系數(shù)最高,為3.11,增殖不定芽長勢好且健壯,葉片綠。6-BA為2.0 mg/L處理下,增殖系數(shù)隨NAA濃度的增加呈“升—降—升”趨勢;當(dāng)NAA為0.25 mg/L時(shí),增殖系數(shù)最高。6-BA 為 2.5 mg/L 處理下,增殖系數(shù)隨NAA濃度的增加呈“升—降—升”的趨勢,且當(dāng)NAA為 0.15 mg/L 時(shí),增殖系數(shù)最高。

    2.4 不同培養(yǎng)基及生長素組合對花櫚木生根的影響

    2.4.1 不同培養(yǎng)基對花櫚木生根效果的影響

    方差分析結(jié)果表明,不同培養(yǎng)基對花櫚木生根率有極顯著影響(Plt;0.01)(表6)?;澳驹?/2WPM基本培養(yǎng)基中生根效果最好,生根率為56.50%,平均根數(shù)為4.98條,是WPM培養(yǎng)基的2倍多,出根速度最快,葉片呈綠色,長勢良好;在MS培養(yǎng)基與 1/2MS 培養(yǎng)基中則無生根跡象,僅形成愈傷組織(表6)。綜上所述,花櫚木在1/2WPM基本培養(yǎng)基中生根效果最佳。

    2.4.2 不同生長素組合對花櫚木生根的影響

    方差分析結(jié)果表明,不同生長素組合對花櫚木生根率有極顯著影響(Plt;0.01)(表7)。當(dāng)培養(yǎng)基中生長素組合為IBA 0.2 mg/L+NAA 0.15 mg/L時(shí),花櫚木生根效果最佳(圖1-c),生根率高達(dá)61.47%,每株苗平均生根數(shù)為4.67條,根粗壯,根系較長,整體長勢好且生長快。IBA 0.4 mg/L+NAA 0.10 mg/L時(shí),生根效果次之。IBA 0.6 mg/L+NAA 0.15 mg/L時(shí),花櫚木生根率最低,只有12.75%,每株苗平均根數(shù)僅有1.21條。進(jìn)一步分析比較,當(dāng)培養(yǎng)基中IBA濃度gt;0.2 mg/L且NAA濃度≤0.15 mg/L時(shí),花櫚木生根苗均出現(xiàn)愈傷,導(dǎo)致生根苗長勢較差,出根速度緩慢。綜上所述,1/2WPM+NAA 0.15 mg/L+IBA 0.2 mg/L+肌醇0.1 g/L+蔗糖30 g/L+瓊脂6 g/L為花櫚木最佳生根培養(yǎng)基。

    組培苗生根培養(yǎng)30 d后,將其放置于20~25 ℃ 溫度下煉苗7~10 d后,打開瓶蓋放置1~2 d使其適應(yīng)環(huán)境,等苗木木質(zhì)化增強(qiáng)后,移栽入800~1 000倍高錳酸鉀溶液消毒處理過的基質(zhì)(泥炭 土 ∶珍珠巖體積比為3 ∶1)中。為了提高移栽成活率,需在不傷害根系的同時(shí),將黏著在根系上的培養(yǎng)基和松散的愈傷組織清洗干凈。移栽成活率高達(dá)85%,苗生長狀況良好(圖1-d)。

    3 討論與結(jié)論

    3.1 討論

    在植物組織培養(yǎng)工作中,無菌外植體的獲得非常重要[13]。花櫚木本身種質(zhì)資源稀少,結(jié)實(shí)與種子萌發(fā)困難,建立有效的滅菌處理體系可以減少種子資源浪費(fèi)、提高花櫚木進(jìn)瓶率。近年來,國內(nèi)外學(xué)者主要通過休眠破除方法[14]、種子萌發(fā)特性[8,15]、不同播種育苗方式等來研究對花櫚木種子發(fā)芽效果的影響[16],以期提高花櫚木種子發(fā)芽率,為花櫚木組培再生體系的完善提供材料基礎(chǔ)。

    選擇適宜的基本培養(yǎng)基是組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵[13],不同外植體組織部位所選用的培養(yǎng)基也不同。在本研究中,花櫚木不定芽誘導(dǎo)與增殖在改良MS(加椰汁)培養(yǎng)基中的培養(yǎng)效果均較好;而花櫚木不定根的誘導(dǎo)則在1/2WPM培養(yǎng)基中生長最好,這與高麗等的研究結(jié)果[2,10]一致,MS為花櫚木不定芽增殖的最佳培養(yǎng)基。

    植物生長調(diào)節(jié)劑在組織培養(yǎng)過程中起到重要作用[17]。6-BA、IBA對細(xì)胞的分裂分化以及器官的形成起著關(guān)鍵作用;NAA促進(jìn)細(xì)胞分裂與擴(kuò)大,誘導(dǎo)形成不定根,促進(jìn)植物根系生長;不同激素組合均會(huì)對植物生長產(chǎn)生顯著影響。本研究通過設(shè)計(jì)各因子的不同水平及不同培養(yǎng)基,獲得花櫚木不定芽誘導(dǎo)、增殖及不定根誘導(dǎo)的最適培養(yǎng)基及激素組合。

    花櫚木天然林資源已近枯竭,除了需要人工栽培擴(kuò)大花櫚木種群外,政府也應(yīng)加強(qiáng)對花櫚木種質(zhì)資源和生境的保護(hù),提高群眾對野生資源的保護(hù)意識(shí),合理利用自然資源,禁止亂砍濫伐,建立和完善相關(guān)法律法規(guī),為花櫚木等野生資源發(fā)展培育打好人文基礎(chǔ)。

    3.2 結(jié)論

    本研究中,花櫚木的最佳消毒處理是種子不去殼,用75%乙醇浸泡30 s+0.1% HgCl2浸泡6 min,此處理下種子存活率最高達(dá)55%;花櫚木不定芽誘導(dǎo)的最佳培養(yǎng)基組合為改良MS(加椰汁)+6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L+肌醇0.1 g/L+蔗糖 30 g/L+瓊脂6 g/L,在此培養(yǎng)基下不定芽生長快,誘導(dǎo)率為74.96%;花櫚木最佳增殖培養(yǎng)基:改良MS(加椰汁)+6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L+肌醇0.1 g/L+蔗糖30 g/L+瓊脂6 g/L,不定芽整體長勢好,莖段伸長很快;花櫚木最佳生根培養(yǎng)基為 1/2WPM+NAA 0.15 mg/L+IBA 0.2 mg/L+肌醇 0.1 g/L+蔗糖30 g/L+瓊脂6 g/L,生根率高達(dá)61.47%,根粗壯,根系較長,整體長勢好且生長快。

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