關(guān)鍵詞:油茶;組織培養(yǎng);表面消毒;褐化;培養(yǎng)基成分;培養(yǎng)條件
油茶是山茶科Theaceae山茶屬Camellia一類木本食用油料樹種的總稱。油茶是中國(guó)特有的木本油料樹種,在中國(guó)已有2300多年的栽培歷史,是世界四大木本油料作物之一[1-3]。由油茶種子(茶籽)榨取的茶油是一種富含不飽和脂肪酸、維生素E和山茶苷等活性物質(zhì)的優(yōu)質(zhì)食用油,有“東方橄欖油”的美稱。除食用和烹調(diào)功能外,茶油及其副產(chǎn)品在日用化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和工業(yè)上都具有重要的用途,油茶是中國(guó)極具特色的經(jīng)濟(jì)林樹種之一[4-9]。
植物組織培養(yǎng)技術(shù)不僅可被用來對(duì)植物進(jìn)行工廠化快速繁殖,還是生物技術(shù)育種(如基因工程、基因編輯、體細(xì)胞雜交、突變體誘導(dǎo)與篩選、挽救雜種胚、體外授精等)的技術(shù)基礎(chǔ)[10],因此,研究油茶組織培養(yǎng)有著重要意義。早在1978年,廣西林業(yè)科學(xué)研究所生理研究室顏慕勤等[11-15]對(duì)岑溪軟枝油茶進(jìn)行了組織培養(yǎng)并獲得成功。與此同時(shí),其他研究者也對(duì)油茶幼胚和未成熟子葉的離體培養(yǎng)[16-17]以及花藥培養(yǎng)[18]進(jìn)行了探索。最近Li等[19]研究了普通油茶愈傷組織誘導(dǎo)、懸浮培養(yǎng)及原生質(zhì)體分離。為了給研究者提供參考,根據(jù)外植體培養(yǎng)類型對(duì)油茶組織培養(yǎng)研究進(jìn)展進(jìn)行了論述。
1油茶芽和莖段的組織培養(yǎng)
油茶為天然雜合體,通過種子或?qū)嵣绶敝车闹仓瓴灰妆3謨?yōu)良種性。采用油茶芽、莖尖和帶芽莖段進(jìn)行培養(yǎng),不但無(wú)性系繁殖后代保持了母株的優(yōu)良性狀,而且由于存在分生組織,未經(jīng)脫分化階段形成愈傷組織就可以產(chǎn)生叢生芽,從而減少了變異的可能。因此,這類外植體組織培養(yǎng)一般用于油茶種苗快速繁殖。
1.1外植體采集與表面消毒
組織培養(yǎng)中的污染和褐變是影響油茶組織培養(yǎng)的關(guān)鍵因素[20-22],油茶組織培養(yǎng)中外植體污染情況較為復(fù)雜,也較難控制[21]。表面消毒的難易程度受品種、生長(zhǎng)地區(qū)、外植體年齡、采集時(shí)間等因素影響。最簡(jiǎn)單的表面消毒方法是用乙醇和升汞的常規(guī)組合方法。顏慕勤等[13]最早采用岑溪軟枝油茶成年樹的腋芽進(jìn)行培養(yǎng),在2—3月份腋芽剛開始萌動(dòng)、芽苞剛開始膨脹時(shí)采集外植體。采回后剝?nèi)ネ饷鎺讓影?,?5%乙醇浸泡12s,用0.1%升汞消毒12~15min,然后用無(wú)菌水沖洗4~5次,在無(wú)菌條件下剝離腋芽的最后幾層苞片,將腋芽切成2~3mm長(zhǎng)的小段接種。劉海龍等[23]以10月—次年1月岑溪軟枝油茶帶腋芽莖段為外植體,使用毛刷刷洗后用75%乙醇消毒10~15s,然后用0.1%升汞消毒10~15min,污染率最低(24.5%),其中用毛刷蘸洗潔精溶液刷洗莖段對(duì)莖段滅菌效果影響較大。1月底—4月新萌枝條不帶腋芽莖段較好的滅菌方法為75%乙醇消毒4~7s,0.1%升汞消毒5~6min,污染率為14.3%。陳勝群等[24]取小果油茶當(dāng)年生帶芽莖段作為外植體,用清水沖洗后,在超凈工作臺(tái)上用75%乙醇消毒10s,然后用1.0g/L的升汞消毒滅菌10min,無(wú)菌水沖洗5次。
利用乙醇和升汞的常規(guī)組合方法對(duì)油茶進(jìn)行消毒的效果一般較差。流水沖洗對(duì)降低污染率有重要影響。吳正凱等[25]取飽滿頂芽用流水沖洗干凈后,用中性洗衣粉溶液輕輕刷洗芽苞,再置于水龍頭下用流水沖洗2~3h,然后用75%乙醇快速進(jìn)行表面滅菌,用無(wú)菌水沖洗3~4次,再用0.1%升汞消毒處理5min,最后用無(wú)菌水沖洗8~10次。黃莉雅等[26-28]以油茶品種岑軟2號(hào)和岑軟3號(hào)的鮮嫩帶芽的莖段和頂芽為外植體,用流水沖洗干凈后,用中性洗衣粉溶液輕洗,再置于流水下沖洗2~3h,接著用75%乙醇快速滅菌30s,用無(wú)菌水沖洗3~4次,然后用0.1%升汞消毒6min,在各處理中這種處理的誘導(dǎo)效果最好,成活率分別達(dá)71%和73%。劉海英[29]取3—5月份當(dāng)年生嫩枝,用紗布包裹脫脂棉蘸少許清水輕輕擦洗枝條表面的塵土和絨毛,再用流水沖洗干凈,然后用洗衣粉溶液浸泡10min左右(其間不斷攪拌以使清洗均勻徹底),再用流水洗凈表面洗衣粉溶液并置于流水下沖洗2~5h,濾干水分后用75%的乙醇浸泡約30s,用無(wú)菌水沖洗3~5遍,最后用0.1%升汞消毒8min,在各處理中這種處理的腋芽啟動(dòng)率最高,可達(dá)64.0%??碌て糩30]在用乙醇和升汞組合消毒材料(帶腋芽莖段使用70%乙醇浸洗30s和0.1%升汞消毒7min的效果最好)之前,用自來水沖洗后用洗潔精溶液浸洗15min,然后置于流水下沖洗2~4h。萬(wàn)珠珠等[31]在用乙醇和升汞組合消毒材料(帶腋芽莖段使用75%乙醇浸洗8s和0.1%升汞消毒8min的效果最好)之前,用自來水沖洗數(shù)次后,在洗衣粉溶液中浸泡12~20min,再用自來水沖洗2h。何超銀[32]以當(dāng)年生帶芽莖段為外植體,用刷子輕輕擦洗表面的塵土和絨毛后,用洗潔精溶液浸泡5min左右,再用自來水沖洗30min,用無(wú)菌水沖洗3次后,用75%乙醇處理30s,用無(wú)菌水沖洗8~10次后用0.1%升汞處理10min,在各處理中這種處理的效果最好。代忠迪等[33]在2次消毒之前,先將枝條外植體在5℃恒溫箱中低溫處理8h,再將經(jīng)低溫處理的油茶無(wú)性系組培外植體進(jìn)行修剪,在0.1%的多菌靈溶液中浸泡6min,然后用流水沖洗5h。
為了降低污染率,有研究人員采用重復(fù)消毒的方式。李澤等[34]取普通油茶當(dāng)年生半木質(zhì)化莖段作為外植體,用自來水沖洗20min左右,再用洗衣粉溶液浸泡15min,用自來水沖洗干凈后,用75%的乙醇浸泡2次(每次30s),用無(wú)菌水沖洗3~5遍,然后用0.1%的升汞消毒2次(第1次10min,第2次5min),用無(wú)菌水沖洗5遍,最后用濾紙吸干莖段表面水分。唐國(guó)濤等[35]將大棚內(nèi)2年生油茶扦插苗嫩枝剪去葉片后,用洗潔精溶液清洗,再用無(wú)菌水反復(fù)沖洗后,用0.05%升汞溶液消毒6min,用無(wú)菌水沖洗后,再用升汞溶液重復(fù)消毒1次。王瑞等[36]將外植體用流水沖洗干凈后,用中性洗衣粉溶液輕洗,將莖段置于流水下沖洗2~3h,先用75%乙醇快速滅菌10s,然后用無(wú)菌水沖洗3次,接著用0.1%的升汞消毒2min,用無(wú)菌水沖洗3次,再用0.1%的升汞消毒3min,最后用無(wú)菌水沖洗5次。賈效成等[37]也采用了類似的方法,取油茶頂芽或腋芽在流水下沖洗1h,先用75%乙醇快速滅菌10s,然后用無(wú)菌水沖洗3次,接著用0.1%升汞消毒2min,用無(wú)菌水沖洗3次,再用0.1%升汞消毒3min,最后用無(wú)菌水沖洗5次。代忠迪等[33]采用2次消毒來降低污染率:第1次消毒時(shí),將帶芽莖段外植體剝?nèi)ネ鈱尤~鞘,用76%的乙醇消毒,然后用0.2%升汞消毒,再用無(wú)菌水漂洗,然后剝?nèi)ブ袑尤~鞘用0.1%升汞消毒,再用無(wú)菌水漂洗若干次;第2次消毒時(shí),用75%的乙醇消毒16s,無(wú)菌水沖洗5次。
在傳統(tǒng)的“乙醇+升汞”表面消毒方法的基礎(chǔ)上,輔以超聲和低溫冷處理可更好地清除外植體表面雜質(zhì),并有助于洗脫外植體內(nèi)酚類物質(zhì),降低污染率和褐化率。具體做法:取油茶樹當(dāng)年萌發(fā)的春梢(1/3~1/2長(zhǎng)度的枝條基部由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)楹稚┳鳛橥庵搀w,依次用乙醇和升汞進(jìn)行表面滅菌,然后依次進(jìn)行超聲處理(外植體浸入無(wú)菌水中,在300~500W、10~30℃條件下超聲處理2~4h)和無(wú)菌冷處理(外植體浸入無(wú)菌水中,置于3~5℃冰箱中4~6d,其間每隔1d更換1次無(wú)菌水),得到滅菌外植體,再經(jīng)升汞滅菌后,修剪成用于組織培養(yǎng)的外植體莖段[38]。
盡管常將乙醇和升汞組合使用進(jìn)行外植體表面消毒處理,但是有少數(shù)研究結(jié)果表明,乙醇和升汞處理對(duì)外植體的毒害較強(qiáng),處理時(shí)間不易掌握。而以2.5%次氯酸鈉對(duì)油茶帶芽莖段和腋芽消毒20min的效果最好[39-40]。
為了增強(qiáng)消毒效果,有研究人員采用次氯酸鈉和升汞復(fù)合消毒處理。侯辛辛[41]取當(dāng)年生半硬油茶枝條的頂芽或帶腋芽的莖段作為外植體,先用軟毛刷蘸淡硫磺皂0.1%稀釋液刷洗,流水漂洗10min,用70%乙醇浸泡漂洗45s后,再用3種試劑進(jìn)行組合消毒。結(jié)果表明:?jiǎn)为?dú)使用0.1%升汞和2%次氯酸鈉消毒均不能起到滅菌的效果,外植體污染率達(dá)到100%;采用2%次氯酸鈉與0.1%升汞復(fù)合消毒的方法后,污染率降至10%以下,在此基礎(chǔ)上將0.4%多菌靈添加在培養(yǎng)基中,污染率與誘導(dǎo)率均降低,但未達(dá)到顯著水平。2%次氯酸鈉溶液(消毒15min)與0.1%升汞(消毒12min)聯(lián)合使用為最適消毒方法。
在油茶組織培養(yǎng)過程中,即使進(jìn)行了嚴(yán)格消毒,也會(huì)遇到嚴(yán)重的污染問題。因此有研究者使用抗生素、殺菌劑及防腐劑來進(jìn)行抑菌。王瑞等[42]在繼代培養(yǎng)基中分別添加不同種類和質(zhì)量濃度的抗生素和防腐劑,結(jié)果表明添加鏈霉素20mg/L的抑菌效果最佳,污染率為0,增殖系數(shù)為3.69,其次為青霉素G鈉鹽、青霉素G鈉鹽+四環(huán)素、四環(huán)素,添加多黏菌素B的抑菌效果最差,采用苯甲酸鈉、山梨酸鉀作為抑菌劑,污染率均在92%以上。張騏飛等[43]試驗(yàn)了多種消毒方法,發(fā)現(xiàn)如下方法效果最佳:取當(dāng)年生半硬枝條在流水下沖洗10min,用0.1%硫磺皂稀釋液浸泡并用軟毛刷蘸刷嫩枝條,用流水漂洗干凈后,剪成帶單個(gè)腋芽或頂芽的莖段,先用75%乙醇浸泡45s后,用0.1%升汞處理12min和2%次氯酸鈉處理15min進(jìn)行復(fù)合消毒,然后接種在添加0.1g/L的殺菌劑清菌易芽的萌動(dòng)培養(yǎng)基上。
然而在培養(yǎng)基中添加抗生素、殺菌劑及防腐劑來抑菌,可能會(huì)影響到外植體的培養(yǎng)[10]。由于野外采集的外植體不易消毒,有研究者取室內(nèi)或溫室內(nèi)萌發(fā)的新芽作為外植體。楊育紅[44]先將明月山紅花油茶多年生硬枝插入盛有濕潤(rùn)河沙的紙箱內(nèi),以其新萌發(fā)的側(cè)芽為材料進(jìn)行試驗(yàn)。將芽于流水下沖洗1h后,用無(wú)菌水浸泡10min,用70%乙醇浸泡15s左右,然后用0.1%的升汞溶液(加少許吐溫80)滅菌4~8min,再用無(wú)菌水清洗4~5次。唐國(guó)濤等[35]將扦插成活且健壯的油茶苗種植在塑料大棚內(nèi)的花盆里,2月下旬—3月中旬取2年生扦插苗帶側(cè)芽的嫩枝,剪去葉片后用洗潔精溶液清洗,再用無(wú)菌水反復(fù)沖洗,然后切成帶1~2個(gè)側(cè)芽的莖段,用0.05%升汞溶液消毒6min,用無(wú)菌水沖洗后,再用升汞溶液重復(fù)消毒1次。龔崢等[45]為了降低污染率,先將植株移栽上盆,待生長(zhǎng)穩(wěn)定后移入大棚管護(hù);采集外植體前給植株的地上部分套上透明薄膜袋,每天對(duì)全株枝葉噴1次多菌靈,連續(xù)噴7d;剪取枝條后用洗衣粉溶液刷洗枝條表面,用流水沖洗0.5h,然后浸入0.025%的升汞液中20min,同時(shí)用小毛刷仔細(xì)刷洗枝條表面,流水沖洗0.5h;在超凈工作臺(tái)上用70%乙醇浸泡1min,用0.1%升汞溶液消毒6min,用無(wú)菌蒸餾水沖洗6次。陳春[46]采取預(yù)培養(yǎng)的方式來降低污染率:取油茶優(yōu)良無(wú)性系閩43的帶腋芽莖段,用自來水沖洗1~2h,用無(wú)菌水沖洗2遍,用70%乙醇溶液處理30s后立刻浸入0.1%升汞溶液中消毒10~12min,或浸入0.15%升汞溶液中消毒8~10min,用無(wú)菌水沖洗5遍后瀝干,以莖尖為中心,切成2cm左右莖段,接種于未添加生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的MS培養(yǎng)基上,培養(yǎng)20d,確定無(wú)菌后轉(zhuǎn)入初代培養(yǎng)基上。經(jīng)這樣處理的外植體的存活率可達(dá)45%以上。陳博雯等[47]將在4—5月或9—10月采集的半木質(zhì)化莖段,用75%乙醇消毒5s和0.1%升汞消毒10min后,接種在含有改良MS液體培養(yǎng)基的河沙基質(zhì)中,將新萌發(fā)的嫩芽接種至MS固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)7d,可將未被污染的無(wú)菌芽用于下一步的組織培養(yǎng)。采用該方法不僅可降低污染率,還能有效避免褐化,有效萌芽率最高可達(dá)90.91%。劉虹[48]將去殼油茶種子置于河沙中萌發(fā),然后取1月生實(shí)生苗帶腋芽的莖段來培養(yǎng)。雖然實(shí)生苗容易消毒,但這種組織培養(yǎng)快速繁殖體系本質(zhì)上與實(shí)生苗繁育無(wú)差別,即繁殖的植株與親本存在變異。
除消毒方法外,采集月份(即使在連續(xù)晴天時(shí)采集)可能是影響外植體表面消毒效果的重要因素。通常春季(2—3月)和秋冬季采摘的腋芽在培養(yǎng)基上容易萌發(fā),且污染現(xiàn)象不明顯,而夏季采摘的腋芽不易萌發(fā)且易被污染,這可能與外植體的季節(jié)性帶菌情況有關(guān)[21]。王以紅等[49]以7齡‘岑軟3號(hào)’油茶母樹的健壯嫩梢為外植體,研究不同月份采摘的樣本的消毒難易程度,利用70%乙醇預(yù)處理15s和0.1%的升汞消毒(頂芽6min,莖段芽15min),結(jié)果表明無(wú)菌活外植體得率不同,2個(gè)高峰期分別為4月和10月,無(wú)菌活外植體得率最低的是8月,其次是7月。無(wú)菌活外植體得率與氣候特點(diǎn)相關(guān)聯(lián),因?yàn)楦邷馗邼癍h(huán)境有利于外植體表面的微生物繁殖。張偉寧[50]采用與劉海英[29]類似的方法進(jìn)行試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在4—6月、7—9月、10—12月3個(gè)時(shí)間段采集的半木質(zhì)化帶腋芽莖段中,以4—6月所采集材料的萌發(fā)效果最佳,用0.1%升汞處理8min的消毒效果最好,污染率為7.33%,褐化率為5.87%,萌發(fā)率為83.11%。陳博雯等[47]的研究結(jié)果表明,帶腋芽的枝條經(jīng)消毒處理后,秋冬季節(jié)污染率較低,1月份污染率最低(26.00%),2月份起隨著當(dāng)?shù)貧鉁鼗厣蜐穸燃哟?,污染率逐漸升高,至4月份達(dá)最高(66.00%),8月份以后逐漸降低。11月—次年2月的消毒效果較好。以無(wú)木質(zhì)化、半木質(zhì)化、木質(zhì)化莖段為材料,消毒效果差異不大??碌て糩30]的研究結(jié)果表明,帶腋芽莖段最佳取材時(shí)期為4—6月,此時(shí)期的材料污染率、褐化率及死亡率均較低,而腋芽萌發(fā)率最高,培養(yǎng)20d后達(dá)75.55%。
1.2外植體和培養(yǎng)物的褐化
除污染問題外,由于油茶等山茶科植物中酚類物質(zhì)含量較高,酚類的糖苷化合物是木質(zhì)素、單寧和色素合成的前體,所以在油茶組織培養(yǎng)過程中極易發(fā)生褐變,嚴(yán)重褐變會(huì)導(dǎo)致外植體和培養(yǎng)物的死亡[20-21]。闕生全等[51]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)油茶外植體褐化程度與培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)基中生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑種類(如2,4-D、KT和NAA)及其濃度、無(wú)機(jī)鹽含量等因素有關(guān)。較高的培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)基中較高濃度的無(wú)機(jī)鹽、較高濃度的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑及木質(zhì)化程度高的外植體均會(huì)促進(jìn)褐化的發(fā)生,在培養(yǎng)基中加入吸附劑能有效抑制褐化的發(fā)生。吸附劑活性炭和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)及抗壞血酸(維生素C)、硫代硫酸鈉(Na2S2O3)和檸檬酸3種抗氧化劑對(duì)褐化的影響存在差異,以吸附劑的抗褐化效果最好,維生素C效果次之,Na2S2O3和檸檬酸效果較差。接種后進(jìn)行暗處理,可在一定程度上減輕褐化反應(yīng)。戴小英等[52]發(fā)現(xiàn)在增殖過程中,以H改良培養(yǎng)基作為基本培養(yǎng)基可有效防止油茶外植體褐化,比在培養(yǎng)基中添加活性炭的效果好。蔡玲等[53]發(fā)現(xiàn)在岑軟2號(hào)油茶繼代增殖培養(yǎng)基中添加20~25mg/L的維生素C,能有效減少油茶繼代芽的褐化,褐化率從73%降低到4%。
1.3培養(yǎng)基成分和培養(yǎng)條件
油茶組織培養(yǎng)快速繁殖研究始于20世紀(jì)70年代末—80年代初。顏慕勤等[11]最早對(duì)10年生以上的老齡油茶的嫩莖及莖尖進(jìn)行培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)用SH或H作基本培養(yǎng)基,并添加不同NAA和BAP組合,較難培養(yǎng)出愈傷組織,經(jīng)7~8周培養(yǎng),僅60%~70%的外植體長(zhǎng)出愈傷組織,且無(wú)瘤狀物及綠芽出現(xiàn),但根發(fā)育良好。顏慕勤[14]采用添加有不同種類及濃度植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的改良ER固體培養(yǎng)基,培養(yǎng)在2—3月采集的岑溪軟枝油茶成年樹腋芽。30d后腋芽生長(zhǎng)點(diǎn)開始分化叢生小苗,且芽基部能不斷分化叢生苗。此后,關(guān)于油茶組織培養(yǎng)快速繁殖的研究報(bào)道持續(xù)出現(xiàn)。以油茶芽和莖段為外植體的組織培養(yǎng)研究大多采用MS、WPM、H改良、1/2MS作為基本培養(yǎng)基,再添加不同類型和不同濃度的細(xì)胞分裂素(6-BA或BA、ZT、TDZ)和生長(zhǎng)素(NAA、IBA、IAA),有時(shí)會(huì)添加GA31.0~6.0mg/L或有機(jī)附加物如水解酪蛋白(CH)500~600mg/L,達(dá)到改善培養(yǎng)效果的目的(表1)。
目前主要采用頂芽、腋芽和帶芽莖段進(jìn)行油茶組織培養(yǎng)與快速繁殖研究。莖尖分生組織可用于脫除植物病毒和種苗快速繁殖,但由于外植體體積小,培養(yǎng)起來相對(duì)較困難,鮮見報(bào)道,目前僅見張桂琴等[63]采用改良1/2MS培養(yǎng)基對(duì)大果紅花油茶芽尖組織進(jìn)行培養(yǎng)的報(bào)道。油茶組織培養(yǎng)快速繁殖以芽生芽途徑(如叢生芽途徑)為主,這種方式是以促進(jìn)芽原基上腋芽的不斷提早萌發(fā)來實(shí)現(xiàn)數(shù)量增殖。培養(yǎng)階段主要分為芽誘導(dǎo)或萌發(fā)培養(yǎng)、增殖培養(yǎng)、壯苗培養(yǎng)和生根培養(yǎng)幾個(gè)階段,一般不涉及誘導(dǎo)愈傷組織及愈傷組織分化。有研究者以油茶芽和帶芽莖段為外植體來誘導(dǎo)愈傷組織[26-28,37,64],但一般認(rèn)為利用帶芽的莖段和頂芽為外植體,經(jīng)愈傷組織途徑對(duì)油茶快繁的意義有限。不過,在其他外植體難以再生的情況下,或可將該方法與轉(zhuǎn)基因技術(shù)結(jié)合使用[65]。油茶組織培養(yǎng)中較為重要的2個(gè)階段分別是增殖培養(yǎng)和生根培養(yǎng)。實(shí)現(xiàn)苗芽良好增殖是組織培養(yǎng)的基礎(chǔ),生根則關(guān)系到得到完整的再生植株及油茶組織培養(yǎng)快速繁殖真正進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)踐。
在油茶增殖培養(yǎng)研究方面,戴小英等[52]發(fā)現(xiàn),以MS、WPM為基本培養(yǎng)基時(shí),褐化嚴(yán)重,葉片易出現(xiàn)卷曲、脫落,以H改良為基本培養(yǎng)基可明顯減少褐化現(xiàn)象,有較多有效芽產(chǎn)生,以H改良+BA2.0mg/L+IAA1.0mg/L的增殖效果為最佳。王瑞等[36]以‘湘林1號(hào)’組培無(wú)菌苗為材料,研究了基本培養(yǎng)基(WPM、MS和B5)、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)類型及濃度對(duì)油茶組培苗增殖體系的影響,發(fā)現(xiàn)以WPM+6-BA5.0mg/L+NAA0.01mg/L+生物素1.0mg/L為培養(yǎng)基時(shí)增殖系數(shù)最高,以MS+6-BA1.0mg/L+NAA0.01mg/L+生物素0.5mg/L為培養(yǎng)基時(shí)新梢生長(zhǎng)效果最好。蔡玲等[53]以‘岑軟2號(hào)’組培繼代芽為材料,研究了幾種影響油茶組培芽增殖與生長(zhǎng)的因素,發(fā)現(xiàn)在繼代培養(yǎng)基(改良MS+BA2mg/L+NAA0.2mg/L)中添加CH200或300mg/L,不僅能有效地提高繼代芽增殖系數(shù),還能促進(jìn)芽生長(zhǎng),縮短培養(yǎng)時(shí)間8~10d。同時(shí)添加20mg/L維生素C能有效減少油茶繼代芽褐化的發(fā)生。油茶組培繼代芽培養(yǎng)最適宜的光照條件是在自然散射光(2000~3000lx)下培養(yǎng)10d,后期移至3000~5000lx光照條件下再培養(yǎng)20d,每瓶的有效芽可達(dá)23株。He等[66]研究了光質(zhì)對(duì)普通油茶不定芽增殖的影響,發(fā)現(xiàn)在紅藍(lán)組合光(4∶1)條件下增殖系數(shù)最高,葉片也最厚。曾艷玲等[62]發(fā)現(xiàn),在芽誘導(dǎo)階段采用白光(誘導(dǎo)培養(yǎng)基為1/2MS+6-BA1.0mg/L+NAA0.01mg/L),在增殖、壯苗和生根階段采用紅藍(lán)光(紅、藍(lán)為4∶1,增殖培養(yǎng)基為MS+6-BA1.0~4.0mg/L+IBA0.01~0.20mg/L,壯苗培養(yǎng)基為1/2MS+GA35.0mg/L+IAA0.01mg/L,生根培養(yǎng)基為1/2MS),可促進(jìn)油茶帶芽莖段植株再生。
油茶生根培養(yǎng)方面,顏慕勤等[13]最早進(jìn)行了探索,采用不同濃度的吲哚丁酸、吲哚乙酸及萘乙酸等生長(zhǎng)素,及固體培養(yǎng)基、液體培養(yǎng)基、蛭石及濾紙紙橋等培養(yǎng)基進(jìn)行生根試驗(yàn)。在參試的3種生長(zhǎng)素中,添加NAA處理的生根率最高(100%),其根系粗壯,須根多,出根快,僅培養(yǎng)7~8d即開始出根。添加IBA處理的生根率明顯低于添加NAA處理,添加IAA處理中組培苗雖有一定的生根能力,但切口處易生愈傷組織,移栽后愈傷組織易發(fā)黑壞死,影響小苗的成活率。最佳誘導(dǎo)生根的NAA質(zhì)量濃度為8mg/L。在4種培養(yǎng)基中,濾紙紙橋培養(yǎng)的生根效果最佳,在瓊脂培養(yǎng)基上組培苗易生愈傷組織,在液體培養(yǎng)基上組培苗不但生根量少,而且多數(shù)植株僅在液面以上部分生根,液面以下部分生根量較少,呈明顯的倒塔形。在其后的研究報(bào)道中,大多采用附加較高濃度的生長(zhǎng)素(或者同時(shí)附加較低濃度的細(xì)胞分裂素)的低鹽基本培養(yǎng)基(如1/2MS和WPM等)(表1)。吳幼媚等[67]采用1/2MS、1/2WPM、1/2ER基本培養(yǎng)基對(duì)油茶‘岑軟2號(hào)’無(wú)性系組培苗生根培養(yǎng)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明基本培養(yǎng)基是影響油茶組培苗生根的重要因素,其次是培養(yǎng)溫度,植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是影響較小的因素。1/2ER為油茶組織培養(yǎng)最適基本培養(yǎng)基,ABT60.5mg/L+IAA2.0mg/L+NAA0.8mg/L為最優(yōu)的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑濃度組合,室溫(28±2)℃、光強(qiáng)2500~3500lx有利于油茶組培苗生根。
油茶組培苗生根存在較大的難度,采用含NAA和IBA的常規(guī)生根培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)時(shí),生根苗大多僅1條主根,須根較少[20,40]。唐國(guó)濤等[35]以1/4MS、1/2MS、MS、B5等基本培養(yǎng)基配以NAA、IBA、IAA、GA3、2,4-D進(jìn)行生根試驗(yàn),經(jīng)過多次多組合試驗(yàn)均未能篩選出適合油茶生根的培養(yǎng)基。龔崢等[45]發(fā)現(xiàn)采用常規(guī)的培養(yǎng)方法無(wú)法誘導(dǎo)廣寧紅花油茶植株生根,但采用針對(duì)調(diào)節(jié)極性表現(xiàn)的程序系列培養(yǎng),可促進(jìn)不定根分化,提高生根率,但作者未提供技術(shù)細(xì)節(jié)。譚曉風(fēng)等[58]發(fā)現(xiàn)在1/2MS+IBA0.5mg/L的瓊脂培養(yǎng)基中加入珍珠巖,使油茶根系能夠充分呼吸,大大提高了油茶生根率和移栽成活率。制備方法:配制1/2MS+IBA0.5mg/L瓊脂培養(yǎng)基(瓊脂為7~10g/L,pH5.0~5.5),然后用網(wǎng)兜包好粉碎的珍珠巖,置于融化的培養(yǎng)基中,使珍珠巖充分吸收培養(yǎng)基,稍瀝干后滅菌即可。
鑒于在常規(guī)生根培養(yǎng)基上組培苗生根存在困難,研究者多采用兩步法促進(jìn)組培苗生根,即首先在高濃度的生長(zhǎng)素培養(yǎng)基上誘導(dǎo)生根,然后轉(zhuǎn)接到無(wú)任何生長(zhǎng)素的培養(yǎng)基上進(jìn)行根的發(fā)育,或者首先用高濃度的生長(zhǎng)素溶液浸泡處理苗芽基部,然后進(jìn)行扦插(即瓶外生根法)[68]。范曉明[54]采用1000mg/L的IBA處理芽苗基部5s,然后轉(zhuǎn)入1/2MS空白培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。陳永忠等[55]采用1000mg/L的IBA溶液浸泡苗基部10s,然后接種在1/4MS+AC200培養(yǎng)基。張偉寧[50]發(fā)現(xiàn)瓶?jī)?nèi)生根最佳培養(yǎng)基為1/2MS+NAA2.0mg/L+蔗糖20g/L,將小苗莖段基部在1000mg/L的NAA溶液中蘸20s,然后在1/2MS培養(yǎng)基中培養(yǎng)的效果最佳。袁德義等[57]發(fā)現(xiàn)試管苗經(jīng)1g/L的IBA處理5s后,轉(zhuǎn)入1/2MS空白培養(yǎng)基培養(yǎng),50d后生根率高達(dá)88.3%。陳永忠等[56]采用瓶外生根方法(將生根和移栽步驟合二為一)可提高組培苗的生根率和成活率。具體方法:將組培苗從培養(yǎng)瓶中取出后,在0.1%瑞毒霉-錳鋅溶液中浸泡2~4min進(jìn)行消毒,之后將組培苗基部在500~8000mg/LKIBA溶液中浸泡3~4s,然后扦插在由黃心土、炭化谷殼灰、細(xì)沙按體積比1∶2~3∶1配制而成的基質(zhì)上,最后用透光薄膜封口。劉虹[48]通過對(duì)比瓶?jī)?nèi)生根和瓶外生根方法,發(fā)現(xiàn)瓶?jī)?nèi)生根處理的生根率較低,根系脆弱,移栽成活率也較低,瓶外生根(100mg/LNAA浸泡幼苗45min后扦插移栽)處理的生根率較高,且根系粗壯,移栽成活率高。唐國(guó)濤等[35]以細(xì)沙作基質(zhì)(將濕潤(rùn)的細(xì)沙裝入玻璃瓶中,厚度2.5~3.0cm,然后經(jīng)高壓滅菌處理),將培養(yǎng)60d以上、長(zhǎng)5cm的木質(zhì)化油茶莖段(切去基部2cm以內(nèi)的葉片)基部在0.1mg/L、深度約2cm的GGR(6號(hào)生根粉)溶液中浸泡12h,然后進(jìn)行扦插,生根率達(dá)95%。唐國(guó)濤等[35]認(rèn)為油茶組培苗生根較為困難,可能與誘導(dǎo)和增殖培養(yǎng)過程中6-BA和外源植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在油茶組培苗中的累積有關(guān),將繼代培養(yǎng)的叢生芽轉(zhuǎn)接到無(wú)6-BA和外源植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的MS培養(yǎng)基中培養(yǎng),可有效降低6-BA和外源植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑累積效應(yīng)對(duì)苗木產(chǎn)生的影響。戴小英等[59]比較了油茶組培苗的根系質(zhì)量及移栽成活率,發(fā)現(xiàn)試管外生根方法更具優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)試管內(nèi)誘導(dǎo)根系需40d以上,且生根率和根數(shù)量不理想,而采用高濃度生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑進(jìn)行短期誘導(dǎo)(在1/2H改良+NAA3.0mg/L培養(yǎng)基中培養(yǎng)10d)后,蘸取生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑GGR200mg/L,直接扦插到黃心土和草木灰(6∶1)基質(zhì)上,30d后組培苗可在基質(zhì)中產(chǎn)生根系。閆曉芳等[61]采用1.5~3.0g/LIBA誘導(dǎo)處理芽苗3~30min后,接種到1/2MS+多效唑2~6mg/L培養(yǎng)基上進(jìn)行生根培養(yǎng),可促進(jìn)油茶組培苗生根。為了繞過油茶組培苗生根困難環(huán)節(jié),有研究者對(duì)增殖芽進(jìn)行壯芽和煉芽后,將其作為接穗,以種子萌發(fā)的胚芽為砧木,進(jìn)行芽苗砧嫁接[33,43]。
此外,為探明油茶組培苗生根機(jī)制,王瑞等[69]研究了油茶組培苗生根過程中生理生化指標(biāo)的變化,陳曉明等[70]研究了油茶組培苗生根過程中過氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和吲哚乙酸氧化酶(IAAO)等的活性變化。
2油茶胚、子葉、葉片等的組織培養(yǎng)
采用油茶胚、子葉、葉片等外植體進(jìn)行培養(yǎng),可以經(jīng)直接體細(xì)胞胚胎發(fā)生或直接器官發(fā)生途徑實(shí)現(xiàn)植株再生(即不經(jīng)過愈傷組織階段),也可經(jīng)愈傷組織階段通過間接體細(xì)胞胚胎或間接器官發(fā)生途徑實(shí)現(xiàn)植株再生。特別是間接體細(xì)胞胚胎或器官發(fā)生途徑需要首先誘導(dǎo)產(chǎn)生胚性愈傷組織,再經(jīng)體細(xì)胞胚胎或器官發(fā)生途徑產(chǎn)生完整植株,最有利于進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化和基因編輯,因此受到許多研究者的重視[10]。此外,采用幼胚培養(yǎng)產(chǎn)生完整植株,可以在遠(yuǎn)緣雜交中挽救雜種胚,對(duì)于油茶遠(yuǎn)緣雜交育種具有重要意義[10]。以油茶胚、子葉、葉片為外植體進(jìn)行培養(yǎng)時(shí),大多以MS為基本培養(yǎng)基,采用不同比例的細(xì)胞分裂素(6-BA或BA、KT、ZT、TDZ)和生長(zhǎng)素(NAA、IBA、IAA)組合。與培養(yǎng)芽和帶芽莖段不同,有研究者采用生長(zhǎng)素2,4-D來誘導(dǎo)胚、子葉、葉片產(chǎn)生愈傷組織(表2)。
2.1油茶胚和子葉的組織培養(yǎng)
油茶胚和子葉培養(yǎng)有2種情況,一種是取成熟胚和子葉進(jìn)行培養(yǎng),另一種是取未成熟胚和子葉進(jìn)行培養(yǎng)。由于油茶種子十分堅(jiān)硬,難以從成熟種子中分離胚和子葉,因此,一般先將種子表面消毒后進(jìn)行無(wú)菌萌發(fā),然后取子葉和胚軸進(jìn)行培養(yǎng)。從正在發(fā)育的種子中切割分離未成熟胚(幼胚)和子葉相對(duì)容易,因此,通常取幼果或幼嫩種子進(jìn)行表面消毒,然后取胚、子葉和胚軸進(jìn)行培養(yǎng)。與大田植株的葉片相比,合子胚(包括子葉和胚軸)的表面消毒較為容易,而且培養(yǎng)反應(yīng)能力更強(qiáng),更易培養(yǎng)。但是油茶通常為異株授粉,合子胚來源于母株的有性雜交后代,與母株在遺傳上是異質(zhì)的。
顏慕勤[12]首先報(bào)道在油茶種子的子葉基部可誘導(dǎo)體細(xì)胞胚狀體發(fā)生。其采用1~2月齡無(wú)菌實(shí)生苗的節(jié)間及下胚軸作為外植體,可誘導(dǎo)出愈傷組織和小瘤狀物。用SH或H作為基本培養(yǎng)基,附加NAA0.5mg/L和BAP0.5mg/L最有利于小瘤狀物的產(chǎn)生;再加入10mL油茶子葉浸出液可以把瘤狀物的產(chǎn)生率從1%增加至10%。將外植體轉(zhuǎn)移到無(wú)任何生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的SHO培養(yǎng)基上,會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)出不定芽及小苗[11]。其后,彭秋發(fā)等[72]、蔡玲等[74]采取油茶種子無(wú)菌萌發(fā)后的子葉等外植體進(jìn)行培養(yǎng),林青[76]、Li等[77]將成熟種子的種仁進(jìn)行表面消毒,然后切取油茶成熟種胚(帶有胚乳組織)接種在1/2MS培養(yǎng)基中獲得無(wú)菌苗,然后取無(wú)菌苗的子葉、下胚軸進(jìn)行不定芽誘導(dǎo)。
隆振雄[16]最早對(duì)油茶幼胚進(jìn)行培養(yǎng),將油茶幼果進(jìn)行常規(guī)表面消毒(先用70%的乙醇消毒30s,再放入0.1%的升汞中消毒30min,然后用無(wú)菌水反復(fù)沖洗3~4次)后,用無(wú)菌刀切割并剝出幼果種胚,再割成長(zhǎng)2~3mm的組織塊接種。隆振雄[16]采用N6、White和MS基本培養(yǎng)基進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果表明在White培養(yǎng)基上誘導(dǎo)效果良好,其次是MS培養(yǎng)基。White+BA0.5mg/L+NAA0.05mg/L或White+2,4-D0.02mg/L+NAA0.05mg/L+BA0.5mg/L培養(yǎng)基對(duì)油茶幼胚愈傷組織及胚狀體的誘導(dǎo)效果較好。在同一誘導(dǎo)培養(yǎng)基上,油茶幼胚組織的胚狀體誘導(dǎo)率與加入鉬酸銨量呈現(xiàn)正相關(guān),在誘導(dǎo)培養(yǎng)基中加入10mg/L鉬酸銨,誘導(dǎo)率約提高1.6%。幼胚發(fā)育時(shí)期從3月油茶幼果開始膨大時(shí)起,至9月中旬茶果即將成熟時(shí)止。在幼胚尚未形成時(shí)取樣培養(yǎng),難以獲得成功;只有在幼胚長(zhǎng)2~3mm時(shí)取樣培養(yǎng),才能誘導(dǎo)出愈傷組織,并產(chǎn)生胚狀體。油茶幼胚胚狀體的最佳芽分化培養(yǎng)基為N6+IAA0.5mg/L+BA2.0mg/L+LH(水解乳蛋白)500mg/L。N6培養(yǎng)基的分化效果較好,其次是MS培養(yǎng)基。分化植株的頻率在較大程度上取決于生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑種類和比值,如在N6分化培養(yǎng)基中,細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素的比值為4的條件下,添加BA比添加KT的分化效果好,分化植株的頻率高。為了保持優(yōu)良組合的雜交優(yōu)勢(shì)并擴(kuò)大再繁殖,盧天玲[17]對(duì)油茶未成熟子葉和幼胚進(jìn)行了離體培養(yǎng),采用附加2mg/LNAA和4mg/LBA的MS基本培養(yǎng)基誘導(dǎo)愈傷組織,然后轉(zhuǎn)入減少或無(wú)生長(zhǎng)素及提高細(xì)胞分裂素的培養(yǎng)基上分化叢生苗,也可以在再分化培養(yǎng)基上直接誘導(dǎo)叢生苗。生長(zhǎng)素NAA、IAA對(duì)愈傷組織的誘導(dǎo)與分化均有良好效果,BA、ZT、NAA的適當(dāng)配比是誘導(dǎo)叢生小苗的重要因素。只有綠色或黃綠色的愈傷組織才能分化。培養(yǎng)基含2,4-D或5%以上的蔗糖均不利于愈傷組織綠化,也不利于分化。6月之后,油茶種子的胚乳已完全消失,以此時(shí)的子葉和幼胚作為外植體較易誘導(dǎo)成苗。韓春霞[88]以六倍體‘華碩’自然授粉后7—8月份的幼胚為外植體,發(fā)現(xiàn)在WPM+蔗糖30g/L+瓊脂8g/L+NAA1.5mg/L+6-BA2.0mg/L培養(yǎng)基上,幼胚成苗效果最佳。畢方鋮等[40]采用普通油茶優(yōu)良無(wú)性系‘湘林4號(hào)’油茶幼果為材料,進(jìn)行表面消毒后,直接剝?nèi)ネ鈱臃N皮,取出幼胚,將子葉基部切成0.3~0.5cm3的組織塊接種。此后,范曉明[54]、范曉明等[73]、胡玉玲等[75]、侯辛辛[41]、王江英等[80]、龐芳芹等[81]采取類似方法對(duì)果實(shí)進(jìn)行滅菌,然后取出種子,分離幼胚和子葉進(jìn)行培養(yǎng)。張智俊[39]、張智俊等[71]將油茶未成熟果實(shí)進(jìn)行表面消毒后,剝?nèi)ネ夥N皮,置于無(wú)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的MS培養(yǎng)基上進(jìn)行萌發(fā)培養(yǎng),然后將子葉切成小塊作為外植體,結(jié)果表明附加適量的2,4-D和KT有利于胚性愈傷組織的形成,油茶胚狀體起源于單細(xì)胞原胚或者多細(xì)胞團(tuán),多從表皮細(xì)胞的胚性愈傷組織誘導(dǎo)產(chǎn)生[89]。
2.2油茶葉片的組織培養(yǎng)
與合子胚(包括子葉和胚軸)相比,以在無(wú)性繁殖植株上采集的葉片進(jìn)行組織培養(yǎng),其再生植株理論上與母株在遺傳上是同質(zhì)的,且油茶葉片來源豐富,容易取材。但是葉片隨其生長(zhǎng)部位和發(fā)育年齡不同,表達(dá)細(xì)胞全能性的能力是不同的,培養(yǎng)反應(yīng)性比合子胚差,從大田采集的葉片還存在難消毒和容易褐化的問題。為了解決表面消毒難的問題,有研究者取組培苗的葉片[90],或?qū)嵣绲娜~片培養(yǎng)[48,83],但后者會(huì)帶來遺傳上的異質(zhì)性問題。
王瑞等[82]取油茶優(yōu)良無(wú)性系‘湘林1號(hào)’和‘湘林4號(hào)’當(dāng)年生枝條上完全展開的嫩葉進(jìn)行愈傷組織誘導(dǎo),發(fā)現(xiàn)2個(gè)品種愈傷組織的萌發(fā)時(shí)間以及誘導(dǎo)率差別較大。‘湘林1號(hào)’以MS+IBA0.01mg/L+KT0.5mg/L+2,4-D0.5mg/L+NAA2.0mg/L為培養(yǎng)基最佳,‘湘林4號(hào)’以IBA0.1mg/L+6-BA0.5mg/L+KT1.0mg/L+NAA2.0mg/L為培養(yǎng)基最佳,對(duì)于‘湘林4號(hào)’來說,在4種基本培養(yǎng)基(MS、WPM、N6、改良ER4)中,以改良ER4為佳。此外,低溫預(yù)處理5~10d有助于愈傷組織的誘導(dǎo),光照條件(暗培養(yǎng)較好)和葉片部位(葉柄較差)均對(duì)愈傷組織的誘導(dǎo)有影響。袁德義等[57]通過直接器官發(fā)生途徑使葉片外植體產(chǎn)生不定芽,蔡冬元[84-85]則以間接器官發(fā)生途徑使外植體產(chǎn)生不定芽。黃武[86]以幼嫩枝條頂端嫩葉為外植體,用MS+毒莠定16mg/L+CuSO42μmol/L誘導(dǎo)出白色松脆的愈傷組織,用WPM+NAA1mg/L+6-BA1mg/L誘導(dǎo)出綠色致密的愈傷組織,用WPM+KT0.5mg/L+NAA0.5mg/L誘導(dǎo)出結(jié)節(jié)性愈傷組織。對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行優(yōu)化后,可獲得4種類型的愈傷組織。在MS+6-BA1mg/L+NAA0.1mg/L+ZT0.5mg/L+TDZ1mg/L上可獲得結(jié)構(gòu)松脆的白色愈傷組織,轉(zhuǎn)接到WPM+NAA2mg/L+ZT2mg/L培養(yǎng)基上6周后可形成黃色胚性愈傷組織,再轉(zhuǎn)接到MS+NAA0.5mg/L+2,4-D2mg/L培養(yǎng)基上8周后可分化出體細(xì)胞胚,體細(xì)胞胚在MS+6-BA1mg/L+NAA0.5mg/L培養(yǎng)基上4周后可產(chǎn)生綠色子葉。子葉在MS+6-BA1mg/L培養(yǎng)基上可直接分化成芽,將子葉切碎后轉(zhuǎn)接到MS+6-BA1mg/L+NAA0.5mg/L培養(yǎng)基上可脫分化形成愈傷組織;剝離出胚性愈傷和體細(xì)胞胚,在MS+NAA0.5mg/L+2,4-D2mg/L培養(yǎng)基上繼代增殖,可實(shí)現(xiàn)體細(xì)胞胚循環(huán)培養(yǎng)。王瑞等[90]以油茶優(yōu)良無(wú)性系‘湘林1號(hào)’的無(wú)菌組培苗葉片為外植體,比較分析了蔗糖、果糖、葡萄糖、白糖和麥芽糖5種碳源以及不同蔗糖濃度對(duì)油茶愈傷組織誘導(dǎo)的影響。結(jié)果顯示在碳源中蔗糖(30mg/L)處理的誘導(dǎo)率最高(100%),以白糖為碳源誘導(dǎo)率達(dá)到93.3%,其可作為替代碳源。
以葉片為外植體進(jìn)行培養(yǎng)時(shí),酚類物質(zhì)會(huì)從葉片切口處釋放到周圍的培養(yǎng)基上,導(dǎo)致葉片褐化死亡,愈傷組織的誘導(dǎo)率降低。劉海英[29]發(fā)現(xiàn)低溫預(yù)處理7d能較好地抑制葉片愈傷組織褐化,張偉寧[50]、柯丹萍[30]的研究結(jié)果表明消毒后暗培養(yǎng)7d能有效抑制褐化現(xiàn)象。黃國(guó)文等[91]以油茶葉片為外植體,研究了誘導(dǎo)愈傷組織過程中降低外植體褐化率和提高誘導(dǎo)率的方法,發(fā)現(xiàn)在水中弱光培養(yǎng)枝條1~2d,0.3g/L的維生素C溶液漂洗外植體2~3min,在培養(yǎng)基中添加1.0g/L活性炭和0.3g/L維生素C等方法均可以顯著減少外植體的褐化。優(yōu)化的培養(yǎng)基WPM+6-BA1.0mg/L+2,4-D1.5mg/L+蔗糖15.0g/L+葡萄糖15.0g/L+瓊脂6.5g/L+活性炭1.0g/L+維生素C0.3g/L可提高外植體的愈傷組織誘導(dǎo)率,減少外植體褐化。黃武[86]消除越南油茶外植體褐化的辦法是采用在無(wú)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的MS基本培養(yǎng)基上預(yù)培養(yǎng)7d,以釋放酚類物質(zhì),再轉(zhuǎn)移到添加生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的培養(yǎng)基上暗培養(yǎng)進(jìn)行脫分化。
3油茶花藥的組織培養(yǎng)
花藥培養(yǎng)是獲得單倍體植株的有效手段,是植物單倍體育種和倍性操作的重要方法[10]?;ㄋ幣囵B(yǎng)的表面消毒相對(duì)容易,采集適宜花粉發(fā)育時(shí)期的未開放花苞,經(jīng)低溫預(yù)處理后除去表面幾層花瓣,經(jīng)常規(guī)消毒即可。如隆振雄[18]用70%乙醇消毒0.5min,然后用0.1%升汞中滅菌10min,無(wú)菌水漂洗3~4次。
3.1適宜的花粉發(fā)育時(shí)期
隆振雄[18]最早報(bào)道對(duì)油茶花藥進(jìn)行培養(yǎng),他發(fā)現(xiàn)在不同花粉發(fā)育時(shí)期進(jìn)行取樣,花藥愈傷組織的誘導(dǎo)率存在明顯差異,以四分體期花藥愈傷組織誘導(dǎo)率最高(46.43%),單核晚期次之(21.67%),雙核初期花藥則較少產(chǎn)生愈傷組織(4%)。聞麗[92]取大部分小孢子處于單核時(shí)期發(fā)育階段的花蕾作為外植體來源,對(duì)8個(gè)油茶物種的花藥進(jìn)行了培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)盛花初期所采樣品的愈傷組織誘導(dǎo)率高于盛花末期所采樣品的誘導(dǎo)率。丁植磊[93]取小孢子發(fā)育處于減數(shù)分裂單核靠邊期的材料,對(duì)12個(gè)油茶物種的花藥進(jìn)行培養(yǎng),結(jié)果表明在幼壯齡油茶植株背陰面、枝條下部以及始花期采摘花蕾,可獲得較高的油茶愈傷組織誘導(dǎo)率和繼代培養(yǎng)增殖效果。范曉明等[94]以攸縣油茶花藥為外植體進(jìn)行組織培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)花粉四分體時(shí)期為油茶花藥愈傷組織誘導(dǎo)的最佳時(shí)期,取幼壯齡油茶植株背陰面、枝條下部以及始花期花蕾較為適合。侯辛辛[41]認(rèn)為處于單核靠邊期的花藥為誘導(dǎo)油茶胚性愈傷組織的合適外植體(花蕾橫縱長(zhǎng)度比在0.53左右)。
3.2低溫預(yù)處理
對(duì)于大多數(shù)植物花藥培養(yǎng)而言,低溫預(yù)處理有助于提高花藥愈傷組織的誘導(dǎo)率。低溫預(yù)處理同樣可提高油茶花藥愈傷組織的誘導(dǎo)率。李建安等[95]的小果油茶花藥培養(yǎng)結(jié)果表明,不同低溫(4℃)預(yù)處理時(shí)長(zhǎng)對(duì)愈傷組織誘導(dǎo)率有一定的影響,預(yù)處理12、6、0d,愈傷組織誘導(dǎo)率分別為2.99%、2.68%和0.83%。說明經(jīng)過一定時(shí)間的低溫預(yù)處理可提高小果油茶的花藥愈傷組織誘導(dǎo)率。聞麗[92]于10月上中旬—1月下旬摘取普通油茶、小果油茶、攸縣油茶、浙江紅花油茶、廣寧紅花油茶、騰沖紅花油茶、越南油茶、宛田紅花油茶8個(gè)品種的花蕾作為材料進(jìn)行花藥培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)不同物種、低溫(4℃)預(yù)處理時(shí)長(zhǎng),油茶花藥的愈傷組織誘導(dǎo)效果不同。低溫預(yù)處理有利于油茶花藥愈傷組織的誘導(dǎo),但不同油茶物種最適宜的預(yù)處理時(shí)間不同,普通油茶為10d左右,攸縣油茶為5~10d,越南油茶為15d左右,浙江紅花油茶為10d左右,廣寧紅花油茶為15d左右,騰沖紅花油茶為10d左右,宛田紅花油茶為15d,小果油茶花藥經(jīng)過低溫預(yù)處理其誘導(dǎo)率未明顯提高,而普通油茶和小果油茶的花藥愈傷組織誘導(dǎo)效率均達(dá)到了70%以上[96]。范曉明等[94]發(fā)現(xiàn)攸縣油茶花藥低溫預(yù)處理時(shí)長(zhǎng)應(yīng)在10d以內(nèi)。
3.3培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件
隆振雄[18]研究了N6、MS、B5、MB、Miller和White等基本培養(yǎng)基對(duì)油茶花藥培養(yǎng)效果的影響,并在培養(yǎng)基中添加了2,4-D0.5mg/L、NAA0.2mg/L、BA0.2mg/L、KT1.5mg/L,結(jié)果表明MB、N6和White較為適宜用于油茶花藥培養(yǎng),誘導(dǎo)率高,而且所誘導(dǎo)的愈傷組織結(jié)構(gòu)緊密,呈圓形瘤狀物,乳白色,質(zhì)量較好。以蔗糖為碳源較好。采用器官分化培養(yǎng)基N6+BA2mg/L+IAA0.5mg/L+5BR0.5mg/L+核黃素1mg/L+蔗糖3%進(jìn)行分化培養(yǎng)時(shí),愈傷組織僅出現(xiàn)綠色芽點(diǎn),未能再生完整植株。進(jìn)行花藥愈傷組織誘導(dǎo)時(shí)不加人工光照,但培養(yǎng)室內(nèi)有自然散射光;在進(jìn)行愈傷組織器官分化時(shí),置于2000lx光照條件下進(jìn)行,每日補(bǔ)照明10~12h。
李建安等[95]在對(duì)小果油茶和廣寧紅花油茶的花藥進(jìn)行離體培養(yǎng)時(shí),發(fā)現(xiàn)廣寧紅花油茶花藥具有較強(qiáng)的愈傷組織誘導(dǎo)能力,而小果油茶花藥褐化嚴(yán)重,誘導(dǎo)率較低。在最佳愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)基MS+2,4-D0.6mg/L+NAA0.4mg/L和B5+2,4-D1.2mg/L+6-BA0.4mg/L上,廣寧紅花油茶愈傷組織誘導(dǎo)率高達(dá)94.67%和91.00%,小果油茶則分別為8.00%和3.34%。MS培養(yǎng)基有利于愈傷組織生長(zhǎng)增殖。
聞麗等[97]在進(jìn)行油茶花藥愈傷組織誘導(dǎo)時(shí),發(fā)現(xiàn)在MS、B5、N6、Miller基本培養(yǎng)基中,MS的誘導(dǎo)效果最好。2,4-D0.5mg/L和6-BA0.2mg/L為較佳的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合。3%~4%蔗糖溶液的愈傷組織誘導(dǎo)效果較好。在黑暗條件下培養(yǎng)可以提高油茶花藥愈傷組織的誘導(dǎo)率[85]。
丁植磊等[98]發(fā)現(xiàn)在油茶12個(gè)物種花藥中,基因型不同,愈傷組織誘導(dǎo)率也不同。以小果油茶、普通油茶、短柱油茶、浙江紅花油茶、茶陵紅花油茶、多齒紅花油茶的愈傷組織誘導(dǎo)率較高(40%~70%),小果油茶、普通油茶的愈傷組織誘導(dǎo)率甚至高達(dá)70%。但紅皮糙果油茶、廣西糙果油茶、茶陵紅花油茶、多齒紅花油茶、攸縣油茶的花藥褐化較嚴(yán)重。在繼代培養(yǎng)中6-BA和KT均有較好的促進(jìn)作用,小果油茶、普通油茶、短柱油茶、浙江紅花油茶、茶陵紅花油茶、多齒紅花油茶的愈傷組織均增殖較好。MS培養(yǎng)基適合油茶不同物種愈傷組織的誘導(dǎo);在MS、N6培養(yǎng)基上能獲得較好的愈傷組織繼代增殖效果(均附加蔗糖35g/L,瓊脂7g/L,pH值5.8)。NAA0.5mg/L+2,4-D0.6mg/L及6-BA0.2mg/L+2,4-D0.5mg/L適合用于不同物種白花油茶與紅花油茶花藥愈傷組織的誘導(dǎo);MS培養(yǎng)基附加NAA0.5mg/L+ZT0.5mg/L、NAA0.5mg/L+KT0.5mg/L或6-BA1.5mg/L+NAA1.0mg/L均能獲得較好的愈傷組織增殖效果。添加0.2%~0.8%活性炭對(duì)于油茶花藥愈傷組織有抑制增殖作用;在愈傷組織繼代培養(yǎng)和增殖培養(yǎng)中,當(dāng)添加BA0.4mg/L、NAA1.0mg/L時(shí),活性炭能起到較好的防止褐化和促進(jìn)生長(zhǎng)的作用。暗培養(yǎng)5~10d改善愈傷組織繼代增殖的效果較好。顏色嫩綠純正、質(zhì)地致密稍硬的愈傷組織的增殖效果最好。繼代時(shí)間以(30±5)d為宜,繼代6次后愈傷組織增殖效果較差[93]。
葉思誠(chéng)等[99]對(duì)浙江紅山茶花藥進(jìn)行離體培養(yǎng)時(shí),發(fā)現(xiàn)2,4-D、KT(6-BA)、TDZ之間存在協(xié)同作用,通過特定組合能夠更容易誘導(dǎo)愈傷組織產(chǎn)生,提高愈傷組織誘導(dǎo)率。適當(dāng)增加蔗糖的質(zhì)量濃度(30~80g/L),提高滲透壓,能夠提高愈傷組織的誘導(dǎo)率。此外,CH、LH、脯氨酸、甘氨酸和谷氨酰胺的添加也可以促進(jìn)愈傷組織的誘導(dǎo)、體細(xì)胞胚的形成和生長(zhǎng)。
范曉明等[94]將接種的攸縣油茶花藥置于(25±3)℃條件下暗培養(yǎng)25d后,再移至自控光照培養(yǎng)架上培養(yǎng),光照時(shí)間12h/d,光照強(qiáng)度2000lx,發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基添加物以AgNO3效果最優(yōu),誘導(dǎo)率最高為81.02%,繼代增殖培養(yǎng)基配以MS+6-BA2.00mg/L+NAA0.05mg/L為最佳。
侯辛辛[41]的研究結(jié)果表明適宜海南油茶花藥胚性愈傷組織誘導(dǎo)的初代培養(yǎng)基為改良MS+2,4-D2.0mg/L+ZT2.0mg/L,胚性愈傷組織在1/2改良MS+6-BA2.0mg/L+ZT1.0mg/L+NAA0.5mg/L培養(yǎng)基中暗培養(yǎng)可有效增殖,并分化出體細(xì)胞胚,體細(xì)胞胚在1/2改良MS+6-BA0.5mg/L+NAA0.1mg/L培養(yǎng)基上可誘導(dǎo)成熟和萌發(fā)形成再生植株,但誘導(dǎo)率較低,培養(yǎng)基配比仍有待進(jìn)一步優(yōu)化。其花藥培養(yǎng)條件為暗培養(yǎng),溫度為(25±2)℃。在暗培養(yǎng)條件下愈傷組織快速增殖,在光照培養(yǎng)下愈傷組織增殖緩慢,且大部分呈現(xiàn)褐色或壞死狀態(tài),僅少部分為胚性愈傷組織狀態(tài)。暗培養(yǎng)條件對(duì)胚性愈傷組織維持和增殖更有利。
韓春霞等[100]發(fā)現(xiàn)普通油茶品種‘華金’‘華碩’‘華鑫’的花藥愈傷組織誘導(dǎo)最佳培養(yǎng)基分別為MS(去NH4+)+NAA0.5mg/L+KT2mg/L、MS(去NH4+)+NAA2mg/L+KT0.5mg/L、MS(去NH4+)+NAA1mg/L+KT2mg/L,花藥愈傷組織誘導(dǎo)率分別達(dá)到94.80%、47.78%和75.00%;誘導(dǎo)胚性愈傷組織最佳配方為MS(去NH4+)+3%蔗糖+0.8%瓊脂+2,4-D5μmol/L+KT5μmol/L+谷氨酰胺800mg/L+絲氨酸200mg/L,‘華金’‘華碩’‘華鑫’花藥胚性愈傷組織的誘導(dǎo)率分別是36.00%、56.33%、8.25%。
此外,靳皓然[101]探索了采用油茶未授粉子房和胚珠誘導(dǎo)單倍體,發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)子房愈傷組織的最適培養(yǎng)基為MS+蔗糖60g/L+瓊脂7g/L+NAA0.3mg/L+TDZ2.0mg/L,未授粉胚珠誘導(dǎo)愈傷組織的最適培養(yǎng)基為MS+蔗糖40g/L+瓊脂7g/L+NAA1.0mg/L+TDZ2.0mg/L。
3.4褐變問題
油茶花藥組織培養(yǎng)同樣存在褐變問題,因此,有效控制褐變成為油茶花藥培養(yǎng)的關(guān)鍵[102]。李建安等[95]發(fā)現(xiàn)小果油茶和廣寧紅花油茶的花藥愈傷組織誘導(dǎo)能力差異十分明顯,廣寧紅花油茶花藥愈傷組織容易誘導(dǎo),而小果油茶誘導(dǎo)困難。小果油茶花藥在接種后第3天出現(xiàn)明顯褐化,10d后所有花藥均呈黑褐色,而廣寧紅花油茶花藥接種后未出現(xiàn)褐化現(xiàn)象,因此花藥褐化是小果油茶花藥愈傷組織發(fā)生的限制因素。聞麗[92]的研究結(jié)果也表明,不同油茶物種花藥的褐化程度不同。愈傷組織誘導(dǎo)率較高的普通油茶和小果油茶的花藥褐化程度較低,越南油茶花藥褐化程度也相對(duì)較低,其次是廣寧紅花油茶、騰沖紅花油茶、宛田紅花油茶、浙江紅花油茶,最高是攸縣油茶。一般褐化情況越嚴(yán)重,愈傷組織誘導(dǎo)率越低。預(yù)處理時(shí)長(zhǎng)對(duì)組織褐化基本上無(wú)影響。油茶花藥褐化愈傷組織的組織化學(xué)分析結(jié)果表明:無(wú)褐化愈傷組織的細(xì)胞含淀粉、脂滴相對(duì)較多,這些物質(zhì)在褐化愈傷組織細(xì)胞的含量相對(duì)較少;褐化愈傷組織細(xì)胞中單寧類物質(zhì)、過氧化物酶含量相對(duì)較多,而在無(wú)褐化愈傷組織細(xì)胞中含量相對(duì)較少[103]。
4展望
油茶種苗繁育方法包括實(shí)生繁育、扦插繁育、嫁接繁育和組織培養(yǎng)繁育[104-107]。雖然研究結(jié)果表明經(jīng)組織培養(yǎng)產(chǎn)生的再生植株能夠保持原無(wú)性系的優(yōu)良特性[15,71,108],但由于油茶外植體表面消毒困難、褐化嚴(yán)重及生根困難等,還未能實(shí)現(xiàn)利用組織培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行工廠化快繁。消毒困難和褐化問題相對(duì)容易解決,而生根困難則主要是由于木本植物本身的生理狀態(tài),外植體培養(yǎng)反應(yīng)性差。在采集外植體時(shí),盡量采集樹體下部的萌條(更接近幼態(tài)),或采取措施促進(jìn)主莖基部萌芽,然后再取主莖基部產(chǎn)生的萌條來培養(yǎng)[68]。
由于油茶組織培養(yǎng)和植株再生比較困難,在利用組織培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行油茶生物育種方面,目前僅見Li等[109]報(bào)道普通油茶葉肉原生質(zhì)體分離和PEG介導(dǎo)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)化方法和Lin等[110]報(bào)道普通油茶花瓣原生質(zhì)體分離和PEG介導(dǎo)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)化方法,尚未見油茶穩(wěn)定轉(zhuǎn)化方法的報(bào)道。目前,有關(guān)油茶基因組組裝和測(cè)序、重要性狀的關(guān)鍵基因克隆方面的研究取得不少進(jìn)展[111-114]。未來油茶基因工程與基因編輯的應(yīng)用仍將有賴于油茶組織培養(yǎng)和植株再生技術(shù)的突破,因此應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)油茶組織培養(yǎng)研究。