杜澤宇 劉丹 宗憲春 李然紅 孫雪芳

摘要：以雪櫻子無(wú)菌苗葉片及莖段為外植體，研究了不同激素及不同濃度激素配比的培養(yǎng)基對(duì)雪櫻子愈傷組織的誘導(dǎo)、不定芽分化及其生根的影響。結(jié)果表明，愈傷組織誘導(dǎo)以及芽分化最適培養(yǎng)基為MS+6-BA 2.0 mg/L+ IAA 0.2 mg/L，出愈率為87.5%，分化率為65.0%；生根最適培養(yǎng)基為MS+ IAA 0.2 mg/L。

關(guān)鍵詞：雪櫻子；愈傷組織；不定芽；生根

中圖分類號(hào)：R282.71；S567.219 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-1463（2017）09-0027-03

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2017.09.009

Effects of Shading on Stomatal and Photosynthetic Characteristics of Spring Wheat Under Elevated Atmospheric CO2 Concentration

YU Xianfeng 1， 2， ZHANG Xucheng 1， 2， FAN Yanjie 1， 2， WANG Hongli 1， 2， HOU Huizhi 1， 2， MA Yifan 1， 2， ZHAO Jijun 3

（1. Institute of Dryland Farming，Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China； 2. Key Laboratory of High Water Utilization on Dryland of Gansu Province， Lanzhou Gansu 730070， China； 3. Gansu Agriculture Environment Protection Station， Lanzhou Gansu 730000，China）

Abstract：Effects of shading and elevated atmospheric CO2 concentration on leaf photosynthetic physiology are investigated using shading and elevated atmospheric CO2 concentration treatments. The result shows that compared with normal sunlight condition， shading treatments increased stomata length by 22.93% and 10.23%， decreased stomata width by 30.00% and 30.22%， decreased stomatal area by 17.99% and 18.11%， increased circumference by 16.80% and 6.85%， decreased stomata density by 6.61% and 23.78%， and decreased stomatal index by 5.99% and 14.23%， under normal and elevated atmospheric CO2 concentration， respectively. Compared with normal atmospheric CO2 concentration， elevated atmospheric CO2 concentration increased stomatal area by 1.91% and 1.95%， decreased stomata density by 14.33% under sunlight condition while increased by 5.00% with shading treatment. Compared with sunlight condition， shading decreased stomatal conductance by 56.11% and 53.21% and transpiration rate by 40.57% and 49.27% under normal and elevated CO2 concentration， respectively. However， the treatments have no effects on photosynthetic rate， which is probably due to the occurrence of “l(fā)ight adaptation” under elevated CO2 concentration. Compared with normal atmospheric CO2 concentration， elevated CO2 concentration decreased stomatal conductance of wheat. Leaf pore length and blades width of wheat are significantly correlated with the rate of photosynthesis.

Key words： Elevated atmospheric CO2 concentration； Stomatal characteristics； Photosynthetic characteristics

雪櫻子（Amaranthus caudatus L.）學(xué)名為尾穗莧，別名為老槍谷、仙人谷，為莧科莧屬一年生草本植物。雪櫻子原產(chǎn)于熱帶、亞熱帶地區(qū)，在我國(guó)各地均有栽培。作為一種藥食兩用植物，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，在許多國(guó)家和地區(qū)都作為一種重要的農(nóng)作物被大量種植。雪櫻子種子脂肪和蛋白質(zhì)含量高，氨基酸成分均衡，其中賴氨酸和蛋氨酸含量更是比豆類和谷類高[1 - 2 ]。此外，雪櫻子還可作為常用中藥使用，全草入藥，具有健脾益血、解毒消腫止痛、生津止渴、補(bǔ)血強(qiáng)精的功效[3 - 4 ]。Plate等研究表明，血膽固醇過高的兔子在食用雪櫻子后，其低密度脂蛋白及總膽固醇均有不同程度的減少[5 ]。我國(guó)一些地方的地物志、藥物志已將雪櫻子作為常用中草藥收錄，它含有一種與人垂體激素十分相似的植物激素，可以促進(jìn)精液的形成，有著良好的性保健作用[6 - 7 ]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于雪櫻子的研究很少，主要集中在研究其成分的提取和分析等方面，對(duì)其植物組織培養(yǎng)方面的研究尚處于起步階段，Bennici等[8 ]對(duì)不同變種的雪櫻子愈傷組織的形成及分化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其分化再生具有品種特異性，且該體系培養(yǎng)周期長(zhǎng)，再生頻率較低。我們以雪櫻子葉片及莖段為試驗(yàn)材料，利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)成功構(gòu)建出其高效再生植株體系，以期為雪櫻子快速繁殖、性狀改良、轉(zhuǎn)基因技術(shù)育種以及種質(zhì)資源的保存和利用提供技術(shù)手段。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

雪櫻子種子購(gòu)自山東省壽光市問天種業(yè)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 培養(yǎng)基配制及培養(yǎng)條件設(shè)定 以MS為基礎(chǔ)培養(yǎng)基，附加瓊脂3%、蔗糖0.8%，加入不同濃度激素組合（表1），調(diào)pH至5.8，分裝于100 mL組培瓶中，每處理重復(fù)4次，加膜封口，于高壓滅菌鍋中121 ℃下高壓滅菌20 min。滅菌后置于溫度25 ℃、光照強(qiáng)度為1 800 Lx的組培室中，光照16 h/d。

1.2.2 無(wú)菌苗培養(yǎng) 取顆粒飽滿的雪櫻子種子，于70%乙醇浸泡30 s，無(wú)菌水沖洗3次，再用0.1%升汞浸泡5 min，用無(wú)菌水沖洗至無(wú)升汞殘留。用無(wú)菌濾紙吸干表面水分后接種于1/2MS培養(yǎng)基[9 ]，暗培養(yǎng)1 d后移到培養(yǎng)間進(jìn)行光照培養(yǎng)，7 d后獲得生長(zhǎng)健壯的無(wú)菌苗。

1.2.3 愈傷組織誘導(dǎo)和不定芽分化培養(yǎng)基的篩選

取生長(zhǎng)健壯的無(wú)菌植株，將葉片剪成0.5 cm×0.5 cm、莖剪成0.5 cm長(zhǎng)的莖段作為接種的外植體。將已剪好的外植體接種至不同激素配比的培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)，激素組合選擇6-BA 1.0、2.0、3.0 mg/L與IAA 0.1、0.2、0.3 mg/L排列組合方式。每種培養(yǎng)基上接種外植體10塊，4次重復(fù)，15 d繼代1次；接種愈傷組織5塊，重復(fù)4次，同樣選擇上述方法培養(yǎng)，20 d后統(tǒng)計(jì)出愈率。出愈率= 有愈傷組織形成的外植體數(shù)/接種外植體數(shù)×100，30 d后觀察記錄芽分化情況，統(tǒng)計(jì)分化率。分化率=有芽形成的外植體數(shù)/接種的愈傷組織塊數(shù)×100。

1.2.4 生根培養(yǎng)基篩選 生根培養(yǎng)以MS為基礎(chǔ)培養(yǎng)基，附加IAA作為誘導(dǎo)激素，激素濃度選擇0.1、0.2、0.3 mg/L。將長(zhǎng)3～4 cm的健壯芽剪下，使之成為單株無(wú)根苗，然后接種至不同生根培養(yǎng)基上，每種培養(yǎng)基接種10個(gè)芽，重復(fù)4次，20 d后觀察根生長(zhǎng)狀況，統(tǒng)計(jì)生根率。生根率=有根形成的芽數(shù)/接種的芽數(shù)×100。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同激素對(duì)雪櫻子外植體愈傷組織形成的影響

由表1可知，雪櫻子葉片外植體接種到不同激素組合的培養(yǎng)基中，其出愈率和出芽率差異明顯。5號(hào)培養(yǎng)基MS+6-BA 2.0 mg/L+IAA 0.2 mg/L的出愈率和出芽率最高；9號(hào)培養(yǎng)基MS+6-BA 3.0 mg/L+IAA 0.3 mg/L組合最低，出愈率為17.5%，僅為5號(hào)培養(yǎng)基的1/5，出芽率為0。并且在相同6-BA水平下，IAA 0.2 mg/L濃度時(shí)的出愈率和出芽率明顯高于其他2個(gè)IAA濃度水平，IAA濃度0.2 mg/L時(shí)的愈傷組織呈淡綠或綠白色，結(jié)構(gòu)緊實(shí)，芽點(diǎn)清晰，生長(zhǎng)速率高。相同IAA水平下，6-BA濃度1.0 mg/L時(shí)明顯低于2.0 mg/L時(shí)的出愈率、出芽率，此時(shí)愈傷組織呈白綠色，結(jié)構(gòu)松散，芽點(diǎn)較少發(fā)白，生長(zhǎng)速率低；而6-BA 濃度3.0 mg/L時(shí)的出愈率和出芽率顯著低于其他2個(gè)6-BA濃度水平，愈傷組織發(fā)黑或褐色，結(jié)構(gòu)易散呈水漬狀顆粒，芽點(diǎn)干而脆，大多數(shù)是盲芽，生長(zhǎng)速率無(wú)。上述結(jié)果表明，激素組合為MS+6-BA 2.0 mg/L+ IAA 0.2 mg/L時(shí)的出愈率和出芽率最優(yōu)。

2.2 生根培養(yǎng)基的篩選

由表2可知，不定芽轉(zhuǎn)接至生根培養(yǎng)基后，IAA濃度為0.2 mg/L時(shí)根啟動(dòng)最早，且不定根生成明顯，生根率高達(dá)98%，主根粗而壯，側(cè)根較多；而低濃度和高濃度的IAA均不利于雪櫻子生根，這與伍展紅等[10 ]的研究相似：低濃度和高濃度的IAA培養(yǎng)基其根系較短、主根細(xì)長(zhǎng)，側(cè)根較少或完全無(wú)側(cè)根。

3 結(jié)論與討論

在植物組織培養(yǎng)技術(shù)中，植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的使用是必不可少的，6-BA是植物組織培養(yǎng)中常用的細(xì)胞分裂素，廣泛應(yīng)用于各種植物再生體系的建立[11 ]。已有大量研究表明，IAA和6-BA結(jié)合使用會(huì)提高大部分植物外植體的再生頻率[12 ]，但由于所選用植物種類及品種的不同，其用法用量也有較大差別[13 - 15 ]。本研究表明，在MS培養(yǎng)基中附加不同6-BA和IAA的濃度配比，雪櫻子葉片和莖段外植體均能產(chǎn)生愈傷組織。愈傷組織誘導(dǎo)和芽分化可在同一種培養(yǎng)基上進(jìn)行。雪櫻子外植體分化芽的能力取決于培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比例。本研究結(jié)果表明，雪櫻子的出愈率和分化率在2種激素的不同濃度組合間存在很大差異。MS+6-BA 2.0 mg/L+IAA 0.2 mg/L組合出愈率和出芽率最高，說明中濃度的6-BA和IAA有利于雪櫻子愈傷組織的形成和芽的分化。生根培養(yǎng)試驗(yàn)也表明，中濃度的IAA生根率高且根系發(fā)達(dá)。本研究建立了雪櫻子的植物組織培養(yǎng)再生體系，可以將愈傷組織作為轉(zhuǎn)基因植物的轉(zhuǎn)化受體，進(jìn)而再分化得到轉(zhuǎn)基因植株，為雪櫻子品種改良技術(shù)研究提供參考。

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