植物组织培养及其应用研究概况在世界各国科学家的不断努力下,近几十年来,植物组织培养技术迅速发展。利用组织培养,不仅可以大量生产优良无性系,获得人类需要的多种代谢物质,还可获得单倍体、三倍体、多倍体及非整倍体。通过细胞融合可以打破种属间的界限,克服远缘杂交不亲合性,在植物新品种的培育和种性的改良中发挥了巨大作用。组织培养的植物细胞是在细胞水平上分析研究的理想材料,从植物快繁、花药培养发展到细胞器培养、原生质融合以及DNA重组技术等,植物组织培养技术广泛应用于植物科学的各个领域及农业、林业、工业、医药等多种行业,已经成为当代生物科学中最有生命力的一门学科。1 植物组织培养的基本概念、原理和试验步骤1.1概念植物组织培养是在无菌条件下,将离体的植物器官(根尖、茎尖等)、组织(形成层、花药组织等)、细胞(体细胞、生殖细胞等)、胚胎(成熟或未成熟的胚)、原生质体等在人工配制的培养基上培养,给予适宜的培养条件,诱发其产生愈伤组织或潜伏芽或长成完整的植株的技术。1.2原理 植物组织培养的依据是植物细胞的“全能性”及植物的“再生作用”。1902年,德国著名植物学家 G.Haberlandt根据细胞学理论提出了一个观点,“高等植物的器官和组织可以不断分割,直至单个细胞,即植物体细胞,体细胞在适当的条件下具有不断分裂、繁殖并发育成完整植株的潜力”。1943年,美国人White在烟草愈伤组织中偶然发现形成一个芽,证实了G.Haberlandt的论点。 不同植物所需要的生长条件不同,所用的培养基也有所不同。较常用的基础培养基有MT、MS、 SH、N6、White等。在组织培养中,愈伤组织和胚状体能否形成是培育出新植株的关键。通过在基础培养基里添加一定浓度的外源激素,可以诱导出愈伤组织、胚状体、不定芽、根等器官,最终获得再生植株或次生物质。 用于植物组织培养的材料称为外植体,其主要形式有器官、胚胎、单细胞、原生质体等。根据外植体的不同,所需要的培养基种类、培养条件、外源激素的种类及比例等均不同。植物组织培养中,影响培养力的因素是多方面的,诱导愈伤组织成败的关键在于培养条件,植物激素是诱导愈伤组织和绿苗分化的关键因素。最常用的诱导愈伤组织的生长素是IAA、NAA和2,4一D,所需浓度为O.01~10 mg/L。最常用的细胞分裂素是KT和ABA,使用浓度为O.1~10 mg/L。KT的主要作用是促进细胞分裂和愈伤组织分化。ABA对植物体细胞胚的发生与发育具有重要作用。各类植物激素的生理作用虽有相对专一性,但是植物的各种生理效应是不同种类激素之间相互作用的综合表现。1.3试验步骤1.3.1选择和配制培养基 培养基是植物组织培养中的“血液”,血液的成分及其供应状况直接关系到培养物的生长与分化,因此了解培养基的成分、特点及其配制至关重要。1.3.2灭茵灭菌是组织培养中的重要工作之一,通常采用物理的或化学的灭菌方法。培养基用常压或高压蒸煮等湿热灭菌、器械采用灼烧灭菌、玻璃器皿及耐热用具采用干热灭菌、不耐热的物质采用过滤灭菌、植物材料表面用消毒剂灭菌、物体表面用药剂喷雾灭菌、接种室等空间采用紫外线或熏蒸灭菌。1.3.3接种将已消毒好的根、茎、叶等离体器官,经切割或剪裁成小段或小块放入培养基,整个接种过程要在无菌条件下进行。 .4培养把培养材料放在有一定光照和温度等条件的培养室里,使之生长、分裂和分化,形成愈伤组织或进一步分化成再生植株。1.3.5试管苗驯化移栽 试管苗是在特殊环境条件下生长的幼苗,与自然生长的幼苗有很大差异,只有通过驯化,使之适应自然环境后才能移栽。2 植物组织培养的应用2.1植物快速繁殖和无病毒种苗生产植物快速繁殖技术始于20世纪60年代,法国的Morel用茎尖培养的方法大量繁殖兰花获得成功,从此揭开了植物快速繁殖技术研究和应用的序幕。目前,通过离体培养获得小植株并且具有快速繁殖潜力的植物已有100多科1 000种以上,有的已经发展成为工业化生产的商品。世界上80%~85%的兰花是通过组织培养进行脱毒和快速繁殖的。培养的植物种类也由观赏植物逐渐发展到园艺植物、大田作物、经济植物和药用植物等。在我国,同类的研究始于20世纪70年代。马铃薯无毒种薯和甘蔗种苗已在生产上大面积种植,30余种植物已进行规模化生产或中间试验。利用组织培养进行植物快速繁殖及无病毒种苗生产,不仅能够挽救珍惜濒危物种,而且能够解决植物野生资源缺乏的问题。2.2植物花药培养和单倍体育种 将植物花药培养成单倍体植株,再经过染色体加倍,能很快得到纯合的二倍体,这样将大大缩短育种年限。到目前为止,世界上通过花粉和花药培养已获得了几百种植物的单倍体植株。印度科学家应用这种方法培育的水稻品系,比对照产量提高15%~49%。韩国先后育成了5个优质、抗病、抗倒伏的水稻品种。我国自20世纪70年代开始该领域的研究,已经培育了40余种由花粉或花药发育成的单倍体植株,其中有10余种为我国首创。玉米获得了100多个纯合的自交系;橡胶获得了二倍体和三倍体植株。仅“九五”期间就育成高产、优质、抗逆、抗病的农作物新品种44个,种植面积超过660万 hm2。2.3植物胚胎培养杂交育种中,杂种胚常常败育,因此将早期生长的胚取出,应用组织培养方法,就有可能培育出杂交植物。已经有100篇以上幼胚培养成为植株的报道。国内外科学家应用植物胚胎培养技术获得了多种远缘杂交的重组体、栽培种和杂交品种。2.4植物愈伤组织或细胞悬浮培养利用植物愈伤组织或细胞悬浮培养可以生产用于预防和治疗疾病的植物次生代谢产物。近年来,这一领域的发展极为迅速,已经研究了400多种植物,从培养细胞中分离到600多种次级代谢产物,其中60多种在含量上超过或等于原植物,20种以上干重超过原植物的1 9,6。例如,从薯芋愈伤组织和悬浮细胞生产的diosgenin用于合成甾体药物。最近抗癌药物紫杉醇一红豆杉细胞培养物,可用75t发酵罐培养,已达到商业化生产水平。另外,达到商品化水平的还有紫草、人参、黄连、老鹳草等;长春花、毛地黄、烟草等已实现工业化生产;牙签草、红花等20多种植物正在向商品化过渡。2.5细胞融合与原生质体培养自1960年英国学者Cocking首次利用纤维素酶从番茄幼苗的根分离原生质体获得成功以来,到1990年已有100种以上植物的原生质体能再生植株。我国获得了30余个品种的原生质体再生植株,其中包括难度较大的重要粮食作物和经济作物,如大豆、水稻、玉米、小麦、谷子、高梁、棉花等。在木本植物、药用植物、蔬菜和真菌原生质体培养方面的进展也十分迅速。国外已先后获得了种内及种间的体细胞杂种植株。植物原生质体培养还可应用于外源基因转移、无性系变异及突变体筛选等研究,因而越来越受到人们的重视。2.6植物细胞突变体筛选植物细胞突变体的筛选最早始于1959年,G. Melchers在金鱼草悬浮细胞培养中获得了温度突变体。1970年,P.S.Carlson,H.Binding和Y.M. Heimer等分别分离出烟草营养缺陷型细胞、矮牵牛抗链霉素细胞系及烟草抗苏氨酸细胞系。迄今为止,已经在不少于15个科45个种的植物细胞培养中筛选出100个以上的植物细胞突变体或变异体。其中包括抗病细胞突变体,如玉米抗小斑病突变体和小麦抗赤霉病、根腐病突变体;抗氨基酸及其类似物细胞突变体,如甘蓝型油菜抗HYP突变体[263;抗逆境胁迫细胞突变体,如水稻耐盐突变体和小麦抗盐突变体;抗除草剂细胞突变体及营养缺陷型细胞突变体,如玉米抗除草剂变异体;株高突变体的筛选,如水稻矮秆变异体。2.7植物体细胞胚胎和人工种子1958年,Reinert在胡萝卜的组织培养中最先发现了体细胞胚胎(胚状体)。据不完全统计,能大量产生胚状体的植物有43科92属100多种。一些重要作物如水稻、小麦、玉米、珍珠谷等,也能通过离体培养产生胚状体。这些胚状体用褐藻酸钠等包埋,再加上人工种皮,就形成了人工种子。人工种子的优点是:繁殖快速,成苗率极高;不受气候影响,四季皆可工厂化生产。上世纪80年代初,美、日、法等国家相继开展了人工种子的研究,我国也于“七五”期间开展了此项研究,并于1987年列入了国家“863”高技术研究发展计划。2.8 植物组织细胞培养物的超低温保存与种质库建立植物细胞全能性的发现和证实,为植物种质资源的长期保存开辟了一条新途径。采用液氮超低温保存技术,能保持很高的存活率,并且能再生出新植株和保持原来的遗传特性。如建立茎尖分生组织培养物的超低温保存种质库,不仅可以防止种质的遗传变异和退化,而且可以长期保存无病毒的原种。2.9 植物组织培养与转基因技术的应用 我国第一个T—DNA插入突变体库的构建和研究为我国水稻功能基因组学研究奠定了良好的技术和材料基础,为确保我国拥有一批有自主知识产权的基因资源做出了积极贡献。由中国水稻研究所农业部水稻生物学重点开放实验室和中科院上海植物生理研究所合作,通过建立大规模、高效的农杆菌介导的转基因技术体系,将玉米转座子Ac—Ds等外源基因导入水稻未成熟胚和种子诱导的愈伤组织,获得了1.2万个独立的T—DNA插入株系,并构建了水稻突变体的数据库。 3 展望植物组织培养研究与应用是20世纪科技进步的重大成果之一,为研究植物生长发育、抗性生理、激素及器官发生与胚胎发生等提供了许多良好的实验材料和有效途径。植物组织培养方法不断提高的同时,也相应拓宽了其应用范围。由于组织培养在人工控制的条件下进行,容易掌握花芽分化和开花成因;通过胚胎培养,能够得到杂种或自交种;通过分离单倍体细胞,能培育纯合的二倍体优良品系;提高育种多样性的同时缩短了育种时间;通过突变体筛选,提高植物的品质,增强抗逆境胁迫能力,扩大植物的生长范围;将体细胞冷藏在低温下,建立基因库,达到保存物种的目的;获得药用价值高和工业生产所需要的次生产物,加快药物生产的时间并且减少了单纯依靠天然植物的被动性。植物组织培养技术已经渗透到科研、生产和生活各个领域,必将日臻完善。黑龙江农业科学2006,(3)
观察种子发芽
11月2日星期二阴
昨天晚上,我让妈妈准备了一些绿豆、黑豆、黄豆和玉米,开始做种子发芽试验。
我把它们放在一个玻璃杯里,然后往杯子里冲了大约三厘米的水,让种子在水里浸泡了一个晚上。今天早上,我把浸泡种子的水倒掉后,把种子放在一个盘子里,上面盖上一块湿毛巾。
今天下午放学后,我仔细观察了它们,发现它们已经有变化了,首先是这些种子比原来大了许多,再仔细一看,黄豆和黑豆都裂开了一层皮,而绿豆已经开始抽出了一点点新芽,玉米看上去没什么变化。
11月3日星期三阴
昨天晚上我观察完后,为了给种子保温,我听从妈妈建议,把装种子的盘子藏在高压锅里。
时间已过去了一天一夜,不知种子是否有新的变化。我小心翼翼地从高压锅里拿出装种子的盘子,轻轻揭开盖在盘子上的湿毛巾,哇噻!我的绿豆芽变长了,绿豆都长出了一条弯弯曲曲的白色的小尾巴,好像豆里钻出了一条白色的小虫子,整个绿豆看起来又像一只绿色的小蝌蚪。而黄豆、黑豆、玉米看上去和昨天晚上我观察的情况基本一样,没有太大变化,我有些担心它们是否会发芽。
观察完后,我又给它们浇了一点水,重新放回高压锅中,心里盼望着黄豆、黑豆和玉米快快发芽,盼望绿豆芽快快长大。
11月4日星期四多云
时间过去了一天一夜,我的绿豆芽又长大了一些,形状也有些变化了,有些绿豆的小尾巴由弯弯曲曲变成直直的了,看起来像一只独角犀牛的头。我量了量绿豆芽枝的长度,已经有一厘米长了。而黄豆、黑豆仍然没有明显的变化,玉米粒表面上出现了一些小黑点,不知道它们是不是要发芽了。
11月5日星期五晴
今天晚上,我又观察了我的种子发芽情况。
绿豆芽的长势依然很好,长度已经超过了一厘米,有一半的绿豆种子脱去了绿色的外壳,整个种子的颜色变成了白里透着黄,看上去非常娇嫩。而黄豆、黑豆仍然没有发芽,昨天晚上在玉米种子上我发现的黑点,经过仔细观察,原来是要腐烂的霉点,真是扫兴,原来我以为它要发芽了。
11月6日星期六晴
时间已经过去了五天五夜,但是黄豆、黑豆和玉米仍旧没有发芽,为了给绿豆芽提供一个更好的生长环境,今天晚上,我听从妈妈的提议,把没有发芽的黄豆、黑豆和玉米都从盘子里挑了出来,扔进了垃圾筒,并把盘里的绿豆芽用水冲洗了一下。
冲洗过后的绿豆芽,看上去它的长势更好了,我盼望明天绿豆芽的芽尖上能长出两片小叶子。
11月7日星期日晴
今天是我观察种子发芽的最后一天。
绿豆芽的长势仍旧很好,芽枝的长度已经有两厘米了,但它们的芽尖上仍然没有长出两片小叶子。看着娇嫩的绿豆芽,我想如果做成菜,一定非常好吃,但我舍不得吃,决定把它们都种在家里的花盆中,有了土壤的营养,我想它们一定会长出小叶子来的。
通过大约一星期的仔细观察,我知道了种子发芽一定要有合适的湿度、温度和营养,如果达不到种子发芽所需要的基本条件,就不会发芽了。
今天,我们要做一个科学实验,那就是绿豆种子发芽需要阳光吗?我先把8粒绿豆分成4粒一组,两组各方在一个容器里,两个容器中都有适量的水,两组种子都拥有充足的空气,适宜的温度。
唯一不同的就是一组有阳光,一组没有阳光。我推测没有阳光的这组种子不会发芽,因为通常种子发芽是需要阳光的。
一个晚上过去了,我起来观察着两组种子,有阳光的这组种子已经长出了根。可当我在看没有阳光的这组种子,呀,他也长出了根,丝毫不比有阳光的差!又过了一天,我来看望着两组“小宝宝”。
哈,有阳光的这组种子的根长长了一点,我怀着疑心来看没有阳光的这一组种子,天哪,它们的根竟然和有阳光的那足组长的一样长,我开始担心自己的推测是不是对的。我晚上梦见没有阳光的这组种子枯萎了,可我起来观察时,情况正好和我的梦相反。
两组种子长得都很健壮,不相上下!我估计我的推测的正确率只有百分之10了!又过了一天,我像往常一样来跟种子们会合。咦,种子怎么有点不好意思了?小脸红通通的,个头也比以前大了许多。
再看没有阳光的这组,啊,也是一样的状况,不会是生病了吧?放学回家后,我发现了几点新绿,走近一看,哦,原来是种子们发芽了,好可爱呀!再看没有阳光的这组种子,也发芽了!这下,前面的谜团解开了。种子们红通通的并不是害羞,而是要发芽了。
最后,我得出一个结论:绿豆种子发芽不需要阳光。虽然我的推测是错的,但我又学到了一个新知识!学习不都是从不会到会的吗?。
“耶——玫瑰种子发芽了!”我高兴地叫起来。
爸爸见了却说:“这个可能是西瓜种子。”因为我是先种下西瓜种子的。
我不愿相信,就指着花盘问妈妈:“妈妈,种子发芽了,这是西瓜种子发芽了,还是玫瑰种子?”“这好像是西瓜种子发芽了耶。”“哎,白忙活了!”我很失落。
第二天睡醒,我又想:西瓜种子发芽也没什么不好的。我穿好衣服,来到卫生间的花盘前,用手轻轻地给小芽儿浇了一点水。
到了晚上,我又给它浇了一点水。 过了好多天,小芽又长高了,我高兴极了。
对了,妈妈不是说有一盒肥料吗?(是我们买玫瑰种子的时候送的)于是,我就去问妈妈:“妈妈,你不是说有一盒肥料吗?现在可不可用?”妈妈却舍不得,“玫瑰种子还没发芽呢,肥料是给玫瑰种子发芽时用的。掸亥侧酵乇寂岔檄唱漏” 我心里暗想:难道妈妈也不喜欢西瓜种子发芽?看来,母女连心啊,她居然跟我之前的想法一样,也盼望着玫瑰种子发芽。
种子萌发是指种子从吸胀作用开始的一系列有序的生理过程和形态发生过程.种子的萌发需要适宜的温度,一定的水分,充足的空气.种子萌发时,首先是吸水.种子浸水后使种皮膨胀、软化,可以使更多的氧透过种皮进入种子内部,同时二氧化碳透过种皮排出,里面的物理状态发生变化;其次是空气,种子在萌发过程中所进行的一系列复杂的生命活动,只有种子不断地进行呼吸,得到能量,才能保证生命活动的正常进行;最后是温度,温度过低,光合作用大大减弱,呼吸作用受到抑制,光合生产率降低,种子内部营养物质的分解和其它一系列生理活动,都需要在适宜的温度下进行的.发育成熟的种子,在适宜的环境条件下开始萌发.经过一系列生长过程,种子的胚根首先突破种皮,向下生长,形成主根.与此同时,胚轴的细胞也相应生长和伸长,把胚芽或胚芽连同子叶一起推出土面,胚芽伸出土面,形成茎和叶.子叶随胚芽一起伸出土面,展开后转为绿色,进行光合作用,如棉花、油菜等.待胚芽的幼叶张开行使光合作用后,子叶也就枯萎脱落.至此,一株能独立生活的幼小植物体也就全部长成,这就是幼苗. 常见的幼苗主要有两种类型,即子叶出土幼苗和子叶留土幼苗.。
今天,我们要做一个科学实验,那就是绿豆种子发芽需要阳光吗?我先把8粒绿豆分成4粒一组,两组各方在一个容器里,两个容器中都有适量的水,两组种子都拥有充足的空气,适宜的温度。唯一不同的就是一组有阳光,一组没有阳光。我推测没有阳光的这组种子不会发芽,因为通常种子发芽是需要阳光的。
一个晚上过去了,我起来观察着两组种子,有阳光的这组种子已经长出了根。可当我在看没有阳光的这组种子,呀,他也长出了根,丝毫不比有阳光的差!又过了一天,我来看望着两组“小宝宝”。哈,有阳光的这组种子的根长长了一点,我怀着疑心来看没有阳光的这一组种子,天哪,它们的根竟然和有阳光的那足组长的一样长,我开始担心自己的推测是不是对的。我晚上梦见没有阳光的这组种子枯萎了,可我起来观察时,情况正好和我的梦相反。两组种子长得都很健壮,不相上下!我估计我的推测的正确率只有百分之10了!又过了一天,我像往常一样来跟种子们会合。咦,种子怎么有点不好意思了?小脸红通通的,个头也比以前大了许多。再看没有阳光的这组,啊,也是一样的状况,不会是生病了吧?放学回家后,我发现了几点新绿,走近一看,哦,原来是种子们发芽了,好可爱呀!再看没有阳光的这组种子,也发芽了!这下,前面的谜团解开了。种子们红通通的并不是害羞,而是要发芽了。
最后,我得出一个结论:绿豆种子发芽不需要阳光。虽然我的推测是错的,但我又学到了一个新知识!学习不都是从不会到会的吗?
观察日记 (1) 2007年9月4日 星期二 天气晴 今天,我在小碗里,垫了一张餐巾纸,浇上水,把两颗饱满的绿豆放进里面.知道我要干吗么?告诉你吧,我想让绿豆发芽,再种在土里,让它茁壮成长,直到开花、结果. 虽然书上是说要这么做,不过我还是挺担心:一张纸和一点点水,就能让它们发芽么? (2) 2007年9月6日 星期四 天气晴 早上起床,我第一件事就是给两颗绿豆浇,顺便也看看绿豆们今天发芽了没.可当我往碗里一瞧,唉,它们还是没有发芽.不过,有了变化,那就是:胚芽的周围变大了许多. 到了中午,我看绿豆的时候高兴及了,因为沐浴在阳光中的绿豆,胚芽处出现了裂缝,从里面钻出了嫩白色的小芽儿.它们好象在感叹:啊,这个世界是多么温暖,多么明亮呀!我又给它浇了次水,是为了想让豆芽长得更快些. 可能是我中午给绿豆芽浇了水的缘故吧,我晚上看它时,已经有了非常大的进步了:豆芽已经长到3毫米了.别看数字小,可对豆芽来说是不小的数字.看到豆芽的进步,我非常高兴,不停的夸它能干.小豆芽好象不好意思了,羞涩的说:“这可用不着夸我.我呀,还会继续努力的!” (3) 2007年9月9日 星期天 天气阴 现在,小芽们而变得更高,更粗了,它已经有3厘米长了,而且上面还长满了茎.看我的豆豆多棒!为了让它扎好根,能长得更快、更高,于是我便把豆子移栽到装满土的花盆里,让土壤给我的豆子更多的营养. (4) 2007年9月12日 星期三 天气雨 今天虽然下着雨,可我却很高兴.我不是因为高兴下雨,而是为我的豆子高兴.我的两颗豆芽已经长出了两片嫩绿、柔软的叶子.从窗户飘进来的雨滴落在叶子上,叶子上立刻出现了一颗颗晶莹的水珠滚动在叶片上,让着两棵小豆苗更美了.凉风吹着豆苗们,豆苗的身子开始晃来晃去.不过我相信豆苗们能坚持下来,这样,豆苗们就不会再怕风雨啦,就能开花结果.我相信你们会成功的参考资料:图片在百度图片中有很多。
1,今天,我们要做一个科学实验,那就是绿豆种子发芽需要阳光吗?我先把8粒绿豆分成4粒一组,两组各方在一个容器里,两个容器中都有适量的水,两组种子都拥有充足的空气,适宜的温度。
唯一不同的就是一组有阳光,一组没有阳光。我推测没有阳光的这组种子不会发芽,因为通常种子发芽是需要阳光的。
一个晚上过去了,我起来观察着两组种子,有阳光的这组种子已经长出了根。可当我在看没有阳光的这组种子,呀,他也长出了根,丝毫不比有阳光的差!又过了一天,我来看望着两组“小宝宝”。
哈,有阳光的这组种子的根长长了一点,我怀着疑心来看没有阳光的这一组种子,天哪,它们的根竟然和有阳光的那足组长的一样长,我开始担心自己的推测是不是对的。我晚上梦见没有阳光的这组种子枯萎了,可我起来观察时,情况正好和我的梦相反。
两组种子长得都很健壮,不相上下!我估计我的推测的正确率只有百分之10了!又过了一天,我像往常一样来跟种子们会合。咦,种子怎么有点不好意思了?小脸红通通的,个头也比以前大了许多。
再看没有阳光的这组,啊,也是一样的状况,不会是生病了吧?放学回家后,我发现了几点新绿,走近一看,哦,原来是种子们发芽了,好可爱呀!再看没有阳光的这组种 子,也发芽了!这下,前面的谜团解开了。种子们红通通的并不是害羞,而是要发芽了。
最后,我得出一个结论:绿豆种子发芽不需要阳光。虽然我的推测是错的,但我又学到了一个新知识!学习不都是从不会到会的吗?2,11月2日星期二阴昨天晚上,我让妈妈准备了一些绿豆、黑豆、黄豆和玉米,开始做种子发芽试验。
我把它们放在一个玻璃杯里,然后往杯子里冲了大约三厘米的水,让种子在水里浸泡了一个晚上。今天早上,我把浸泡种子的水倒掉后,把种子放在一个盘子里,上面盖上一块湿毛巾。
今天下午放学后,我仔细观察了它们,发现它们已经有变化了,首先是这些种子比原来大了许多,再仔细一看,黄豆和黑豆都裂开了一层皮,而绿豆已经开始抽出了一点点新芽,玉米看上去没什么变化。11月3日星期三阴昨天晚上我观察完后,为了给种子保温,我听从妈妈建议,把装种子的盘子藏在高压锅里。
时间已过去了一天一夜,不知种子是否有新的变化。我小心翼翼地从高压锅里拿出装种子的盘子,轻轻揭开盖在盘子上的湿毛巾,哇噻!我的绿豆芽变长了,绿豆都长出了一条弯弯曲曲的白色的小尾巴,好像豆里钻出了一条白色的小虫子,整个绿豆看起来又像一只绿色的小蝌蚪。
而黄豆、黑豆、玉米看上去和昨天晚上我观察的情况基本一样,没有太大变化,我有些担心它们是否会发芽。观察完后,我又给它们浇了一点水,重新放回高压锅中,心里盼望着黄豆、黑豆和玉米快快发芽,盼望绿豆芽快快长大。
11月4日星期四多云时间过去了一天一夜,我的绿豆芽又长大了一些,形状也有些变化了,有些绿豆的小尾巴由弯弯曲曲变成直直的了,看起来像一只独角犀牛的头。我量了量绿豆芽枝的长度,已经有一厘米长了。
而黄豆、黑豆仍然没有明显的变化,玉米粒表面上出现了一些小黑点,不知道它们是不是要发芽了。11月5日星期五晴今天晚上,我又观察了我的种子发芽情况。
绿豆芽的长势依然很好,长度已经超过了一厘米,有一半的绿豆种子脱去了绿色的外壳,整个种子的颜色变成了白里透着黄,看上去非常娇嫩。而黄豆、黑豆仍然没有发芽,昨天晚上在玉米种子上我发现的黑点,经过仔细观察,原来是要腐烂的霉点,真是扫兴,原来我以为它要发芽了。
11月6日星期六晴时间已经过去了五天五夜,但是黄豆、黑豆和玉米仍旧没有发芽,为了给绿豆芽提供一个更好的生长环境,今天晚上,我听从妈妈的提议,把没有发芽的黄豆、黑豆和玉米都从盘子里挑了出来,扔进了垃圾筒,并把盘里的绿豆芽用水冲洗了一下。冲洗过后的绿豆芽,看上去它的长势更好了,我盼望明天绿豆芽的芽尖上能长出两片小叶子。
11月7日星期日晴今天是我观察种子发芽的最后一天。绿豆芽的长势仍旧很好,芽枝的长度已经有两厘米了,但它们的芽尖上仍然没有长出两片小叶子。
看着娇嫩的绿豆芽,我想如果做成菜,一定非常好吃,但我舍不得吃,决定把它们都种在家里的花盆中,有了土壤的营养,我想它们一定会长出小叶子来的。通过大约一星期的仔细观察,我知道了种子发芽一定要有合适的湿度、温度和营养,如果达不到种子发芽所需要的基本条件,就不会发芽了。
我先准备好透明的塑料杯、泥土,还有纸巾和黄豆种子。
然后在杯子周围铺好纸巾,并把泥土放一大半在杯子里,接着,我在杯子和纸巾的中间放几颗种子。最后,我把剩下的一小部分的泥捏碎放入杯子内(种子离表面大约一厘米深),浇了一些水,使纸巾完全湿透。
这样种子就种好了。过了几天。
我来到窗台前观察种子。我发现,种子的颜色有些变化。
本来种子的颜色是大黄色的,但过了这些天,种子的外表有些淡了,且感觉有些透明,种子显得特别饱满,种皮也有点裂开。又过了两天。
我又来到窗台前观察种子。我向杯子里一望。
惊奇地发现,种子竟然发芽了。种子外表的壳裂开了。
从里面钻出了嫩芽,嫩芽的颜色是淡黄色的,稍微带点青色。芽的顶端尖尖的,看上去嫩嫩的,这就是芽头。
芽头正在向下生长。我脑中出现了一个疑问:种子的芽为什么会向下长呢?这样不是不能钻出土了吗?我边想,边给它浇水。
再过了一天,我再次来到窗前台观察种子。通过我观察。
种子现在和发芽时有很大的变化。发芽时,种子的壳只是破裂了,但现在大部分已经脱落了。
我真想帮它把它的壳全部剥掉。种子里真正的小叶子芽离开了本来的位置,离外面近了,有两棵已经钻出了泥土,本来是合拢的,现在已经展开了,中间还有一个小芽。
我还发现每根芽的叶子都有两片,看着毛茸茸的,像一个爱心的形状。几天后,当我再次来到窗台时,杯子中有好多棵嫩绿的小豆苗了。
我还发现它的叶子都是两片两片对生的。现在知道这种子刚长出来的芽为什么向下生长了。
那是因为刚长出来的不是芽,而是根,所以它要向下生长。当我又一次来到窗台观察时,黄豆已经从一个种子变成一个豆芽,再由一个豆苗慢慢长大。
有一株黄豆苗现在开始缠绕着防盗窗,辅助自己成长,这一株黄豆苗也是长得最快的一株,种黄豆虽然很小,但它是我体验植物生长的一个很好的开始。
在学习《种子发芽了》这一课的时候,老师为了培养我们动手和思考的能力,把我们班分成了几个小组,每个小组4个人,让我们种植物。我们组播种了一颗黄豆,发芽后经过我们的精心照顾,豆苗现在已经长得很高了,我们都很高兴,因为在它长高之前,我们可是花费了很多力气的。
想让种子发芽很不容易,开始的时候我们不知道应该浇多少水,就拿着喷壶往盆里到了一大些,结果因为水浇多了,导致种子几个星期都没有发芽。看到别的组的植物发芽了,我们既羡慕又着急。
我们只能等水干了之后,再作处理了。终于奇迹发生了,在两个星期之后,我们种的黄豆长出了两片绿叶,“太棒了!终于发芽了。”
我在心里想。此后,我们便将这棵豆苗来回放在窗台上晒晒太阳,希望它茁壮成长。
让豆苗继续长高是考验我们的一大难题。我们通过查阅书籍,知道了要想让植物长高长壮,就得科学松土。
松土使土壤结构松软,可以使空气更容易流通,促进植物根系呼吸,便于根系延伸和吸收到更多的养料,根系长好了,植物的上部也就跟着长好了。每次松土后,我们还给植物定量上肥。
通过我们的科学努力,现在我们组的黄豆苗已经长得够高了够粗了够绿了,我们还会继续努力,继续请教老师和家长,争取在秋季收获饱满的豆荚,那可是我们自己的劳动成果啊。
收稿日期:2007-10-25基金项目:深圳市科技和信息局基金资助项目作者简介:王丹(1982-),女,辽宁本溪人,硕士研究生,从事植物生物技术研究。注:雷江丽为通讯作者。大花美人蕉茎尖组织培养技术研究王 丹1,2,雷江丽2,吴燕民3,吕 慧2,郁继华1(1.甘肃农业大学 农学院,甘肃 兰州 730070;2.深圳市园林科学研究所,广东 深圳 518003;3.中国农业科学院 生物技术研究所,北京 100081)摘 要:以大花美人蕉(Canna×generalis)根茎茎尖为外植体进行组织培养技术研究,筛选出芽诱导适宜的培养基为MS + 6-BA (单位下同)+ TDZ ;MS + 6-BA + TDZ + NAA 培养基能较好地诱导分化出丛生芽, 继代增殖培养中与MS + 6-BA + TDZ + NAA 培养基交替使用可减少畸形芽,增殖系数达;适宜的生根培养基为MS + 6-BA + NAA ,生根率达,且植株生长健壮,移栽易成活。关键词:大花美人蕉;茎尖;组织培养中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1009-7791(2008)01-0033-04Research on Shoot-tip Culture of Canna×generalisWANG Dan1,2, LEI Jiang-li2, WU Yan-min3, LÜ Hui2, YU Ji-hua1( of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, Gansu China; Institute of LandscapeGardening, Shenzhen 518003, Guangdong China; Research Institute, Chinese Academy of AgriculturalSciences, Beijing 100081, China)Abstract: The paper mainly studied on tissue culture of Canna×generalis with the stem tips asexplants. The results showed that the bud inoculation medium was MS + 6-BA ; the best of clump shoot induction and differentiation medium was MS + 6-BA +TDZ + NAA ; using MS + 6-BA + TDZ + NAA asproliferation medium, an optimal proliferation rate was obtained. When the two kinds of mediumused alternatively, the effect was better. The optimum rooting medium was MS + 6-BA +NAA , the rate of rooting could reach , and cultured in this medium, the plant grewwell and easy to words: Canna×generalis; shoot-tip; tissue culture大花美人蕉(Canna×generalis)属美人蕉科(Cannaceae)美人蕉属(Canna)的园艺杂交种[1],是多年生喜光宿根草本花卉,原产美洲热带和非洲等地。其枝叶茂盛、花朵艳丽、姿态优美、花期长,在深圳地区几乎全年开花,是配置大型花坛的优良品种。大花美人蕉不仅观赏价值高,而且能吸收硫、氯、氟、汞等有害物质,具有净化空气、保护环境的作用,因此,世界许多城市的园林绿化中都广泛应用。美人蕉传统的繁殖方式主要采用分切地下根茎的方法,繁殖速度慢、增殖效率低,而且连续营养繁殖造成病毒积累致使病毒病在各地相当普遍,严重影响其观赏价值。利用茎尖组织培养进行脱毒试管苗快繁,是目前大力繁殖与推广美人蕉的主要手段。关于美人蕉组织培养的研究报道较少[2,3],本研究探索其组织培养高效的再生体系,以期为品种提纯复壮及遗传转化、性状改良奠定基础。2008,37(1): Plant Science第·34· 37 卷1 材料与方法 材料供试材料为目前城市绿化中普遍应用的大花美人蕉‘President’品种。 外植体选择与处理选择生长健壮、无病虫害的优良母株,挖取带芽胞的根茎,去除表面老皮并用肥皂水清洗。用75%乙醇棉擦拭,然后采用不同的消毒剂及处理时间(升汞10min、2%次氯酸钠10min、2%次氯酸钠20min、2%次氯酸钠 + 升汞5min、2%次氯酸钠 + 升汞10min),封闭式振摇灭菌。无菌水冲洗5 次,置于超净工作台上备用。接种前,剥去外部叶片,露出生长点,立即切取茎尖进行接种。 培养方法及培养条件试验于2006 年10 月在深圳市园林科学研究所组培室进行。诱导、增殖和生根培养基均选用MS为基本培养基,在不同培养阶段附加不同种类、不同浓度配比的植物生长调节剂(表2~表4),蔗糖3%,pH 。培养温度(28±2)℃,光照强度2 500 lx,光照周期为14h/d,相对湿度70%~80%。每处理接种30 瓶。定期观察试管苗生长与分化情况。2 结果与分析 不同消毒处理方式对外植体无菌化的影响因供试外植体取自美人蕉地下根茎,表面污染物较多,不易消毒,且不同植物及外植体的成熟度对消毒剂的反应不同,故本试验选用升汞和次氯酸钠进行灭菌效果比较,以筛选合适的消毒剂及消毒处理时间。由表1 可知,2%次氯酸钠20min 处理的无菌化效果较好,但茎尖褐化较严重,说明灭菌时间过长对去老皮后的幼嫩根茎影响较大。升汞10min 处理与2%次氯酸钠 + 升汞 10min处理,无菌化效果差异不大,但2%次氯酸钠 + 升汞 10min 处理有轻微药害。因此,后续实验选用升汞处理10min 进行外植体消毒。 不同生长调节剂配比对芽诱导的影响以MS 为基本培养基,附加不同浓度6-BA、NAA、2,4-D、KT、TDZ 等(表2),以筛选出较适宜美人蕉茎尖诱导分化的配方。因美人蕉根茎具有休眠特性,芽诱导分化较难。TDZ 具有很强的促进细胞分裂活性,~μmol/L 即可有效促进分化[4],因此,本实验对TDZ 的诱导效果进行初步探索。试验表明,在不添加任何生长调节剂的MS 基本培养基(1 号)上,茎尖接种10d 后开始生长,叶片展开后,生长停止;15d 后转接到新的MS 培养基上无明显生长,随后叶片逐渐变黄、萎蔫,说明基本培养基中添加生长调节剂是美人蕉离体培养的必要条件。在仅添加6-BA 的2、3、4 号培养基中,高浓度的2 号培养基分化率为,明显好于3、4号培养基,说明美人蕉启动芽诱导分化需要高浓度的细胞分裂素(表2)。11~16 号培养基添加物为不同生长调节剂与TDZ 组合(表2)。仅添加TDZ 的培养基分化率为0,而多种生长调节剂配合使用分化效果更好[5]。其中15 号培养基的侧芽分化率最高,达,且每个茎尖可增殖2~3 个侧芽,但个别茎尖经多次转接后有畸形芽;与2 号培养基相比,分化率明显提高,说明添加低浓度TDZ 可促进芽诱导分化(表2)(图版-a)。5、6、7 号培养基为生根培养基,探讨NAA 对美人蕉茎尖生长和生根的影响。试验结果初步说明美人蕉在6-BA/NAA 小于2/ 时生根率可达50%以上(表2)。8、9、10 号培养基,探讨美人蕉脱分化,诱导愈伤组织,但结果均不理想。因此,建立高效的美表1 不同消毒剂及处理时间对外植体无菌化的影响处 理 接种数污染数污染率(%) 药害情况升汞10min 30 5 基本无药害2%次氯酸钠10min 30 12 无药害2%次氯酸钠20min 30 4 20%有轻微药害2%次氯酸钠+升汞5min 30 10 3%有轻微药害2%次氯酸钠+升汞10min 30 5 7%有药害第1 期 王丹,等:大花美人蕉茎尖组织培养技术研究 ·35·人蕉遗传转化再生体系还需进一步探索愈伤组织诱导途径。 芽继代增殖为了探讨优化的芽继代增殖培养基配方,按表3 设计6-BA、NAA、TDZ 的正交实验,以15 号培养基上分化出的丛生芽为接种材料,进行继代增殖培养(图版-b)。由表3 可见,除17、18 号培养基外,低浓度TDZ()的分化促进作用较高浓度()的效果好,说明高活性的TDZ 浓度过高反而抑制分化。当 时, NAA 促分化作用显著优于。在TDZ、NAA 浓度相同的情况下,随着6-BA 浓度的升高,分化率提高。但随着继代次数的增多,含高浓度6-BA的27 号培养基分化率略有下降,甚至有个别畸形芽产生,说明高浓度细胞分裂素对短期的分化有促进作用[9],但继代数次后,芽已经萌动,自身具有分化能力,需适当降低6-BA 浓度进行壮苗,以避免畸形芽产生。因此,在增殖过程中交替使用分化增殖系数较高的19 号培养基和27 号培养基,既可保证较高的芽分化率,又可使继代苗生长健壮,减少畸形芽。 生根诱导增殖芽3~5cm 长时,转接到生根培养基上培养约10d 后,可见到根生成(图版-c)。接种20d 后统计生根结果(表4)。从表4可见,所用培养基上都有根生成,说明美人蕉生根较容易;结合生根率和生长势,我们认为MS + 6-BA + NAA 培养基较适宜美人蕉生根。表2 不同植物生长调节剂组合的比较植物生长调节剂(mg/L) 编号6-BA NAA 2,4-D KT TDZ分化率(%) 生根率(%) 备注1 0 0 0 0 02 9 0 0 0 0 参考[2]3 5 0 0 0 0 参考[3]4 3 0 0 0 0 2 1 0 0 0 2 0 0 0 2 0 0 0 08 0 0 4 0 09 0 0 2 1 0 参考[6]10 0 0 2 0 参考[7]11 0 0 0 0 012 0 0 0 参考[8]13 0 0 0 0 0 1 0 8 0 0 0 5 0 0 表3 不同生长调节剂配比对芽继代繁殖的影响生长调节剂(mg/L) 编号6-BA NAA TDZ接种数分化率(%)增值系数 生长势17 30 ++18 30 ++19 30 ++20 30 ++21 30 ++22 30 ++23 30 ++24 30 +25 30 ++26 30 +27 30 ++28 30 +注:++ 表示生长势强;+表示生长势弱。同列中不同字母表示差异显著(P<=,表4 同。表4 不同的生长调节剂配比对组培苗生根的影响生长调节剂(mg/L) 编号6-BA NAA接种数生根苗数生根率(%)植株生长势29 0 30 19 +30 0 30 21 ++31 30 20 +++32 30 16 ++注:+++ 表示生长势强;++表示生长势中等;+表示生长势弱。第·36· 37 卷3 结 论美人蕉根茎生长在土壤中,无菌化操作较困难。灭菌试验表明,升汞震荡灭菌10min 效果较好,采回的外植体应尽快处理接种,放置时间过长伤口处易染菌,导致接种后褐化较严重。MS + 6-BA + ZDT + NAA 培养基能较好地诱导分化丛生芽,MS + 6-BA + TDZ NAA 为较好的增殖培养基,在增殖培养过程中这两种配方交替使用效果更好;短时间使用高浓度生长调节剂对增殖有促进作用,但长时间使用高浓度生长调节剂会使组培苗质量下降。在试验中还发现,转接次数多的茎尖较转接次数少的分化率大,建议在接种后的10~20d 内及时转接。选用MS + 6-BA + NAA 为生根培养基,生根率较高,根系粗壮、根毛密集,植株生长健壮(图版-d),且移栽成活率较高。参考文献:[1] Segeren W, et al. 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