萱草新品種‘大眼睛’的組織培養技術研究

李 丹,李存華,胡勝科,徐洪富*

(1.山東英才學院藝術學院,山東 濟南250001；2.山東農業大學林學院)

萱草新品種‘大眼睛’的組織培養技術研究

李 丹1,李存華2,胡勝科1,徐洪富1*

(1.山東英才學院藝術學院,山東 濟南250001；2.山東農業大學林學院)

本研究以萱草新品種‘大眼睛’的莖尖為外植體,采用植物組織培養技術,建立一套完善的萱草快繁技術體系。以MS為基本培養基,添加了不同濃度的6－BA和NAA等植物植物生長調節劑,探討了不同培養條件對‘大眼睛’啟動培養、繼代增殖培養和生根培養的影響。結果表明:適合‘大眼睛’的最佳啟動培養基是MS＋6－BA2.0mg/L＋NAA0.5mg/L,不定芽分化率達76.7%,40d不定芽平均生長量為2.90cm。最佳增殖培養基為MS＋6－BA4.0mg/L＋NAA1.0mg/L,平均增殖芽數為4.97個。培養基1/2MS＋IBA0.25mg/L有利于試管苗根系的生長,移栽成活率達100%。

組織培養；莖尖；萱草

萱草(Hemerocallis fulvaL.)屬百合科萱草屬,是一種多年生草本花卉,在我國有較長的栽培歷史,被譽為“母親花”。因其品種繁多,花色豐富,適應性強,栽培管理粗放等優點,常作為地被植物應用于園林綠化。萱草良種‘大眼睛’是山東英才學院于2012年3月份從荷蘭引進的大花系列品種之一。其株高35cm～40cm;葉片較寬,叢生;花葶高度為50cm～60cm,挺出葉面,粗壯;花瓣橙紅色反卷,邊緣和中間部分有紫暈。花期6月中旬至9月上旬,無病蟲害,耐寒性極強,在山東地區綠期可持續到11月中旬,能露地越冬。該品種目前鮮見應用于園林環境中。

萱草傳統的分株繁殖最佳時間一般在春季3月中旬左右,葉片露出土面部分明顯可見時為宜【1】,但繁殖系數低,再加上母株數量資源有限,在短時間內不能獲得大量種苗,所以,本課題組采用組織培養技術建立‘大眼睛’的快速繁殖體系。經查閱文獻資料發現,關于萱草組織培養技術的研究較多,但主要集中在‘金娃娃’、‘紅運’、‘紅寶石’、‘雙玫瑰’、‘奶油卷’等少數品種上,外植體多選用萱草的花莖、葉片、原生質體等。雖然萱草的組織培養技術趨于成熟,但不同品種和外植體在啟動培養效果、誘導分化培養基等方面存在較大差異。張潔茹等人(2014)選用4個萱草優良單株的花莖做外植體,在啟動培養和增殖培養中呈現出差異性。宋雪蓮(2011)對5個新品種多倍體萱草離體快繁技術的研究發現,不同萱草品種的增殖芽量、增值系數、生根狀況在同種植物生長調節劑處理組合上存在較大的差異。因此,萱草品種對其基因型的依賴性較強,這就決定了每一個新品種的萱草屬植物對組織培養各環節的要求是不一樣的。課題組以萱草新品種‘大眼睛’幼嫩的莖尖為外植體,探討不同激素濃度組合對啟動培養、繼代增殖、生根等環節的影響,旨在建立一套完善的工廠化快繁技術體系,為萱草分子育種等研究提供有力的技術支撐。同時,又能滿足城市綠化對萱草新品種和數量的需求,推動萱草等宿根花卉在山東省的應用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料來源于山東英才學院園林工程學院實訓基地,選擇生長健壯,無病蟲害的一年生“大眼睛”植株。

1.2 試驗方法

1.2.1 無菌材料的獲得 將從田間挖取的植株沖洗干凈泥土后帶回實驗室,去掉根系,用鑷子將外層葉片剝去,放在燒杯中,加入2～3滴洗潔精,浸泡8～10min,將水倒掉,放在流水下沖洗1～2h。置于超凈工作臺上用75%酒精消毒20min,無菌水沖洗3次;轉入0.1%升汞溶液浸泡8min,無菌水沖洗3次,消除升汞殘留。用已經消毒的鑷子和解剖刀再逐層剝去外層葉片,將幼嫩的莖尖取出,長度約1cm,放在無菌濾紙上備用。

1.2.2 啟動培養階段

將消毒完全的莖尖接種于不同芽誘導培養基上(表1)。以MS為基本培養基,添加不同濃度的6－BA、NAA兩種植物生長調節物質。每個處理接種10塊外植體,重復3次。4周后統計芽誘導率,篩選出啟動培養最佳配方。

表1 啟動培養實驗設計

1.2.3 繼代增殖培養 采取兩因素完全隨機實驗設計,將初代培養獲得的生長健壯的不定芽分別轉接至繼代增殖培養基上,觀察比較6－BA(2.0、3.0、4.0mg/L)和NAA(0.5、1.0mg/L)不同濃度組合對芽增殖的影響。每個處理接種10個叢生芽,每個叢生芽有2～3個不定芽,重復3次。培養45d后,統計不定芽數,觀察其生長狀況,確定增殖培養最佳配方。

1.2.4 生根培養 選取高度3～4cm左右的生長健壯的不定芽分別接種至兩種生根培養基上:①1/2MS＋0.25mg/LNAA＋30g/L蔗糖＋7.5g/L瓊脂;②1/2MS＋0.25mg/LIBA＋30g/L蔗糖＋7.5g/L瓊脂。每個處理接種10棵試管苗,3次重復。2周后統計生根數,計算生根率。

1.2.5 馴化與煉苗移栽 在培養室內打開瓶蓋,煉苗3～5d后,移置溫室取出已生根的健壯幼苗,洗凈根部的培養基,移栽至已消毒的基質(泥炭土:蛭石:珍珠巖＝3:1:1)中,搭拱棚罩上塑料布和遮陰網,保持濕度,避免幼苗水分流失。

1.2.6 培養條件

培養溫度為25±1℃,光照強度為2000～3000lx,連續光照時間為12h/d;所有培養基均添加30g/L的蔗糖,7.5g/L瓊脂,PH5.8～6.0,并在121℃、1.1kg/㎡壓力下高溫高壓滅菌20min。

2 結果分析

2.1 6－BA和NAA對啟動培養的影響

圖1 ‘大眼睛’莖尖誘導的愈傷組織Fig．1 Callus induced from shoots of H．hybrida‘Big Eye’

將已消毒的外植體接種到培養基上,10d后莖尖基部開始萌動,逐漸膨大,產生淡黃色質地密度均勻的愈傷組織(圖1)。25d后,愈傷組織上萌發出黃綠色的不定芽。40d后部分不定芽展開鮮綠色的嫩葉,每個外植體平均誘導出2～3個不定芽。

從表2可以看出,6－BA和NAA對萱草的芽分化率和生長量均有顯著影響。對萱草組培芽分化率的多重比較表明,6－BA濃度為2.0mg/L時不定芽分化率達到最高,其次是0.5mg/L和1.0mg/L。當6－BA濃度為0.5mg/L時,隨著NAA濃度的增加,芽分化率呈下降趨勢,而芽平均生長量則成正比。在B9處理中發現,40d后不定芽平均生長量為3.05cm,但后期生長過程中葉片出現水漬現象,這說明可能植物生長調節濃度過高。所以,綜合分析植物生長調節劑對不定芽誘導率和生長狀況的影響,最佳啟動培養基是 MS＋6－BA2.0mg/L＋NAA0.5mg/L,芽分化率達到76.7%,40d不定芽平均生長量為2.90cm。

表2 6－BA、NAA對啟動培養的影響

2.2 叢生芽的誘導與增殖培養

繼代增殖培養是獲得萱草新品種大量種苗的關鍵環節,而增殖系數的多少是重要的衡量指標。當叢生芽生長高度為2～3cm時,將其分離轉接到添加不同植物生長調節劑濃度組合的繼代培養基中。10d左右叢生芽基部膨大產生芽點,最多可增殖5～6個不定芽(圖2、圖3)。不定芽發生較為密集,但單株不定芽增殖系數較低,甚至不能增殖,這與宋雪蓮的研究結果一致。若增殖培養時間超過50d,會出現葉片卷曲、枯黃脫落的現象,應及時轉到壯苗培養基或生根培養基上培養。

圖2 不定芽增殖Fig．2 Adventitious shoots germination of H．hybrida‘Big Eye’

圖3 愈傷誘導的不定芽Fig．3 Adventitious shoots induced from Callus of H．hybrida‘Big Eye’

表3 6－BA、NAA對組培苗增殖培養的影響

表3結果顯示:當BA為4.0mg/L時,增殖效果比較好,和BA為2.0mg/L處理有極顯著差異。在實驗中發現隨著BA濃度的加大,莖段底部愈傷組織增多,有利于莖芽的生長。在含有0.5mg/L BA和1.0mg/LNAA培養基上的平均芽數達到3～4個,且生長狀態較好。因此,‘大眼睛’最佳增殖培養基為 MS＋6－BA4.0mg/L＋NAA1.0mg/L＋30g/L蔗糖＋7.5g/L瓊脂。

2.3 生根與移栽

圖4 ‘大眼睛’的生根苗Fig．4 Rooted plantlets of H．hybrida‘Big Eye

從叢生芽上切取生長健壯的單芽,接種于 1/2MS＋0.25mg/LNAA、 1/2MS＋0.25mg/LIBA兩種生根培養基上。培養10d左右,小芽基部膨大長出3～4條2.0～3.0cm長的不定根(圖4),根系健壯,部分長出側根,生根率均為92%以上。通過觀察發現,兩種培養基也呈現出不同的特點:在1號培養基中不定根萌發較早,生長快,但須根較少,根系不發達;2號培養基生長較緩慢,但須根較多,較發達,葉片較大而伸展。所以,2號培養基是‘大眼睛’最佳的生根培養基。另外,隨著苗高的增加,葉片會出現彎曲、逐漸變黃導致生長勢減弱,影響后期的移栽成活率。選擇根系發達、須根較多的瓶苗經馴化后移栽入草炭土:蛭石、珍珠巖＝3:1:1混合的基質中,適當遮蔭,成活率可達100%,說明萱草生根、移栽較粗放,成活率高,但移栽時避免根系過長,勿產生窩根、斷根的情況。

3 討論與結論

該研究是在校園土壤貧瘠、鹽堿化程度較嚴重的情況下,引進‘大眼睛’等多個萱草新品種,建立了資源圃。為了能滿足市場對萱草種類和數量的需求,降低引種成本,促進萱草屬植物在山東省的應用和發展,課題組已建立萱草 ‘大眼睛’、‘紫桔’、‘沙克’等5～6個新品種的快繁技術體系,為規模化和產業化生產提供技術支撐。

以高度為1cm左右的莖尖為外植體進行啟動培養,研究發現,將莖尖基部靠近根部的組織切成薄片接種到啟動培養基上也可以誘導產生愈傷組織,但分化率較莖尖部分低很多,這可能由于靠近根部的組織較為成熟。另外,啟動培養階段部分植物材料會發生褐化現象。褐化是培養材料在培養過程中不斷產生酚類或酶類化合物所造成的,嚴重會導致材料死亡,多發生在木本植物中。萱草在不斷的培養過程中也會發生褐化現象,①滅菌時間過長造成組織受損;②在同一培養基中培養時間過長,如不定芽在同一培養基中培養時間超過40d左右就會發生褐化現象,基部吸收營養不足,導致葉片枯黃,采取勤轉瓶,縮短培養時間等方法可以有效減少褐化的產生。

植物生長調節劑是組織培養技術中的關鍵因素,對誘導不定芽、繼代增殖等效果明顯。很多研究表明,在配合使用6－BA和NAA的情況下,不定芽誘導率要高于單獨使用6－BA。本次研究的大多數環節都應用的6－BA和NAA兩種激素,而且效果明顯,萱草‘大眼睛’其最佳啟動培養基是 MS＋6－BA2.0mg/L＋NAA0.5mg/L,在 MS＋6－BA4.0mg/L＋NAA1.0mg/L培養基上增殖效果最好。因此沒有選用其他植物生長調節劑進行試驗,后續試驗可以嘗試更多的激素種類和濃度組合。但激素濃度過大,會引起組織的玻璃化或褐化。研究發現,萱草新品種‘大眼睛’在6－BA、NAA兩種激素濃度分別為2.0mg/L和1.0mg/L時,不定芽的葉片、莖段呈水漬狀態,產生玻璃化現象。而將玻璃化苗轉入不添加任何激素的MS培養基,葉片、莖段又能恢復正常。這說明,6－BA和NAA的濃度降低甚至是不添加任何激素的培養基,可有利于玻璃化苗轉化為正常苗。

[1]朱華芳,胡永紅,瞿蒙濤.萱草園藝品種繁殖技術研究[J].安徽農業科學,2007,35(16):4833－4834.

[2]楊麗莉,張曉,楊睿,等.大花萱草‘莎蔓’的組織培養技術研究[J].北方園藝,2012,(19):134－137.

[3]張潔茹,劉曉嘉,陳麗飛,等.萱草優良單株花莖離體快繁[J].東北林業大學學報,2014,42(2):73－77.

[4]宋雪蓮.5種新品種多倍體萱草離體快繁技術的研究[D].吉林農業大學,2011.

[5]張偉麗,金欣慶.大花萱草新品種‘奶油卷’的組織培養和生產應用[J].植物生理學通訊,2007,43(1):129－130.

[6]安鳳霞,陳菲,盧寶偉.紅花萱草離體繁殖技術研究[J].國土與自然資源研究,2008,(4):82－83.

[7]解有利,陳蘭芬,石進朝.大花萱草組織培養研究[J].北京農業職業學院學報,2002,21(5):25－27.

[8]趙芯玫,朱玉菲,等.黃色系花的文化意蘊及其在北京園林中的應用[J].中國農學通報,2010,426(5):179－183.

[9]劉靜芳.萱草在北方地區的綠化應用[J].農家之友,2010,(7):102－104.

[10]黎海利,董麗.萱草種質資源研究概況[J].北方園藝,2007,(8):58－60.

[11]陳麗飛,董然.萱草屬植物研究進展[J].北方園藝,2007,(6):66－69.

[12]劉靜芳.萱草在北方地區的綠化應用[J].農家之友,2010,7:102－104.

[13]吳鐵明,于曉英,馮爽英,等.生重瓣大花萱草的選育研究[J].湖南農業大學學報(自然科學版),2002,,28(2):122－124.

[14]楊永花.金娃娃萱草組織培養技術研究[J].甘肅農業科技,2003(12):33－35.

[15]吳鐵明,于曉英,馮爽英,等.生重瓣大花萱草的選育研究[J].湖南農業大學學報(自然科學版),2002,28(2):122－124.

[16]文偉,楊驥.萱草在生體系技術建立的研究[J].中國園藝文摘,2010,(3):8－10.

[17]劉長利,崔俊茹.萱草組織培養及再生植株的研究[J].中華中醫藥學刊,2007,25(12):51－53.

[18]王淼媛,張欣欣,劉玫等.東北萱草屬(Hemerocallis)植物學研究的回顧與展望[J].哈爾濱師范大學自然科學學報,2008,(24):84－87.

[19]李國泰.大苞萱草染色體的核型分析[J].生物學通報,2006,,41(2):50－51.

[20]王春婷,石大興,王米力.紫萼玉簪的組織培養和快速繁殖[J].植物生理通訊,2006,4(42):685.

Research on Tissue culture technique ofHemerocallis hybrida‘Big Eye’

LI Dan1,LI Cunhua2,HU Shengke1,XU Hongfu1*

(1.Artisic Collage,Shandong Yingcai University,Jinan250001;2.Forestry Collage,Shandong Agriculture University)

The young shoots ofHemerocallis hybrida‘Big Eye’were used as explants in the study.Through the plant tissue culture techniques,the experiment studied the establishment ofH．hybrida‘Big Eye’rapid propagation system.Using MS as the basic medium supplemented with different concentrations of 6－BA and NAA plant growth regulating substances,in order to study the effect of different culture conditions onH．hybrida‘Big Eye’in vitro starting culture,proliferation and rooting culture.The results showed that the optimum initiation and multiplication medium was MS＋6－BA2.0mg/L＋NAA0.5mg/L,adventitious bud differentiation rate was 76.7%,and adventitious bud average growth was 2.90cm after 40d;the best multiplication culture medium was MS＋6－BA4.0mg/L＋NAA1.0mg/L,and proliferation bud number in 4.97 on average;the best rooting medium was 1/2 MS＋IBA0.25mg/L,the rate of survival was 100%.

tissue culture;shoots;Hemerocallis hybrida

SQ813.1＋2

A

1002－2724(2016)06－0032－04

2016－10－20

山東英才學院2013年度校級重點課題(13YCZDZR04)

李丹(1986－),女,山東濟南人,講師,研究生,碩士,現主要從事園林植物組織培養等研究工作。

*通訊作者:徐洪富(1962),男,山東臨朐人,教授,博士生導師,本科,研究方向是園林植物資源收集、病蟲害防治。