劉海濤,劉玲,呂沙妹
(1.淮南師范學(xué)院生物工程學(xué)院,安徽 淮南 232038;2.資源與環(huán)境生物技術(shù)安徽普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 淮南 232038)
梔子屬(Gardenia Ellis.)植物分布廣泛,在熱帶、亞熱帶及溫帶地區(qū)均有栽培或野生植株,具有觀賞[1]、藥用[2-7]、制作飲料[8]、提煉油脂和香料等多種用途[9],具有較大的開(kāi)發(fā)潛力.小葉梔子(Gardenia jasminoidesEllis.var.radicans)為茜草科梔子屬植物中梔子(Gardenia jasminoidesEllis.)的一個(gè)栽培變種,為葉小濃密、花白具有濃郁香氣的常綠灌木,是優(yōu)良的園林綠化景觀植物,應(yīng)用前景廣泛.前人多利用有性、營(yíng)養(yǎng)繁殖方式產(chǎn)生小葉梔子幼苗,但總體上成活率較低,難以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求.
近年來(lái),植物組織培養(yǎng)技術(shù)日趨成熟,已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)[10]、園林[11]、園藝[12]、林業(yè)[13]、工業(yè)[14]和植物化學(xué)物質(zhì)生產(chǎn)[15]等諸多領(lǐng)域.迄今為止,對(duì)于梔子屬植物再生體系的研究多見(jiàn)于利用莖段[16-17]、葉片[18]、果皮[19]、種子或種子團(tuán)[20]等材料作為外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)以獲得再生植株的研究,而利用無(wú)菌葉片和頂芽做為外植體進(jìn)行木本植物組織培養(yǎng)的研究較少.小葉梔子具有較高的研究?jī)r(jià)值及應(yīng)用前景,但目前國(guó)內(nèi)外利用組織培養(yǎng)建立再生體系的研究多集中在梔子屬其它物種,針對(duì)小葉梔子的離體快繁技術(shù)的研究鮮見(jiàn).因此,本研究利用小葉梔子的無(wú)菌葉片和頂芽為外植體,通過(guò)不同質(zhì)量濃度、種類(lèi)的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑配比,以期建立小葉梔子的組織培養(yǎng)再生體系,為大規(guī)模擴(kuò)繁小葉梔子幼苗提供理論參考與技術(shù)支持.
于2022 年5 月中旬天氣晴朗的上午10 時(shí)左右,在淮南師范學(xué)院小葉梔子培養(yǎng)基地的向陽(yáng)面,采集生長(zhǎng)健壯且無(wú)病蟲(chóng)害的當(dāng)年生具頂芽的小葉梔子枝條(長(zhǎng)3 cm 左右),放入收納盒后帶回實(shí)驗(yàn)室;用剪刀去除枝條上、頂芽外部的葉片,5%洗衣液浸泡30 min 后,用清水沖洗數(shù)遍,直至無(wú)泡沫,用紗布包裹去葉頂芽,流水緩慢沖洗1 h,將雜質(zhì)和灰塵清洗干凈,放置備用.
于超凈工作臺(tái)(智誠(chéng)ZHJH-C112B,購(gòu)自北京創(chuàng)博環(huán)球生物科技有限公司)上,將前期處理好的頂芽置于無(wú)菌瓶中,75%的乙醇、0.1%的HgCl2溶液依次浸泡30 s、8 min,無(wú)菌水沖洗6 遍后用滅菌刀片切去木質(zhì)化的莖段,保留0.5 cm 長(zhǎng)的頂芽,分別置于50 mg/L 氨芐西林鈉+50 mg/L 硫酸鏈霉素的1∶1 混合溶液(處理1)和200 mg/L 的頭孢霉素溶液(處理2)(均購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司)中浸泡30 s 后接種于啟動(dòng)培養(yǎng)基上,啟動(dòng)培養(yǎng)基為不加植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的MS 培養(yǎng)基(pH5.8),設(shè)置空白對(duì)照組.每組處理接種30 瓶,每瓶接種2 個(gè)頂芽.在無(wú)菌室內(nèi),培養(yǎng)環(huán)境為25 ℃、16/8 h(光照/黑暗)、光照強(qiáng)度1 500 lx.接種30 d 后統(tǒng)計(jì)外植體污染率.
以MS 為基本培養(yǎng)基,添加不同質(zhì)量濃度的2,4-D(1.0 mg/L、2.0 mg/L、3.0 mg/L)和6-BA(0.5 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L),兩種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑正交,共9 個(gè)處理(Y1-Y9).在超凈工作臺(tái)上,將啟動(dòng)培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的頂芽展開(kāi)的無(wú)菌葉片切成大小約5 mm×5 mm 的小塊,將新長(zhǎng)出的芽的底端切除一小部分,分別接種到愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)基中.每種處理重復(fù)15 次,每瓶接種2 個(gè)葉片或2 個(gè)頂芽.培養(yǎng)條件:25 ℃,遮光處理.定期觀察、統(tǒng)計(jì)兩種外植體最早出傷時(shí)間、愈傷組織狀況,并于出傷后2 周統(tǒng)計(jì)愈傷組織誘導(dǎo)率.在確定愈傷組織最佳誘導(dǎo)條件的基礎(chǔ)上,對(duì)誘導(dǎo)產(chǎn)生的愈傷組織進(jìn)行增殖培養(yǎng).培養(yǎng)條件同上.
以MS 為基本培養(yǎng)基,添加不同質(zhì)量濃度的NAA(0.03 mg/L、0.05 mg/L、0.08 mg/L)和6-BA(1.2 mg/L、1.5 mg/L、1.8 mg/L),兩種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑正交,共9 個(gè)處理(F1-F9).在超凈工作臺(tái)上,將誘導(dǎo)培養(yǎng)基上產(chǎn)生的愈傷組織切成5 mm×5 mm×5 mm 的小塊,接種至分化培養(yǎng)基上,進(jìn)行分化培養(yǎng).每種處理重復(fù)15次,每瓶接種2 塊愈傷組織.培養(yǎng)條件同上.出芽30 d 后統(tǒng)計(jì)愈傷組織分化率.
以1/2 MS 培養(yǎng)基為基本培養(yǎng)基,添加不同質(zhì)量濃度的NAA(0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.15 mg/L)和IBA(0 mg/L、0.1 mg/L、0.5 mg/L),兩種植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑正交,共9 個(gè)處理(G1-G9).在超凈工作臺(tái)上,將分化培養(yǎng)基上分化出的芽從基部切下,轉(zhuǎn)接至生根培養(yǎng)基中,進(jìn)行生根培養(yǎng).每種處理重復(fù)15 次,每瓶接種2 個(gè)不定芽.培養(yǎng)條件同上.從第一瓶苗生根30 d 后統(tǒng)計(jì)再生苗生根率.
用SPSS19.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,利用SNK 法對(duì)數(shù)據(jù)均值進(jìn)行多重比較,并對(duì)影響因變量的各因素進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析.
不同質(zhì)量濃度抗生素對(duì)外植體的雜菌抑制作用結(jié)果見(jiàn)表1.
表1 不同質(zhì)量濃度抗生素對(duì)外植體的雜菌抑制作用Tab.1 Mixed bacterium inhibition of antibiotics with different concentrations on explant
由表1 可知,不使用抗生素的外植體污染率最高,達(dá)到了73.33%,處理2 次之,污染率達(dá)53.33%,處理1 的效果最好,污染率僅為25.00%.與處理1 相比,對(duì)照組和處理2 的污染率分別達(dá)到了處理1 的2.93 倍和2.13 倍.
對(duì)比三組處理的外植體生長(zhǎng)狀況(圖1)可見(jiàn),處理1 和對(duì)照組中的無(wú)菌苗生長(zhǎng)狀況較好,處理2 中的無(wú)菌苗生長(zhǎng)狀況相對(duì)較差,說(shuō)明200 mg/L 的頭孢霉素對(duì)植物生長(zhǎng)有一定的抑制作用.
圖1 不同抑菌劑下外植體的生長(zhǎng)狀況Fig.1 growth statusof explant under different bacteriostatic agent
不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合對(duì)小葉梔子愈傷組織誘導(dǎo)的影響結(jié)果見(jiàn)表2.
表2 不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合對(duì)小葉梔子愈傷組織誘導(dǎo)的影響Tab.2 Effects of callus tissue induction of Gardenia jasminoides Ellis.var.radicans on different combination plant growth regulators
由表2 可知,去葉無(wú)菌頂芽的最快出傷時(shí)間在接種后的第10 d,而無(wú)菌葉片的最快出傷時(shí)間在接種后的第18 d.對(duì)兩種外植體的最早出傷時(shí)間和愈傷組織誘導(dǎo)率進(jìn)行綜合分析可知,芽比葉片更適宜進(jìn)行愈傷組織的誘導(dǎo),且對(duì)于兩種外植體而言,2,4-D 質(zhì)量濃度在3.0 mg/L 時(shí),愈傷組織誘導(dǎo)率最高只達(dá)到60%;2,4-D 質(zhì)量濃度為2.0 mg/L 時(shí),各處理組愈傷組織誘導(dǎo)效果較好,2,4-D 保持最佳水平,6-BA 質(zhì)量濃度設(shè)置0.5 mg/L,愈傷組織誘導(dǎo)效果最好.因此,兩種外植體最佳培養(yǎng)基配方組合皆為Y4 號(hào)處理(MS培養(yǎng)基+2.0 mg/L 2,4-D+0.5 mg/L 6-BA),去葉無(wú)菌頂芽的愈傷組織誘導(dǎo)率可達(dá)93.3%,無(wú)菌葉片的愈傷組織誘導(dǎo)率亦可達(dá)90%,愈傷組織生長(zhǎng)狀況和增殖狀況皆處于良好狀態(tài)(見(jiàn)圖2).
圖2 無(wú)菌外植體誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織與愈傷組織增殖情況Fig.2 Callus tissue induction status under different sterile explant and callus tissue proliferation status
影響愈傷組織誘導(dǎo)率各因素方差分析結(jié)果見(jiàn)表3.
表3 影響愈傷組織誘導(dǎo)率各因素方差分析結(jié)果Tab.3 Between-subjects effects tests for influencing factors of callus tissue induction rate
由表3 可知,不同2,4-D質(zhì)量濃度和不同6-BA質(zhì)量濃度對(duì)愈傷組織誘導(dǎo)率均有極顯著影響(P<0.01).多重比較結(jié)果顯示,3 種2,4-D 質(zhì)量濃度和3 種6-BA 質(zhì)量濃度間的愈傷組織誘導(dǎo)率均存在極顯著差異(P<0.01).
相關(guān)分析結(jié)果見(jiàn)表4.由表4 可知:2,4-D 與愈傷組織誘導(dǎo)率的偏相關(guān)系數(shù)為-0.721*(P<0.05),兩者具有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;6-BA 與愈傷組織誘導(dǎo)率的偏相關(guān)系數(shù)為-0.547(P>0.05),兩者不存在顯著相關(guān)關(guān)系;2,4-D 與6-BA 的偏相關(guān)系數(shù)為-0.394(P>0.05),兩者不存在顯著相關(guān)關(guān)系.
表4 愈傷組織誘導(dǎo)中控制各因素的偏相關(guān)分析結(jié)果Tab.4 Partial correlation analysis results of controlling factors in callus tissue induction
不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合對(duì)小葉梔子愈傷組織分化的影響結(jié)果見(jiàn)表5.
表5 不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合對(duì)小葉梔子愈傷組織分化的影響Tab.5 Effects of callus tissue differentiation of Gardenia jasminoides Ellis.var.radicans on different combination plant growth regulators
由表5 可知,當(dāng)NAA 質(zhì)量濃度為0.08 mg/L 時(shí),愈傷組織分化率最高只達(dá)到43.3%,在此質(zhì)量濃度下,6-BA 質(zhì)量濃度設(shè)置為1.2 mg/L,愈傷組織分化率低至16.7%,說(shuō)明6-BA 質(zhì)量濃度過(guò)低,會(huì)嚴(yán)重影響NAA 作用的發(fā)揮;當(dāng)NAA 質(zhì)量濃度為0.05 mg/L 時(shí),愈傷組織分化率普遍較高,在此質(zhì)量濃度下,6-BA質(zhì)量濃度設(shè)置1.8 mg/L,愈傷組織分化率最高,達(dá)到96.7%.因此,最適宜進(jìn)行愈傷組織分化的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合為F6 號(hào)處理(MS 培養(yǎng)基+0.05 mg/L NAA+1.8 mg/L 6-BA),且該處理分化的芽及獲得的無(wú)根再生苗皆處于最佳狀態(tài)(見(jiàn)圖3).
圖3 愈傷組織分化狀況Fig.3 Differentiation status of callus tissue
影響愈傷組織分化率各因素方差分析結(jié)果見(jiàn)表6.
表6 影響愈傷組織分化率各因素方差分析結(jié)果Tab.6 Between-subjects effects tests for influencing factors of callus tissue differentiation rate
由表6 可知,不同NAA 質(zhì)量濃度和不同6-BA 質(zhì)量濃度對(duì)愈傷組織分化率均有極顯著影響(P<0.01).多重比較結(jié)果顯示,0.08 mg/L 的NAA 質(zhì)量濃度與0.03 mg/L、0.05 mg/L 的NAA 質(zhì)量濃度的愈傷組織分化率存在極顯著差異(P<0.01),0.03 mg/L、0.05 mg/L 的NAA 質(zhì)量濃度的愈傷組織分化率差異不顯著(P>0.05);1.2 mg/L 的6-BA 質(zhì)量濃度與1.5 mg/L 的6-BA 質(zhì)量濃度的愈傷組織分化率存在顯著差異(P<0.05),與1.8 mg/L 的6-BA 質(zhì)量濃度的愈傷組織分化率存在極顯著差異(P<0.01),1.5 mg/L 的6-BA 質(zhì)量濃度與1.8 mg/L 的6-BA 質(zhì)量濃度的愈傷組織分化率差異不顯著(P>0.05).
相關(guān)分析結(jié)果見(jiàn)表7.由表7 可知:NAA 與愈傷組織分化率的偏相關(guān)系數(shù)為-0.692(P>0.05),兩者不存在顯著相關(guān)關(guān)系;6-BA 愈傷組織分化率的偏相關(guān)系數(shù)為0.716*(P<0.05),兩者具有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;NAA 與6-BA 的偏相關(guān)系數(shù)為0.469(P>0.05),兩者不存在顯著相關(guān)關(guān)系.
表7 愈傷組織分化中控制各因素的偏相關(guān)分析結(jié)果Tab.7 Partial correlation analysis results of controlling factors in callus tissue differentiation
不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合對(duì)小葉梔子再生苗生根的影響結(jié)果見(jiàn)表8.
表8 不同植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合對(duì)小葉梔子再生苗生根的影響Tab.8 Effects of rooting of regenerated plantlets of Gardenia jasminoides Ellis.var.radicans on different combination plant growth regulators
由表8 可知,在不添加IBA 且NAA 質(zhì)量濃度在0.05 mg/L 時(shí),再生苗生根率最高僅達(dá)到3.33%;在IBA 質(zhì)量濃度為0.5 mg/L 時(shí),生根率普遍較高,NAA 質(zhì)量濃度設(shè)置為0.10 mg/L 時(shí),效果最好,再生苗生根率達(dá)到26.67%.因此,最適宜進(jìn)行再生苗生根的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑組合為G6 號(hào)處理(1/2 MS 培養(yǎng)基+0.10 mg/L NAA+0.50 mg/L IBA),且該處理下的再生苗產(chǎn)生不定根和再生苗生長(zhǎng)情況皆處于最佳狀態(tài)(見(jiàn)圖4).
圖4 再生苗產(chǎn)生不定根Fig.4 Adventitious root status of regenerated plantlets
影響無(wú)菌無(wú)根苗生根率各因素方差分析結(jié)果見(jiàn)表9.
表9 影響無(wú)菌無(wú)根苗生根率各因素方差分析結(jié)果Tab.9 Between-subjects effects tests for influencing factors of sterile rootless seedlings rooting rate
由表9 可知,不同NAA 質(zhì)量濃度對(duì)無(wú)菌無(wú)根苗生根率無(wú)顯著影響(P>0.05),不同IBA 質(zhì)量濃度對(duì)無(wú)菌無(wú)根苗生根率有顯著影響(P<0.05),因此,只需對(duì)IBA 質(zhì)量濃度的不同水平的均值進(jìn)行多重比較即可.多重比較的結(jié)果顯示,0.00 mg/L 的IBA 質(zhì)量濃度與0.50 mg/L 的IBA 質(zhì)量濃度的無(wú)菌無(wú)根苗生根率存在顯著差異(P<0.05),0.00 mg/L 的IBA 質(zhì)量濃度與0.10 mg/L 的IBA 質(zhì)量濃度以及0.10 mg/L 的IBA 質(zhì)量濃度與0.50 mg/L 的IBA 質(zhì)量濃度的無(wú)菌無(wú)根苗生根率差異不顯著(P>0.05).
相關(guān)分析結(jié)果見(jiàn)表10.由表10 可知:NAA 與再生苗生根率的偏相關(guān)系數(shù)為0.248(P>0.05),兩者不存在顯著相關(guān)關(guān)系;IBA 與再生苗生根率的偏相關(guān)系數(shù)為0.861**(P<0.01),兩者具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系;NAA 與IBA 的偏相關(guān)系數(shù)為-0.214(P>0.05),兩者不存在顯著相關(guān)關(guān)系.
表10 再生苗生根中控制各因素的偏相關(guān)分析結(jié)果Tab.10 Partial correlation analysis results of controlling factors in rooting of regenerated plantlets
植物材料經(jīng)過(guò)消毒處理后,材料內(nèi)部一定程度上依然會(huì)留存雜菌,存在發(fā)生內(nèi)源菌體污染的風(fēng)險(xiǎn)[21].無(wú)菌外植體具有明顯的優(yōu)點(diǎn):可確保外植體的無(wú)菌狀態(tài),從而有效提高組培接種的成功率和有效性.前人研究發(fā)現(xiàn),選用合適的抗生素溶解在培養(yǎng)基中,可以產(chǎn)生不同程度的抑菌效果[22].本研究采用外植體接種前在抗生素溶液中浸泡的方法,尋找到了能夠顯著降低外植體污染的最佳抗生素配方.利用獲取的無(wú)菌材料進(jìn)行愈傷組織誘導(dǎo),能夠最大程度地規(guī)避影響愈傷組織誘導(dǎo)率產(chǎn)生變化的菌體污染因素.
愈傷組織誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的成功,不僅取決于植物材料本身,很多情況下更重要的是取決于培養(yǎng)基中激素種類(lèi)及配比的影響[23-24].有研究表明,單獨(dú)使用2,4-D 僅可誘導(dǎo)出少量愈傷組織,而2,4-D 與6-BA 配合使用則可誘導(dǎo)出大量愈傷組織[25].本研究采用小葉梔子的無(wú)菌葉片和無(wú)菌頂芽為外植體,通過(guò)添加不同質(zhì)量濃度水平的2,4-D 和6-BA 進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)不同的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑質(zhì)量濃度配比對(duì)愈傷組織誘導(dǎo)率有極顯著影響,2,4-D 在此過(guò)程中發(fā)揮了較為重要的作用,這與前人的研究結(jié)果基本一致[26-28].同時(shí),本研究中頂芽的愈傷組織誘導(dǎo)率高達(dá)93.3%,啟動(dòng)培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的頂芽展開(kāi)的無(wú)菌葉片的愈傷組織誘導(dǎo)率亦達(dá)到90%,這表明了幼嫩、分裂旺盛的部位具有較強(qiáng)的脫分化與再分化的能力,更易產(chǎn)生愈傷組織,這與潘清平等[19]、張虹等[29]、Deng 等[30]的研究結(jié)果相似.
細(xì)胞分裂素可以促進(jìn)細(xì)胞的分裂與膨大,生長(zhǎng)素則可以促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng).研究表明,細(xì)胞分裂素/生長(zhǎng)素比例較高時(shí)可促進(jìn)芽的分化,比例適中時(shí)有利于愈傷組織的誘導(dǎo)和苗的生長(zhǎng),比例較低時(shí)促進(jìn)根的生長(zhǎng)[31-33].本研究采用了高質(zhì)量濃度細(xì)胞分裂素和低質(zhì)量濃度生長(zhǎng)素搭配,進(jìn)行愈傷組織分化,結(jié)果顯示愈傷組織分化最佳培養(yǎng)基配方為MS 培養(yǎng)基附加0.05 mg/L NAA 和1.8 mg/L 6-BA,分化率高達(dá)96.7%,這與商圓圓[34]的研究結(jié)果相一致.值得注意的是,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn),有些愈傷組織不能進(jìn)行分化,原因可能是愈傷組織生長(zhǎng)時(shí)間太長(zhǎng),失去了分化能力或沒(méi)有形成胚狀體.有研究表明,TDZ 是一種多功能性的人工合成的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,能有效促進(jìn)木本植物芽的誘導(dǎo)[35-36].因此,后續(xù)研究可考慮在培養(yǎng)基中添加TDZ,以解決部分愈傷組織未能有效分化,以達(dá)到更為有效地促進(jìn)愈傷組織不定芽誘導(dǎo)的目的.
前人研究表明,愈傷組織誘導(dǎo)和分化階段使用MS 培養(yǎng)基最為常見(jiàn),而在生根壯苗階段使用1/2 或1/4MS 培養(yǎng)基效果較好[34,37-38].本研究選用1/2 MS 培養(yǎng)基作為再生苗生根培養(yǎng)的基本培養(yǎng)基,對(duì)小葉梔子再生苗進(jìn)行生根培養(yǎng),生根率相對(duì)較高,最佳植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑配比為0.05 mg/L NAA 和1.8 mg/L 6-BA,生根率可達(dá)26.67%.值得一提的是,不同IBA 質(zhì)量濃度對(duì)無(wú)菌無(wú)根苗的生根率有顯著影響,存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系,在生根過(guò)程中發(fā)揮了重要作用.
本研究利用小葉梔子的無(wú)菌葉片、頂芽進(jìn)行離體培養(yǎng),針對(duì)小葉梔子離體快繁過(guò)程中外植體啟動(dòng)、愈傷組織誘導(dǎo)、分化、生根階段存在的關(guān)鍵問(wèn)題,對(duì)小葉梔子的再生體系進(jìn)行了優(yōu)化,成功建立了小葉梔子的離體再生體系,為大規(guī)模擴(kuò)繁生產(chǎn)小葉梔子幼苗奠定了基礎(chǔ),也為其廣泛推廣應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件.
河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2024年1期