文章信息
- 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
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文章历史
- 收稿日期: 2018-08-03
- 修回日期: 2018-10-29
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。
| 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. | |||||||||
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。
| 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 |
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。
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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 |
| 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. | ||||
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。
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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 |
| 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. | ||||
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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