金美芳 曹智 蔡俊杰 林茂茲
摘要: 以紅花草莓葉片為外植體,通過篩選誘導愈傷組織、不定芽及壯苗、生根的培養(yǎng)基,建立一套實用且易推廣的紅花草莓組培快繁技術體系。結果表明:在愈傷組織的誘導過程中TDZ的誘導效果優(yōu)于6BA,TDZ與NAA配合使用效果優(yōu)于與IBA的組合。6BA濃度為0.5 mg·L1時不定芽誘導率高達86.6%。低濃度的6BA和8 g·L1的瓊脂更有利于壯苗培養(yǎng),NAA比IBA更有利誘導生根。綜上述,最適紅花草莓愈傷組織的誘導培養(yǎng)基為MS+1.0 mg·L1 TDZ + 0.5 mg·L1 NAA + 30 g·L1蔗糖 + 7 g·L1瓊脂;最適不定芽分化的培養(yǎng)基為MS + 0.5 mg·L1 6BA + 0.1 mg·L1 NAA + 30 g·L1蔗糖 + 7 g·L1瓊脂;最適壯苗培養(yǎng)基為MS + 0.1 mg·L1 6BA + 0.1 mg·L1 NAA + 30 g·L1蔗糖 + 8g·L1瓊脂;最適生根培養(yǎng)基為MS + 0.5 mg·L1 NAA + 30 g·L1蔗糖 + 8 g·L1瓊脂。試管苗移栽生長20 d后,成活率高達93%,且后期草莓苗生長壯健。此體系的建立為優(yōu)質紅花草莓種苗大規(guī)模生產提供了科學依據和技術支持。
關鍵詞: 紅花草莓, 組織培養(yǎng), 快繁技術
中圖分類號: Q943.1
文獻標識碼: A
文章編號: 10003142(2017)11139511
Abstract: We used leaves of redflowered strawberry as materials, by selecting the best medium for the callus induction, adventitious bud induction and root growth to establish a rapid propagation technique system of redflowered strawberry. The results showed that TDZ was better than 6BA in the induction of callus, and TDZ and NAA combination had better effects than TDZ and IBA. When the concentration of 6BA was 0.5 mg·L1, the inductivity of adventitious bud reached 86.6%. The low 6BA concentration and 8 g·L1 agar were benefical for seedling growth. NAA was better than IBA in the rooting inducing. So the optimum medium for callus inducing was: MS + 1.0 mg·L1 TDZ + 0.5 mg·L1NAA + 30 g·L1 sucrose +7 g·L1 agar; the optimum medium for adventitious bud inducing was MS + 0.5 mg·L1 6BA + 0.1 mg·L1 NAA + 30 g·L1 sucrose + 7 g·L1 agar; the optimum medium for seedling growthing was MS + 0.1 mg·L1 6BA + 0.1 mg·L1NAA + 30 g·L1 sucrose + 8 g·L1 agar; the optimum medium for rooting was MS + 0.5 mg·L1 NAA + 30 g·L1 sucrose + 8 g·L1 agar. The tissue culture seedlings grew well and the living ratio reached 93% after planted for 20 d. The establishment of rapid propagation technique system of redflowered strawberry provides scientific and technological support for largescale production of high quality redflowered strawberry seedlings.
Key words: redflowered strawberry, tissue culture, rapid propagation
紅花草莓是薔薇科(Rosaceae)草莓屬(Fragaria)多年生草本植物,是利用開白花的草莓與開紅花的委陵菜進行屬間雜交得到的開粉色或紅色花的草莓雜種,是草莓家族的新類型(閆玉華等,2005)。紅花草莓一季或四季開花、花色艷麗、葉色濃綠、花期長、且果實還可鮮食,可用作園林綠化和盆栽觀賞,極具觀賞性和商業(yè)價值,目前紅花草莓作為觀賞植物在歐美各國得到廣泛應用(薛莉等,2012)。近年來,我國草莓生產發(fā)展迅速,種植面積和產量已躍居世界首位(顧地周等,2010),成為我國很多地方重點發(fā)展的高效特色農業(yè)之一,紅花草莓我國也引進其多個品種,大力生產發(fā)揮其在園林花卉方面的應用。
種苗是草莓生產的一個重要前提。傳統草莓繁殖方式主要靠葡匐莖分株提供種苗,在長期營養(yǎng)繁殖和連作中,植株往往積累多種病毒,導致種苗退化,產量和品質下降,而且繁殖系數低、速度慢,不利于優(yōu)良品種推廣,不能滿足大規(guī)模生產的需求,已成為阻礙草莓生產的主要問題(潘超等,2005;張玉君等,2009;韓柏明等,2009;鐘灼仔等,2010;王振磊等,2012)。草莓組培苗在植物學性狀、果實性狀、豐產性及抗病性等方面均優(yōu)于自繁苗,其產量可比自繁苗增產30%以上,采用植物組培手段進行草莓種苗繁育具有顯著的提純復壯作用(郭月玲等,2010)。另外,植物組織培養(yǎng)技術為觀賞植物的品種改良和新品種選育提供了新途徑(王瑛華等2015),它可以不受時間和空間的限制,短時間內加大繁殖數量,加快優(yōu)良品種的繁殖周期,滿足大規(guī)模工廠化生產的需求,也可以減少病毒、恢復種性、提高產量與質量等等(朱海生等2013)。還可以調動種植的積極性,為農民增收,增加農業(yè)經濟收入,加快我國農業(yè)技術產業(yè)的發(fā)展。
草莓主要的組織培養(yǎng)方式有莖尖培養(yǎng)、葉片培養(yǎng)、花粉花藥培養(yǎng)和原生質體培養(yǎng),利用葉片進行組織培養(yǎng)時取材更為方便,同時還能夠較大的保存植株的遺傳特性(孫瑞芬等,2002)。國內更多的研究在于草莓的莖尖繁殖(牟彤等,2010;王振磊等,2012;翟婷婷等,2015),對于葉片繁殖的研究較少,另外紅花草莓引進后其大規(guī)模種苗生產技術還不完善。因此,本文以極具觀賞性的紅花草莓葉片為材料,對其進行組織培養(yǎng)與快繁技術研究,建立一套簡單且易推廣的紅花草莓組培快繁技術體系,為紅花草莓優(yōu)質種苗大規(guī)模生產提供科學依據和技術支持,也為紅花草莓新品種選育奠定基礎。
1材料與方法
1.1 材料
紅花草莓(購買于福清草莓種植園),在實驗室培養(yǎng)間培養(yǎng)20 d,以降低環(huán)境中攜帶的微生物數量。
1.2 方法
1.2.1 外植體的消毒與制備摘下新鮮嫩葉先用自來水沖洗干凈浮塵等雜物,再用10%洗潔精水浸泡1 min后流水沖洗1 h。沖洗后放在超凈工作臺內用濃度為75%酒精浸泡30 s,然后用濃度0.1%的HgCl2消毒葉片8 min,再用無菌水沖洗葉片4~5次;將經消毒處理好的葉片置于無菌盤上,用接種刀切掉葉片邊緣,最后切成約0.5 cm × 0.5 cm的外植體(保留大葉脈)備用。
1.2.2 愈傷組織的誘導以MS加入蔗糖30 g·L1、瓊脂7.0 g·L1、pH5.8為基礎培養(yǎng)基,研究6BA,IBA,TDZ和NAA四種激素對草莓葉片愈傷組織的誘導效果,設定濃度分別是6BA 1.0和2.0 mg·L1,IBA為0.1、0.2、0.4和0.5 mg·L1,TDZ為1.0和1.5 mg·L1,NAA為0.5 mg·L1,不同激素組合形成10組不同處理,分別標記為A1~A10。每個處理接種30瓶,每瓶接1個外植體,置于組織培養(yǎng)間進行培養(yǎng)。培養(yǎng)溫度為(24 ± 1)℃,光照時間為12 h·d1,光強為2 000 lx。每天觀察實驗現象,30 d后統計愈傷組織的誘導率及生長狀況。
誘導率(%)=愈傷組織個數/接種的外植體個數×100%。
1.2.3 不定芽的誘導將誘導出的愈傷組織接種于含有MS培養(yǎng)基,蔗糖30 g·L1、瓊脂7.0 g·L1pH為5.8的基本培養(yǎng)基,研究加入不同濃度的 6BA對愈傷組織不定芽的誘導情況。6BA濃度設定為 0.1、0.3、0.5、和 0.8 mg·L1四個處理,分別標記為B1~B4。每個處理接種 30 塊愈傷組織,每瓶接1~2塊。30 d后統計不定芽誘導情況,不定芽誘導率(%)=長出不定芽個數/愈傷組織個數 × 100%。
1.2.4 壯苗培養(yǎng)取誘導出的、長勢較好且一致的不定芽,剔除褐化愈傷組織和幼嫩的小葉片,接種于含有瓊脂和6BA兩個變量的MS +蔗糖30 g·L1+0.1 mg·L1 NAA,pH 5.8培養(yǎng)基中,瓊脂設定濃度為7 和8 g·L1,6BA的濃度分別為0.1、0.3、0.5和 0.8 mg·L1,兩種組合形成8個處理,分別標記為C1~C8,每個處理接種30株,每瓶接1~2株。25 d后統計小苗的生長情況。
1.2.5 生根培養(yǎng)將新生的2~3 cm長的小苗接種到以MS、瓊脂8 g·L1為基礎培養(yǎng)基,分別加入濃度為0.1、0.3、0.5和0.7 mg·L1的IBA和濃度為0.1、0.3、0.5和0.7 mg·L1的NAA,研究其對新生苗生根誘導情況。兩種激素各4個濃度共形成8個處理,分別標記為D1~D8。每個處理接種30株,每瓶接1~2株。每天觀察,25 d后統計小苗的生根情況。
1.2.6 組培苗的馴化與移栽當根長至2~3 cm時,將組培苗從培養(yǎng)室移出,置于與培養(yǎng)室溫度接近的種苗培養(yǎng)室,擰松瓶蓋,對組培苗進行溫度和濕度煉苗,3~4 d后打開瓶蓋,噴4%多菌靈,之后每隔一天噴一次,約1周后將小苗小心地取出,清水洗干凈小苗的根系,移栽到盛有已滅菌基質(營養(yǎng)土∶珍珠巖∶蛭石=7∶3∶1)的小塑料杯中,再用透明薄膜蓋住杯口保濕7 d,濕度保持在70%~80%。每天揭開薄膜通風,保持溫度在20~25 ℃,光照時間:12 h·d1,光強:2 000 lx,20 d后統計小苗成活率及生長狀況。
2結果與分析
2.1 不同激素對葉片愈傷組織誘導的影響
外植體培養(yǎng)25 d后,葉片開始膨大,切口邊緣向內卷曲,顏色變淺。30 d后,明顯可見愈傷組織形成并迅速膨大,葉片切口邊緣以及葉片表面形成較多的愈傷組織,不同培養(yǎng)基的愈傷組織生長情況如圖1所示。由圖1和表1可知,在不同的處理中,A1~A4四種培養(yǎng)基長出的愈傷組織多,無明顯褐化現象,且愈傷組織質地較為疏松,其中A1、A2兩種培養(yǎng)基在同一外植體上所誘導的愈傷組織比A3、A4兩種培養(yǎng)基誘導的多,但是從誘導率來看,A2處理的誘導率最高,達到60%。相對于前4個處理,A5~A10六種培養(yǎng)基的愈傷組織褐化嚴重,且愈傷組織誘導效果較差,A10雖然誘導率也比較高,達到50%,但是愈傷組織質地較差。繼續(xù)選用A1~A4四種培養(yǎng)基進行愈傷組織的繼代培養(yǎng),20 d后愈傷組織的生長情況如圖2所示,愈傷組織生長都較好,A2培養(yǎng)基所擴大的愈傷組織依然長得最好,無褐化現象,體積大,質地疏松濕潤,顏色為淡黃色。這說明在紅花草莓葉片愈傷組織的誘導過程中TDZ的誘導效果優(yōu)于6BA,1.0 mg·L1TDZ的使用效果優(yōu)于1.5 mg·L1,TDZ與NAA配合使用效果優(yōu)于與IBA的組合使用。
2.0 mg·L1 6BA的誘導效果要比1.0 mg·L1的誘導效果好。因此,選擇紅花草莓葉片愈傷組織誘導的最佳培養(yǎng)基為MS + 1.0 mg·L1 TDZ + 0.5 mg·L1 NAA + 30 g·L1蔗糖 + 7 g·L1瓊脂。
2.2 不同激素對愈傷組織不定芽誘導的影響
在不定芽誘導培養(yǎng)基中,愈傷組織光照培養(yǎng)15 d后,不定芽開始分化。隨著培養(yǎng)時間的延長不定芽數量不斷增加,30 d后不定芽誘導情況如圖3所示,數據統計結果如表2。隨著培養(yǎng)基中6BA濃度的升高,不定芽的誘導率增加,在B3處理中6BA濃度為0.5 mg·L1時不定芽誘導率高達86.6%,比B1、B2、的誘導率分別高出43.6%和13.3%。但在B4處理中不定芽的誘導率反而下降,且與0.5 mg·L1濃度的誘導效果呈顯著差異,其誘導率與B1處理的相似。可見,在不定芽的誘導中,不是激素的濃度越高越好,太低濃度的6BA不能很好的啟動芽的分化,但是6BA的濃度過高主要誘導愈傷組織的形成,不利于芽的分化。因此,選擇紅花草莓愈傷組織不定芽的誘導最佳培養(yǎng)基為B3處理,即MS + 0.5 mg·L16BA + 0.1 mg·L1 NAA +30 g·L1蔗糖 + 7 g·L1瓊脂。
2.3 不同濃度6BA和瓊脂對草莓壯苗的影響
將已分化的小苗接種于不同的壯苗培養(yǎng)基中培養(yǎng),隨培養(yǎng)時間延長小苗數量不斷增加,增大。25 d后統計小苗的生長情況,由圖4和表3可知,加入瓊脂的量會影響小苗的生長,在瓊脂濃度為7 g·L1C1~C4處理中的小苗生長速度相對瓊脂濃度8 g·L1C5~C8處理的弱,葉片較薄,葉色淺綠,苗的玻璃化程度較高。在C1,C5處理中,6BA濃度較低,幼苗長勢更好,葉色濃綠,葉片較大。可能是經誘導產生的組培苗本身激素含量較高,在壯苗培養(yǎng)中低濃度的6BA就可以很好地促進生長,高濃度反而容易促使苗愈傷組織的生長和玻璃化苗的產生。另外激素濃度使用高,生產成本也相應的增加。因此,選擇最適宜壯苗培養(yǎng)基為C5培養(yǎng)基,即MS + 0.1 mg·L1 6BA + 0.1 mg·L1 NAA + 30 g·
2.4 不同激素對草莓生根的影響
在生根培養(yǎng)基中,草莓苗培養(yǎng)18 d后分化出根,隨培養(yǎng)時間延長根的數量不斷增加。25 d后統計草莓苗的生根情況,由圖5和表4可知,D1~D4中加入NAA誘導的組培苗根的長勢和根系發(fā)達程度比D5~D8中加入IBA的誘導效果好。在NAA濃度為0.1~0.7 mg·L1的濃度范圍內,隨著NAA的濃度升高根系誘導效果增強,但D3的誘導效果與D4的差異不明顯。而加入IBA的培養(yǎng)基中,根系誘導較差,根很短,且數量少,不同濃度的IBA中其誘導差異也不明顯。說明在紅花草莓生根誘導中NAA的誘導效果遠遠優(yōu)于IBA的誘導效果。另外,綜合激素使用成本考慮,選擇最適宜草莓生根的培養(yǎng)基為D3:MS + 0.5 mg·L1 NAA + 30 g·L1蔗糖 + 8 g·L1瓊脂。
2.5 草莓植株移栽
草莓組培苗共移栽43株(圖6:E1),培養(yǎng)20 d后,有3株草莓苗葉片發(fā)黃,接近枯萎,其余40株葉片鮮綠高壯(圖6:E2),成活率高達93%。生長后期草莓苗碩壯,色綠,健康(圖6:E3)。
3討論與結論
外植體基因型、表型、葉齡,取材部位以及激素的組成、配比等是影響草莓再生的主要因子, 因此在組培實踐中,應根據外植體的基因型,性狀等選擇適宜的外源調節(jié)物質濃度及種類的配比。用于草莓組培的材料主要有莖尖、葉片、花藥花粉和原生質體。一般以草莓匍匐莖莖尖為材料的研究較多,本實驗以草莓葉片做為外植體,與之相比較取材更為方便,數量也比較多,可以隨時采集。
愈傷組織及不定芽誘導在組培快繁中至關重要。本研究結果表明,在紅花草莓葉片愈傷組織的誘導過程中TDZ的誘導效果優(yōu)于6BA,1.0 mg·L1TDZ的使用效果優(yōu)于1.5 mg·L1 ,TDZ與NAA配合使用效果優(yōu)于與IBA的組合使用。2.0 mg·L16BA的誘導效果要比1.0 mg·L1的誘導效果好,故選擇愈傷組織誘導的最佳培養(yǎng)基為MS + 1.0 mg·L1 TDZ + 0.5 mg·L1 NAA + 30 g·L1蔗糖 + 7 g·L1瓊脂,不定芽的誘導培養(yǎng)基為MS + 0.5 mg·L16BA + 0.1 mg·L1 NAA +30 g·L1蔗糖 + 7 g·L1瓊脂。關于基本培養(yǎng)基的選擇,郭朋偉等(2013)也認為MS是最佳增殖培養(yǎng)基。馬崇堅等(2008)以豐香草莓葉片為外植體,得出MS + 6BA 0.5 mg·L1 +NAA 0.1 mg·L1培養(yǎng)基最快產生愈傷組織,且愈傷組織體積較大,不定芽的數量最多。朱海生等(2013)研究結果表明,‘福莓一號葉片最佳芽誘導培養(yǎng)基為 MS+2.0 mg·L16BA +0.1 mg·L12.4D ,誘導率可達85.7%,‘紅實美葉片最佳芽誘導培養(yǎng)基為MS+2.0 mg·L16BA +0.1 mg·L1 IBA 誘導率可達81.9%。楊仕品等(2013)研究得出草莓紅頰和章姬葉片在 MS + B5 + TDZ 3.0mg·L1 +NAA 0.1 mg·L1培養(yǎng)基上不定芽的再生情況均較好。王翡等(2010)和朱麗君等(2014)研究表明不同品種草莓葉片對植物生長調節(jié)劑的種類和濃度的要求皆不同,TDZ效果明顯優(yōu)于6BA。李曉亮等(2016)以芽為外植體,得出適合初代培養(yǎng)的培養(yǎng)基為 MS+6BA 0.5~1.0 mg·L1+NAA 0.01 mg·L1+白砂糖 30g·L1,增殖繼代培養(yǎng)基為 MS+6BA 0.5~1.0 mg·L1+NAA 0.01~0.05 mg·L1+白砂糖20~30 g·L1。本研究與之相比較,在激素的種類,濃度選擇上有著相似的地方,在愈傷組織的誘導中選擇了新型激素TDZ,具有很強的細胞分裂素活性,能夠更好地促使愈傷組織產生;在不定芽誘導中6BA的使用濃度較上述文獻低,這個可能是因為選用的經TDZ誘導過的愈傷組織本身含有的激素濃度高,更有利于誘導芽的產生。另外,愈傷組織與芽外植體不同,激素的使用濃度也會存在一定的差異,但在芽的誘導中6BA都是比較理想的激素。
組培苗生長的健壯程度對其移栽成活率有很大的影響,玻璃化苗是組培苗中常出現的現象,嚴重制約著組培苗的移栽成功。本研究在壯苗和生根培養(yǎng)基中將瓊脂的用量從7 g·L1增加到8 g·L1,相比較加有8 g·L1 瓊脂的培養(yǎng)基有效緩解了試管苗的玻璃化現象, 且苗生長比較健壯; 在激素的選擇上,結果顯示最佳壯苗激素濃度是0.1 mg·L1 6BA 和0.1 mg·L1NAA,低濃度的6BA就可以很好的促進生長,高濃度反而容易促使苗愈傷組織的生長,或是苗的叢生芽過密和玻璃化苗的產生,這與李金華等(2014)和付崇毅等(2016)的研究結果相一致。根系的發(fā)達程度也是影響苗移栽成功的關鍵因素,本研究結果顯示最佳的生根培養(yǎng)基是MS + 0.5 mg·L1 NAA + 30 g·L1蔗糖 + 8 g·L1瓊脂,NAA的誘導效果明顯優(yōu)于IBA。呂樹立等(2010)研究得到草莓生根培養(yǎng)基 1/2MS + 6BA 0.1~0.5 mg·L1 ;龐傳明和李忠(2015)研究得出草莓的生根培養(yǎng)基為1/2MS + 0.2 mg·L1 NAA;翟婷婷等(2015)得到最適宜章姬生根的培養(yǎng)基是1/2MS + 0.5 mg·L1 IBA,最適宜豐香生根的培養(yǎng)基是MS + 0.5 mg·L1 IBA。本研究與之相比較,激素的選擇上NAA的效果比IBA的效果好,在濃度的使用上相類似,主要區(qū)別在于大部分在生根誘導中使用了1/2MS培養(yǎng)基。可見,在植物組織培養(yǎng)生根階段, 減少培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分和糖含量可刺激生根, 原因可能是在培養(yǎng)基中營養(yǎng)元素濃度較高,試管苗產生依賴不易生根(陳繼富,2013)。而本研究中使用的是MS基礎濃度,瓊脂濃度提高到了8 g·L1,增加培養(yǎng)基硬度,減少了試管苗對培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質吸收,在一定程度上與上述幾位研究者降低基礎培養(yǎng)基濃度有著相似的作用,還可以減少試管苗對水分的吸收,有效減緩了試管苗常見的玻璃化現象。通過實驗獲得的試管苗移栽生長20 d后,成活率高達93%,且后期草莓苗生長壯健。但是與1/2 MS 相比較提高了規(guī)模化生產的成本,這也是本實驗的不足之處,后期根據具體情況適當調整。
通過該研究,誘導篩選并建立了一套以紅花草莓葉片為外植體的快繁技術體系,研究結果表明:最適宜的紅花草莓愈傷組織的誘導培養(yǎng)基為MS + 1.0 mg·L1 TDZ + 0.5 mg·L1 NAA + 30 g·L1蔗糖 + 7 g·L1瓊脂;最適不定芽分化的培養(yǎng)基為MS + 0.5 mg·L1 6BA + 0.1 mg·L1NAA + 30 g·L1蔗糖 + 7 g·L1瓊脂;最適壯苗的培養(yǎng)基為MS + 0.1 mg·L1 6BA + 0.1 mg·L1NAA + 30 g·L1蔗糖 + 8 g·L1瓊脂;最適生根的培養(yǎng)基為MS + 0.5 mg·L1 NAA + 30 g·L1蔗糖 + 8 g·L1瓊脂。試管苗移栽生長20 d后,成活率高達93%,且后期草莓苗生長壯健。此體系的建立為優(yōu)質紅花草莓種苗大規(guī)模生產提供科學依據和技術支持。
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