不同组培条件对芦笋试管苗玻璃化的影响

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  摘要为有效解决芦笋组培快繁继代增殖培养4~6代时,由于玻璃化试管苗的严重出现而影响增殖效率的问题,对6BA浓度、培养温度、光照强度、蔗糖浓度、琼脂浓度等因素对芦笋组培玻璃化及增殖效果的影响进行研究。结果显示,玻璃化率随着培养温度和6BA浓度的降低而有所降低,随光照强度、蔗糖浓度和琼脂浓度的增强而减弱。最终选择MS培养基,附加蔗糖50 g/L,琼脂粉8 g/L,光照强度4 200 lx,先6BA 0.3 mg/L的培养基上培养一代,再在6BA 0.5 mg/L的培养基上培养,每周期先在20 ℃培养15 d,再在25 ℃培养10 d的方式来度过芦笋增殖培养玻璃化高峰期。
  关键词芦笋;增殖培养;玻璃化;增殖系数
  中图分类号S603.6文献标识码A文章编号0517-6611(2016)01-223-03
  AbstractFactors affecting the vitrification and proliferation during the 4-6 generations of Asparagus officinalis L. were studied in tissue culture, such as 6BA concentration, temperature, light intensity, sucrose concentration, agar concentration and other factors. Results showed that vitrification percentage reduced as the culture temperature and 6BA concentration decreased, and weakened when the light intensity, sucrose concentration and agar concentration enhanced. MS culture medium adding 50 g/L sucrose and 8 g/L agar powder was selected with the light intensity being 4 200 lx. The first generation was cultured on medium with 0.3 mg/L 6BA, and then transferred to medium with 0.5 mg/L 6BA. In each cycle, A. officinalis was firstly cultured at 20 ℃ for 15 days, and then at 25 ℃ for 10 days. By this way, A. officinalis could go through its vitrification peak.
  Key wordsAsparagus officinalis L.; Proliferation culture; Vitrification; Multiplication coefficient
  蘆笋,学名石刁柏(Asparagus officinalis),属百合科天冬门属,是雌雄异株宿根性多年生植物,有“蔬菜之王”和“世界十大名菜之一”之称。其质嫩味鲜,营养价值丰富,风味独特,深受世人的喜爱[1-2]。芦笋雌雄异株,亲本繁殖困难,分株法繁殖速度慢。组织培养能较好地保持良种的优良性状,繁殖系数高,应用于芦笋品种的杂交选育和亲本繁殖过程中,可迅速扩大亲本数量,缩短育种年限,提高制种产量[3]。
  多年组培经验表明,在芦笋组织培养中,反复继代培养尤其是继代增殖培养4~6代,会出现严重的玻璃化现象。而玻璃化一旦形成,很难将其恢复成正常植株,严重影响了芦笋的增殖效率。笔者通过对影响组培苗玻璃化的因素进行研究,探讨芦笋继代培养4~6代时由于大量试管苗玻璃化而影响增殖效率的解决途径。
  1材料与方法
  1.1试验时间、地点
  于2014年在山东省潍坊市农业科学院生物所组培实验室进行。
  1.2试验材料
  供试材料为芦笋育种材料“中21”,取自潍坊市农业科学院新品种繁育基地。
  1.3试验方法
  将经过3代继代增殖培养的愈伤组织,接种于增殖培养基中。增殖培养基以MS为基本培养基。采用单因子对比试验,每个处理样本为40个,分接在20瓶中,试验重复3次。添加6BA 0.50 mg/L(涉及6BA浓度影响除外)、NAA 0.05 mg/L、KT 0.10 mg/L,附加蔗糖40 g/L、琼脂粉6 g/L(涉及蔗糖、琼脂粉浓度影响除外),pH 调至5.8。培养温度25 ℃(温度处理除外),光照强度2 500 lx(光照强度处理除外),光照时间12 h/d。以25 d为一周期,继代培养2次。统计增殖系数和玻璃化率,增殖系数=增殖苗数/接种苗数;玻璃化率=(玻璃化苗数/接种苗数)×100%。
  1.3.1不同6BA浓度的影响。6BA浓度分别为0.3、0.5、0.8 mg/L及0.3与0.5 mg/L变换、0.5与0.8 mg/L变换,共5个处理。
  1.3.2不同培养温度的影响。接种后的培养温度分别为20、25 ℃及20与25 ℃变温处理,共3 个处理。变温处理天数为20 ℃培养15 d,25 ℃培养10 d。
  1.3.3不同光照强度的影响。光照强度分别为2 500、3 500、4 200 lx,共3个处理。
  1.3.4不同蔗糖浓度的影响。培养基中添加的蔗糖浓度分别为40、50、60 g/L,共3 个处理。
  1.3.5不同琼脂浓度的影响。培养基中添加的琼脂浓度分别为6、8、10 g/L,共3 个处理。   2结果与分析
  2.1不同6BA浓度的影响
  在进行亲本茎尖启动培养时发现,当6BA浓度为0.8 mg/L时,增殖效果最好。由表1可知,在一次增殖中当6BA浓度达0.5 mg/L时,增殖系数最大,为1.70;当6BA浓度为0.8 mg/L时,增殖系数反而下降。其原因是6BA浓度为0.8 mg/L时玻璃化率达到50%,从而影响了其增殖系数(图1)。这与芦笋继代增殖4~5代时,其玻璃化程度严重相吻合。当6BA浓度为0.3 mg/L时,一次玻璃化苗数最少,只有3株。随着再次继代培养,在6BA浓度为0.3与0.5 mg/L的培养基上交换培养,虽然玻璃化苗比0.3 mg/L的多2株,但其增殖系数最大,达到2.950。因此选择采用6BA 0.3与0.5 mg/L的培养基上交换培养。
  2.2不同培养温度的影响
  由表2可知,不同培养温度对芦笋玻璃化有显著影响,同时对增殖系数有极显著影响。在一定温度范围内(20~25 ℃),随着培养温度的升高,芦笋试管苗玻璃化率明显提高,在一次增殖中,25 ℃时增殖苗数最多,为68株。而在二次增殖时,20与25 ℃的变温培养增殖苗数最多,为108株,玻璃化苗数10株,增殖系数为2.70;25 ℃时增殖苗数为90株,玻璃化苗数40株,增殖系数为2.25。综合考虑,选择20/25 ℃的变温培养。
  2.3不同光照强度的影响
  由表3可知,不同光照强度对玻璃化率有显著影响,随着光照强度的增加,玻璃化率明显降低。二次增殖时,当光照强度为4 200 lx 时,玻璃化苗数只有8株,显著低于2 500 lx 时的40株。增殖系数随着光照强度的增加呈增长趋势,但差异不显著。当光照强度为4 200 lx时,二次增殖系数最大,为2.75。因此选择4 200 lx的光照强度。
  2.4不同蔗糖浓度的影响
  由表4可知,蔗糖浓度对玻璃化率有显著影响(尤其是二次培养),随着蔗糖浓度的增加,玻璃化率明显降低。二次增殖时,当蔗糖浓度为60 g/L时,玻璃化苗数为14株,显著低于40 g/L时的40株。增殖系数受蔗糖浓度的影响较小,但随着蔗糖浓度的增加呈增加趋势。考虑到成本问题,选择蔗糖浓度为50 g/L。
  2.5不同琼脂浓度的影响
  由表5可知,不同琼脂浓度对增殖系数有一定影响,在一定浓度范围内(6~8 g/L),随着琼脂浓度升高,增殖系数有所上升。琼脂浓度对玻璃化率(尤其是二次培养)有显著影响。当琼脂浓度为10 g/L 时,二次增殖玻璃化苗数最少,为12株,增殖系数为2.30。当琼脂浓度为8 g/L时,二次增殖系数为2.45。综合考虑成本和增殖系数,选择琼脂浓度为8 g/L。
  3结论与讨论
  笔者研究了芦笋继代增殖4~5代时,对其增殖效率和玻璃化率产生影响的因素,从而选择合适的培养条件,顺利度过增殖培养的危险期。结果表明,6BA浓度、培养温度、光照强度、蔗糖与瓊脂浓度5种因素对继代培养4~5代的芦笋试管苗玻璃化都有显著影响,其中以6BA浓度、培养温度、光照强度的影响最大,蔗糖和琼脂浓度对增殖系数没有显著影响。
  该研究发现随着琼脂或蔗糖浓度的增加,玻璃化苗减少,但超过一定浓度也会降低芦笋的增殖系数。当琼脂浓度为8 g/L 时,一次培养增殖所得苗数为72株,二次培养增殖所得苗数为98株。而当琼脂浓度为10 g/L时,一次培养增殖所得苗数为66株,二次培养增殖所得苗数为92株,增殖系数降低。原因可能是提高培养基中琼脂或蔗糖浓度,可降低培养基中的渗透势,阻碍细胞过度吸水,从而降低玻璃化苗的比例[4]。当琼脂浓度过高时,培养基硬化,影响了试管苗对养分的吸收,降低了增殖系数;蔗糖浓度过高时,碳源过剩,不利于分化,增殖系数降低[5]。
  该试验中,随着光照强度的增加,玻璃化率降低,增殖系数变大。金波等[6]、肖玉兰等[7]认为,在一定范围内,植物的光合强度与光照强度成正相关,光照强光合作用强,合成更多的有机物,有利于试管苗的正常生长,减少玻璃化现象,这与该试验结果一致。在一定光照强度范围内光照有利于植物生长,当光照强度超过一定范围后,对一些植物将产生负面影响[8]。Lees 等[9]认为过高的光照强度会导致试管苗光合作用能力及量子效率降低。该试验结果表明4 200 lx为芦笋组培适宜的光照强度。
  周俊辉等[10]、时群等[11]研究表明,温度的高低与玻璃化的产生具有一定的相关性,培养温度升高,玻璃化率也增加。其原因可能是高温会刺激细胞新陈代谢,细胞快速分裂,愈伤组织疏松,从而导致玻璃化[12],这与该试验结果一致。但温度对芦笋的增殖系数也存在显著影响,在一定范围内,温度越高增殖系数越大,在芦笋继代增殖4代时,25 ℃时增殖系数最大,但第5代时,由于其大量玻璃化,增殖系数反而降低,表明温度对玻璃化的影响大于其对增殖系数的影响。
  Mujib 等[13]认为6BA 是组培苗玻璃化的根源之一,一定的6BA 浓度诱导细胞分裂活性增强,加上衬质势高,新分裂的细胞膨胀、伸长,扰乱了正常的生长发育过程,出现不平衡,产生玻璃苗。该试验发现,6BA 浓度越高,组培苗玻璃化率越高,此现象可能是Mujib等[13]所述原因导致。
  综合多种因素考虑,最终选择MS培养基,附加蔗糖50 g/L,琼脂粉8 g/L,pH 5.8,光照强度4 200 lx,光照时间12 h/d,每周期先在20 ℃培养15 d,再在25 ℃培养10 d。NAA 005 mg/L,KT 0.1 mg/L,先在6BA 0.3 mg/L的培养基上培养一代,再在6BA 0.5 mg/L的培养基上培养的方式度过芦笋增殖培养玻璃化高峰期。
  44卷1期包艳存等不同组培条件对芦笋试管苗玻璃化的影响
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