厚荚相思(Acacia crassicarpa)试管苗玻璃化现象研究

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本研究以厚荚相思(Acacia crassicarpa)成年树材料叶片、茎尖、茎段及种子萌发苗为外植体,进行相思树的离体培养与玻璃化研究,包括:①厚荚相思种子离体萌发条件的优化;②厚荚相思叶片、茎尖和茎段离体再生体系的建立及玻璃化现象;③厚荚相思试管苗玻璃化影响因素的研究;④厚荚相思正常试管苗与玻璃化试管苗组织细胞学观察及生理生化测定。主要研究结果如下:1.厚荚相思离体再生体系建立及玻璃化现象①厚荚相思种子离体萌发条件的优化采用先沸水浸泡20min再浓硫酸浸泡25min(不经过0.1%升汞消毒)处理厚荚相思种子,萌芽率高,污染率低,且没有经过升汞处理,避免了升汞对种子的潜在危害。②厚荚相思成年树叶片愈伤组织诱导及植株再生以成年树叶片为材料,比较了不同采集时间、激素、消毒时间对叶片培养的影响。试验结果表明:愈伤组织的质量与材料采集时间有关,11月份采集的叶片出愈率高,所诱导的愈伤组织质量好,颜色淡黄疏松湿润:高浓度的2,4-D(1.0 mg·L-1)配合高浓度的BA(1.0 mg·L-1)所诱导的愈伤组织质量也较好,而在含有KT的培养基中,叶片愈伤组织诱导率低,愈伤组织质量较差;用0.1%升汞对叶片进行消毒,时间过长,叶片易被升汞杀死,消毒时间5或6min较好;0.1%升汞对成年树叶片消毒6min,于1/2MS+1.0mg.L-1BA+1.0 mg.L-12.4-D中利于愈伤组织诱导,且产生再生植株。③厚荚相思成年树茎尖、茎段培养及玻璃化现象对于厚荚相思成年树茎段材料,流水冲洗时间2h效果较好,污染率低,萌芽率高:消毒时间长短影响茎尖、茎段芽的萌发,时间越长,抽芽率总体呈下降的趋势。在成年树茎段培养中普遍出现玻璃化苗,玻璃化率高达50%以上。2厚荚相思试管苗玻璃化的影响因素及克服措施①外植体对厚荚相思试管苗玻璃化的影响试验以试管苗外植体部位、长度为试验因子,比较外植体对厚荚相思试管苗玻璃化的影响。研究结果表明:外植体部位对增殖系数及玻璃化率的作用不显著,外植体长度(大小)是影响厚荚相思增殖系数及玻璃化率的主要因素,材料越小,增殖系数越高,玻璃化率也越高。选择长度0.8~1.0 cm的材料即有利于玻璃化率的降低,又保证了增殖系数的提高。②激素对厚荚相思试管苗玻璃化的影响试验结果表明:BA对厚荚相思试管苗增殖系数及玻璃化率的影响显著,BA添加的适合浓度为1.0 mg.L-1,KT适用的浓度范围较广,为0.01~4.0 mg.L-1;生长素IAA、IBA和NAA对厚荚相思增殖系数及玻璃化率的影响不明显:添加0.1 mg.L-12,4-D或0.5 mg.L-1GA却有利于降低玻璃化率。③糖、凝固剂、AC对厚荚相思试管苗玻璃化的影响试验结果表明:高浓度的蔗糖有利于增殖系数的提高以及玻璃化率的降低:低浓度的凝固剂能促进增殖系数和玻璃化率的提高;添加AC可以起到壮苗生根的作用,且能显著降低厚荚相思试管苗的玻璃化率,但过高AC浓度会降低苗的生长势,AC浓度应小于6g.L-1。④MS中的元素对厚荚相思试管苗玻璃化的影响及培养基组合的优化研究结果发现:MS中MgSO4.7H2O、KH2PO4、MnSO4.4H2O、烟酸、H3BO3、NH4NO3、甘氨酸有利于提高厚荚相思试管苗的增殖系数,MgSO4.7H2O、KH2PO4、甘氨酸、NH4NO3、VB1有利于厚荚相思试管苗不定芽的萌发,而NH4NO3、KNO3、CaCl2.2H2O、KH2PO44种大量元素量过多,尤其是NH4NO3明显过量,对玻璃化的影响大,促进了玻璃化苗的发生。且通过研究结果的比较,改良出3组适合提高增殖系数及降低玻璃化率的培养基组合,进一步与MS、1/2MS、B5研究比较,结果表明,B5与3组改良培养基组合均能起到提高增殖系数,显著降低玻璃化率;不添加NH4NO3或减少MS中NH4NO3的量也能有效减少玻璃苗的发生。⑤培养条件对厚荚相思试管苗玻璃化的影响研究结果发现:容器与封口材料对厚荚相思玻璃化有影响,但影响不显著:光照强度和pH值显著影响厚荚相思的玻璃化,高光照强度及酸性条件有利于降低厚荚相思试管苗玻璃化率。⑥厚荚相思试管苗玻璃化的克服措施根据上述研究结果,我们总结出克服厚荚相思试管苗玻璃化的综合措施:(a)选用0.8~1.0cm外植体:(b)使用1.0 mg.L-1BA或0.01~4.0 mg.L-1KT,添加0.01 mg.L-12,4-D或0.5mg.L-1GA;(c)采用高浓度蔗糖(30.0g.L-1-50.0g.L-1):(d)采用8.0 g.L-1琼脂条或卡拉胶;(e)添加AC(应小于6g.L-1);(f)采用B5或改良培养基作为基本培养基,去除培养基中的NH4NO3或减少NH4NO3的量;(g)提高光照强度,pH值控制在5.4左右。3厚荚相思试管苗玻璃化发生的组织细胞学观察应用石蜡切片技术进行了厚荚相思正常苗与玻璃化苗的组织细胞学观察。观察表明:与正常苗叶片相比,玻璃化苗叶片的栅栏组织较少,栅栏组织及海绵组织排列不规则,细胞间隙大,维管束鞘排列疏松,细胞内含物少:正常苗茎段与玻璃苗茎段的显微镜观察区别不明显。4厚荚相思玻璃化试管苗的生理生化变化进行了正常苗与不同程度玻璃化试管苗的生理生化测定。结果表明:玻璃化程度越高,苗的含水量就越高,水分饱和度越小,实际上对水分的需求越小:玻璃化苗与正常苗相比,蛋白质和叶绿素含量降低,DNA含量几乎不变。而玻璃化程度越高,POD酶活性越高,而CAT酶活性则相反,叶绿素含量也越低,玻璃化苗叶绿素a与叶绿素b的比值高于正常苗。总之,本研究摸索出了厚荚相思成年材料离体再生体系建立的关键因素:探索了厚荚相思玻璃化发生的影响因素,并提出了克服厚荚相思玻璃化的相应综合措施,为厚荚相思的离体繁殖的产业化和商业化提供了有效的技术手段。同时,应用石蜡切片对厚荚相思正常苗及玻璃化苗的茎尖、叶片进行组织细胞学观察比较,并对玻璃化苗的生理变化进行测定,为探索厚荚相思玻璃化机理以及最终全面、彻底解决厚荚相思的玻璃化问题提供了重要的科学依据,将推动厚英相思离体繁殖商业化以及生物技术育种应用工作的开展。
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