田山君, 裴 蕓, 牛力立, 田洪梅, 吳家麗, 張萬萍
(1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 貴陽 550025; 2.安順市農(nóng)科院, 貴州 安順 561000;3.平塘縣經(jīng)濟(jì)作物推廣站, 貴州 平塘 558300)
百合是百合科百合屬多年生球根草本植物的總稱。食用百合肉質(zhì)鱗片含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)、果膠等營養(yǎng)物質(zhì)及鈣、磷、鐵等營養(yǎng)元素,因為具有極高的營養(yǎng)價值,成為國內(nèi)外消費者喜好的蔬菜食品,具有非常廣闊的栽培和市場前景[1-3]。貴州銅仁、畢節(jié)等地長期采用鱗莖、鱗片等營養(yǎng)體進(jìn)行無性繁殖,不僅繁殖系數(shù)低、病毒積累嚴(yán)重,而且種球退化現(xiàn)象明顯,影響了食用百合的品質(zhì)和產(chǎn)量,在很大程度上制約了百合產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國內(nèi)對百合組織培養(yǎng)技術(shù)的研究較多,但多集中在外植體的選擇、培養(yǎng)基中植物激素配比[4-6]等方面,對百合快速擴(kuò)繁過程進(jìn)行全方位的研究較少。本研究以貴州銅仁地區(qū)主栽的卷丹百合為材料,研究卷丹百合組織培養(yǎng)的最佳消毒方法、最適外植體及最適培養(yǎng)基配方,以期為食用百合的規(guī)?;敝臣伴_發(fā)利用提供一定的參考。
試驗所用百合于2017年4-5月采自貴州銅仁思南縣,為當(dāng)?shù)刂髟云贩N。MS為基本培養(yǎng)基,其他試劑NAA、6-BA、IBA等為分析純(AR),均購自北京鼎國生物技術(shù)有限公司。
1.2.1外植體選取
選取生長健壯、無病害的鱗莖,經(jīng)熱處理和催芽處理后剝離出莖尖、莖段、葉片、鱗片,清洗消毒后晾干,留取核心部分鱗片,置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)以26 ℃和45 ℃交替處理1個月(以下簡稱熱處理),即白天45 ℃、夜間26 ℃,光照強(qiáng)度設(shè)定為1 500 lx。
1.2.2外植體消毒
待莖尖伸長2~3 cm時,將催芽培養(yǎng)后的百合鱗莖球剝?nèi)ネ鈱喻[片,先用75%的乙醇浸泡30 s,再用5%、10%、15% 3個濃度的次氯酸鈉溶液分別處理10 min、20 min。用無菌水沖洗3~5遍,吸去表面水分,剝?nèi)グ俸削[莖軸的鱗片,直至不帶葉原基的莖尖生長點,接種于MS培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng),每個處理接10瓶,每瓶接1個,10 d后統(tǒng)計污染率及成活率。
污染率(%)=(外植體中染菌的數(shù)量/接種的外植體總數(shù))×100%;
成活率(%)=[1-(死亡的外植體數(shù)量+愈傷失敗的外植體數(shù)量)/接種的外植體總數(shù)]×100%。
1.2.3培養(yǎng)基的配制及種類
基本培養(yǎng)基為MS,附加瓊脂粉4.5 g·L-1,蔗糖30 g·L-1,pH為5.85。在不同的階段(誘導(dǎo)、增殖、生根壯苗)加入不同配比的植物激素,激素濃度設(shè)計按照文獻(xiàn)[7]、[8]的方法進(jìn)行,分化增殖階段及生根結(jié)鱗莖階段的激素配比見表1。
表1 不同培養(yǎng)基種不同激素配比
培養(yǎng)基類型培養(yǎng)基編號不同種類及不同濃度的激素配比/(mg·L-1)6-BANAAIBA誘導(dǎo)分化及增殖培養(yǎng)10.10.120.10.530.11.040.50.150.50.560.51.071.00.181.00.591.01.0101.50.1111.50.5121.51.0132.00.1142.00.5152.01.0—生根結(jié)鱗莖培養(yǎng)160.00.1170.00.2180.00.5190.50.120—0.50.2210.50.5221.00.1231.00.2241.00.5
1.2.4脫毒及誘導(dǎo)培養(yǎng)
1) 不同外植體篩選試驗。
將已催芽的鱗莖的莖芽、莖段、葉片和鱗片分離,鱗片的1~2層為外層,3~4層為中層,5層以內(nèi)為內(nèi)層。流水沖洗1 h后,先用75%乙醇消毒30 s,再用10%次氯酸鈉溶液消毒20 min,然后用無菌水沖洗3~5次,用無菌濾紙將表面水分吸干,接種到啟動培養(yǎng)基(MS+6-BA 2.0 mg·L-1+NAA 1.0 mg·L-1)上。每種外植體接種10瓶,每瓶1株,置于培養(yǎng)室進(jìn)行培養(yǎng)(溫度26 ℃,光強(qiáng)2 000 lx,光照時間12 h·d-1),培養(yǎng)2周后觀察污染情況,培養(yǎng)1月后觀察外植體的成活及分化情況。
2) 不同脫毒方法比較試驗。
設(shè)熱處理后分別剝?nèi)?.2~0.8 mm莖尖、1~3 mm莖芽、鱗片4個不同的脫毒方法,并以不經(jīng)熱處理直接剝?nèi)〉那o尖作為對照,均接種到啟動培養(yǎng)基上,離體培養(yǎng)成活后的組織,單個觀察培養(yǎng)、繁殖成無性系,并分留樣品,寄到云南省農(nóng)科院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所檢測脫毒情況。
3) 不同激素配比對莖尖誘導(dǎo)的影響試驗。
取消毒好的莖芽,剖取0.2~0.8 mm大小的莖尖,接種于誘導(dǎo)培養(yǎng)基(1~15號)上進(jìn)行誘導(dǎo)培養(yǎng),每種培養(yǎng)基接種15瓶,每瓶1個莖尖。培養(yǎng)溫度均為23~28 ℃,光培養(yǎng)的光照強(qiáng)度為2 000~3 000 lx,光照時間為12 h·d-1。每周進(jìn)行觀察,30 d以后統(tǒng)計鱗片分化數(shù)與不定芽生長數(shù),計算誘導(dǎo)率。
1.2.5繼代增殖培養(yǎng)
將誘導(dǎo)分化后得到的芽、愈傷組織等分成單株或小塊,分別轉(zhuǎn)接到增殖培養(yǎng)基(1~15號)上,每個培養(yǎng)基接10瓶,每瓶接5株。置于培養(yǎng)室(溫度26 ℃,光強(qiáng)2 000 lx,光照時間12 h·d-1)。經(jīng)增殖生成的叢生芽、不定芽,再將其分割,繼續(xù)反復(fù)培養(yǎng)、增殖、壯苗,每周觀察記錄有效芽數(shù)(芽高大于0.5 cm)等增殖生長情況。
1.2.6生根結(jié)鱗莖培養(yǎng)
將繼代培養(yǎng)得到的無根苗和叢芽分割成單株,轉(zhuǎn)接到生根結(jié)鱗莖培養(yǎng)基(16~24號)上,每個培養(yǎng)基處理接10瓶,每瓶接5株苗。置于培養(yǎng)室(溫度26 ℃,光強(qiáng)2 000 lx,光照時間12 h·d-1)。每周觀察記錄,30 d后隨機(jī)抽取2瓶統(tǒng)計小鱗莖增殖數(shù)及新根發(fā)生條數(shù)。
采用Excel軟件結(jié)合DPS 15.10軟件進(jìn)行方差分析,分析方法按Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行。
不同處理對卷丹百合外植體的表面滅菌效果影響如表2所示。次氯酸鈉濃度越高、處理時間越長,外植體的污染率越低,但隨著次氯酸鈉濃度的升高、處理時間的延長,外植體的成活率則出現(xiàn)下降,以10%濃度的次氯酸鈉處理20 min后的外植體成活率最高(60%)、污染率最低(40%)。
表2 不同處理對卷丹百合外植體滅菌效果的影響
處理編號次氯酸鈉濃度/%處理時間/min污染率/%成活率/%1510802025206040310105050410204060515105020615204020
不同部位外植體的成活及分化情況見表3。百合不同部位的外植體分化效果差異顯著。在污染率方面,外層鱗片>中層鱗片>葉片、莖段>莖芽>內(nèi)層鱗片,且差異均達(dá)到極顯著水平。在成活率方面,內(nèi)層鱗片>莖芽>莖段、葉片、中層鱗片>外層鱗片,且差異均達(dá)到極顯著水平。在不定芽分化數(shù)方面,外層鱗片、莖芽>中層、內(nèi)層鱗片>莖段>葉片,差異均達(dá)顯著水平,需要注意的是,以莖芽、外層鱗片為外植體的不定芽分化數(shù)最高,在5.0~5.5之間,其次是中層、內(nèi)層鱗片,不定芽分化數(shù)為4.67,與莖芽、外層鱗片的不定芽分化數(shù)差異顯著,但未達(dá)極顯著水平。
卷丹百合的莖芽(圖版a)、葉片(圖版b)、鱗片(圖版c)和莖段(圖版d)作為外植體均可以成活,但中外層鱗片污染率高,成活率也低,莖段和葉片不定芽分化數(shù)低,內(nèi)層鱗片和莖芽由于有鱗片和葉片包裹不易被污染,滅菌效果較好,且成活率和不定芽分化數(shù)較高,可作為卷丹百合組培快繁外植體的最佳選擇。但作為外植體,莖芽數(shù)量相對鱗片較少,如果種球不多,需大量擴(kuò)繁時,內(nèi)層鱗片則是卷丹百合組培快繁外植體的最佳選擇,成活率可達(dá)70%,不定芽分化數(shù)為4.67。
表3 不同外植體滅菌處理效果
處理編號外植體污染率/%成活率/%不定芽分化數(shù)1莖芽50±2Dd50±5Bb5.00±0.23Aa2莖段60±4Cc40±2Cc3.33±0.37Bc3葉片60±2Cc40±2Cc1.67±0.34Cd4外層鱗片80±3Aa20±4De5.5±0.28Aa5中層鱗片70±1Bb30±4Cc4.67±0.33Ab6內(nèi)層鱗片30±5Ee70±5Aa4.67±0.33Ab
注:表中大寫字母表示差異達(dá)極顯著水平,小寫字母表示差異達(dá)顯著水平。下同。
隨機(jī)抽提各處理樣品負(fù)染色制片,利用JEM 100 CX-Ⅱ透射電子顯微鏡檢測,脫毒效果見表4。結(jié)果表明,A方法熱處理結(jié)合莖尖脫毒的效果最好,即經(jīng)26 ℃和45 ℃交替熱處理1個月后,剝?nèi)?.2~0.8 mm莖尖,2個檢測的樣品中,2號樣品未觀測到病毒顆粒,1號樣品在5萬倍下平均每視野1~5個病毒粒體,脫毒率為50%;其次是D方法,莖尖脫毒,雖然沒完全脫掉病毒,存在的病毒粒體較少,7號樣品在5萬倍下平均每視野少于1個病毒粒體,8號樣品,在5萬倍下平均每視野1~5個病毒粒體。而只經(jīng)熱處理,剝?nèi)〉妮^大莖芽和鱗片誘導(dǎo)的試管苗,病毒粒相對較多。檢測報告顯示:2號樣品已經(jīng)脫毒可以用于生產(chǎn)擴(kuò)繁,如急需擴(kuò)繁,7號樣品也可用。
表4 不同脫毒處理方法病毒檢測結(jié)果
脫毒方法樣品編號電子顯微鏡觀察結(jié)果A1號+SV(d~60nm)A2號—B3號+++SV(d~30nm)B4號+SV(d~40nm);+LVC5號++SV(d~30nm)C6號++SV(d~30nm);±SV(d~60nm)D7號±SV(d~30nm)D8號+SV(d~30nm)
注:“―”表示5萬倍下平均每視野未觀察到病毒粒體;“±”表示5萬倍下平均每視野少于1個病毒粒體;“+”表示5萬倍下平均每視野1~5個病毒粒體;“++”表示5萬倍下平均每視野6~10個病毒粒體;“+++”表示5萬倍下平均每視野11~15個病毒粒體;“SV”表示球形病毒;“LV”表示線形病毒;“d”表示直徑。
通過觀察發(fā)現(xiàn),2周左右部分莖尖開始膨大成愈傷組織,4周后部分組織開始分化成不定芽,8周后百合莖尖長成苗,不同激素配比對卷丹百合莖尖誘導(dǎo)分化的影響如表5所示,不同濃度的6-BA、NAA配比對莖尖誘導(dǎo)率、增殖率和增殖倍數(shù)的影響達(dá)到顯著水平。誘導(dǎo)率最高的培養(yǎng)基是10號、11號、13號、14號和15號,誘導(dǎo)率在80.00%~86.67%之間,平均分化葉片數(shù)在2.14~6.31之間,萌動時間10~15 d;增殖率最高的培養(yǎng)基是2號,增殖率達(dá)80%;增殖倍數(shù)最高的培養(yǎng)基是1號、2號,增殖倍數(shù)分別為4.25倍、4.88倍。
表5 不同處理間誘導(dǎo)率、增殖率及增殖倍數(shù)的差異
培養(yǎng)基編號誘導(dǎo)率/%平均分化葉片數(shù)/片萌動時間/d增殖率/%增殖倍數(shù)173.33±4.86BCbc2.901050±5.75CDd4.25±0.10Aa260.00±3.78DEde2.891180±4.67Aa4.88±0.46Aa360.00±4.91DEde2.441160±3.82BCc1.00±0.13Ee466.67±2.73CDcd2.701260±3.85BCc2.33±0.16Dc566.67±3.63CDcd2.801370±4.71ABb3.17±0.27Bb666.67±2.13CDcd2.001350±5.01CDd2.20±0.15Dc773.33±5.13BCbc2.551140±4.24De1.50±0.27Ed866.67±4.10CDcd1.601460±5.12BCc2.67±0.43CDc953.33±5.00Ee1.881140±4.55De1.00±0.13Ee1086.67±4.12Aa2.141220±3.89Ef3.50±0.18Bb1180.00±4.55ABab2.381550±2.40CDd2.40±0.26Dc1266.67±1.98CDcd2.40150Fg1.00±0.05Ee1380.00±1.89ABab2.831160±5.86BCc3.00±0.14BCb1486.67±3.98Aa3.921050±4.35CDd1.60±0.26Ede1586.67±5.24Aa6.311050±4.28CDd1.00±0.10Ee
表6 不同激素組合對外植體莖尖誘導(dǎo)率、增殖率及增殖倍數(shù)的影響
項目水平莖尖誘導(dǎo)率/%增殖率/%增殖倍數(shù)處理6-BA濃度(A)0.1/(mg·L-1)64.44±7.70Bc63.33±25.27Aa3.38±2.08Aa0.5/(mg·L-1)66.67±6.25ABbc60.00±10.00Aa2.57±0.53Aa1.0/(mg·L-1)64.44±10.18Bc53.33±11.55ABa1.72±0.86Aa1.5/(mg·L-1)77.78±5.18ABab46.67±15.17Bb2.30±1.25Aa2.0/(mg·L-1)84.45±3.85Aa23.33±5.77ABa1.86±1.03AaNAA濃度(B)0.1/(mg·L-1)76.00±7.60Aa46.00±16.73Aab2.92±1.06Aa0.5/(mg·L-1)72.00±10.95Aa62.00±13.04Aa2.94±1.22Aa1.0/(mg·L-1)66.67±12.47Aa40.00±23.45Ab1.24±0.54Ab變異來源A247.47*756.67*1.30B109.60646.67*4.76*
注:方差分析中影響水平以均方表示,“*”表示在0.05水平上顯著。下同。
方差分析結(jié)果(表6)表明,激素濃度對莖尖誘導(dǎo)率、增殖率和增殖倍數(shù)分別有著顯著影響(p<0.05),其中,6-BA濃度顯著影響莖尖誘導(dǎo)率;NAA濃度顯著影響增殖倍數(shù);2種激素濃度均顯著影響增殖率,又以6-BA濃度影響(均方值為756.67)最大,NAA濃度影響(均方值為646.67)次之。
由表6還可知,培養(yǎng)基中6-BA濃度較高時,有利于提高莖尖誘導(dǎo)率,在6-BA濃度為2.0 mg·L-1時,莖尖誘導(dǎo)率最高(84.45%)。較低濃度的6-BA有利于提高增殖率,在6-BA濃度為0.1 mg·L-1時的增殖率最高(63.33%),而6-BA濃度對增殖倍數(shù)無影響。培養(yǎng)基中NAA濃度較低時,有利于提高增殖率和增殖倍數(shù),在NAA濃度為0.5 mg·L-1時,增殖率和增殖倍數(shù)最高,分別為62%和2.94倍,而NAA濃度對莖尖誘導(dǎo)率無影響。
綜合表5和表6的結(jié)果認(rèn)為,卷丹百合的最適誘導(dǎo)培養(yǎng)基為15號培養(yǎng)基:MS+6-BA 2.0 mg·L-1+NAA 1.0 mg·L-1,此條件下的誘導(dǎo)率達(dá)86.67%,接種10 d后能夠萌動,8周后的平均分化葉片數(shù)為6.31片;最適增殖培養(yǎng)基為2號培養(yǎng)基:MS+6-BA 0.1 mg·L-1+NAA 0.5 mg·L-1,此條件下的增殖率、增殖倍數(shù)分別達(dá)80%、4.88倍。
不同激素配比對卷丹百合試管苗生根結(jié)鱗莖的影響如表7所示,不同濃度的NAA、IBA配比對生根數(shù)、小鱗莖增殖倍數(shù)的影響達(dá)到顯著水平。卷丹百合在9種激素配比條件下都能生根,生根率都在70%以上,其中,23號培養(yǎng)基中的試管苗生根數(shù)最多,為12條;22號、23號培養(yǎng)基中的試管苗小鱗莖增殖倍數(shù)為最高,增殖倍數(shù)在6.0~6.2之間。
表7 不同處理間生根數(shù)及小鱗莖增殖倍數(shù)的差異
培養(yǎng)基號生根率/%生根數(shù)/條小鱗莖增殖倍數(shù)161002.2±0.2De1.5±0.1Dd17702.0±0.1De1.4±0.1Dd18702.4±0.1Dde1.8±0.1CDcd19803.0±0.3Dd1.5±0.1Dd201003.1±0.3Dd2.1±0.2Cc211006.3±0.3Cc4.2±0.1Bb22805.8±0.3Cc6.2±0.4Aa2310012.0±0.6Aa6.0±0.3Aa2410010.3±1.0Bb4.2±0.2Bb
圖版
方差分析結(jié)果(表8)表明,NAA濃度對卷丹百合試管苗的生根數(shù)、小鱗莖增殖倍數(shù)的影響達(dá)到顯著水平(p<0.05),而IBA濃度對生根結(jié)鱗莖影響不顯著,培養(yǎng)基中NAA濃度越高,越有利于卷丹百合生根結(jié)鱗莖,當(dāng)培養(yǎng)基中NAA濃度為1.0 mg·L-1時,試管苗生根數(shù)達(dá)到9.4條,小鱗莖增殖倍數(shù)為5.5倍。
表8 不同激素組合對試管苗生根數(shù)、小鱗莖增殖倍數(shù)的影響
項目水平生根數(shù)/條小鱗莖增殖倍數(shù)處理NAA濃度(B)0.1/(mg·L-1)2.2±0.2Ab1.6±0.2Ab0.5/(mg·L-1)4.1±1.9Ab2.6±1.4Ab1.0/(mg·L-1)9.4±3.2Aa5.5±1.1AaIBA濃度(C)0.1/(mg·L-1)3.7±1.9Aa3.1±2.7Aa0.5/(mg·L-1)5.7±5.5Aa3.2±2.5Aa1.0/(mg·L-1)6.3±3.9Aa3.4±1.4Aa變異來源B41.1*12.2*C5.90.1
綜合表7和表8的結(jié)果來看,卷丹百合最佳的生根結(jié)鱗莖培養(yǎng)基是23號:MS+NAA 1.0 mg·L-1+IBA 0.5 mg·L-1,小鱗莖的增殖倍數(shù)為6倍(見圖版e、圖版f),生根率達(dá)100%(見圖版g),平均根條數(shù)可達(dá)12條。
3.1.1卷丹百合的脫毒
食用百合(卷丹)由于需求量增加,長期使用無性繁殖導(dǎo)致病毒感染嚴(yán)重。交替熱處理可使百合病毒受到抑制或鈍化,生長點快速伸長拉大病毒到達(dá)莖尖的距離,且外植體不易受到傷害,既方便了顯微操作,又提高了成活率。因此,常溫和高溫交替熱處理結(jié)合莖尖脫毒是有效的脫毒方法[9-10]。
莖尖大小決定了無病毒率,莖尖越小,無病毒率越高,但卻存在成活率較低、生長緩慢等弊端,降低了擴(kuò)繁的效率。今后的研究中要探討既能有效脫除病毒,又有較高的成活率和繁殖效率的方法,可以采用不同的外植體誘導(dǎo)成再生小鱗莖后,再進(jìn)行莖尖脫毒,這樣可以加大脫毒苗的成活率及繁殖系數(shù)。
3.1.2卷丹百合外植體的選擇
百合組織培養(yǎng)過程可以選擇鱗片、葉片、莖尖、莖段或花器官材料的部位,選擇外植體關(guān)鍵要看其取材的方便性、材料數(shù)量、材料部位、生理狀態(tài)、發(fā)育階段及取材時間是否有利于在初代培養(yǎng)中愈傷組織或不定芽的誘導(dǎo),外植體的選擇是初代培養(yǎng)的關(guān)鍵因素[11-13],通常說來,鱗片就其方便性及數(shù)量是優(yōu)于其它外植體的[14-16]。本試驗中,卷丹百合的莖芽、莖段、葉片和鱗片作為外植體均可以成活,但外層鱗片污染率高,而內(nèi)層鱗片和莖芽由于有鱗片和葉片包裹不易被污染,滅菌效果較好,且成活率和不定芽分化數(shù)較高,可作為卷丹百合組培快繁外植體選擇。但作為外植體,鱗片相對莖芽數(shù)量較多,且容易誘導(dǎo)成功,分化不定芽系數(shù)較高,因此在種球不多,需大量擴(kuò)繁時,內(nèi)層鱗片則是卷丹百合組培快繁外植體的最佳選擇,非常符合工廠化生產(chǎn)的需要。
3.1.3植物激素對卷丹百合誘導(dǎo)、增殖及生根結(jié)鱗莖的影響
6-BA與NAA的濃度水平是百合不定芽能否產(chǎn)生和增殖的主要因素,不同品種的百合在增殖時對激素濃度的要求有較大差異[17-19]。因此,在組織培養(yǎng)的過程中,要根據(jù)不同的品種進(jìn)行激素濃度的配比。本研究中,不加6-BA,只加NAA和IBA配比的生根培養(yǎng)基MS+NAA 1.0 mg·L-1+IBA 0.5 mg·L-1,也適合卷丹百合試管苗的增殖和繼代培養(yǎng),在生根的同時能結(jié)出小鱗莖,且小鱗莖增殖系數(shù)較高。生根率可達(dá)100%,小鱗莖的增殖倍數(shù)為6倍,可以同時作為增殖和生根培養(yǎng)的最優(yōu)培養(yǎng)基。
在卷丹百合的組培快繁過程中,宜選擇內(nèi)層鱗片為外植體,外植體用75%的乙醇浸泡30 s后,再用10%次氯酸鈉消毒20 min,以26 ℃和45 ℃交替熱處理1個月后,剝?nèi)?.3~0.8 mm莖尖的脫毒效果較好;最適誘導(dǎo)培養(yǎng)基為MS+6-BA 2.0 mg·L-1+NAA 1.0 mg·L-1;最適增殖培養(yǎng)基為MS+6-BA 0.1 mg·L-1+NAA 0.5 mg·L-1;最適生根結(jié)鱗莖培養(yǎng)基為MS+NAA 1.0 mg·L-1+IBA 0.5 mg·L-1。