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生长素在芦笋组培扩繁体系中的影响

2022-03-22 来源:易榕旅网
第6期 华东师范大学学报(自然科学版) No.6 2010年11月 Journal of East China Normal University(Natural Science) Nov.2010 文章编号:1000-5641(2010)06—0101—108 生长素在芦笋组培扩繁体系中的影响 王婧宇, 张雪平, 杨 如, 李小方 (华东师范大学生命科学学院,上海200062) 摘要:对芦笋UC308侧芽增殖和生根诱导中生长素的作用规律进行研究.发现不添加任何外 源生长素,芦笋仍有较高的侧芽萌发率;而对于愈伤组织的形成,外源生长素是必不可少的.使 用0.05 mg/L NAA进行侧芽诱导,浓度为1.0 mg/L NAA进行愈伤组织的诱导较为适宜.在 侧芽诱导过程中,NAA浓度大于2.0 mg/L时,不会对后期的不定根的形成产生影响.比较4种 生长素IAA,NAA,IBA和2,4-D对芦笋生根诱导效果,发现IBA最为适宜,2,4一D对芦笋生根 无明显促进作用. 关键词:芦笋;生长素;组织培养;生根 中图分类号:Q94 文献标识码:A Effects of auxins on the propagation of Asparagus officinalis L. WANG Jing—yu, ZHANG Xue—ping, YANG Ru, LI Xiao—fang (School of Life Science,East China Normal University,Shanghai 200062,China) Abstract:The roles of auxin played in the propagation of asparagus were studied.Exogenous auxin was necessary for the formation of calli,while it wasn’t necessary during proliferation of shoots.The best induction of shoots was achieved with 0.05 mg/L NAA,and more calli induc一 tion needed over 1.0 mg/L NAA.The concentration of NAA in the regeneration of shoots hadn’ t further influence on rooting.Comparing the four sorts of auxins,NAA,IAA,IBA and 2,4-D during roots induction of asparagus,IBA is the best choice both in the quality and rate of too— ting. Key words: asparagus; auxin;tissue culture; rooting 0 引 言 芦笋(Asparagus officinalis L.)又名石刁柏、龙须菜,是百合科天门冬属多年生草本植 物,其富含天门冬酰胺、芦笋苷以及多种甾体皂苷成分,对癌症、高血压、心脏病等有特殊疗 效 ,是我国重要的创汇作物之一.芦笋雌雄异株,利用种子繁殖,周期长,进口种子价格高, 这导致国内芦笋生产受到一定程度的制约.利用组织培养的技术可以保存亲本的优良品质, 收稿日期:2010-01 基金项目:上海市科委专项重点项目(07DZ12043) 第一作者:王婧宇,女,硕士研究生,研究方向为植物分子生物学.E—mail:51071300015@ecnu.cn. 通讯作者:李小方,女,副教授,研究方向为植物分子生物学.E-mail:xfli@bio.ecnu.cn. 102 华东师范大学学报(自然科学版) 快速获得大量组培苗,在一定程度上降低种植成本. 在芦笋组培研究中,由于不同基因型的芦笋对培养基组成成分和激素要求不 ],每 一个新品种组培体系的建立几乎都经历一个全新的探索过程,这极大地增加了组培体系建 立的时间和成本.在组织培养众多影响因素中,生长素是一类重要的、不可或缺的激素,尤其 在脱分化和不定根诱导阶段,对多数植物来讲生长素都起着关键的作用E4,s3,即使在芽诱导 中,少量的生长素也能起到促进作用.本文以芦笋UC308为实验材料,研究贯穿芦笋组培各 个阶段生长素在其中的作用规律,以缩小在今后工作中生长素筛选的范围. 1材料与方法 1.1 材料 芦笋UC308 F1种子,30℃温水浸种2 d后,经75 酒精消毒10 s,25%次氯酸钠消毒 15 min后,无菌水冲洗4~5次,播种在1/2 MS培养基上,(22±2)℃,24 h光照培养,30 d 左右可获得无菌苗. 1.2方法 1.2.1 NAA在侧芽和愈伤诱导中的影响 以MS+0.5 mg/L BA+3 蔗糖+0.55 琼脂为基本培养基,添加NAA浓度分别为: 0,0.05,0.2,0.5,1.0,2.0 mg/L.取UC308无菌苗的幼嫩茎节,约1.5 cm,竖直插入上 述培养基,每种处理样本数大于3O个,观察其侧芽和愈伤的形成情况.外植体侧芽分化百分 率:分化侧芽的外植体数/总外植体数X 100 ;平均侧芽数:长度大于1 em较为粗壮的芽 总数/总外植体数;愈伤形成率=愈伤组织数/总外植体数×100 . 不同浓度NAA培养基上诱导的第一代侧芽,截取茎节,置于与其第一代相同的培养基 上培养,观察同种培养基上继代增殖的情况. 1.2.2诱导侧芽的NAA浓度对生根培养的影响 将由不同NAA浓度诱导的第二代侧芽置于生根培养基MS+0.02 mg/L BA+ 1.0 mg/L pp333+0.2 mg/L NAA+3 蔗糖+0.55 琼脂中诱导生根,15 d后,转入MS+ 0.02 mg/L BA+3 蔗糖+0.55%琼脂中培养,统计生根情况. 1.2.3不同生长素对芦笋生根诱导的影响 将在0.2 mg/L NAA培养基上诱导的第二代侧芽接种到生根培养基中,诱导15 d后, 转入MS+0.02 mg/L BA+3 蔗糖+0.55%琼脂中培养,统计生根情况.生根培养基为 MS+0.02 mg/L BA+1.0 mg/L pp333+3%蔗糖+0.55 琼脂,添加不同种类和不同浓度 的生长素,生长素种类有:NAA,IAA,IBA,2,4 D r所设浓度梯度为:0.2,0.5和1.0 mg/L ̄以 不添加任何生长素的培养基作为空白对照. 1.2.4分析方法 以上所有处理样本数均大于30,实验至少重复3次,数据采用SPSS统计分析软件和 EXCEL进行分析. 2结果与分析 2.1 NAA对芦笋侧芽和愈伤诱导的影响 将芦笋幼嫩茎节接种于含0.5 mg/L 6-BA并添加不同浓度的NAA培养基中,结果发 第6期 王婧宇,等:生长素在芦笋组培扩繁体系中的影响 103 现,第一代芦笋茎节在接种的第7天就已经开始侧芽分化;到第14天,低浓度NAA处理的 茎节侧芽分化率可超过80 ;培养28 d,即使不添加任何生长素,芦笋侧芽分化率也可达 86.86 ,说明外源生长素并不是芦笋侧芽分化所必需的条件;添加少量的NAA可以进一 步提高外植体的侧芽分化率,在实验的NAA浓度中,0.2 mg/L NAA处理的侧芽分化率最 高,可达到94.73 .但当NAA的浓度>O.5 mg/L时,外植体的分化率开始受到外源生长 素的抑制(见图1).对28 d时外植体侧芽分化率进行卡方检验发现,在0~2.0 mg/L的范 ∞ ∞ \料求 抵蕃 靶 ∞如 如围内,NAA浓度对侧芽的萌发率有极其显著的影响, =30.785,P=0.000,但低浓度如 0~O.5 mg/L之间,高浓度如1.0~2.0 mg/L NAA处理之间并无显著差异,其转折点在 NAA浓度为I.0 mg/L处,与0.5 mg/L处理存在显著差异, 。=4.796,P=0.029.在与第 一代侧芽相同的激素水平下诱导第二代侧芽仍存在相似的规律(见图2),低浓度的NAA可 促进侧芽分化,而高浓度的NAA抑制侧芽的形成,当NAA浓度为0.05 mg/L时,1O0 的 外植体都可分化出侧芽,0.5 mg/L和1.0 mg/L NAA之间存在显著性差异, =8.669, P=0.03.对两代侧芽分化率进行卡方检验,P值均大于0.05,两代问无显著差异,可见 NAA对侧芽分化率存在比较稳定的影响,不因培养代数的改变而发生较大变化.对接种 28 d每个外植体分化的平均侧芽数进行统计发现,不添加外源NAA的培养基中第一代平 均侧芽数最多,随着外源NAA浓度的升高这一数值逐渐降低(见图3);第二代平均侧芽数 在0.05 mg/L NAA处理中明显超过其它浓度水平,可达到每个外植体形成3.5个侧芽,在 超过0.05 mg/L NAA后,随外源NAA浓度的升高而降低;从总体上来看,第二代平均侧芽 数高于第一代(见图3).由于芦笋组培芽增殖一次后生根效率最高 ],因而在不考虑芽诱导 培养基对生根影响的前提下,选用NAA为0.05 mg/L的培养基进行侧芽的诱导和继代,可 以在一定程度上提高芦笋的组培扩繁率. 口0 mg/L ■O.05mg/L 日0.2mg/L 皿0.5mg/L 口1 rngCc 口2 m L 生长天数,d 图1 NAA浓度对不同时期第一代外植体侧芽分化百分率的影响 Fig.1 The effect of NAA concentration on the percentage of adventitious shoot bud induction out of the first explant over time 对芦笋愈伤组织的形成而言,外源生长素是必不可少的,不添加生长素则无任何愈伤形 成,随着NAA浓度的升高,形成愈伤组织的百分率逐渐升高,当NAA浓度为2.0 mg/L 时,诱导愈伤率可达到45.2 (见图4),明显高于其它低浓度的培养基.在研究中发现,诱导 愈伤的外植体可选用没有茎节的茎间部分,平放人培养基中,增大外植体与培养基的接触面 104 华东师范大学学报(自然科学版) 积,这样可以充分利用外植体并提高愈伤组织形成率.第二代愈伤组织形成情况与第一代相 同,在无外源生长素时仍无愈伤形成,总体上愈伤形成率随NAA浓度的升高而增加, 0.2 mg/L- ̄0.5 mg/L NAA的愈伤百分率间存在显著性差异, 。:4.012,P:0.045, NAA浓度>/0.5 mg/L时,愈伤形成率无显著性差异.第二代愈伤形成率均大于第一代,但 卡方检验无显著差异,P值均大于0.05(见图4). \料 妞 抵阜 、 撤蘑霸 4 3 3 2 2 l 加 ∞ 舳 ∞ ∞ 加 0 O 5 O 5 O 5 口第一代 口第二代 0.00 0.05 0.20 0.50 1.00 2 00 NAA浓度/(mg・L- 1 图2 NAA浓度对外植体侧芽分化百分率的影响 Fig.2 The effect of NAA concentration on the percentage of adventitious shoot bud induction at 28th day 代 代 1.O 0.5 O.OO O.O5 0.20 O.50 1.O0 2.OO NAA浓度/(mg・L- 1 图3 NAA浓度对诱导侧芽的影响 Fig.3 The effect of NAA concentration on the mean number of shoots developed within 28 days 2.2诱导侧芽的NAA浓度对生根培养的影响 将前期不同浓度NAA诱导的侧芽接种于同种生根培养基上诱导生根,由图5可见,除 浓度为2.0 mg/L的处理之外,其它浓度NAA诱导的侧芽在生根率上并无显著性差异,由 此可见,尽管前期诱导所用不同浓度的生长素会显著影响侧芽分化率,但低于1.0 mg/L的 NAA处理并不会明显改变所形成的侧芽对后期生根处理中激素的响应,因而在选择生根 所用外植体时,可以选择侧芽萌发率最高的诱导方式,对于UC308来说,在芦笋侧芽的诱导 第6期 王婧字,等:生长素在芦笋组培扩繁体系中的影响 105 和继代培养中选择侧芽形成率最高的0.05 mg/L NAA即可.2.0 mg/L NAA诱导的侧芽 生根率显著低于其它浓度处理,可能与其直径较为纤细,生长状态不佳,以及前期累积的生 长素过多抑制生根有关. ∞ 如 ∞ 如 加 m 0 {}{卜 求 口第一代 口第二代 接 0.00 0 05 0_20 0.50 1.00 2.00 NAA浓度/(mg・L一1 图4 NAA浓度对愈伤组织形成的影响 Fig.4 The effect of NAA concentration on the percentage of calli induced within 28 days 45 a a 40 35 a a a o 褂25 裔20 等15 b 10 O 。 0.0O 0.05 0.20 0.50 1.00 2.00 NAA浓度/(mg・L- 图5诱导侧芽的不同NAA浓度对生根率的影响 Fig.5 The effect of NAA concentration used for the shoot bud induction on the rooting rate 注:经卡方检验,a,b间P<0.05,存在显著性差异 2.3不同生长素对芦笋生根诱导的影响 芦笋在不添加任何生长素的对照处理下,少量个体仍可生根,生根率较低,添加生长素 NAA,IAA和IBA可以显著提高生根率(见图6).在实验所设的3种生长素浓度中,芦笋对 NAA最为敏感,在0.2 mg/L的NAA处理下就达到其最高生根率,其生根率为35.48 , IAA和IBA则在浓度为0.5 mg/L时达到最高生根率28.57 和53.33 .之后随着外源生 长素浓度增加,生根率下降.2,4-D在所设浓度下未表现出对生根的促进作用.在出根时间 和根的形态上,NAA,IAA和IBA这3种生长素之间也存在差异,IAA和IBA诱导下根形 成较早,生根处理15 d左右,即可见不定根形成,而NAA诱导出根较晚.如图7,IBA和 IAA所诱导的根,其与茎的连接处无可见的愈伤组织;而NAA诱导下,早期可见茎的末端 第6期 王婧宇,等:生长素在芦笋组培扩繁体系中的影响 107 3 讨 论 生长素在芦笋芽和愈伤诱导中的作用规律符合其在组培中的一般规律,即低浓度的生 长素有利于芽的生长,高浓度的生长素促进愈伤组织的形成.芦笋芽的诱导并不是其组培中 的难点,不同品种问诱导侧芽分化的激素种类及水平虽不尽相同,但多处于一个较为相近的 范围内,如徐化凌等 在耐盐芦笋组培快繁技术研究中用于芽分化的NAA浓度为 0.2 mg/L;李祖鑫等 使用0.05 mg/L的IAA进行芽的分化;张元国等 在启动培养基中 不使用生长素,增殖培养基中则添加0.05 mg/L NAA.从实验结果可见,当NAA浓度O~ 0.5 mg/L时外植体侧芽分化率无显著差异,即在这一范围内,外源生长素并不会打破芦笋 茎节分化侧芽所需的内源激素平衡,当生长素NAA浓度达到1.0 mg/L时,这~平衡即被 打破,芦笋外植体细胞更倾向于脱分化的途径发育形成愈伤组织.生长素在芦笋愈伤的诱导 中是不可或缺的重要因素,赵洁等在研究也发现无外源生长素,芦笋外植体并不形成愈伤, 使用2,4-D和NAA都可获得较高的愈伤诱导率_】 ,但2,4一D诱导的愈伤组织多属于诱导 胚性愈伤,不易进行芽的分化 成率和形态产生影响. 芦笋生根诱导是其组培扩繁的瓶颈,以往的研究发现进行继代培养 和添加赤霉素抑 制剂都可有效的提高芦笋生根率 ,但不可忽视生长素仍是促进不定根形成的主要激 ],因而选用NAA进行愈伤组织的诱导.本实验中NAA 浓度在0.5~2.0 mg/L之间都可得到较高的诱导率,但应注意BA浓度的变化也会对其形 素_1 .IAA,NAA,IBA和2,4-D是一类人工合成的生长素类似物,其对芦笋生根的影响有 所不同,选择适当的生长素种类和浓度可促进生根率的显著提高.由实验结果可见,在4种 生长素中,单独使用时,2,4-D对芦笋生根无明显促进作用,赵洁等口叩在利用2,4-D诱导芦 笋愈伤组织生根时,所获得的生根率也是在1O 左右.NAA在生根诱导中会产生大量的愈 伤组织,可能与它适于芦笋细胞脱分化诱导有一定的关系.IBA更适合于芦笋生根诱导,可 能是由于其性质较IAA更为稳定,且不易诱导芦笋细胞脱分化形成愈伤而影响根的形成和 生长.总的来看,单独的生长素诱导生根都不甚理想,在我们的实验体系中生根率最高也不 足60 ,个别单独使用IBA诱导UC308使得生根率达到90 以上 的结论很难重复出 来,因此在成功报道芦笋生根方面常常是两种或三种生长素组合搭配使用,会普遍提高其生 根率 ̄i6,i7]. 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