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火焰南天竹Nandina domestica ‘Firepower’为园艺新品种,植株矮小、株型紧凑,茎节短,只有南天竹N. domestica的1/10,叶片呈卵形或者椭圆形,和南天竹披针形叶存在着明显的区别[1-4]。当气温下降到5 ℃以下且昼夜温差超过10 ℃时,叶片呈火红色,经霜不落,春夏季呈淡绿色,极具观赏价值与经济价值,市场需求量大[1-2]。常采用扦插繁殖,繁殖周期较长,繁殖率极低,并且扦插容易感染病毒,造成品质退化。已有报道利用组织培养技术解决火焰南天竹繁殖数量少、繁殖速度慢、种质易退化等缺点[3-10],虽然能够通过愈伤组织、茎尖和叶片等作为外植体获得不定芽,但增殖系数相对较低[6, 11]。有些虽然能够大规模生产,培养基配方中使用蔗糖[12],成本较高,距规模化、产业化生产还有一定的差距。鉴于此,本研究以火焰南天竹不带叶茎段为外植体,进行离体快繁影响关键因子优化,建立适合大规模生产的火焰南天竹茎段离体快速繁殖技术体系,旨在为火焰南天竹种苗高效、快捷和稳定生产提供技术和理论基础。
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由表 1可知:基本培养基对火焰南天竹芽诱导有明显的影响。DCR对火焰南天竹的芽诱导效果最好,出芽率高达96.8%;其次是WPM和1/2MS,芽诱导率分别为90.2%和85.0%,而B5的芽诱导率只有43.2%。因此,选择DCR火焰南天竹茎段芽诱导较理想的基本培养基。培养40 d后,在WPM上,芽的增殖倍数和芽高分别为3.18和1.18 cm,植株生长健壮,叶色绿色,叶片舒展宽大;在DCR上芽增殖倍数为2.05,芽高0.95 cm,植株生长正常,叶色绿色,但叶小卷曲。而在1/2MS和B5培养基上,芽的增殖位数仅为1.52和1.06。4种基本培养基无机盐质量浓度从高到低依次为B5、1/2MS、DCR、WPM,因此,可以推断低质量浓度无机盐有利于火焰南天竹芽诱导、繁殖和生长。因此,综合芽诱导、增殖和植株生长情况等,选择WPM为本试验的理想基本培养基。
基本培养基 芽诱导率/% 芽增殖倍数 芽高/cm 生长情况 1/2MS 85.0 ± 1.2 b 1.52 ± 0.04 b 0.76 ± 0.10 b 生长势弱,叶色绿色,叶小而少 WPM 90.2 ± 1.2 a 3.18 ± 0.17 a 1.15 ± 0.09 a 植株健壮,叶色绿色,叶片舒展宽大 DCR 96.8 ± 2.3 a 2.05 ± 0.34 a 0.95 ± 0.06 a 生长正常,叶色绿色,叶小卷曲 B5 43.2 ± 2.4 b 1.06 ± 0.16 b 0.63 ± 0.03 b 生长势弱,叶色发黄,叶小而少 说明:不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05) Table 1. Effect of basic media on rooting of N. domestica'Firepower
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由图 1可见:6-BA和NAA的质量浓度对芽的诱导和增殖影响差异极显著(P=0.000 1)。当NAA质量浓度一定时,随着6-BA质量浓度的增加,火焰南天竹的出芽率及芽的增殖倍数呈上升趋势,当6-BA达1.00 mg·L-1时,出芽率及芽的增殖倍数达最高值,但芽生长缓慢,叶小,叶片皱褶卷曲,新生幼叶脆弱,易玻璃化,不利于芽苗的生长。综合分析表明:芽诱导理想培养基为WPM+ 0.50 mg·L-1 6-BA + 0.10 mg·L-1 NAA,芽诱导率高达93.0%;芽增殖的理想培养基为WPM + 0.75 mg·L-1 6-BA + 0.10 mg·L-1 NAA,芽增殖倍数为3.3,新芽生长良好,叶片舒展宽大,叶色鲜绿(图 2A)。方差分析可知:6-BA和NAA两者互作的差异不显著(P=0.998 1)。
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由表 2可见:基本培养基对火焰南天竹试管苗生根有一定的影响,火焰南天竹在WPM上的生根优于1/2MS培养基,在WPM上的生根率、平均根数分别是1/2MS的3.1和2.6倍,且试管苗生长良好,叶片舒展、鲜绿色。因此,低质量浓度无机盐的WPM培养基有利于试管苗生根和生长。
培养基类型 生根率/% 生根数/根 根长/cm 生长情况 1/2WPM 78.0 ± 3.4 4.2 ± 0.2 1.15 ± 0.04 生长良好,叶色鲜绿,叶片大而舒展 1/2MS 25.0 ± 4.0 1.6 ± 0.0 0.27 ± 0.04 生长缓慢,叶色黄绿,植株矮小 Table 2. Effect of basic media on rooting of N. domestica'Firepower
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由表 3可知:NAA质量浓度对火焰南天竹芽苗生根影响明显,随着NAA质量浓度的增加,试管苗的生根率、平均生根数有明显增加,但对根长的生长影响不明显。当NAA质量浓度达0.50 mg·L-1时,试管苗生根率高达91.0%,平均根数为5.4根,试管苗生长正常。
NAA/(mg·L-1) 生根率/% 根数/(根·株-1) 根长/cm 生长情况 0.10 67.0 ± 2.9 b 2.6 ± 0.5 b 1.00 ± 0.23 a 生长缓慢,植株矮小 0.30 74.0 ± 3.0 b 4.2 ± 1.2 a 1.07 ± 0.20 b 生长正常 0.50 91.0 ± 9.9 a 5.4 ± 0.5 a 0.99 ± 0.17 a 生长正常 说明:不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05) Table 3. Effect of NAA on rooting of N. domestica'Firepower'
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由表 4可知:添加白砂糖30.0 mg·L-1的培养基中火焰南天竹的生根率可达90.4%,平均根数达5.1且植株正常,生长较好,叶片绿色(图 2B和2C),与添加蔗糖30.0 mg·L-1的培养基中的生根差异不显著。综合成本和生根情况考虑,大规模种苗生产过程中,可用相同质量浓度的白砂糖替代蔗糖作为碳源。
种类 质量浓度/(g·L-1) 生根率/% 根数/(根·株-1) 根长/cm 生长情况 白砂糖 20 50.8 ± 3.2 c 1.7 ± 0.2 c 0.66 ± 0.14 b 植株较矮小,叶色绿色 白砂糖 30 90.4 ± 1.9 a 5.1 ± 0.2 a 1.00 ± 0.14 a 生长较好,植株正常,叶色绿色 白砂糖 40 81.6 ± 3.3 b 4.6 ± 0.1 b 0.79 ± 0.02 ab 植株矮小,叶色黄绿 蔗糖(ck) 30 92.2 ± 2.6 a 5.4 ± 0.2 a 1.09 ± 0.12 a 生长健壮,植株正常,叶色鲜绿 说明:不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05) Table 4. Effect of sugar on rooting of N. domestica'Firepower'
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由表 5可见:pH为6.0时,生根率达95.0%,平均生根数和根长分别为6.1根和1.07 cm,好于其他pH的生根情况。当pH≥6.2时,火焰南天竹生根的各项指标明显下降,致使植株瘦弱,生长缓慢甚至停止生长。因此,火焰南天竹生根培养基的最佳pH为6.0。
pH 生根率/% 根数/根 根长/cm 生长情况 5.8 90.0 ± 1.7 a 5.7 ± 1.4 a 0.87 ± 0.29 a 生长正常 6.0 95.0 ± 1.6 a 6.1 ± 0.8 a 1.07 ± 0.18 a 生长较好 6.2 79.0 ± 4.4 ab 4.0 ± 0.8 ab 1.03 ± 0.21 ab 生长正常 6.4 74.0 ± 1.3 abc 4.0 ± 0.8 ab 0.93 ± 0.21 abc 生长缓慢 6.6 75.0 ± 1.8 ab 3.9 ± 1.1 ab 1.00 ± 0.13 ab 生长缓慢 6.8 72.0 ± 1.4 abc 3.6 ± 1.1 abc 0.87 ± 0.21 abc 生长缓慢 7.2 77.0 ± 2.7 abc 4.2 ± 1.3 ab 0.88 ± 0.16 abc 生长缓慢 7.6 76.0 ± 2.8 abc 3.6 ± 1.1 abc 0.83 ± 0.17 abc 生长缓慢 8.0 74.0 ± 1.5 abc 3.4 ± 1.0 abc 0.72 ± 0.11 abc 生长缓慢 8.4 73.0 ± 1.3 abc 3.0 ± 0.8 bc 0.67 ± 0.10 bc 生长缓慢, 植株瘦弱 8.8 60.0 ± 2.7 bc 1.7 ± 1.1 bc 0.63 ± 0.07 bc 停止生长, 植株瘦弱 9.2 57.0 ± 1.3 c 1.3 ± 1.1 c 0.55 ± 0.07 c 停止生长, 植株瘦弱 说明:不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05) Table 5. Effect of pH value on rooting of N. domestica 'Firepower'
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在火焰南天竹的组培过程中器官的形成所需培养条件不同,接种后暗培养5 d后转为光照培养有利于芽的诱导和增殖;生根培养条件为接种后在光强1 500~3 000 lx,光照时间12 h·d-1,温度为(25 ± 2)℃条件下培养(表 6)。
芽诱导 暗培养/d 芽诱导率/% 生长情况 0 91.0 ± 0.9 a 生长健壮,叶绿色 5 91.7 ± 2.8 a 生长健壮,叶绿色 15 77.7 ± 4.6 b 生长细弱,叶黄绿色 0 3.4 ± 0.2 a 生长正常 5 3.5 ± 0.2 a 生长正常 15 2.3 ± 0.2 b 生长细弱 0 94.8 ± 2.0 a 3~7根,粗壮 5 92.8 ± 1.9 a 3~7根,粗壮 15 72.2 ± 2.0 b 1~5根,较细 说明:不同字母表示不同处理间差异显著(P<0.05) Table 6. Effect of culture conditions on rooting of N. domestica'Firepower'