金如意,郭崇炎,王志龍,陳秋紅,胡方志
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南高叢藍(lán)莓快繁體系的建立
金如意,郭崇炎#,王志龍*,陳秋紅*,胡方志
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,湖南長沙 410128)
為建立一套完整、高效的藍(lán)莓快繁體系,以南高叢藍(lán)莓‘南金’的幼嫩枝條為試驗材料,取帶腋芽的莖段為外植體,分別進(jìn)行外植體消毒、叢生芽誘導(dǎo)、組培苗繼代增殖、組培苗生根和組培苗移栽試驗。結(jié)果表明:用5% NaClO溶液消毒10 min、用0.1% HgCl2溶液消毒7 min時外植體的消毒效果最好;藍(lán)莓莖段誘導(dǎo)形成叢生芽的最佳培養(yǎng)基是改良WPM+ZT 4.0 mg/L,增殖倍數(shù)達(dá)3.86,平均芽高為19.4 mm;組培苗最佳繼代增殖培養(yǎng)基是改良WPM+ZT 1.0 mg/L,增殖倍數(shù)為1.82,平均株高達(dá)44.7 mm;組培苗最佳生根培養(yǎng)基組合是改良1/4 WPM+IBA 0.5 mg/L+NAA 1.0 mg/L;組培苗最佳移栽基質(zhì)是蛭石+草炭土(體積比1∶1),移栽成活率可達(dá)96.95%。
南高叢藍(lán)莓;誘導(dǎo)培養(yǎng);繼代培養(yǎng);生根培養(yǎng);植物激素
藍(lán)莓為杜鵑花科(Ericaceae)越橘屬()植物[1]。中國對藍(lán)莓的研究始于20世紀(jì)80年代初。自2000年產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)栽培以來,中國的藍(lán)莓種植面積迅速增加,優(yōu)質(zhì)藍(lán)莓種苗的市場需求不斷擴(kuò)大[2]。藍(lán)莓的繁殖方法較多,生產(chǎn)中常用的有種子育苗、綠枝扦插、分株嫁接等[3–5],但這些方法的繁殖較慢,品種容易退化。采用組織培養(yǎng)技術(shù)可以對藍(lán)莓苗木進(jìn)行規(guī)?;a(chǎn),提高效率,降低成本,保持品種的優(yōu)良特性[6]。該技術(shù)是當(dāng)前藍(lán)莓大量繁殖的重要技術(shù)之一。
南高叢藍(lán)莓‘南金’為早熟品種,其樹勢強(qiáng),為開張型,枝梢多,花芽多;單株可以結(jié)果,無需授粉樹;其葉片窄小,適宜在南方高溫、高濕條件下生長;其果肉緊實,果粉多,含糖量高,酸甜比適中,風(fēng)味濃郁,果蒂痕小而干,耐貯藏,耐運(yùn)輸。‘南金’藍(lán)莓在江西、湖南等地區(qū)5月上中旬即可成熟,適宜在長江中下游地區(qū)種植[7]。目前,藍(lán)莓組織培養(yǎng)育苗仍存在繁殖系數(shù)較低、生根率不高等問題[8]。筆者通過‘南金’藍(lán)莓的組織培養(yǎng)試驗,旨在建立一套較完整的藍(lán)莓苗木快繁體系。
試驗材料為從浙江引進(jìn)的南高叢藍(lán)莓品種‘南金’。以春天新生的帶腋芽半木質(zhì)化幼嫩莖段為外植體。
1.2.1培養(yǎng)條件
以改良WPM為基礎(chǔ)培養(yǎng)基,通過改變激素種類及其濃度來配置不同的誘導(dǎo)、繼代、生根培養(yǎng)基。各培養(yǎng)基中瓊脂糖最終質(zhì)量濃度為6 g/L,蔗糖最終質(zhì)量濃度為30 g/L,pH值為5.2。各培養(yǎng)基均在121 ℃、131 kPa條件下滅菌20 min。試驗植物進(jìn)行組織培養(yǎng)的室內(nèi)溫度為(25±2)℃,光照度為2 000~ 2 500 lx,每天光照14 h。試驗中用于組培苗誘導(dǎo)和繼代的植物激素為6–BA(6–芐氨基腺嘌呤)、ZT(玉米素)、TDZ(噻二唑苯基脲),用于生根的植物激素為IBA(吲哚丁酸)和NAA(1–萘乙酸)。
1.2.2外植體消毒處理
剪取外植體,立即用洗潔精溶液清洗其表面灰塵等污物,用自來水沖洗3 h,接著用無菌水漂洗5次。將外植體鋪于超凈工作臺上,吹干其表面水分,剪除外植體所有葉片。在超凈工作臺上進(jìn)行消毒處理:將外植體剪成各含1個腋芽的小莖段(10~15 mm),將小莖段在75%乙醇中浸泡30 s,再在5% NaClO溶液中分別浸泡5、10、15 min,在0.1% HgCl2溶液中分別浸泡3、5、7 min,用無菌水清洗4遍。用濾紙吸干其表面水分,將每個外植體的兩端各剪去1~2 mm莖段,接種于改良WPM培養(yǎng)基上(無任何激素添加),5 d后統(tǒng)計外植體的污染率和存活率。
1.2.3組培苗誘導(dǎo)培養(yǎng)
將成功消毒后的外植體分別接種到含不同激素種類、不同激素濃度的改良WPM誘導(dǎo)培養(yǎng)基上。按6–BA質(zhì)量濃度0.5、1.0、2.0、3.0 mg/L,TDZ質(zhì)量濃度0.005、0.050、0.100、1.000 mg/L,ZT質(zhì)量濃度0.5、2.0、3.0、4.0 mg/L進(jìn)行組合,共設(shè)置12個處理。每個處理設(shè)置3次重復(fù)。每次重復(fù)接種1瓶培養(yǎng)基。每瓶培養(yǎng)基接種15個外植體。60 d后統(tǒng)計不同處理對外植體誘導(dǎo)分化的影響。
1.2.4組培苗繼代培養(yǎng)
將誘導(dǎo)培養(yǎng)中得到的生長健康、長勢相近的不定芽分別剪成10 mm左右的莖段,分別接種到含不同激素種類、不同激素濃度的改良WPM繼代培養(yǎng)基上。按6–BA質(zhì)量濃度0.25、0.50、1.00、1.50、2.00 mg/L,TDZ質(zhì)量濃度0.000 5、0.001 0、0.005 0、0.010 0、0.050 0 mg/L,ZT質(zhì)量濃度0.25、0.50、1.00、1.50、2.00 mg/L進(jìn)行組合,共設(shè)置15個處理。每個處理設(shè)置3次重復(fù)。每次重復(fù)接種1瓶培養(yǎng)基。每瓶培養(yǎng)基接種15個外植體。60 d后統(tǒng)計不同處理對外植體繼代培養(yǎng)的影響。
1.2.5組培苗生根培養(yǎng)
將健壯、長勢相近的藍(lán)莓繼代無菌苗剪成20 mm左右含頂端的莖段,分別豎直扦插入固體生根培養(yǎng)基中。選取培養(yǎng)基、IBA濃度、NAA濃度進(jìn)行三因素三水平正交試驗(表1),每個處理接種25~30個莖段。60 d后統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù),觀察組培苗生長狀況。
表1 生根培養(yǎng)正交試驗的因素與水平
1.2.6組培苗煉苗與移栽
在室溫環(huán)境下,將生根培養(yǎng)50 d后的組培瓶瓶蓋揭開,向瓶中加入適量無菌水進(jìn)行煉苗。煉苗4 d后,將組培苗根部的培養(yǎng)基用自來水洗凈除掉,之后將組培苗分別移栽于3種不同栽培基質(zhì)中,每天噴適量自來水保持基質(zhì)濕潤。30 d后統(tǒng)計組培苗移栽成活率及植株生長情況。3種栽培基質(zhì)分別為:1)體積比1∶1的河沙和草炭土;2)體積比1∶1的菜園土和草炭土;3)體積比1∶1的蛭石和草炭土。
1.2.7統(tǒng)計分析
用SPSS 22軟件和Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
由表2不同消毒處理對藍(lán)莓外植體消毒的效果可見,當(dāng)5% NaClO溶液和0.1% HgCl2溶液對外植體的消毒處理時間較短時,外植體的污染率較高,存活率較低;隨著5% NaClO溶液和0.1% HgCl2溶液消毒處理時間的增加,外植體的污染率隨之下降;但當(dāng)對外植體的消毒處理時間過長時,外植體的存活率隨之下降。在9個消毒處理方式中,當(dāng)5% NaClO溶液處理時間為15 min、0.1% HgCl2溶液處理時間為7 min時藍(lán)莓外植體的污染率最低,為30.11%,但此時外植體的存活率并非最高,為57.82。當(dāng)5% NaClO溶液處理時間為10 min、0.1% HgCl2溶液處理時間為7 min時藍(lán)莓外植體的存活率最高,達(dá)66.47%,因此認(rèn)為此方式是適宜消毒方式。
表2 不同消毒方式的消毒效果
由表3可見:當(dāng)6–BA濃度從0.5 mg/L增大至3.0 mg/L時,叢生芽平均增殖倍數(shù)呈先升高后降低趨勢,平均芽高亦呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢;當(dāng)6–BA濃度為1.0 mg/L時,叢生芽的平均增殖倍數(shù)達(dá)3.26,平均芽高為12.4 mm,叢芽較高,量較多,長勢良好;當(dāng)ZT濃度從0.5 mg/L增大至4.0 mg/L時,叢生芽平均增殖倍數(shù)明顯升高,平均芽高亦保持在較高水平;當(dāng)ZT濃度為4.0 mg/L時,叢生芽的平均增殖倍數(shù)達(dá)3.86(所有處理中最高)平均芽高達(dá)19.4 mm,叢生芽高,量多且長勢好。當(dāng)TDZ濃度從0.005 mg/L增大至1.000 mg/L時,叢生芽平均增殖倍數(shù)明顯降低,平均芽高亦明顯降低;當(dāng)TDZ濃度為0.005 mg/L時,叢生芽的增殖倍數(shù)為3.21,平均芽高為11.5 mm,叢芽較高,量多,長勢良好。當(dāng)TDZ濃度大于0.050 mg/L時有無效芽產(chǎn)生。
表3 不同激素處理藍(lán)莓叢生芽的誘導(dǎo)效果
同列數(shù)據(jù)后小寫字母示<0.05水平差異。
由圖1可以看出,隨著6–BA濃度的增加,誘導(dǎo)出叢生芽的數(shù)量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,且叢生芽的高呈遞減趨勢。由圖2可以看出,4種不同濃度的ZT所誘導(dǎo)的叢生芽形態(tài)相近,株高接近,節(jié)間長,生長勢旺,但叢生芽數(shù)量隨著ZT濃度的升高而增多,高濃度ZT促進(jìn)藍(lán)莓莖段叢生芽的誘導(dǎo)和生長。由圖3可以看出,隨著TDZ濃度的增加,誘導(dǎo)出叢生芽的數(shù)量急劇減少,芽高呈快速遞減趨勢;當(dāng)TDZ濃度大于0.050 mg/L時只可見一些小芽突形成的無效芽,高濃度的TDZ抑制藍(lán)莓莖段叢生芽的誘導(dǎo)和生長。
當(dāng)6–BA濃度為1.0 mg/L時,藍(lán)莓叢生芽增殖倍數(shù)較高,長勢優(yōu)良;隨著6–BA濃度升高,叢生芽明顯矮化,增殖倍數(shù)降低(圖1)。隨著ZT濃度的升高,叢生芽增殖倍數(shù)有所增加,長勢也有所提升;當(dāng)ZT濃度為4.0 mg/L時,叢生芽的長勢最好,植株健壯(圖2)。隨著TDZ濃度的升高,叢生芽生長明顯受到抑制,逐漸矮化,在基部形成愈傷組織(圖3)。綜合考慮叢生芽誘導(dǎo)的增殖倍數(shù)和長勢,本試驗中較適宜的藍(lán)莓誘導(dǎo)培養(yǎng)基為改良WPM + ZT 4.0 mg/L。
A、B、C、D分別為6–BA 質(zhì)量濃度0.5、1.0、2.0、3.0 mg/L。
A、B、C、D分別為ZT質(zhì)量濃度0.5、2.0、3.0、4.0 mg/L。
A、B、C、D分別為TDZ質(zhì)量濃度0.005、0.050、0.100、1.000 mg/L。
由表4可以看出,繼代培養(yǎng)中隨著6–BA濃度的增加,藍(lán)莓組培苗平均增殖倍數(shù)升高,但增殖組培苗的平均株高遞減;當(dāng)6–BA濃度為0.25 mg/L時,增殖組培苗的平均株高達(dá)各處理的最大值,為28.0 mm,但組培苗基部有少量叢芽生成,植株較矮,長勢一般。隨著ZT濃度的增加,藍(lán)莓組培苗平均增殖倍數(shù)升高,增殖組培苗的平均株高先上升后降低;當(dāng)ZT質(zhì)量濃度為1.00 mg/L時,平均株高達(dá)到最大值,為44.7 mm,植株基部有較多叢芽,組培苗健壯,長勢優(yōu)良;隨著TDZ濃度的增加,藍(lán)莓組培苗平均增殖倍數(shù)明顯升高,但增殖組培苗的平均株高明顯降低,長勢變差;當(dāng)TDZ濃度為0.001 0 mg/L,平均株高為33.9 mm,植株分枝數(shù)較多,較高,長勢良好,但當(dāng)TDZ濃度大于0.001 0 mg/L時,植株平均株高快速降低,長勢差。較低濃度的6–BA、ZT和TDZ都有利于提高藍(lán)莓組培苗的質(zhì)量。綜上所述,本試驗中較適宜的藍(lán)莓繼代培養(yǎng)基是改良WPM+ ZT 1.00 mg/L。
表4 不同激素處理下藍(lán)莓繼代增殖的效果
同列數(shù)字后英文字母示<0.05水平差異。
將繼代后的藍(lán)莓組培苗段接種于生根培養(yǎng)基上,培養(yǎng)10 d后基部切口處開始膨大,產(chǎn)生少量愈傷組織并有根形成。培養(yǎng)60 d后觀察組培苗生長狀況,統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)。從表5可知,當(dāng)培養(yǎng)基為改良WPM時,無論培養(yǎng)基中激素如何改變,藍(lán)莓組培苗的生根率都很低,且在基部形成大量愈傷組織,根系短、弱、少。當(dāng)培養(yǎng)基濃度降低至改良1/2 WPM和改良1/4 WPM的濃度時,生根率有明顯提升,組培苗都能很好地生根且長勢良好(圖4)。
表5 藍(lán)莓生根培養(yǎng)正交試驗結(jié)果
A 改良WPM+IBA 0.5 mg/L +NAA 1.0 mg/L;B 改良1/2 WPM+IBA 1.0 mg/L +NAA 1.0 mg/L;C 改良1/4 WPM+IBA 0.5 mg/L +NAA 0.5 mg/L。
由表5生根率極差分析結(jié)果可知,試驗因素培養(yǎng)基、IBA濃度、NAA濃度對藍(lán)莓組培苗‘南金’生根率的影響依次減小。較佳的生根培養(yǎng)試驗組合為1/4WPM(培養(yǎng)基)+IBA 0.5 mg/L+NAA 1.0 mg/L。
由表6方差分析結(jié)果可知,培養(yǎng)基對藍(lán)莓組培苗生根率的影響很大,具有極顯著差異(<0.01);IBA濃度、NAA濃度對藍(lán)莓組培苗生根率的影響不大(>0.05)。通過比較值可知,培養(yǎng)基、IBA濃度、NAA濃度對生根率的影響依次減小。
表6 單變量多因素試驗的方差分析
綜上可知,最適宜藍(lán)莓組培苗生根的培養(yǎng)基組合是改良1/4 WPM+IBA 0.5 mg/L +NAA 1.0 mg/L。
藍(lán)莓組培苗經(jīng)煉苗移栽后培養(yǎng)30 d,以移栽基質(zhì)蛭石+草炭土(體積比1∶1)的移栽成活率最高,達(dá)96.95%,藍(lán)莓苗葉色濃綠,長勢健壯;菜園土+草炭土(體積比1∶1)的次之,為94.64%,藍(lán)莓苗長勢良好;河沙+草炭土(體積比1∶1)的最差,為88.96%,藍(lán)莓苗長勢較好,但有少量植株葉色泛黃??梢?,蛭石+草炭土(體積比1∶1)為藍(lán)莓組培苗的較佳移栽基質(zhì)。
目前,部分藍(lán)莓的組培快繁體系已經(jīng)在MS、WPM、改良WPM等基本培養(yǎng)基基礎(chǔ)上成功建立。高叢藍(lán)莓‘Bluecrop’在WPM培養(yǎng)基上有較高的增殖系數(shù)和株高[9]。改良WPM具有更好的增殖效果[10–12],所以,本試驗中采用改良WPM作為基本培養(yǎng)基。
選擇適宜的消毒劑種類和消毒時間是獲得良好消毒效果的重要因素。以藍(lán)莓莖段為外植體,先用75%乙醇消毒15 s,再用0.1% HgCl2消毒8 min,藍(lán)莓莖段成活率最高,達(dá)85.7%[13]。藍(lán)莓外植體采用70%乙醇浸泡30 s,2% NaClO溶液浸泡10 min,0.1% HgCl2溶液浸泡10 min后,污染率最低,成活率最高[14]。NaClO溶液屬于綠色消毒劑,對外植體的損傷小,易清洗掉,但對病菌的殺滅能力不強(qiáng),消毒時間過短對病菌殺滅不徹底;升汞是外植體消毒中最常用的消毒試劑,毒力強(qiáng),對病菌有強(qiáng)大殺滅作用,但升汞消毒時間過長,易損傷、殺死外植體,且消毒后難以去除殘余的汞[15]。本研究中采用5% NaClO溶液和0.1% HgCl2溶液作為組合消毒劑,隨著這2種消毒劑消毒時間的延長,外植體污染率均下降,且0.1% HgCl2溶液的消毒時間對污染率的影響明顯,但消毒時間過長時出現(xiàn)外植體褐化死亡,存活率降低,故認(rèn)為5% NaClO溶液消毒10 min、0.1% HgCl2溶液消毒7 min時藍(lán)莓外植體的消毒效果最好。
細(xì)胞分裂素對藍(lán)莓組培苗腋芽的誘導(dǎo)及繼代培養(yǎng)起重要作用[16]。本試驗中,6–BA對促進(jìn)藍(lán)莓生長、增殖的效果不明顯。這與李森等的研究結(jié)論[17]一致。TDZ作為一種人工合成激素,主要是通過調(diào)節(jié)內(nèi)源激素起作用[18],具有細(xì)胞生長素和分裂素的雙重功能。TDZ對不定芽的誘導(dǎo)、增殖和愈傷組織形成等具有明顯的促進(jìn)作用[19–20],且TDZ具有最適濃度效應(yīng),濃度過低時作用效果不明顯,濃度過高時易產(chǎn)生毒害[21–22]。本研究結(jié)果表明,較低濃度的TDZ對藍(lán)莓的誘導(dǎo)和繼代能產(chǎn)生明顯的促進(jìn)作用。低濃度的TDZ可能通過去除頂端優(yōu)勢誘導(dǎo)器官發(fā)生,從而使得不定芽或側(cè)芽直接在培養(yǎng)的莖尖上形成[23]。在本試驗誘導(dǎo)培養(yǎng)過程中,TDZ的最適濃度為0.005 mg/L;在繼代培養(yǎng)過程中,TDZ的最適濃度為0.001 mg/L。高于這2個最適濃度時,藍(lán)莓叢生芽過度地呈簇狀生長,且植株明顯矮化,甚至在外植體基部形成大量愈傷組織,生長停滯。這可能是由過高濃度的TDZ使得植物體內(nèi)細(xì)胞分裂素與生長素失衡所致[24]??梢姡谒{(lán)莓腋芽誘導(dǎo)、繼代培養(yǎng)時,使用較低濃度的TDZ就可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。ZT對藍(lán)莓叢生芽的誘導(dǎo)和增殖具有顯著效果。ZT的使用一般可以讓植株長勢更為優(yōu)良,如玉米素能明顯影響藍(lán)莓離體繁殖的增殖效率和植株長勢[25–26]。本研究結(jié)果表明,最適宜的藍(lán)莓叢生芽誘導(dǎo)培養(yǎng)基是改良WPM+ZT 4.0 mg/L,最適宜的藍(lán)莓繼代增殖培養(yǎng)基是改良WPM+ZT 1.0 mg/L。
生根難是藍(lán)莓組織培養(yǎng)過程中經(jīng)常面臨的一個關(guān)鍵問題。影響藍(lán)莓生根培養(yǎng)的因素有很多,比如基礎(chǔ)培養(yǎng)基組分、激素種類與濃度、光溫條件等,各因素間的作用復(fù)雜多變[27]。試驗結(jié)果表明,采用改良1/2 WPM、改良1/4 WPM培養(yǎng)基時的生根效果明顯好于改良WPM,這可能是由于過高濃度的鹽離子造成了較高的滲透壓,從而影響了植物細(xì)胞的分裂分化[17,28–29]。除培養(yǎng)基種類外,培養(yǎng)基中生長素的種類、濃度對組培苗生根也具有重要作用。本試驗中,IBA和NAA對藍(lán)莓生根都有一定的影響,IBA相比NAA更利于藍(lán)莓組培苗的生根。這和鄭理喬等的結(jié)論[30]相似。本研究中經(jīng)正交試驗優(yōu)化篩選后得到的最適藍(lán)莓組培苗生根培養(yǎng)基組合是改良1/4 WPM+IBA 0.5 mg/L+NAA 1.0 mg/L。
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責(zé)任編輯:王賽群
英文編輯:王庫
Rapid propagation system establishment for southern highbush blueberry
JIN Ruyi, GUO Chongyan#, WANG Zhilong*, CHEN Qiuhong*, HU Fangzhi
(College of Agricultural, Hunan Agriculture University, Changsha 410128, China)
In order to figure out the best experimental conditions and to establish a complete and efficient system for rapid propagation of blueberry, a series of experiments were conducted on explant sterilization, buds induction, subculture of tissue–cultured seedlings, rooting and transplanting of tissue–cultured seedlings by employed twigs of ‘South Golden’, a variety of southern highbush blueberries, stems with axillary buds were used as explants. The results indicated that the explants soaked in 5% NaClO solution for 10 min, then in 0.1% HgCl2solution for 7 min displayed the best effect in disinfection. Modified WPM with 4.0 mg/L ZT was the best medium for inducing buds, and the multiplication coefficient reached to 3.86, the average height of buds was 19.4 mm; modified WPM with 1.0 mg/L ZT was the best subculture medium, the multiplication coefficient was 1.82 and the average height of seedlings on this medium reached to 44.7 mm; modified 1/4WPM with 0.5 mg/L IBA and 1.0 mg/L NAA was considered as the best medium for inducing roots of tissue–cultured seedlings; vermiculite mixed with peat soil (the proportion of them was 1∶1) was the most appropriate substrate for transplanting and cultivating tissue–cultured seedling, the survival rate reached up to 96.95%.
southern highbush blueberry; induced culture; subculture; rooting culture; phytohormone
S663.9
A
1007-1032(2017)05-0504-08
2017–03–14
2017–05–05
教育部創(chuàng)新團(tuán)隊發(fā)展計劃項目(IRT1239)
金如意(1990—),女,湖北黃梅人,碩士研究生,主要從事植物分子生物學(xué)及遺傳轉(zhuǎn)化研究,jry813@yeah.net;#共同第一作者,郭崇炎(1991—),男,江西贛州人,碩士研究生,主要從事植物遺傳學(xué)及分子生物學(xué)研究,2413254779@qq.com;*通信作者,王志龍,博士,教授,主要從事水稻分子生物學(xué)及植物遺傳轉(zhuǎn)化研究,zhilongwang@126.com;*通信作者,陳秋紅,博士,講師,主要從事植物分子生物學(xué)及遺傳轉(zhuǎn)化研究,cqh924@163.com
投稿網(wǎng)址:http://xb.hunau.edu.cn