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    杜鵑花組織培養研究概況



    錄入時(shí)間:2010-11-22 10:53:18 來(lái)源:中國論文下載中心

     

    【摘要】  杜鵑花(Rhododendron)的組織培養受基因型、外植體的來(lái)源、培養基種類(lèi)、培養條件、生長(cháng)調節物質(zhì)、培養程序等諸多因素的影響,故具有一定的復雜性。文章概述了影響杜鵑花組織培養的關(guān)鍵因素:外植體種類(lèi),外植體消毒滅菌的方法,基本培養基的選擇,根的誘導方法等的國內外研究現狀,以期能給杜鵑花的組培研究帶來(lái)一些借鑒價(jià)值。

    【關(guān)鍵詞】  杜鵑花; 組織培養

      AbstractGenotype, explants source, the type of media, culture conditions, growth regulators, culture procedures and other factors all have influence on the tissue culture of Rhododendron. So it has a certain complexity. In order to give some reference values to the tissue culture research,the paper reviewed the key factors influencing the tissue culture of Rhododendron at home and abroad,including the type of explants, sterilization methods to explants, choice of the basic medium, rooting and so on.

      Key wordsRhododendron; Tissue culture

      杜鵑花(Rhododendron)簡(jiǎn)稱(chēng)杜鵑,為杜鵑花科(Ericaceae)杜鵑花屬(Rhododendron)常綠落葉小灌木,是聞名于世的名花之一,不僅在園林中有很高的利用價(jià)值,還可入藥以治療疾病。野生杜鵑多為雜合體,種子繁殖后代發(fā)生嚴重分離,通?壳げ宸敝,產(chǎn)量有了提高,但生長(cháng)周期長(cháng),繁殖系數低,同時(shí)受母株材料和繁殖季節的影響,不能滿(mǎn)足社會(huì )需求。采用組織培養的方法進(jìn)行大量快速繁殖是實(shí)現工廠(chǎng)化生產(chǎn)的有效措施。

      在杜鵑離體繁殖中,試管苗的增殖與生根不僅與植株的基因型有關(guān),還受外植體的來(lái)源、培養基種類(lèi)、培養條件、生長(cháng)調節物質(zhì)、培養程序等諸多其它因素的影響,故對近三十年來(lái)(19752008)國內外杜鵑組織培養研究概況進(jìn)行綜述,以期能給杜鵑花的組培研究帶來(lái)一些借鑒價(jià)值。

      1 外植體種類(lèi)

      杜鵑花是多年生木本植物,由于多毛、多鱗片、發(fā)粘、材料大而消毒困難,因此大多數組織培養外植體取自幼嫩的組織,染菌較少,消毒容易,易于分化形成愈傷組織或直接分化成芽。通常培養杜鵑可采用的外植體有頂芽,腋芽,雌蕊,帶腋芽的嫩莖段以及嫩葉。

      1975年,Anderson[1]以杜鵑莖尖培養植株獲得成功。1999年宗憲春[2]培養毛葉杜鵑R. championae與比利時(shí)杜鵑R. hybridun采用新發(fā)幼苗新梢。2001年鐘宇[3]以不同季節的莖尖(含莖段)為材料,培養西洋杜鵑R. hybridn,結果表明,最適外植體為摘花芽后萌發(fā)的頂芽莖尖。2003年王亦菲等[4]對兩種來(lái)自比利時(shí)的高山西洋杜鵑R. britannia,R. america的莖尖進(jìn)行了成功培養。2003年梁曉華等[5]對亮毛杜鵑R. microphyton的莖尖進(jìn)行了培養,但成功率不高。2004年閆鳳霞等[6]選取杜鵑花R. simsii莖尖、嫩葉和老葉為外植體,誘導不定芽產(chǎn)生再生植株,結果表明莖尖、嫩葉效果較好。

      1982Meyer[7]以花芽作外植體,成功培養了Nova Zembla,RoseumElegans,Sefon等品種的杜鵑。

      1986年,從毛葉杜鵑R. mollicomum葉片培養得到植株[8]。1991年報道了以葉為外植體,離體條件下誘導杜鵑R.‘P.J.M. Hybride’植株再生[9]。1996年,從杜鵑R. simsii7個(gè)栽培品種Paloma,Avenir,Mme. Petrick,Aline,Flamenco,Lara Mme. M. DePaepe 葉片誘導植株,該試驗從葉片誘導出了不定芽,但在進(jìn)行生根誘導培養時(shí)未獲得成功[10]。2003年秦靜遠等[9]R. simsii品種“Hellmut Vogel”幼葉誘導出愈傷組織,并進(jìn)一步分化為叢生苗。

      1987年有報道從子房組織誘導杜鵑R. prinophyllum再生[8]。

      1985年,有人培養春鵑和西鵑莖尖成功率僅4%5%,后用種子無(wú)菌苗莖段培養獲得成功。1991年,從莖段再生杜鵑R. laetum× aurigeranum獲得成功[8]。2002年鄧百萬(wàn)等[10]對比利時(shí)杜鵑的幼莖進(jìn)行培養,使休眠腋芽萌發(fā),且誘導出不定芽,并從幼葉誘導出愈傷組織。2004年,湯桂鈞等[11]以德國產(chǎn)高山杜鵑R. lapponicum的莖段和莖尖進(jìn)行外植體誘導試驗,結果顯示,莖段誘導無(wú)菌芽效果較好。2006年朱春艷等[12]以新發(fā)莖段為外植體,研究了云錦杜鵑R. fortunei的組培快繁技術(shù),取得成功。2007年,羅彭等[13]以幼嫩莖段為外植體對大白杜鵑R. decorum、美容杜鵑R.calophytum、喇叭杜鵑R. discolor進(jìn)行組培研究,效果較好。2008年程雪梅等[14]以馬纓杜鵑R. delavayi的種子萌發(fā)的無(wú)菌苗莖段為外植體進(jìn)行研究,獲得成功。

      1993年有報道從雄蕊誘導杜鵑R.‘P.J.M.’再生植株和器官發(fā)生[13]。

      總結以上表明,最優(yōu)良的外植體是旺盛生長(cháng)季節(3月下旬到4月上旬)杜鵑新發(fā)枝的幼嫩芽[15],這個(gè)時(shí)期外植體處于旺盛的生長(cháng)狀態(tài)而且芽的苞片還未展開(kāi),將帶苞片的芽進(jìn)行消毒,即使滅菌時(shí)間長(cháng)一些也不會(huì )傷害到里面的莖尖生長(cháng)點(diǎn),接種后成活率高,增殖速度快,褐變程度輕。

      2 外植體消毒滅菌的方法

      在對三葉膠初級培養污染的研究中發(fā)現高溫、多雨的環(huán)境易導致污染,而且隨著(zhù)植物材料年齡的增長(cháng),植物材料的健康狀況不斷惡化,組培污染也會(huì )更加嚴重,研究認為外植體帶菌多少的順序為:腋芽<莖尖<頂點(diǎn)[16]。外植體的狀況、環(huán)境條件和操作過(guò)程是引起污染的主要原因。對大多數植物來(lái)說(shuō),采用新生的或新抽的枝條,45月份的新葉、莖尖、枝條,污染率可下降20%30%。

      杜鵑外植體消毒困難,腋芽,頂芽和雌蕊等幼嫩部位若消毒時(shí)間過(guò)長(cháng),容易死亡,若消毒時(shí)間縮短,則菌尤其是內源菌難以殺死。大多研究者采用自來(lái)水沖洗外植體530 min,飽和洗衣粉水洗530 min,自來(lái)水沖洗530 min,在無(wú)菌條件下用濃度70%酒精消毒1530 s,無(wú)菌水沖洗1次,再用濃度0.1%HgCl2消毒58 min,無(wú)菌水沖洗410次。也有不經(jīng)過(guò)70%酒精步驟,只用HgCl2消毒的。

      2003年梁曉華等用濃度10%H2O2,2%Br2,2%NaClO,0.1%HgCl2各浸泡10 min,對亮毛杜鵑進(jìn)行消毒滅菌比較實(shí)驗,發(fā)現濃度0.1%HgCl2消毒滅菌效果最好。2005年邱璐等用濃度0.2%HgCl2代替0.1%HgCl2消毒23 min,取得較好效果。0.2%HgCl2優(yōu)于0.1% HgCl2的原因在于高濃度的HgCl2能迅速殺死外植體表面的微生物,達到迅速殺菌的作用;另外由于滅菌時(shí)間較短,僅23 min,消毒劑對外植體細胞的損傷小,外植體易于恢復生長(cháng)。2003年,陳新平等[17]在進(jìn)行R. simsii Planch組織培養研究時(shí)發(fā)現,外殺菌能力較強的升汞液(氯化汞)對杜鵑花的嫩莖具有較強的損傷,外植體材料易褐變死亡,故不宜使用。該實(shí)驗表明,采用飽和的次氯酸鈣上清液或5%的次氯酸鈉溶液滅菌,效果較好,處理時(shí)間為1520 min。為加強滅菌效果,還可加入1%的克菌丹和0.1%Twine-20配合使用,并且證明材料滅菌前的預處理,采用70%酒精浸泡,處理時(shí)間不超過(guò)30 s效果更好。2003年,秦靜遠采用10%的次氯酸鈉溶液進(jìn)行消毒。2004年,黃萍萍[18]5%次氯酸鈉溶液浸泡15 min進(jìn)行消毒。2006年, 在高山杜鵑R. Delavayi的組織培養關(guān)鍵技術(shù)研究中,首次采用把莖段先在洗衣粉液浸泡20 min,流水沖洗至清,再用1%84消毒液振蕩15min,以達到清除污垢,還對莖段和莖尖進(jìn)行了消毒效果的比較實(shí)驗,主要比較在消毒時(shí)間及消毒條件相同的情況下,5%次氯酸鈉+0.1%的山梨糖醇浸泡15 min0.1%升汞浸泡10 min的效果差別,結果發(fā)現,用升汞對杜鵑進(jìn)行消毒,污染率低,但會(huì )加重外植體的褐化程度,尤其是成年型外植體,褐化率可達60%以上,因此,作者建議采用5%次氯酸鈉+0.1%的山梨糖醇對外植體進(jìn)行消毒(何芳蘭)。2008年,官汝淳等[19]5%青霉素溶液浸泡10min代替0.1%HgCl2進(jìn)行消毒。

      總的來(lái)說(shuō),杜鵑花的新莖柔嫩度高、酚類(lèi)物質(zhì)含量高,處理時(shí)宜采用氧化性較低的滅菌劑類(lèi)型。外植體大小對實(shí)驗有很大影響,外植體太大,給消毒滅菌帶來(lái)困難,消毒不徹底;但外植體太小,容易受消毒液損傷,難以恢復生長(cháng)。消毒完后,在超凈臺上將腋芽,頂芽,雌蕊,帶腋芽的嫩莖段的切口上面被損傷的細胞切除,再進(jìn)行接種。嫩葉則要去除葉脈及葉邊緣損傷細胞,然后切成適當的大小,再進(jìn)行接種。

      3 基本培養基的選擇

      1975Anderson等人總結出可廣泛應用于杜鵑屬組培的Anderson培養基。1985年,用Anderson培養春鵑和西鵑種子苗切段獲得成功[15]。2003年孫振元等[20]Anderson改良的杜鵑花培養基對毛白杜鵑R. mucronatum進(jìn)行組培,效果好。

      1980年,木本培養基(woody plant medium,WPM)被研制出,這種培養基對培養杜鵑科的一些木本植物非常有效[15]。秦靜遠用WPM培養基誘導杜鵑的葉片,獲得再生植株。2004年,苗永美對大樹(shù)杜鵑R. protisum, 桃葉杜鵑 R.anne和銀葉杜鵑R.argyrophyllum的葉片愈傷組織誘導進(jìn)行研究,得到最佳培養基為WPM(四川農業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2004)。2006年朱春艷等以WPM為基本培養基,研究了云錦杜鵑R. fortunei的組培快繁技術(shù),效果好。2008年程雪梅等以WPM為培養基,成功進(jìn)行馬纓杜鵑R. delavayi的組培研究,取得成功。

      1984年采用Read培養基培養耐寒落葉杜鵑[15]。用Read培養基培養錦秀杜鵑R. pulchrum、映山紅R. simsii、迎紅杜鵑R. mucronulatum,成功獲得再生植株。2001年,鐘宇用這種培養基成功培養了西洋杜鵑。2003年,王亦菲等以西洋杜鵑的兩個(gè)栽培品種R. britanniaR. america為供試材料,比較MS,Anderson,Read,N6 4種基本培養基對外植體誘導的影響,研究結果表明Read培養基表現最為出色,誘導率達85%。

      1986年培養春夏杜鵑R.indicum選用1/4MS[15]。2008年顧地周等[21]1/4MS培養基為基本培養基對牛皮杜鵑R. chrysanthum進(jìn)行組織培養與快速繁殖的研究。2004年,閆鳳霞等選取1/4MS型培養基來(lái)進(jìn)行杜鵑花R. simsii & R. spp.的快繁生產(chǎn)。2004年,黃萍萍采用高山杜鵑R. delavayi莖節為初代培養的外植體, 篩選出相對較優(yōu)的培養基為1/ 4MS。2007年周艷等[22]1/4MS培養基為基本培養基,對馬纓杜鵑R. delavayi進(jìn)行研究。2008年,官汝淳等培養短果杜鵑R. brachycarpum,采用的芽誘導和增殖培養基為MS,壯苗生根培養基為1/4MS,成活率達90%以上。

      1999年培養毛葉杜鵑與比利時(shí)杜鵑時(shí)選用B5培養基[15]。

      2002年鄧百萬(wàn)用Anderson,Read,N6培養基(MS大量元素、B5培養基的維生素、MS鐵鹽、Read微量元素)為基本培養基培養比利時(shí)杜鵑,發(fā)現3種培養基均能誘導腋莖萌發(fā)、不定芽形成及愈傷組織的形成,其中以N6培養基為優(yōu),最適合比利時(shí)杜鵑生長(cháng)。

      2003年梁曉華以Read,Anderson,1/4MS,1/10MS對亮毛杜鵑進(jìn)行比較實(shí)驗,發(fā)現在Read,Anderson,1/4MS培養基上7d后完全褐化死亡,培養在1/10MS上的植株21 d后死亡。

      2003年,王荃等[23]研究東洋杜鵑花R. obtussum的合適的組織培養各因素條件。結果表明,由于杜鵑花科植物原產(chǎn)于高山酸性土壤,低鹽分濃度及高比值NH4+/NO3-的基本培養基KB適合東洋杜鵑。

      目前為止,培養杜鵑廣泛選用MS,Anderson的改良MS,1/4MS、AndersonRead5種培養基。這5種培養基在許多方面存在差異,但主要的區別在于總鹽含量和銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的比值。選用何種培養基,因杜鵑的種、品種及外植體而異,需要實(shí)驗來(lái)確定。

    4 植物激素的選用

      因培養的杜鵑種和品種差異激素的效果是不同的,因此在培養中應當仔細觀(guān)察比較,選定適宜的細胞分裂素。

      6-BAZT在杜鵑組培中應用較多。1975Anderson培養高山杜鵑的實(shí)驗表明6-BA有害于杜鵑的生長(cháng)增殖。1981年,培養幾個(gè)杜鵑種和雜種R.cauescens, R.ChopTank, R.prounifolium, R.prounifolium×arbrescens時(shí),發(fā)現6-BA不但抑制側芽萌發(fā),也抑制增殖,而采用2iP時(shí),有兩個(gè)種6周內可增值34倍。2001年鐘宇用ZT培養西洋杜鵑R. hybridn。2003年孫振元等用ZT培養基培養毛白杜鵑R. mucronatum,獲得成功。2003年李俊強(四川農業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2003)6-BA培養銀葉杜鵑R. argyrophyllum。顧地周等進(jìn)行牛皮杜鵑R. chrysanthum組織培養與快速繁殖的研究時(shí),用6-BA作為愈傷誘導和分化的激素,取得成功。陳新平在R. simsii組織培養時(shí)發(fā)現細胞分裂素以ZT的誘芽效應較為顯著(zhù)。2003年王亦菲等以西洋杜鵑的兩個(gè)栽培品種R. britannia,R. america為材料探討外源激素種類(lèi)對杜鵑繁殖系數的影響,結果在ZTNAA組合上獲得了較高的繁殖系數。2003年王荃等研究東洋杜鵑花R. obtussum的合適的組織培養各因素條件,結果表明,6-BA適合東洋杜鵑。2004年,苗永美在用6-BA、KT并附加一定的生長(cháng)素培養大樹(shù)杜鵑R.protistum時(shí),發(fā)現葉片逐漸變黃死亡,最后導致材料的整體死亡,因此,認為6-BA、KT至少其中的一種對大樹(shù)杜鵑有毒害作用。2004年,閆鳳霞等進(jìn)行R. simsii的快繁生產(chǎn)時(shí),選取6-BA為細胞分裂素,取得較好效果。2003年梁曉華等對亮毛杜鵑R. microphyton的研究得出的結果是ZT比較適合亮毛杜鵑生長(cháng)。

      TDZ也被廣泛應用于杜鵑的離體培養。苗永美用TDZ誘導R. Simsii的葉片產(chǎn)生叢芽,但芽極短(四川農業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2004)。在苗永美的3種杜鵑的葉片培養研究中,TDZ不僅誘導3種杜鵑葉片產(chǎn)生了愈傷組織,而且TDZ還誘導桃葉杜鵑和銀葉杜鵑葉片直接產(chǎn)生不定芽。李俊強用6-BA誘導銀葉杜鵑葉片產(chǎn)生了愈傷組織,發(fā)現愈傷組織不能在含有6-BA的培養基上存活,最后逐漸死亡,而在苗永美研究中發(fā)現,TDZ能很好地維持銀葉杜鵑愈傷組織的生長(cháng),且發(fā)生了再分化誘導出了不定芽,說(shuō)明TDZ在使銀葉杜鵑葉片脫分化和再分化方面要強于6-BA;同樣用6-BA也沒(méi)有從銀葉杜鵑葉片誘導出不定芽,說(shuō)明TDZ具有比6-BA更高的使培養物直接分化芽的能力。2008年,程雪梅在馬纓杜鵑R. delavayi的組織培養中首先利用TDZ誘導從生芽,然后轉入含KT 的培養基使叢生芽伸長(cháng),取得較好效果。苗永美用Anderson的改良MS +TDZ + IBA(NAA)杜鵑R. spp的莖段、莖尖,1個(gè)月產(chǎn)生了大量叢生芽;而用6-BA、KT時(shí),只出現腋芽萌發(fā),頂芽伸長(cháng),無(wú)叢生芽產(chǎn)生。由此看來(lái),TDZ對誘導叢生芽很有效,但不會(huì )使芽伸長(cháng)。

      杜鵑組培苗成本較高 ,降低組培苗成本,是工廠(chǎng)化生產(chǎn)杜鵑組培苗的迫切需要。在細胞分裂素的選擇上,ZTTDZ都有成功的范例,但是ZT的價(jià)格較高,所以采用TDZ更好。

      5 根的誘導

      杜鵑生根并不困難,當把杜鵑的莖尖培養在無(wú)細胞分裂素的培養基上,將停止增殖,并且90%的莖尖會(huì )在插入培養基的部分長(cháng)出不分枝的根。

      國內大多使用IBA,NAA,IAA等生長(cháng)素來(lái)誘導生根。鐘宇使用IBA生根效果優(yōu)于NAA,用NAA處理的嫩枝先在莖的基部生成較多的愈傷組織,甚至接觸培養基的葉片也長(cháng)有大量愈傷組織,稍后從愈傷組織上長(cháng)出根,數量極多,但細短,而采用IBA誘導根的小苗,根部愈傷組織少,根較壯,但數量少。以IBA、NAA共同作用的Read+NAA 2.0mg/L+IBA 2.0mg/LR. hybridn生根效果最好。王亦菲的實(shí)驗表明,西洋杜鵑在不含激素的1/2Read(僅大量元素減半)培養基上有22%的生根率;1/2 Read + IBA 1.0 mg/L的培養基上生根最好,達84%;而在NAA的培養基上雖有生根,但來(lái)自愈傷組織,易脫落,效果不好。秦靜遠采用WPM +IAA 1.75mg/L+活性炭0.25%生根效果較好。杜鵑組培苗生根數量隨繼代次數而增加,直到第4代達到最高,以后保持平穩,故應以第4代以后培養的枝條進(jìn)行生根培養最好,均可達到100%的生根率。也有人使用Anderson1/2 Anderson,1/3Anderson + IAA 1.0 mg/L+活性炭1.0 g/L,得到較好的生根效果[18]。

      2004年,毛元榮等[24]從活性炭、培養基pH值、培養條件、碳源等方面討論了影響高山杜鵑R. delavayi生根的因素,結果表明活性炭有利于根的正常生長(cháng)與發(fā)育;無(wú)瓊脂的液體培養基生根明顯快于固體培養基;培養基的pH5.05.5最適合杜鵑生根;蔗糖濃度對生根率無(wú)影響,但影響小苗根的生長(cháng)速率。2006年,苗永美對桃葉杜鵑組織培養技術(shù)研究時(shí)發(fā)現兩種生長(cháng)素(IBA,NAA)AC是生根的主要因子。

      國內對于杜鵑的培養大多采用瓶?jì)壬,而國外大多采用瓶外生根,瓶外生根所使用的生長(cháng)素與瓶?jì)纫恢。瓶外生根的主要方法?SPAN lang=EN-US>;將芽的基部在生長(cháng)素中浸泡,然后栽到泥炭∶珍珠巖=21(VV)的花盆中,放到條件適宜的環(huán)境中;或者將芽的基部在生長(cháng)素中浸泡后,放到培養基中預培養1周,然后栽到泥炭∶珍珠巖=21(VV)的花盆中,放到條件適宜的環(huán)境中。近年來(lái),國內也開(kāi)始采用瓶外生根。2006年,朱春艷等將云錦杜鵑組培苗扦插在無(wú)土基質(zhì)中,達到85%以上的瓶外生根率。

      瓶外生根具有相當大的優(yōu)越性,它能顯著(zhù)降低組織培養的成本,簡(jiǎn)化組織培養的工序,在煉苗移栽上有相當大的優(yōu)勢,即煉苗移栽存活率高且操作簡(jiǎn)單,但瓶外生根技術(shù)步驟有待完善。

      6 其他因素對杜鵑組培的影響

      暗培養能顯著(zhù)降低培養材料的褐變率,其原因可能是光刺激酚類(lèi)、質(zhì)體醌、類(lèi)黃酮等多種次生代謝物質(zhì)的合成,酚類(lèi)物質(zhì)對外植體具有傷害作用而暗處理可抑制這些物質(zhì)的合成[16]。

      杜鵑喜歡酸性環(huán)境,pH值控制在5.05.4效果較好,超過(guò)6.0將嚴重影響杜鵑的增殖、生根及愈傷組織的形成。

      在培養基中加入抗氧化劑,如維生素C、聚乙烯毗咯烷酮等,并且在接種之前用抗氧化劑浸泡外植體15 min,可顯著(zhù)減輕外植體材料褐變。在有些植物的組織培養中,吸附劑的添加有抑制褐變的作用,其原因可能是吸附劑有效地吸附了外植體上多酚氧化酶氧化酚類(lèi)物質(zhì)所產(chǎn)生的醌類(lèi)物質(zhì)[15],減輕了醌類(lèi)物質(zhì)對外植體的傷害。

      一般在接種后12 h后,在三角瓶?jì)葘⒔臃N位置移動(dòng)1次,也可減輕外植體的褐變。還有研究表明[15]在啟動(dòng)培養初期,即接種后的3 d內每天在三角瓶?jì)葘⑶o尖轉移位置,前4周每周轉接一次,以后每4周轉接1次,可有效減輕外植體的褐變。

      7 存在問(wèn)題

      通過(guò)對杜鵑花組培近幾十年的研究,已經(jīng)初步建立了一套杜鵑組織培養的快繁體系,但是杜鵑花種和品種間的差別、莖葉等外植體的消毒、不定芽分化率低、優(yōu)良品種生根困難、完整植株的移栽體系等問(wèn)題,仍是杜鵑花組織培養中急需研究和解決的根本問(wèn)題。

    參考文獻
     
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