不同钙浓度对马铃薯品种辽薯6号脱毒试管苗生长的影响
2017-05-06付雪娇周桦楠潘家荃孟令文刘冠求
付雪娇,周桦楠,潘家荃,孟令文,刘冠求,崔 亮
(辽宁省农业科学院作物研究所,辽宁沈阳 110161)
不同钙浓度对马铃薯品种辽薯6号脱毒试管苗生长的影响
付雪娇,周桦楠,潘家荃,孟令文,刘冠求,崔 亮
(辽宁省农业科学院作物研究所,辽宁沈阳 110161)
设置不同钙离子浓度的MS培养基,通过对辽薯6号的生长状况进行研究,确定其最适宜的氯化钙添加量。试验结果表明,当MS培养基中添加的钙离子浓度为9 mmol/L时,辽薯6号脱毒试管苗的株高最高、有效节数和叶片数量最多,根系生长状况较好,SOD活性、脯氨酸含量和丙二醛含量测定结果优于对照。对辽薯6号的脱毒苗进行快繁时,应选用钙浓度为9 mmol/L的MS培养基。
辽薯6号;脱毒试管苗;钙浓度;生理指标
马铃薯是辽宁地区重要的经济作物,近几年种植面积稳定在6×104hm2,随着国家对马铃薯产业的重视,辽宁省马铃薯产业也取得了长足的发展[1]。目前辽宁地区种植的马铃薯品种以尤金、早大白、费乌瑞它、辽薯6号、兴佳2号等为主,由于加工企业较少,市场上消费的马铃薯多以鲜食为主。随着农民种植马铃薯热情地不断增加,各个品种脱毒种薯的市场需求量也在不断增大,培育生长健壮、快速的脱毒苗对于整个马铃薯种薯产业的发展至关重要。本试验通过研究钙浓度对马铃薯试管苗的生长影响,改进了现用MS培养基的氯化钙含量配比,从而提高了试管苗质量,为脱毒种薯的生产提供助益。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验选用的马铃薯品种辽薯6号由辽宁省农业科学院提供。该品种是辽宁省农业科学院作物研究所于2010年选育而成的早熟品种。该品种生育期70 d左右、贮藏性良好、蒸食品味好,是目前辽宁省马铃薯的主栽品种之一。试验材料为辽薯6号的脱毒试管苗。
1.2 试验方法
配制含有不同浓度氯化钙的MS固体培养基,试验设置为T1:CaCl2浓度为3 mmol/L;T2:CaCl2浓度为6 mmol/L;T3:CaCl2浓度为9 mmol/L;T4:CaCl2浓度为12 mmol/L;T5:CaCl2浓度为15 mmol/L,其中正常MS培养基中钙的浓度为3 mmol/L,因此T1设置为本试验的对照CK。
选取培养28 d的试管苗,在超净工作台中剪取中部偏上1cm左右、带有1片叶的茎段,接种于不同钙浓度的MS固体培养基上(使用20 mm×200 mm规格试管),每个试管中接种1个茎段,每种试验处理接种20支试管。接种后放置于温度为(20±2)℃,光照为3 000 lx、16 h/d的条件下培养。28 d后将试管苗取出,用蒸馏水小心洗去固体培养基,并用吸水纸吸干水分,用于各种指标的测定。试验采用完全随机设置,重复3次。
1.3 测定方法
1.3.1 形态学指标测定
使用直尺测量试管苗的株高、根长;计数法测定试管苗的叶片数、有效节数、根数;使用游标卡尺量测定茎粗。
1.3.2 生理生化指标测定
SOD活性测定采用氮蓝四唑光化还原法[2];脯氨酸含量测定采用茚三酮比色法[3];丙二醛含量测定采用巴比妥酸法[4]。
1.4 数据处理方法
数据处理使用Excel 2003软件,统计分析使用DPS(Data Processing System)数据处理系统。
2 结果与分析
2.1 不同钙浓度对辽薯6号脱毒试管苗茎叶生长的影响
从表1中可以看出,随着培养基中钙浓度的增加,试管苗的株高发生了显著地变化,大体呈现为株高先增加、后有所下降的趋势。其中在钙离子浓度为9 mmol/L时,株高比对照增加30.65%;钙离子浓度为6 mmol/L和12 mmol/L时,株高相比对照增加了21.82%和20.26%;当培养基中钙离子浓度达到15 mmol/L时,株高比对照降低。说明培养基中钙离子浓度的提高有助于增加试管苗的株高,但浓度达到15 mmol/L时会反而抑制株高。
植株的叶片数随着钙离子浓度的提高而逐渐增多,当培养基中钙离子浓度为9 mmol/L时,试管苗的叶片数量最多,相比对照增加了29.11%;其次是浓度为6 mmol/L时,叶片数相比对照增加了21.90%。其余两个处理对试管苗的叶片数也起到了增加的作用。说明提高培养基中钙的含量有利于植株增加叶片数。
对有效节数进行测定,从表1中可以看出,提高MS培养基中氯化钙的含量可以增加辽薯6号试管苗的有效节数。T1处理中试管苗的有效节数为8.93,T2至T5分别比T1高出9.74%、33.59%、10.53%和14.22%。
通过测定各个处理条件下试管苗的茎粗,可以看出,茎粗随着钙离子浓度的提高而逐渐增加,当钙离子浓度达到15 mmol/L时,试管苗茎粗为1.06 mm,相比对照增粗了16.48%;其次为处理T3,茎粗相比对照增粗10.99%。
综合各种处理条件下辽薯6号脱毒试管苗植株茎叶生长情况来看,提高培养基中钙的含量可以使株高增高、叶片数和有效节数增多、茎粗增大。其中钙离子浓度为9 mmol/L时,试管内植株生长的最为高大,但钙离子浓度为15 mmol/L时,植株表现为矮小、粗壮。配制MS培养基时,适当增加氯化钙的含量,有利于繁育壮苗。
表1 辽薯6号脱毒试管苗在不同钙浓度下茎叶的形态指标
2.2 不同钙浓度对辽薯6号脱毒试管苗根生长的影响
对不同钙浓度处理的植株根部指标进行测定,从表2中可以看出,逐渐增加培养基中钙的含量,可以增加试管苗根的条数和根的长度,但并不显著。其中T4处理条件下试管苗的根数最多,比对照多28.60%。同时T4处理下,最长根长比对照高13.77%。说明当培养基中钙离子浓度达到12 mmol/L时,试管苗的根系最为发达。
2.3 不同钙浓度对辽薯6号脱毒试管苗生理生化指标的影响
SOD活性、脯氨酸含量和丙二醛含量是3个衡量植株耐胁迫能力的重要生理指标。从表3中可以看出,培养基中钙离子浓度达到12 mmol/L时,SOD的活性和脯氨酸含量的测定值最高,分别为358.79 mmol/g·FW和430.54 mmol/g·FW,高于对照34.37%、40.05%。T2处理的SOD活性低于对照,其他3个处理的SOD活性均高于对照。T5处理的脯氨酸含量低于对照10.32%,其他3个处理脯氨酸的含量均高于对照。对丙二醛含量进行测定,从表3中可以看出,T2处理的丙二醛含量显著低于对照,T3和T4处理的植株丙二醛含量也低于对照,分别低于对照65.95%、53.95%、19.39%;T5处理下植株的丙二醛含量高于对照。
综合3个指标结果,可以看出,适当增加培养基中钙离子的浓度可以使植株SOD活性和脯氨酸含量提高,使丙二醛含量降低。但增加浓度至15 mmol/L时,脯氨酸含量的测定值低于对照、丙二醛含量的测定值高于对照。说明增加培养基中钙的含量可以提高植株抵御胁迫的能力,但过高的钙浓度反而会对试管苗植株造成胁迫。
表2 辽薯6号脱毒试管苗在不同钙浓度下根的形态指标
表3 辽薯6号脱毒试管苗在不同钙浓度下的生理生化指标
3 结果与讨论
钙是植物生长发育中不可缺少的一种元素,钙离子同时也是植物体内许多代谢反应的信号物质,通过钙离子浓度的时空变化来调节植物生长、发育、抗逆等生理反应[5]。当植物缺钙时,植株的生长会受到抑制,通常表现为植株矮小、软弱、幼嫩部分迅速衰老、茎尖分生组织受损、根系不发达,抵御外界胁迫能力降低。Habib等通过研究发现,在培养基中适当增加钙的含量,可以使试管苗中钙的含量随之增加,有利于其生长发育[6]。本试验中,随着MS培养基中钙离子浓度的提升,试管苗的株高、叶片数和有效节数显著提高,茎粗也显著增粗,当培养基中钙离子浓度为9 mmol/L时,植株生长情况最好,表现为高大粗壮、叶片数量多,同时根系较为发达。当添加氯化钙的含量大于12 mmol/L时,植株虽然粗壮,但生长较为缓慢,植株体内过量的钙会对其生长发育不利。
逆境胁迫会导致植物体内产生过量的ROS,ROS是高度活跃的,具有毒性,会损伤蛋白质、脂类、碳水化合物和DNA,最终导致氧化胁迫。植物体内的ROS清除系统通过提高ROS清除酶的活性,清除ROS,减少或者避免细胞的氧化损伤,作为ROS清除系统的关键酶,SOD会迅速将过氧化物歧化为O2和H2O2,进而通过其他途径被清除掉[7]。因此,SOD活性是鉴定植物抗逆性的重要生理生化指标。脯氨酸的积累量也与植物的抗逆性有关,脯氨酸可以保护细胞的膜完整性,同时脯氨酸含量的增加能够调节植株细胞内外的渗透平衡,从而提高植物的抗逆能力[8]。丙二醛是植物质膜过氧化作用的产物,常用来指示细胞膜脂过氧化程度,高浓度的丙二醛含量会导致细胞膜损伤,从而降低植物的抗逆能力[9]。辽薯6号是早熟品种,生育后期容易遭受生物胁迫。通过本试验结果可以看出,当培养基中钙的含量增加时,试管苗的SOD活性增加、脯氨酸含量增加、丙二醛含量降低,适当提高培养基中钙的含量,可以提高辽薯6号脱毒试管苗的抗逆性。
4 结论
MS培养基的配制是马铃薯脱毒快繁技术的一个重要环节,培育健康健壮的试管苗可以加快马铃薯产业的发展。本试验通过研究不同钙浓度对马铃薯品种辽薯6号脱毒试管苗生长的影响,发现现有MS培养基中钙离子浓度(3 mmol/L)并不是最适宜植株生长的浓度,试验结果表明,当钙离子浓度为9 mmol/L时,植株的各项指标最优。因此在以后的辽薯6号脱毒苗生产中,应使用钙浓度为9 mmol/L的MS培养基。
[1] 贾景丽,郑玉宝,赵娜.2015年辽宁省马铃薯产业发展现状、存在问题及建议[A].2016年中国马铃薯大会论文集[C],2003年.
[2] 邹奇.植物生理学实验指导[M].北京:中国农业出版社,2000.
[3] 陈建勋,王晓峰.植物生理学实验指导[M].北京:华南理工大学出版社,2000.
[4] 王学奎.植物生理生化实验原理和技术(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[5] 张蓓,刘刚,王冬梅.植物抗病防卫反应中的特异性钙信号[J].细胞生物学杂志,2008,30:611~616.
[6] Habib A,Abdulnour J,Donnelly D J.Increased calcium availability improves potato micropropagation and microtuberization[J].Potato Research,2004,47(3,4):139~149.
[7] 包云飞.盐胁迫下马铃薯SOD相关基因表达量及生理生化变化研究[D].长沙:湖南农业大学,2013.
[8] 全先庆,张渝洁,单雷,等.脯氨酸在植物生长和非生物胁迫耐受中的作用[J].生物技术通讯,2007,1(18):159~162.
[9] 丁红瑾,陈彦云,曹君迈,等.外源钙对贮藏期马铃薯细胞膜及过氧化物酶的影响[J].中国农学通报,2013,29(14):103~106.
S531.01
B
1002-1728(2017)02-0020-03
10.3969/j.issn.1002-1728.2017.02.005
2017-03-29
中央财政推广项目(GCNT-LN-14)
付雪娇(1982-),女,主要从事马铃薯、甘薯新品种选育、脱毒及配套栽培技术研究。