美国红枫十月辉煌组培快繁体系的建立研究

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  摘要 以美国红枫十月辉煌带腋芽茎段为外植体,以不同植物激素类型及浓度配比对其腋芽启动、丛芽增殖和生根等阶段进行试验研究。结果表明,腋芽在诱导培养基MS TDZ 0.008 mg/L BA 0.1 mg/L上的诱导率达80%以上。丛芽增殖的最优培养基为MS TDZ 0.005 mg/L BA 0.05 mg/L GA3 1.5 mg/L 琼脂粉6.5 g/L 蔗糖30 g/L,增殖倍率达3.58。生根培养基1/2MS IBA 0.8 mg/L NAA 0.5 mg/L 琼脂粉6.5 g/L 蔗糖20 g/L,获得90%以上的生根率,根数2~5条。
  关键词 美国红枫;十月辉煌;腋芽启动;增殖;生根
  中图分类号 S687 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2017)15-0128-03
  Abstract The stem segments with axillary buds of Acer rubrum ′ctober Glory′ were taken as explants to culture by different hormone types and concentration ratios,doing a series of experiments about buds induction and proliferation,rooting and so on.The best induction medium was MS TDZ 0.008 mg/L BA 0.1 mg/L agar 6.5 mg/L sugar 30 g/L,the induction rate was above 80%,the optimum multiplication medium was MS TDZ 0.005 mg/L BA 0.05 mg/L GA3 1.5 mg/L agar 6.5 mg/L sugar 30 g/L,the proliferation multiple was 3.58.The best rooting medium was 1/2MS IBA 0.8 mg/L NAA 0.5 mg/L agar 6.5 mg/L sugar 20 g/L,rooting rate reached 90%,root number was 2~5.
  Key words Acer rubrum;Acer rubrum ′October Glory′;axillary buds induction;proliferation;rooting
  十月辉煌(Acer rubrum ′October Glory′),属槭树科槭属的落叶乔木,原产于美国东海岸,是一种美国红枫系列改良的园艺品种[1-2],长势较快,对土壤和气候的适应性宽泛,抗性较好,树型挺直向上,叶型美观,春夏季节拥有靓丽的绿色,秋季红艳动人且持续时间久,成为近年来比较流行的彩色树种,广泛适用于园林行道树和景观造景中。而较高的观赏利用价值导致目前苗木市场需求量日益趋增,常规繁殖已达不到产量和质量的需求[3-4],而通过十月辉煌组织培养体系的快速建立,克服了有性繁殖性状的不稳定、其他常规繁殖周期长的不足,有效地扩充了美国红枫的产业化、规模化发展道路,为今后美国红枫组织培养技术研究提供了更好的参考与保证[5]。
  1 材料与方法
  1.1 试验材料及前期准备
  1.1.1 外植体的选择。2016年5月,等大田四年生大树开始抽出新枝,选择在晴天上午剪取3~4节带腋芽茎段的枝条,即从顶芽开始往下取带腋芽的节点。
  1.1.2 培养基的配制。以MS为基本培养基,加入蔗糖30 g/L(生根培养蔗糖20 g/L)、6.5 g/L琼脂、植物生长调节剂等配制成固体培养基,培养基溶液均以1 mol/L KOH和HCl溶液将其pH值调至5.80,各激素、活性炭(AC)及操作工具、器皿均需高温高压灭菌20 min。
  1.1.3 培养条件。每个阶段的培养温度为25~27 ℃,培养周期为4~5周,光照培养16 h,黑暗培养8 h,光照条件为2 000~2 500 lx。
  1.1.4 外植体的消毒。将外植体的叶子和顶芽去掉,按比例(次氯酸钠∶水)1∶4配制消毒溶液备用,所有操作均在无菌超净台上进行。用75%酒精棉擦拭外植体,分切成单节带芽茎段,用无菌水冲洗2遍,置于消毒溶液中不断摇晃20~30 min,无菌水冲洗3遍,平放于无菌板(长20 cm,宽10 cm)上,用刀片将茎段上下原有的旧伤口切去,腋芽上部保留0.5~1.0 cm,腋芽下部保留1.0~1.5 cm,轻微倾斜地插入萌芽培养基中,保持腋芽与培养基表面的距离在0.5 cm左右。
  1.2 培养过程
  1.2.1 腋芽的启动培养。选小号玻璃方瓶,每水平做60瓶,每瓶接种1个外植体,至萌芽培养基中,先暗培养3 d,随后转入光下培养2~4周,4周后统计萌芽率。萌芽率(%)=茎段萌芽数/(接种茎段数-茎段污染数)×100。
  1.2.2 丛芽的增殖培养。待无菌苗长至2 cm左右,将外植体从茎中部分切开,转接入增殖培养基中培养,选大号玻璃圆瓶,每水平做6瓶,每瓶接种16个外植体,4周后统计增殖率。增殖倍数=丛芽数/接种芽数。
  1.2.3 生根培养。将增殖后的丛芽分切,接种到MS壮苗培养基上进行30 d的壮苗,等植株长到3~4 cm,切去基部组织,留2~3 cm接种于生根培养基培养。每水平接6瓶,每瓶接种16个外植体。20 d后统计生根率、根长。生根率(%)=生根顶芽数/接种茎段数×100。
  2 结果与分析
  2.1 激素类型与配比浓度对启动培养的影响
  将十月辉煌的带腋芽茎段接种在诱导培养基7~10 d后,茎段基部开始膨大并产生致密的绿色愈伤组织,腋芽开始萌动抽嫩芽,3~4周后抽莖长大。试验结果如表1所示。   由表2可以看出,TDZ、AC均对十月辉煌腋芽萌芽率的影响极其显著(P<0.05),TDZ×AC间交互作用并没有产生一定的显著性差异(P>0.05),由表3得出,AC1均值最大,为78.887%,AC1和AC2之间存在显著性差异(P<0.05);同理,TDZ3均值最大,其3个水平之间均存在着显著性差异,因此十月辉煌腋芽的最佳启动培养基为AC1 TDZ3,即MS AC 0.0 mg/L TDZ 0.01 mg/L BA 0.1 mg/L。从萌芽状态来看,较高浓度的TDZ水平,使外植体产生了玻璃化,且从表1可以看出,TDZ 0.01 mg/L水平和TDZ 0.008 mg/L水平之间的差异不明显,因而选择最佳的启动培养基为MS TDZ 0.008 mg/L BA0.1 mg/L。
  2.2 激素类型与配比浓度对丛芽增殖的影响
  外植体在增殖培养基培养10 d,基部开始膨大产生愈伤组织,4周后产生丛芽,不同处理对芽的增殖影响差异很大,试验结果如表4所示。
  从表4可以看出,TDZ、BA、GA3各因素对丛芽增殖均有一定的影响,根据K值大小,KA3>KA2>KA1,KB3>KB2>KB1,KC1>KC2>KC3,得出A、B、C 3个因素的最优水平组合为A3B3C1,即最佳增殖培养基组合为MS TDZ 0.01 mg/L BA 0.1 mg/L GA3 1.5 mg/L,增殖率为3.82。根据极差R值大小可知,RA>RB>RC,所以3个因素对试验结果影响的主次顺序为A>B>C,即 TDZ浓度水平对丛芽增殖的影响最大,BA次之,GA3对其影响最小。TDZ在0.01 mg/L 水平,增殖率虽然达3.53以上,但丛芽基部产生较多松软的愈伤组织,丛芽玻璃化程度较为严重,长势畸形,不利于后期继代,而BA在0.1 mg/L水平,同样会加重丛芽的玻璃化程度,GA3为3.0 mg/L水平,丛芽的叶型不够正常,多数产生狭长的畸形状态,不利于工厂化生产对瓶苗质量的要求。因此,选取较佳的增殖培养基组合为MS TDZ 0.005 mg/L BA 0.05 mg/L GA3 1.5 mg/L,增殖率为3.58。
  2.3 激素类型与配比浓度对生根的影响
  顶芽接入生根培养基2周之后,茎段基部开始冒出乳白色根头,主根2~5个,根长为3~6 cm,试验结果具体如表5所示。
  从表6可以看出,IBA和MS对生根的影响有显著性差异,其中IBA最显著,NAA对生根的影响并不显著。根据F值大小,F(IBA)>F(MS),得出影响十月辉煌生根率的主次顺序为IBA>MS,通过分析单因素统计表,得出MS(1)、IBA(2)和NAA(2)均值最大,且各因素水平间的显著性差异都不明显。从表4根系的状态和数量、长势综合分析,得出影响十月辉煌最佳的生根配方为MS1 IBA1 NAA2,即1/2MS IBA 0.8 mg/L NAA 0.5 mg/L。
  3 结论与讨论
  3.1 激素类型及浓度配比对十月辉煌腋芽启动的影响
  植物激素的多效性,为植物的体外培养与发展提供了有利条件,从本试验中得出,培养基中的激素及其浓度搭配对十月辉煌腋芽的萌发、丛芽的增殖和外植体的生根具有重要作用。
  一般情况下,体外培养中植物的很多组织和器官,靠自身潜在的内源细胞分裂素,并不能更好地支撑生长发育,而通过添加外源细胞分裂素,更有利于芽的启动、分化与增殖。在腋芽启动培养中,仅添加了外源细胞分裂素TDZ和BA,均对十月辉煌的腋芽启动产生了很大的作用,在未添加活性炭的情况下,萌芽率随着TDZ的浓度水平的增加而升高,当TDZ 0.01 mg/L水平时,最高达到88.33%,随之瓶苗的玻璃化程度逐渐加重,影响了后期的增殖,而TDZ 0.008 mg/L水平,瓶苗的玻璃化程度有所降低,MS TDZ 0.008 mg/L BA 0.1 mg/L,达到83.33%的萌芽率。在添加活性炭的情况下,同样萌芽率随着TDZ的浓度水平的增加而升高,升高趋势趋于平缓,在TDZ处于0.01 mg/L水平时,萌芽率最高仅达到66.67%,但玻璃化程度明显减轻,说明活性炭的加入,对腋芽的启动起着一定的抑制作用,或许吸附特性较强的活性炭吸附了一部分外源激素[6],减弱了外源激素的活性,从而也降低了玻璃化程度。通过瓶苗的长势状态及萌芽率,最终择取十月辉煌腋芽的最佳启动培养基为MS TDZ 0.008 mg/L BA 0.1 mg/L,因为较高的TDZ 0.01 mg/L浓度水平,瓶苗严重的玻璃化,限制了后期继代。
  3.2 激素类型及浓度配比对十月辉煌丛芽增殖的影响
  经大量科学试验验证,细胞分裂素与生长素之间的不同浓度比例,更能有效地诱导细胞分裂或调控植物在组织培养过程的形态发生,较高的细胞分裂素和生长素比值,一般能促进芽的分化与增殖。
  本次丛芽增殖试验,采用与生长素效应相似的GA3,与细胞分裂素TDZ和BA联合使用,达到了更好的增殖效果,说明细胞分裂素TDZ与BA,能有效刺激细胞的分裂而获得较多的丛芽。试验发现,丛芽增殖率随着TDZ浓度的升高而升高,玻璃化程度逐渐加重,TDZ在最高0.01 mg/L水平,增殖率虽然达3.53以上,但丛芽基部产生较多松软的愈伤组织,丛芽玻璃化程度较为严重,长势畸形,不利于后期继代,而S.R.Wann等发现美国红枫最佳的增殖浓度为TDZ 0.01 mg/L[7],徐 榕等[8]在自由人槭的增殖培养阶段发现TDZ浓度 > 0.05 mg/L,玻璃化现象越严重。BA在0.1 mg/L水平,同样会加重丛芽的玻璃化程度,其与TDZ 0.01 mg/L水平结合,虽然达到最高3.82的增殖率,但玻璃化瓶苗严重影响了继代。GA3的加入,却降低了瓶苗的玻璃化水平,但随着浓度水平的增高,丛芽的叶型不够正常,GA3 达3.0 mg/L水平时,丛芽的叶型多数产生狭长的畸形状态,不利于工厂化生产对瓶苗质量的要求,或许高浓度的GA3产生了毒害作用[9]。因此,根据增殖率、丛芽的生长状态,选取较佳的增殖培养基组为MS TDZ 0.005 mg/L BA 0.05 mg/L GA3 1.5 mg/L,增殖率為3.58。   3.3 激素类型及浓度配比对十月辉煌生根的影响
  对于体外培养物的生根培养,低盐水平更有利于根系的诱导发生,本试验分别采用MS和1/2MS作为基本培养基来诱导根系,发现基本培养基中无机盐含量的多少,对生根率的影响关系并不大,而生长素类型和浓度起着比较重要的作用,在生根培养基过程中,生根率随着IBA浓度的增加而增加,当IBA达0.8 mg/L时,生根率均在85.4%以上,根系较为细长,而NAA的加入对根系质量的提高起着关键作用,利于根系的粗壮。窦 玥等[10]在紫叶挪威槭根系的诱导研究中发现,IBA与NAA结合使用能够促进生根。当IBA达0.8 mg/L、NAA达0.5 mg/L时,生根率达最高,为95.8%,根据生根率及根的状态获得最佳的生根培养基为 MS IBA 0.3 mg/L NAA 0.5 mg/L。
  4 参考文献
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