鳳 婷, 趙密珍, 王 鈺, 夏 瑾, 孟憲鳳
(1.安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,安徽 合肥 230601;2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所,江蘇 南京 210014)
草莓品種寧玉是江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所選育,于2010年通過江蘇省品種委員會(huì)鑒定的新品種,該品種早熟,果實(shí)圓錐形、果型端正、色澤艷麗、風(fēng)味甜香,植株抗病性強(qiáng)、耐低溫性好,為優(yōu)良的設(shè)施栽培專用新品種[1]。針對(duì)這樣的優(yōu)良品種,如果能建立其再生體系,可以為今后進(jìn)一步利用與研究奠定基礎(chǔ)[2-3]。
由于草莓葉片、葉柄取材方便,便于攜帶和保存,早在20世紀(jì)80年代國外學(xué)者就開展了草莓葉片再生[4-5]的研究,中國很多研究者[6]也均通過試驗(yàn)建立了不同品種草莓葉片及葉柄再生體系[7-9],均發(fā)現(xiàn)不同品種再生效率差距很大[10-11]。為此,本試驗(yàn)研究不同因素對(duì)寧玉再生的影響,旨在為寧玉再生體系的建立奠定基礎(chǔ)。
寧玉為江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝所組培室培養(yǎng)的組培苗,選取轉(zhuǎn)接45 d左右的健壯植株,扯下由內(nèi)而外第3~7片幼嫩翠綠完全舒展開的葉齡在10~40 d左右的葉片,同時(shí)剪下所選葉片的葉柄,一起作為試驗(yàn)材料。
1.2.1 激素組合的選擇 將基本培養(yǎng)基定為MS(蔗糖30.0 g/L,瓊脂6.2 g/L)+TDZ(2.0 mg/L),在基本培養(yǎng)基上添加不同濃度的吲哚丁酸(IBA)、萘乙酸(NAA)和吲哚乙酸(IAA)3種生長(zhǎng)素,以基本培養(yǎng)基為對(duì)照,共10個(gè)組合?;九囵B(yǎng)基與 IBA組合:IBA濃度分別為0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.4 mg/L。基本培養(yǎng)基與NAA組合:NAA濃度分別為0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.4 mg/L?;九囵B(yǎng)基與IAA組合:IAA 濃度分別為0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.4 mg/L。
將生長(zhǎng)狀態(tài)一致的葉片剪成邊長(zhǎng)約4 mm左右的正方形,接入培養(yǎng)基中,30 d后統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果。
1.2.2 再生部位的比較 將生長(zhǎng)狀態(tài)一致的葉片剪成邊長(zhǎng)約4 mm左右的正方形,葉柄剪成長(zhǎng)約1 cm左右的條狀,中間用手術(shù)刀片切割3~4道傷口(不能切斷),將葉柄和葉片一起放進(jìn)MS培養(yǎng)基中培養(yǎng),外面一圈葉片,里面一圈葉柄,可以直觀的比較葉片和葉柄的誘導(dǎo)能力。每隔10 d觀察試驗(yàn)結(jié)果,30 d后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
1.2.3 暗培養(yǎng)時(shí)間的篩選 將接種后的葉片和葉柄放進(jìn)組培室黑箱中進(jìn)行5 d、10 d、15 d、20 d的暗培養(yǎng),直接光培養(yǎng)的作為空白對(duì)照。暗培養(yǎng)結(jié)束后放到正常光下培養(yǎng),接種后30 d統(tǒng)計(jì)不同暗培養(yǎng)時(shí)間處理的誘導(dǎo)結(jié)果。
1.2.4 葉齡的篩選 分別選取葉齡為10 d、20 d、30 d、40 d左右的葉片做為材料,同上剪切后正面朝上放進(jìn)同一瓶MS培養(yǎng)基中培養(yǎng),接種30 d后比較不同葉齡葉片的誘導(dǎo)結(jié)果。
1.2.5 放置方式的比較 選取最佳誘導(dǎo)葉齡的葉片剪切后以不同方式(一半葉片剪切后正面向上接到外一圈,另一半剪切后反面向上接到內(nèi)一圈)放進(jìn)同一瓶培養(yǎng)基,接種30 d后觀察葉片不同放置方式對(duì)芽誘導(dǎo)的影響。
1.2.6 培養(yǎng)條件與統(tǒng)計(jì)方法 本試驗(yàn)各處理均接種10瓶,每瓶10個(gè)葉片(柄),重復(fù)3次,放到組培室[光照度3 000 lx,光照14 h/d,溫度(25±2)℃]進(jìn)行恒溫培養(yǎng)。30 d后統(tǒng)計(jì)不定芽的誘導(dǎo)率。
葉片不定芽誘導(dǎo)率=長(zhǎng)出不定芽的葉片總數(shù)/接種的葉片總數(shù)×100%;
葉柄不定芽誘導(dǎo)率=長(zhǎng)出不定芽的葉柄總數(shù)/接種的葉柄總數(shù)×100%。
將上述試驗(yàn)中的再生芽做生根培養(yǎng)的試驗(yàn)材料。
第一步:基本培養(yǎng)基的選取。配MS、1/2MS、1/4MS培養(yǎng)基。將再生芽剪下接種,進(jìn)行生根培養(yǎng),25 d后統(tǒng)計(jì)生根率、平均每株生根條數(shù)及根須長(zhǎng)度,選出生根最佳基本培養(yǎng)基。
第二步:將第一步篩選出的培養(yǎng)基定為基本培養(yǎng)基,進(jìn)行添加激素試驗(yàn),探索最佳生根培養(yǎng)基的最佳激素組合。選取IBA、NAA以及IAA 3種生長(zhǎng)素分別與基本培養(yǎng)基進(jìn)行不同量組合,以基本培養(yǎng)基為對(duì)照,共10個(gè)組合?;九囵B(yǎng)基與IBA組合:IBA濃度分別為 0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.4 mg/L?;九囵B(yǎng)基與 NAA組合:NAA濃度分別為0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.4 mg/L?;九囵B(yǎng)基與IAA組合:IAA濃度分別為 0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.4 mg/L。
將各組合調(diào)pH到5.8,放到組培室[光照度3 000 lx,光照14 h/d,溫度(25±2)℃]進(jìn)行恒溫培養(yǎng)。每個(gè)處理接種5瓶,每瓶接種10株再生芽,重復(fù)3次。30 d后統(tǒng)計(jì)生根情況。
再生苗根部生長(zhǎng)至4 cm左右時(shí)開啟封口膜,往瓶?jī)?nèi)注入2 ml自來水后于室溫下煉苗1 d。然后用鑷子夾出于自來水龍頭下洗凈粘附的培養(yǎng)基,去掉外面一層老葉整理干凈后栽到36格的營養(yǎng)缽中,將水澆透基質(zhì),放進(jìn)大棚,以后1 d澆1次水保持基質(zhì)充分濕潤(rùn),14 d后統(tǒng)計(jì)成活率。
從不同激素組合誘導(dǎo)的結(jié)果顯示:在IBA、NAA、IAA 3種激素中,NAA的誘導(dǎo)效果最好,另外2種激素的誘導(dǎo)效果無明顯差異;對(duì)于同一種激素來說,激素添加量過少,誘導(dǎo)效率較低,但是添加量過高,誘導(dǎo)率增加不明顯,玻璃化苗的機(jī)率大大增加。綜合各結(jié)果:添加0.2 mg/L NAA的培養(yǎng)基誘導(dǎo)效果最好。
從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,葉柄出芽時(shí)間早于葉片,其誘導(dǎo)率高于葉片,說明葉柄再生能力強(qiáng)于葉片。從傷口的愈傷情況可以看出葉片和葉柄的基部誘導(dǎo)能力均高于葉頂部,誘導(dǎo)能力從強(qiáng)到弱依次為葉柄基部>葉片基部>葉片頂部>葉柄頂部。
從幾種不同暗培養(yǎng)時(shí)間的外植體生長(zhǎng)情況來看,10 d是最佳的暗培養(yǎng)時(shí)間,外植體誘導(dǎo)率達(dá)到50%。0 d、5 d的暗培養(yǎng)時(shí)間過短,葉片幾乎不分化而且直接褐化枯萎,誘導(dǎo)率為零;15 d、20 d暗培養(yǎng)時(shí)間太長(zhǎng),誘導(dǎo)率不高,分別為24%和17%。
從試驗(yàn)過程和結(jié)果來看,葉齡太小,不僅操作麻煩,難以修剪,而且分化率低,10 d大小的葉片葉面積太小,剪切不利,沒有分化。30 d葉齡葉片誘導(dǎo)率只有12%,40 d葉齡葉片誘導(dǎo)率不高,在10%以下。20 d葉齡的葉片分化效果最佳,為46%。由此可見,葉齡過小、過大都不利于誘導(dǎo),20 d葉齡大小合適,誘導(dǎo)活力最強(qiáng),這可能與20 d時(shí)葉片中的激素水平適中有關(guān)。
通過比較葉片的2種放置方式得出,正面朝上的放置方式誘導(dǎo)率達(dá)到52%,反面朝上放置方式的誘導(dǎo)率只有31%,這與很多文獻(xiàn)所得出的結(jié)果基本一致。很多學(xué)者認(rèn)為原因是葉片下表面氣孔較多,與培養(yǎng)基接觸容易從培養(yǎng)基中吸收更多的營養(yǎng)物質(zhì),所以正面朝上比較容易誘導(dǎo)再生。
試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn):1/4MS培養(yǎng)基中再生芽最早生根,14 d時(shí)根須多而且長(zhǎng),平均每株生4~8條根須;MS培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的根系較粗壯,但是伸長(zhǎng)速度較慢;1/2MS培養(yǎng)基中再生芽的生根速度及根須數(shù)皆不如1/4MS培養(yǎng)基。1/4MS培養(yǎng)基中組培苗株高不如MS培養(yǎng)基,但是移栽后發(fā)現(xiàn)1/4MS培養(yǎng)基的組培苗長(zhǎng)勢(shì)和MS培養(yǎng)基無顯著差異,估計(jì)是生根后期營養(yǎng)的缺失導(dǎo)致。綜合各因素,選取1/4MS培養(yǎng)基為最佳生根基本培養(yǎng)基。
在上述選取的最佳基本培養(yǎng)基基礎(chǔ)上,進(jìn)行添加激素試驗(yàn),25 d后統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果得出:生根率均可達(dá)到100%;但是IAA添加濃度為0.2 mg/L時(shí)生根較早,同時(shí),在添加IAA培養(yǎng)基中,植株的根長(zhǎng)、株高均優(yōu)于添加IBA培養(yǎng)基;添加NAA的培養(yǎng)基,生根數(shù)量較多,植株高,但是極易長(zhǎng)出白色瘤狀物質(zhì),綜合以上結(jié)果得出:生根培養(yǎng)基成分可確定為:1/4MS+IAA(0.2 mg/L)。
移栽14 d后觀察發(fā)現(xiàn)大部分再生苗植株長(zhǎng)高,葉片長(zhǎng)大、增多,情況良好,成活率達(dá)到97.22%。添加IAA組合再生苗移栽后長(zhǎng)勢(shì)最好,添加NAA組合死苗很多,添加IBA組合草莓苗瘦弱矮小,長(zhǎng)勢(shì)不佳。
綜合本試驗(yàn)結(jié)果可得出:草莓品種寧玉不定芽再生最佳培養(yǎng)基是 MS(蔗糖 30 g/L,瓊脂 6.2 g/L)+TDZ(2.0 mg/L)+NAA(0.2 mg/L);葉片及葉柄基部誘導(dǎo)能力最強(qiáng);10 d左右是暗培養(yǎng)最佳時(shí)間;20 d葉齡的葉片是最佳誘導(dǎo)材料;葉片正面朝上比反面朝上放置方式好;最佳生根培養(yǎng)基為1/4MS+IAA(0.2 mg/L);生根率可達(dá)到100%;煉苗移栽后成活率可達(dá)到97.22%。
本試驗(yàn)利用TDZ激素誘導(dǎo)再生,雖然再生率不低,但是有文獻(xiàn)曾報(bào)道:TDZ的過度使用會(huì)增加產(chǎn)生玻璃化苗的風(fēng)險(xiǎn),該試驗(yàn)過程中確實(shí)有小部分玻璃化苗出現(xiàn),所以后續(xù)工作剔除玻璃化苗是關(guān)鍵步驟。
將葉片和葉柄一同培養(yǎng)可發(fā)現(xiàn)葉柄誘導(dǎo)芽的能力比葉片強(qiáng),這與很多參考文獻(xiàn)中提到的葉片誘導(dǎo)能力較強(qiáng),葉柄比葉片容易誘導(dǎo)出愈傷組織,但不易直接誘導(dǎo)出芽[12]的結(jié)果不一致,這可能是基因型不同造成的,具體原因還需進(jìn)一步探討。本試驗(yàn)結(jié)果也表明葉柄和葉片基部誘導(dǎo)能力均強(qiáng)于頂部。
有很多研究結(jié)果表明,在IBA,NAA,IAA 3種生長(zhǎng)素中,IBA誘導(dǎo)再生能力比NAA強(qiáng)[13],而在本試驗(yàn)結(jié)果中,誘導(dǎo)能力最強(qiáng)的是NAA,IAA較弱,最差的是IBA,其具體原因有待進(jìn)一步研究。
一些研究結(jié)果表明:再生過程中,暗培養(yǎng)后放到光下培養(yǎng),如果外植體褐化無綠色而且無膨大現(xiàn)象,基本可以肯定是誘導(dǎo)失敗。但本試驗(yàn)品種寧玉在誘導(dǎo)過程中,出現(xiàn)上述現(xiàn)象后,仍然具有很強(qiáng)的再生活力。由此可以證明該品種確實(shí)是抗性很強(qiáng)的優(yōu)良品種,具體原因需以后從分子學(xué)層面深入探討。
[1]趙密珍,王壯偉,錢亞明,等.草莓新品種“寧玉”[J].園藝學(xué)報(bào),2011,38(7):1411-1412.
[2]秦永華.豐香草莓高效再生的機(jī)理及遺傳轉(zhuǎn)化研究[D].杭州:浙江大學(xué),2005.
[3]吳雪梅,湯浩茹.草莓葉片培養(yǎng)研究進(jìn)展[J].果樹學(xué)報(bào),2004,21(6):598-602.
[4]NEHRA N S,STUSHNOFF C,KARTHA K K.Direct shoot regeneration from strawberry leaf disks[J].Journal America Hort-Science,1989,114(6):1014-1018.
[5]NEHRA N S,CHIBBAR R N ,KARTHA K K.Agrobacterium mediated transformation of strawberry calli and recovery of transgenic plants[J].Plant Cell Repors,1990,9:10-13.
[6]閆華曉,趙 輝,崔德才.影響草莓葉片植株再生因素的研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,34(2):177-180.
[7]NEHAR N S,STASHNOFF C,KARRHA K K.Regeneartion of plant from immature leaf-derived callus of strawberry(Fragaria anannassa)[J].Plant Cell ReP,1990,66(1):119-126.
[8]NRHAR N S ,STASHNOFF C.Direct shoot regeneration from strawberry leaf disks[J].J Amer Soc Hort Sci,1989,114(6):1014-1018.
[9]馮 利.草莓“紅頰”快速繁殖及遺傳轉(zhuǎn)化體系研究與應(yīng)用[D].杭州:浙江大學(xué),2011.
[10]孫崇波,謝 鳴,蔣桂華,等.草莓主栽品種豐香高效再生體系的研究[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2003,15(2):69-72.
[11]KATI H,HARRI K,SIRPA K.Shoot regeneration from leaf explants of five strawberry(Fragaria×Ananassa)cultivars in temporary immersion bioreactor system[J].Society for In Vitro Biology,2005,41:826-831.
[12]GREENE A E ,DAVIS T M.Regeneration of Fragaria vesca plants from leaf tissue[M].Portland Oregon,USA:Dale A and Luby J J,1991.
[13]王 翡,高志紅,章 鎮(zhèn),等.草莓高效離體葉片再生體系的建立[J].西北植物學(xué)報(bào),2010,30(5):1045-1049.