森林与环境学报  2019, Vol. 39 Issue (3): 292-296   PDF    
http://dx.doi.org/10.13324/j.cnki.jfcf.2019.03.010
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吴丽君, 陈达, 许冰
WU Lijun, CHEN Da, XU Bing
日本茵芋雌雄株的组织培养
Tissue culture for female and male Skimmia japonica
森林与环境学报,2019, 39(3): 292-296.
Journal of Forest and Environment,2019, 39(3): 292-296.
http://dx.doi.org/10.13324/j.cnki.jfcf.2019.03.010

文章历史

收稿日期: 2018-08-03
修回日期: 2018-10-29
日本茵芋雌雄株的组织培养
吴丽君, 陈达, 许冰     
福建省林业科学研究院, 福建 福州 350012
摘要:为营建日本茵芋雌雄株组培快繁技术体系,以雌株品种‘帕贝拉’和雄株品种‘鲁贝拉’嫩枝茎段为外植体,研究其诱导、增殖、生根培养的主要影响因素,筛选最佳培养基。结果表明:日本茵芋雄株的诱导率、增殖倍率及生根率均低于雌株,且差异均达极显著水平;在较佳诱导培养基3.0 g·L-1花宝1号+1.5 mg·L-16-苄氨基腺嘌呤(6-BA)上,雌雄株诱导率分别为75.6%、34.7%;结合切除芽苗顶芽的方法,在培养基3.0 g·L-1花宝1号+2.5 mg·L-16-BA+4.0 mg·L-1赤霉素(GA3)上,继代培养50 d,雌雄株增殖倍率分别为4.25、3.22倍;在培养基1.5 g·L-1花宝1号+0.5 mg·L-1生根粉1号(ABT 1号)上,雌雄株生根率分别为73%、61%;雌雄株组培苗移栽在黄心土+椰糠(3:1)基质中,移栽成活率分别为86%、83%。
关键词日本茵芋    组织培养    增殖倍率    生根率    移栽成活率    
Tissue culture for female and male Skimmia japonica
WU Lijun, CHEN Da, XU Bing     
Fujian Academy of Forestry Sciences, Fuzhou, Fujian 350012, China
Abstract: To establish a tissue culture technique and rapid propagation of female and male clones of Skimmia japonica, the young stems of female 'Pabella' and male 'Rubella' were used as the explants; key factors that influence the initiation, proliferation, and rooting of the shoots were studied, and optimal media were screened.The results showed that the initiation rate, proliferation rate, and rooting rate of the males were lower than those of the females, and significant differences were detected between the females and males. The best initiation medium was 3 g·L-1 Hyponex No.1+1.5 mg·L-1 6-benzylaminopurine (6-BA), in which the initiation rate of the females and males was 75.6% and 34.7%, respectively. The best proliferation medium was 3 g·L-1 hyponex No.1+2.5 mg·L-1 6-BA+4.0 mg·L-1 gibberellin A3(GA3), in which the proliferation rate of the females and males was 4.25 and 3.22, respectively, by removing the terminal bud of the shoot after 50 days of subculture. The rooting rate of the females and male was 73% and 61%, respectively, in 1.5 g·L-1 hyponex No.1+0.5 mg·L-1 root powder No.1(ABT No.1). The transplantation survival rate of the females and males was 86% and 83%, respectively, when a mixture of yellow soil:vermiculite=3:1 was used as the transplantation soil.
Key words: Skimmia japonica     tissue cultur     propagation rate     rooting rate     transplantation survival rate    

日本茵芋(Skimmia japonica)属芸香科(Rutaceae)茵芋属(Skimmia)雌雄异株的常绿灌木[1-3],分布于日本、菲律宾、台湾等东亚国家和地区。日本茵芋株高可达1 m左右,生长慢,每年只抽1次梢,但适应性强,株形优美,全株散发芳香味,叶片椭圆形,叶色翠绿光亮,其花、果观赏价值极高,市场紧俏。雄株品种‘鲁贝拉’(Skimmia japonica ‘Rubella’)[1-3]和雌株品种‘帕贝拉’(Skimmia japonica ‘Pabella’)是近年来从荷兰引进的杂交栽培品种,其圆锥型花序顶生,雄株初春红褐色花蕾、玲珑可爱,白色小花浓密、芳香,花期长达三四个月;雌株青绿色花蕾,白色小花,花果期正值元旦、春节期间,豌豆大圆球形的核果逐渐成熟,由淡绿色转为鲜红色,可持续至晚秋,极具观赏性,是适合庭院、宾馆、公寓摆放的高端观花、观果类花木,其切枝是插花的高级枝材。由于引种时间短,繁殖技术滞后,未见其扦插技术研究报道,仅见红星茵芋(Skimmia reevesiana)扦插技术研究[4-6],播种繁殖的雌雄株比率约为11.2:88.8[7],规模化育苗的商品率较低(雄株只开花不结果),难以推广应用。开展日本茵芋雌雄株组培技术研究,以期解决优质种苗产业化,为确保适宜的雌雄株比率(4:1)及提高商品性提供技术支撑。国内开展过红星茵芋组培技术研究,但未见区分雌雄株, 也未见日本茵芋组培技术报道[8-10];国外,PONCHIA et al[11]对日本茵芋雌雄株组培技术进行研究,未获得再生植株。

1 材料与方法 1.1 材料来源

从荷兰引进的日本茵芋雄株品种‘鲁贝拉’和雌株品种‘帕贝拉’,经适应性栽培3 a的盆栽苗。

1.2 试验设计 1.2.1 外植体的无菌处理与诱导培养

分别剪取‘鲁贝拉’和‘帕贝拉’(以下称雄株、雌株)当年生枝条,将枝条剪切成单芽茎段作为外植体。外植体用75%酒精消毒30 s,无菌水冲洗5次,再用40%商用漂白水(6.0%次氯酸钠)稀释液消毒10~12 min,最后用无菌水清洗5次以上,每次2 min。3种基本诱导培养基:MS、B5、3.0 g·L-1花宝1号,各培养基均添加1.5 mg·L-16-苄氨基腺嘌呤(6-benzylaminopurine,6-BA),附加30 g·L-1蔗糖,5.5 g·L-1琼脂,pH值调制为5.8。花宝1号由美国花宝公司进口。每种培养基接种雌雄株各100个芽茎段,重复3次。培养40 d后统计诱导率。

1.2.2 增殖培养基的筛选

诱导培养50 d,芽苗长1.0 cm,切取芽苗转接到增殖培养。以3.0 g·L-1花宝1号为基本培养基,设置6-BA的5个质量浓度梯度(0、2.5、5.0、7.5、10.0 mg·L-1)试验。以3.0 g·L-1花宝1号+2.5 mg·L-16-BA为培养基,设置芽苗切取方法与不同质量浓度赤霉素(gibberellin A3,GA3)的组合试验:切除芽苗顶芽+0 mg·L-1GA3、切除芽苗顶芽+1.0 mg·L-1GA3、切除芽苗顶芽+2.0 mg·L-1GA3、切除芽苗顶芽+4.0 mg·L-1GA3、保留芽苗顶芽+0 mg·L-1GA3、保留芽苗顶芽+1.0 mg·L-1GA3、保留芽苗顶芽+2.0 mg·L-1GA3、保留芽苗顶芽+4.0 mg·L-1GA3。每种培养基转接雌雄株继代丛生芽苗各30个单芽。转接60 d,统计各培养基雌雄株芽苗增殖倍率。以上培养基均附加30 g·L-1蔗糖,5.5 g·L-1琼脂,pH值均调制为5.8。

1.2.3 生根培养基的筛选

增殖培养50 d,选取叶片舒展、高1.0 cm以上的单株芽苗,转入生根培养。以1.5 g·L-1花宝1号为基本培养基,设置不同质量浓度生根粉1号(root powder,ABT 1号)与萘乙酸(naphthylacetic acid,NAA)的组合试验:0.5 mg·L-1ABT 1号、1.0 mg·L-1ABT 1号、0.5 mg·L-1NAA、1.0 mg·L-1NAA、0.5 mg·L-1ABT 1号+0.5 mg·L-1NAA。每种培养基转接雌雄株单株芽苗各100株,重复3次。生根培养50 d,统计芽苗生根率及观察根系生长状况。以上培养基均附加15 g·L-1蔗糖,5.5 g·L-1琼脂,pH值为5.8。

1.3 移栽与管理

生根瓶苗根长0.5 cm左右,即转入自然散射光条件较好的温室炼苗,苗高1.5 cm左右,即可移栽。移栽基质选用黄心土+椰糠(3:1)的混合基质,生根苗移栽后,基质上层覆盖一层苔藓层保湿。移栽苗床采用塑料薄膜和遮光率75%的遮荫网覆盖,保持拱棚内空气相对湿度85%、温度(24±4) ℃,直至小苗长出新叶,再逐渐打开遮荫网和薄膜。

1.4 培养条件

培养室温度为(24±2) ℃,每天辅助光照14 h,光照强度950~1 900 lx。生根培养前7 d放置在培养室无直接光源处,生根培养15 d后应以自然散射光为辅助光源,光强约为3 000 lx。

1.5 数据统计与分析

诱导率/%=诱导出腋芽或不定芽的外植体数÷(接种外植体数-污染的外植体数)×100。增殖倍率=增殖培养后的芽苗总数÷接入的芽苗数(统计高0.5 cm以上的芽苗)。芽苗生根率/%=生根的芽苗数÷接入的芽苗数×100。数据采用SPSS软件分析,Tukey法多重比较。

2 结果与分析 2.1 诱导培养

日本茵芋雌雄株茎段在3种培养基上培养20 d左右,即可见茎段腋芽萌动,培养40 d,分别统计各培养基上雌雄株的诱导率(表 1)。3种培养基上雄株平均诱导率为31.0%,大大低于雌株的66.2%;雌雄株在3.0 g·L-1花宝1号培养基上的诱导率较其它2种培养基高,分别为75.6%、34.7%。方差分析结果:F培养基=14.22,大于F0.01(2,6)=10.90;F雌雄株=26.34,大于F0.01(1,6)=13.70;2个因素的P值均为0.000 1,表明培养基及雌雄株系对诱导率的影响均达极显著水平。多重比较结果表明,花宝1号更适宜日本茵芋雌雄株的离体培养,可能与花宝1号中的N:P:K(7:6:19)比有关。

表 1 3种培养基对诱导率的影响 Table 1 Effects of 3 types of media on initiation rate
基本培养基
Basic media
诱导出芽的外植体平均数
Mean of explants with initiating shoots
污染外植体平均数
Mean of contaminated explants
诱导率
Initiation rate/%
平均诱导率
Average initiation rate/%
雄株Male 雌株Female 雄株Male 雌株Female 雄株Male 雌株Female
MS 25 52 11 7 28.1Bb 55.9Bc 42.0
B5 28 63 7 6 30.1ABb 67.0Ab 48.5
3.0 g·L-1花宝1号
3.0 g·L-1 Hyponex No.1
33 68 5 10 34.7Aa 75.6Aa 55.2
注:数据后不同大写字母表示差异达极显著水平;不同小写字母表示差异达显著水平。Note: different uppercase letters mean extremely significant differences, and different lowercase letters mean significant differences.
2.2 增殖培养 2.2.1 6-BA对增殖倍率的影响

日本茵芋生长慢,离体培养的增殖及高生长均表现生长慢,因此增殖培养周期也较长。芽苗增殖培养50 d,仍可见大多芽苗没有增殖,仅见芽苗高生长。由表 2可见,雌株增殖倍率高于雄株,雄株在6-BA质量浓度为7.5 mg·L-1时,增殖倍率最高,为1.35倍。雌株在6-BA质量浓度为0~7.5 mg·L-1时,增殖倍率随6-BA质量浓度升高呈上升趋势;当6-BA质量浓度为7.5~10.0 mg·L-1时,增殖倍率随6-BA质量浓度升高呈缓慢下降趋势;当6-BA质量浓度为5.0~7.5 mg·L-1时,增殖倍率达2.28~2.32倍,但芽苗有明显的玻璃化, 因此后续试验6-BA质量浓度均采用2.5 mg·L-1。方差分析结果:F雌雄株=97.46,大于F0.01(1, 22)=7.95;F6-BA=4.24,大于F0.05(2, 22)=3.44。表明雌雄株对增殖倍率达极显著影响,6-BA的质量浓度对增殖倍率影响显著。

表 2 6-BA对增殖倍率的影响 Table 2 Effects of 6-BA concentration on proliferation rate
6-BA质量浓度
6-BA concentration/(mg·L-1)
增殖倍率Proliferation rate
雄株Male 雌株Female
0.0 1.00 1.00
2.5 1.22±0.127 1.91±0.200
5.0 1.21±0.137 2.28±0.216
7.5 1.35±0.179 2.32±0.164
10.0 1.28±0.190 2.30±0.161
2.2.2 芽苗切取方法和GA3对增殖倍率的影响

芽苗切取方法和GA3对增殖倍率的影响见表 3。添加4.0 mg·L-1GA3,结合切除芽苗顶芽,雌雄株均获得了较高的增殖倍率,分别为4.25和3.22倍。切除芽苗顶芽能较快促进芽苗从基部萌发新芽苗(图 1),增殖倍率高于保留芽苗顶芽。方差分析结果:F芽苗切取方法=61.48,大于F0.01(1,10)=10.0;FGA3=6.36,大于F0.05(3,10)=3.71。表明芽苗处理方法对增殖倍率影响达极显著水平,GA3对增殖倍率的影响达显著水平,说明在培养基中添加GA3,结合切除芽苗顶芽,对提高增殖倍率效果显著。

注:上排为切除芽苗顶芽;下排为保留芽苗顶芽。Note: removing the terminal buds of shoots in the upper-row culture bottles,and keeping the terminal buds in the lower-row culture bottles. 图 1 芽苗切取方法对增殖倍率的影响 Fig. 1 Effects of shoots cutting-way on proliferation rate
表 3 芽苗切取方法和GA3对增殖倍率的影响 Table 3 Effects of shoots cutting-way and GA3 concentration on prolifertion rate
芽苗切取方法
Shoots cutting-way
GA3质量浓度
GA3 concentration/(mg·L-1)
增殖倍率Proliferation rate 平均增殖倍率
Average proliferation rate
雄株Male 雌株Female
切除芽苗顶芽 0 1.42 2.08 1.75Cc
Removing the terminal bud of shoot 1 1.58 2.35 1.97Cbc
2 1.88 2.40 2.14BCbc
4 3.22 4.25 3.74Aa
保留芽苗顶芽 0 1.22 1.92 1.57Cc
Keeping the terminal bud of shoot 1 1.33 1.95 1.64Cc
2 1.43 1.95 1.69Cc
4 2.66 2.30 2.48Bb
注:数据后不同大写字母表示差异达极显著水平;不同小写字母表示差异达显著水平。Note: different uppercase letters mean extremely significant differences, and different lowercase letters mean significant differences.
2.3 ABT 1号、NAA对生根率的影响

ABT、NAA对生根率的影响结果见表 4。日本茵芋雌雄株芽苗生根均较迟缓,生根培养15~20 d,芽苗基部萌发白色根芽眼。添加NAA的培养基上,芽苗基部愈伤组织较大,且发根迟,生根率也较低(图 2)。方差分析结果为:F生长调节剂组合=30.79,大于F0.01(3,17)=5.18;F雌雄株=58.72,大于F0.01(1,17)=8.4,表明生长调节剂组合及雌雄株对芽苗生根率的影响均达极显著水平。多重比较结果表明:1.5 g·L-1花宝1号+0.5 mg·L-1ABT 1号为最佳生根培养基,雌雄株生根率最高,分别为73%和61%,说明ABT 1号优于NAA,而低质量浓度ABT 1号又较高质量浓度ABT 1号,更适宜日本茵芋雌雄株生根培养。

注:上排植株为1.0 mg·L-1NAA处理;下排植株为1.0 mg·L-1ABT 1号处理。Note: the upper-row plantlets were treatmented with 1.0 mg·L-1 NAA,and the lower-row plantlets were treatmented with 1.0 mg·L-1 ABT No.1. 图 2 芽苗生根情况 Fig. 2 Rooting situation of shoots
表 4 ABT 1号、NAA对生根率的影响 Table 4 Effects of various ABT and NAA concentration on rooting rate
ABT 1号质量浓度ABT No.1
concentration/(mg·L-1)
NAA质量浓度NAA
concentration/(mg·L-1)
生根率Rooting rate/% 芽苗生长状况
Growth situation of shoots
雌株
Female
雄株
Male
0.5 0.0 73.0Aa 61.0Aa 根白色、主根1~3条,无须根;生根时间约15~20 d,根茎处愈伤组织小,直径约0.1~0.2 cm。The roots with 1~3 main root was white, without fibre.The rooting time was about 15~20 days.The diameter of the callus at the rhizome was small, about 0.1~0.2 centimeter.
1.0 0.0 62.0Bb 55.0Bb 根白色、主根1~3条,无须根;生根时间约15~20 d,根茎处愈伤组织小,直径约0.1~0.2 cm。The roots with 1~3 main root was white, without fibre.The rooting time was about 15~20 days.The diameter of the callus at the rhizome was small, about 0.1~0.2 centimeter.
0.0 0.5 63.0Bb 52.0Bb 根白色、主根1~3条,无须根;生根较迟缓,生根时间约20~30 d,根茎处愈伤组织较大,直径约0.3~0.4 cm。The roots with 1~3 main root was white, without fibre. It took about 20~30 days for the roots to grow slowly.The diameter of the callus at the rhizome was bigger, about 0.3~0.4 centimeter.
0.0 1.0 53.0Cc 38.0Cc 根白色、主根1~3条,无须根;生根较迟缓,生根时间约20~30 d,根茎处愈伤组织较大,直径约0.3~0.4 cm。The roots with 1~3 main root was white, without fibre. It took about 20~30 days for the roots to grow slowly.The diameter of the callus at the rhizome was bigger, about 0.3~0.4 centimeter.
0.5 0.5 48.0Cc 36.0Cc 根白色、主根1~3条,无须根;生根较迟缓,生根时间约20~30 d,根茎处愈伤组织较大,直径约0.3~0.4 cm。The roots with 1~3 main root was white, without fibre. It took about 20~30 days for the roots to grow slowly.The diameter of the callus at the rhizome was bigger, about 0.3~0.4 centimeter.
注:表中数据后不同大写字母表示差异达极显著水平;不同小写字母表示差异达显著水平。Note: different uppercase letters mean extremely significant differences, and different lowercase letters mean significant differences.
2.4 组培苗的移栽

组培苗移栽在黄心土+椰糠(3:1)混合基质中,移栽50 d后,雌雄株组培苗移栽成活率分别为86%和83%。

3 讨论与结论

日本茵芋较佳的诱导培养基为3.0 g·L-1花宝1号+1.5 mg·L-16-BA,雌雄株诱导率分别75.6%、34.7%。增殖培养阶段,在3.0 g·L-1花宝1号+0~10.0 mg·L-16-BA培养基上,雌雄株均未获得理想的增殖,其最大增殖倍率仅为2.32和1.35。PONCHIA et al[11]通过添加苯基噻二唑脲(thidiazuron,TDZ)替代6-BA提高了雌株的增殖率。而本研究通过在培养基3.0 g·L-1花宝1号+2.5 mg·L-16-BA上添加4.0 mg·L-1GA3,结合切除芽苗顶芽的方法,提高了雌雄株的增殖倍率,其最高增殖倍率分别为4.25、3.22倍。生根培养阶段,ABT 1号较NAA更适宜生根培养,且低浓度ABT 1号(0.5 mg·L-1)的生根率最高。PONCHIA et al[11]认为低浓度的IBA(0.5 mg·L-1)有利于日本茵芋雌株的生根培养。试验最佳生根培养基为1.5 g·L-1花宝1号+0.5 mg·L-1ABT 1号,雌雄株生根率分别为73%和61%。雌雄株组培苗移栽在黄心土+椰糠(3:1)基质中,成活率分别为86%和83%。PONCHIA et al[11]的组培苗移栽试验中,未获得成活植株,并认为日本茵芋生根苗适应性较差。

日本茵芋雌雄株的诱导率、增殖率及生根率均达极显著差异,雄株的诱导率、增殖率及生根率均低于雌株。这与PONCHIA et al[11]的研究结果较为相似,雌雄株离体培养表现的差异,可能与雌雄株基因型差异有关。日本茵芋是生长极为缓慢的常绿灌木,在自然状态下,1 a仅抽梢1次[3],其离体培养也表现出芽苗生长缓慢,增殖及生根培养周期长,增殖倍率及生根率较低等现象,可见日本茵芋符合离体培养顽拗型植物特性[12]。闫国华等[12]认为离体培养顽拗性是遗传预决定性生长,很难从外界环境与营养上调控。日本茵芋顶端优势极强,通过切除芽苗顶芽,及添加一定浓度的GA3,只是一定程度上促进了芽苗增殖和伸长生长,提高增殖倍率。要满足日本茵芋雌雄株组培苗低成本、高效、规模化生产,还须进一步优化培养条件打破其离体培养顽拗性,提高增殖率及生根率等技术指标。

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