張雅庭，張雪平，賈雙雙，胡能兵，徐雅樂，吳業(yè)林

（安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院，安徽 鳳陽 233100）

0 引言

草莓是薔薇科草莓屬多年生草本植物，含有多種維生素，營養(yǎng)價值高，口感極佳，被稱為“水果皇后”［1］。近年來，隨著現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)和休閑采摘的迅速升溫，人們對草莓品質(zhì)的要求也越來越高，草莓栽培面積、產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐漸增加。據(jù)統(tǒng)計，2018年，我國草莓種植面積和產(chǎn)量居世界首位［2］。

草莓傳統(tǒng)育苗方式主要分為分株和匍匐莖繁殖，連續(xù)種植則造成草莓苗體內(nèi)病毒越來越多，從而導(dǎo)致植株長勢減弱、植株變矮、產(chǎn)量降低及品質(zhì)變差等品種退化現(xiàn)象［3-4］。近年來，草莓通過組織培養(yǎng)技術(shù)進行莖尖脫毒，已成為恢復(fù)草莓種性和維持優(yōu)良性狀的最有效途徑。通過脫毒處理的草莓苗，具有長勢旺盛、根系發(fā)達、抗病性強、植株整齊一致、產(chǎn)量和品質(zhì)顯著提高的優(yōu)勢，還能縮短繁殖周期，提高繁殖能力和繁殖系數(shù)，且培育不受季節(jié)性的影響，易于規(guī)?；a(chǎn)［5-6］。目前，草莓組織培養(yǎng)還存在以下問題：增殖系數(shù)不高，鮮有突破10倍以上的增殖倍數(shù)；多數(shù)研究集中于激素種類和濃度的篩選，外源添加物對草莓增殖、生根方面的影響報道極少［7-11］。因此，在前人研究基礎(chǔ)上，有必要探討新的組培方式，以優(yōu)化完善草莓離體再生體系。

鈰（Ce）屬于鑭系稀土元素，具有廣泛的生理活性。經(jīng)科學(xué)研究證實，使用特定濃度的鈰能促使植株迅速成長、提高植株的抗逆性、改善作物的品質(zhì)、增加的作物產(chǎn)量等［12-13］。稀土元素在低濃度情況下能夠促進葉子和根的生長，從而促進作物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和葉綠素的合成，而當含量超過規(guī)定范圍時又會抑制作物生長發(fā)育［14-17］。近年來，稀土逐漸被應(yīng)用到植物組織培養(yǎng)方面［18-22］。稀土在草莓種植上主要作為微量元素肥料，具有促進草莓增產(chǎn)、增強植物抗逆性、改善草莓品質(zhì)的特殊性能［23-25］，但稀土在草莓組織培養(yǎng)方面報道方面較少。本文以草莓品種紅顏的無菌組培苗為對象，探討不同質(zhì)量濃度CeCl3對紅顏草莓組培苗離體生長的影響，并從超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性等生理特性方面初步闡明內(nèi)在機制，為稀土元素鈰（Ce）在紅顏草莓組織培養(yǎng)中的合理利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料、主要試劑及器材

材料：由亳州市譙城區(qū)西苑水果種植合作社提供的紅顏草莓品種幼嫩匍匐莖尖，外植體于2020年11月初采摘，并在安徽科技學(xué)院作物育種實驗室3301進行初代、繼代擴繁出大量組培苗。

試劑：MS培養(yǎng)基（青島高科技工業(yè)園海博生物技術(shù)有限公司）；噻苯隆（TDZ，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）；氯化鈰（CeCl3，分析純，上海展云有限公司）；生長素（IAA，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）；瓊脂粉（上海稼豐園藝用品有限公司）。

器材：立式自動壓力蒸汽滅菌器（致微（廈門）儀器有限公司）；HT-DDC凈化工作臺（濟南騰昊科學(xué)儀器有限公司）；萬深植物圖像分析儀（杭州萬深檢測科技有限公司），SPAD-502PLUS葉綠素儀（石家莊泛勝科技有限公司）；TU-1810紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 叢芽誘導(dǎo)

選取健壯、長勢基本一致的繼代4周以上的無菌苗，無菌條件下分別接到分化培養(yǎng)基。分化培養(yǎng)基為MS + 0.1 mg/L TDZ（噻苯?。?+ 30 g/L蔗糖 +7 g/L瓊脂，調(diào)pH 5.8。在培養(yǎng)基中分別添加不同質(zhì)量濃度（0.0、0.2、0.5、1.0、10.0、15.0、20.0、40.0 mg/L）的CeCl3，共7個處理和1個空白對照，共8組。每組5瓶重復(fù)，共40瓶；每瓶接種3株無菌苗，共接種120株。培養(yǎng)條件：（25±2） ℃，光照強度1～1.5 klx，光照時間12 h。分化培養(yǎng)45 d后，調(diào)查統(tǒng)計芽數(shù)及增殖系數(shù)。

1.2.2 生根試驗

選取健壯、長勢基本一致的繼代4周以上的無菌苗，無菌條件下分別接到生根培養(yǎng)基上。生根培養(yǎng)基為1/4 MS + 0.2 mg/L IAA + 20 g/L蔗糖 + 7 g/L瓊脂，調(diào)pH 5.8。在培養(yǎng)基中分別加入添加不同質(zhì)量濃度（0.0、0.2、0.5、1.0、10.0、15.0、20.0、40.0 mg/L）的CeCl3，共7個處理和1個空白對照，共8組。每組5瓶重復(fù)，共40瓶；每瓶接種3株無菌苗，共接種120株。培養(yǎng)條件：（25±2） ℃，光照強度1～1.5 klx，光照時間12 h。培養(yǎng)28 d后調(diào)查組培苗平均生根系數(shù)。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 組培苗增殖相關(guān)指標測定

分化培養(yǎng)45 d后，統(tǒng)計記錄每組的出芽株數(shù)和每株出芽數(shù)，并分別按照式（1）和（2）計算出芽率和增殖系數(shù)。出芽率采用平均值，增殖系數(shù)采用平均值±標準差。

1.3.2 組培苗根系生長相關(guān)指標測定

生根培養(yǎng)30 d后，每組隨機取10株，統(tǒng)計生根株數(shù)和每株生根數(shù)，按照式（3）計算生根系數(shù)；利用萬深植物圖像分析儀測定組培苗的根長、根表面積、根尖數(shù)。生根系數(shù)、根長、根表面積、根尖數(shù)均采用平均值±標準差。

1.3.3 組培苗農(nóng)藝性狀相關(guān)指標測定

分化培養(yǎng)45 d后，測量并計算芽苗鮮質(zhì)量、株高；用萬深植物圖像分析儀測量葉面積。芽苗鮮質(zhì)量的計算公式如式（4）所示。芽苗鮮質(zhì)量、株高、葉面積均采用平均值±標準差。

式中：M1為剛接種時，稱取的含接種苗的培養(yǎng)瓶質(zhì)量，g；M2為上述相應(yīng)的接種苗分化培養(yǎng)45 d后，稱取的含組培苗的培養(yǎng)瓶質(zhì)量，g。

1.3.4 組培苗生理指標測定

分化培養(yǎng)45 d后，每組隨機抽取10株，用SPAD-502PLUS葉綠素儀測量第2葉的葉綠素相對含量（SPAD），測3次，均值為該葉片的SPAD值；采用紫外分光光度法測定超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用 Microsoft Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)處理，通過應(yīng)用DPS7.05軟件進行統(tǒng)計分析，采用方差分析和Duncan新復(fù)極差法比較分析CeCl3對紅顏草莓組培苗生長分化與生根的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度CeCl3對組培苗增殖的影響

經(jīng)過不同質(zhì)量濃度的CeCl3處理后，紅顏草莓組培苗的出芽率和增殖系數(shù)如表1所示。由表1可以看出，對照和添加0.5～20.0 mg/L CeCl3的處理出芽率均達到100%，而分別添加0.2和40.0 mg/L CeCl3后，組培苗的出芽率分別為91.11%和77.78%，表明CeCl3質(zhì)量濃度過低或過高均抑制紅顏草莓組培苗出芽；CeCl3添加量為0.5～20.0 mg/L時，其增殖系數(shù)均高于對照，而分別添加0.2和40.0 mg/L的CeCl3后，組培苗的增殖系數(shù)均低于對照，表明CeCl3質(zhì)量濃度過低或過高均會降低紅顏草莓組培苗的增殖系數(shù)，其中，添加CeCl3質(zhì)量濃度為0.5 mg/L后，增殖系數(shù)達到最大。由此可知，添加一定質(zhì)量濃度的CeCl3能夠促進植物組培苗不定芽的生成，CeCl3質(zhì)量濃度過高或過低則會降低組培苗的增殖系數(shù)，這說明適宜質(zhì)量濃度的CeCl3能夠促進植物對養(yǎng)分的吸收，CeCl3質(zhì)量濃度過高或過低則對養(yǎng)分的吸收產(chǎn)生抑制，這與王艷等［26］的研究結(jié)果一致。

表1 不同質(zhì)量濃度CeCl3對草莓組培苗增殖的影響

根據(jù)試驗結(jié)果，為了更直觀地看出添加不同質(zhì)量濃度的CeCl3對紅顏草莓不定芽的增殖影響，因此選出增殖效果最佳（圖1b）、最差（圖1c）的處理與對照（圖1a）比較，如圖1所示。

圖1 CeCl3添加量對紅顏草莓組培苗增殖的影響

2.2 不同質(zhì)量濃度CeCl3對草莓組培苗根系生長的影響

已有研究表明，添加一定質(zhì)量濃度的CeCl3能促進植物根系生長與伸長[27-28]。本研究顯示，添加CeCl3質(zhì)量濃度為1.0～20.0 mg/L時，紅顏草莓組培苗的生根系數(shù)顯著高于對照（P＜0.05），且添加CeCl3質(zhì)量分數(shù)為10.0 mg/L時，生根系數(shù)最大；添加CeCl3質(zhì)量濃度為0.5～15.0 mg/L時，組培苗根長顯著長于對照（P＜0.05），且添加 CeCl3質(zhì)量濃度為10.0 mg/L時，根長最長；添加CeCl3質(zhì)量濃度為0.5～10.0 mg/L時，組培苗根表顯著大于對照（P＜0.05），且添加CeCl3質(zhì)量濃度為10.0 mg/L時，根表面最大；添加CeCl3質(zhì)量濃度為0.2～20.0 mg/L時，組培苗根尖數(shù)均顯著多于對照（P＜0.05），且添加CeCl3質(zhì)量濃度為10.0 mg/L時，其根尖數(shù)最多（表2）。總體來說，隨著添加CeCl3質(zhì)量濃度的增加，紅顏草莓組培苗的生根系數(shù)、根長、根表面積、根尖數(shù)均呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，且添加CeCl3質(zhì)量濃度為10.0 mg/L時，組培苗的生根系數(shù)、根長、根表面積、根尖數(shù)均為最優(yōu)。

表2 不同質(zhì)量濃度CeCl3對草莓組培苗根系生長的影響

根據(jù)試驗結(jié)果，為了更直觀地看出添加不同質(zhì)量濃度的CeCl3對紅顏草莓組培苗根系生長的影響，因此選出根系生長最佳（圖2b）、最差（圖2c）的處理與對照（圖2a）比較，如圖2所示。

圖2 Ce3+ 添加量對紅顏草莓組培苗根系生長的影響

2.3 不同質(zhì)量濃度CeCl3對草莓組培苗農(nóng)藝性狀的影響

不同質(zhì)量濃度CeCl3對紅顏草莓組培苗鮮質(zhì)量、株高、葉面積的影響如表3所示。從表3可以看出，總體來說，經(jīng)過CeCl3處理的草莓組培苗鮮質(zhì)量、株高、葉面積均呈現(xiàn)高于對照的趨勢，但有些增加明顯，而有些不明顯。添加CeCl3質(zhì)量濃度為0.5 mg/L，組培苗鮮質(zhì)量顯著高于對照（P＜0.05），其他質(zhì)量濃度的CeCl3處理與對照相比，其鮮質(zhì)量的差異不明顯；添加CeCl3質(zhì)量濃度為0.5～40.0 mg/L時，其株高顯著高于對照（P＜0.05），而0.2 mg/L質(zhì)量濃度的CeCl3處理與對照相比，其株高的差異不明顯；添加CeCl3

表3 不同質(zhì)量濃度CeCl3對草莓組培苗農(nóng)藝性狀的影響

質(zhì)量濃度為0.2～15.0 mg/L時，其葉面積顯著高于對照（P＜0.05），而20.0、40.0 mg/L質(zhì)量濃度的CeCl3處理與對照相比，其葉面積的差異不明顯。

2.4 不同質(zhì)量濃度CeCl3對草莓組培苗生理指標的影響

不同質(zhì)量濃度CeCl3處理對紅顏草莓組培苗的SPAD值、SOD、POD的影響如表4所示。從表4可以看出：（1）隨著CeCl3質(zhì)量濃度的增加，草莓組培苗SPAD值呈現(xiàn)先逐漸升高后降低的趨勢，且不同質(zhì)量濃度CeCl3處理后，草莓組培苗的SPAD值都顯著高于對照（P＜0.05）。（2）隨著CeCl3質(zhì)量濃度的增加，草莓組培苗的SOD呈現(xiàn)先逐漸升高后降低的趨勢，且0.2、0.5 mg/L CeCl3處理后，草莓組培苗的SOD顯著低于對照（P＜0.05）；1、40 mg/L CeCl3處理后，草莓組培苗的SOD與對照相比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；10～20 mg/L CeCl3處理后，草莓組培苗的SOD顯著高于對照（P＞0.05）。（3）隨著CeCl3質(zhì)量濃度的增加，草莓組培苗的POD呈現(xiàn)先逐漸升高后降低的趨勢，且0.5～15 mg/L CeCl3處理后，草莓組培苗的POD顯著高于對照（P＞0.05），0.2、40.0 mg/L CeCl3處理后，草莓組培苗的SOD與對照相比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。已有研究表明，鈰作為稀土元素的一種，能夠顯著提高植物的SOD、POD等酶活性，從而降低逆境對植物的傷害［29-30］。本研究結(jié)果顯示，添加鈰的質(zhì)量濃度在一定范圍內(nèi)才能顯著提高草莓組培面的SOD、POD酶活性。

表4 不同質(zhì)量濃度CeCl3對草莓組培苗SPAD值、SOD及POD的影響

3 討論

一定質(zhì)量濃度的稀土元素可以促進種子萌發(fā)、植物生根，但稀土元素質(zhì)量濃度過高，其離子將會損壞細胞膜上Ca2+的作用，無法維持細胞膜的正常透性，造成細胞內(nèi)部分離子的流失、降低植物的代謝活動，從而使植物組培苗芽分化減少、單株鮮質(zhì)量降低、根系生長受到影響。段曉宇等［31］發(fā)現(xiàn)鑭、鈰在低質(zhì)量濃度（0.2 mg/L）時能夠促進細莖石斛組培苗不定芽的誘導(dǎo)；陳穎等［32］發(fā)現(xiàn)在銀杏生根試驗中，低質(zhì)量濃度（1.0 mg/L）稀土鑭處理生根率最高，根數(shù)也明顯多于對照，而高質(zhì)量濃度（20 mg/L）的稀土則抑制不定芽的發(fā)生；徐迎亞等［33］發(fā)現(xiàn)，用2.0 mg/L的硝酸鈰處理金線蘭小苗，組培苗的平均株髙和平均單株鮮質(zhì)量均達到最大值；張桂芳等［19］發(fā)現(xiàn)，隨著La3+、Ce3+質(zhì)量質(zhì)量濃度的增加，鐵皮石斛的株高逐漸遞增，其中，La3+、Ce3+質(zhì)量質(zhì)量濃度為40 mg /L時，鐵皮石斛株高增加更為明顯。本試驗結(jié)果表明，低質(zhì)量濃度（0.5 mg/L）CeCl3能更好促進紅顏草莓組培苗不定芽的形成與生長；稀土元素鈰質(zhì)量濃度為10.0 mg/L時，紅顏組培苗的生根系數(shù)達、根表面積、根尖數(shù)、株高、葉面積最大；高質(zhì)量濃度（40 mg/L）CeCl3對草莓組培苗不定芽的形成與植株的生長產(chǎn)生不利影響，這與前人研究基本一致。

此外，稀土元素也可以在一定程度上可以通過提高葉片的葉綠素含量來增強光合效率［34］。高學(xué)鵬等［35］通過稀土元素鈰對油茶幼苗生長影響的研究，發(fā)現(xiàn)鈰的質(zhì)量濃度為35 mg/L時，油茶組培幼苗的葉綠色含量高、生長狀況良好。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，CeCl3的質(zhì)量濃度為0.2～40.0 mg/L時，紅顏草莓組培苗SPAD值均顯著高于對照（P＜0.05）；10.0 mg/L時，SPAD值達到最大，為54.85，比對照提高了64.89%。

在抗氧化方面，適宜質(zhì)量濃度的稀土元素也可通過改變植物體內(nèi)POD、SOD活性水平，從而使減少植物體內(nèi)產(chǎn)生的過氧化氫和超氧陰離子，或降低膜脂過氧化來實現(xiàn)對植物生長的影響［36］。許晟等［37］發(fā)現(xiàn)鈰對花生植株的SOD酶活性的影響呈現(xiàn)低質(zhì)量濃度促進高質(zhì)量濃度抑制，對POD則是低質(zhì)量濃度抑制高質(zhì)量濃度促進；金春雁等［38］在鈰對盾葉薯蕷試管苗生根與生理效應(yīng)研究中發(fā)現(xiàn)，添加一定質(zhì)量濃度Ce3+能夠提高試管苗的SOD活性，而且隨著Ce3+質(zhì)量濃度的增加，POD 活性呈"下降—上升—下降"的趨勢。本試驗研究結(jié)果與上述研究結(jié)果類似，添加0.2～40.0 mg/L CeCl3，紅顏草莓組培苗的SOD酶活性和POD酶活性均呈現(xiàn)先增后降的趨勢。CeCl3，質(zhì)量濃度為20 mg/L時，SOD酶活性達到最大，比對照組提高了69.34%；CeCl3質(zhì)量濃度為40.0 mg/L時，SOD酶活性開始下降，低于對照，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。添加CeCl3為0.5 mg/L時，POD酶活性顯著高于對照，是對照的2.17倍；添加CeCl3質(zhì)量濃度為0.2、40.0 mg/L時，POD酶活性與對照相比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

因此，綜合來看，稀土元素鈰對紅顏草莓組培苗的離體再生有一定的促進作用，但高質(zhì)量濃度的氯化鈰則抑制紅顏草莓組培苗的生長。

4 結(jié)語

一定質(zhì)量濃度的稀土元素能夠提高組培苗的增殖系數(shù)，促進生長及不定根的發(fā)生，同時通過施加一定的稀土能夠提高組培苗葉綠素的含量和相關(guān)酶的活性，在組織培養(yǎng)過程中具有十分重要的作用，但稀土元素質(zhì)量濃度過高不僅會抑制植物的正常生長，還會對植物產(chǎn)生毒害作用。所以為了更有效地將稀土應(yīng)用于草莓植物組培養(yǎng)技術(shù)中，需要深入了解稀土元素對草莓組培苗促進生長分化、抑制生長分化的質(zhì)量濃度及其機理，為草莓組織培養(yǎng)正確合理使用稀土元素提供依據(jù)。