影響牡丹石榴外植體褐變的因素分析

王蘭明+劉艷芬+高彥魁

摘要：褐變是影響牡丹石榴離體培養成功的關鍵因素之一。為減輕牡丹石榴初代培養中的褐變問題，研究基本培養基類型、附加物、光照條件、繼代周期、取材時間5種因素對外植體褐變的影響。結果表明：適宜的基本培養基為1/2MS；黑暗處理對褐變的影響不明顯；聚乙烯吡咯烷酮對褐變有明顯的抑制作用，最佳處理濃度為2.0 mg/L；4月下旬取帶芽的半木質化莖段為外植體，其褐變程度最輕；取材時間和轉接次數對褐變的影響明顯。

關鍵詞：牡丹石榴；聚乙烯吡咯烷酮；外植體；褐變；因素

中圖分類號：S665.404+.3 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）09-0181-03

石榴（Punica granatum）為石榴科石榴屬植物，是我國重要的果樹和觀賞花木之一。牡丹石榴是近年來選育的新優品種，其花朵碩大似牡丹，花期長達5個月，果大味美，且花果同期同樹，是花果俱佳的珍貴石榴品種[1-2]，頗具推廣價值。

石榴常規的扦插、分株等繁殖方法，繁殖速度慢，難以滿足日益增多的種苗需求。目前，已有學者致力于通過組織培養進行石榴快速繁殖的研究[3-5]。但是由于石榴體內酚類物質含量高，組織培養過程中外植體褐變嚴重[6-7]，常造成外植體死亡，成為石榴離體培養過程中的關鍵制約因素。目前，關于牡丹石榴離體再生技術雖然鮮有報道[8]，但沒有關于其褐變這一關鍵問題進行報道和系統研究。本試驗以牡丹石榴帶芽莖段為外植體，研究基本培養基、附加物、光照條件、轉接次數、取材時間5種因素對外植體褐變的影響，以探討減輕牡丹石榴離體培養中褐變現象的因素條件，為其離體再生體系的建立和規?；敝程峁┮罁?。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料取自河北工程大學實驗基地引進的3年生牡丹石榴樹苗。

1.2 試驗方法

試驗于2014年4月下旬進行，以牡丹石榴半木質化莖段為外植體，經過常規消毒后，剪切成單芽莖段，接種于各處理培養基，進行單因子試驗。培養基和培養條件若無特殊說明，蔗糖含量均為30 g/L，瓊脂含量均為5.5 g/L，pH值5.8，培養溫度25 ℃，光照時間16 h/d，光照度2 500 lx。接種1周后統計各處理的褐變率和褐變系數，5周后統計褐變死亡率、萌芽率、腋芽生長狀況。

相應計算公式：外植體污染率=污染的外植體總數/接種的外植體總數×100%；褐變率=存活的褐變總數/存活的外植體總數×100%；存活率=存活的外植體總數/接種的外植體總數×100%；褐變指數=（∑褐變級數×該級個數×100）/（褐變總數×最高級級數）。褐變級數：0級，莖段基部褐色物質滲出不明顯，5周后腋芽正常萌動；1級，莖段基部有少量淡褐色物質滲出，5周后腋芽正常萌動；2級，莖段基部褐色物質擴散至莖段直徑的1～2倍，5周后莖芽萌動緩慢；3級，深褐色物直徑擴散至莖段直徑的2倍以上，莖段部分變黑褐色，腋芽不萌動；4級，莖段基部有大量褐色物質滲出，5周后腋芽、莖段變黑死亡。

1.2.1 基本培養基的確定 2014年4月中旬，將表面滅菌的外植體接種于MS、1/2MS、1/3MS、1/4MS 4種含有不同濃度無機鹽的基本培養基中，每種培養基均添加0.5 mg/L6-BA、0.1 mg/L IBA。每個處理接種8～10瓶，每瓶接種2個外植體。重復3次，數據用SPSS統計軟件分析。

1.2.2 光照條件的確定 2014年4月中旬，將外植體表面滅菌后接種于MS+0.5 mg/L 6-BA+0.1 mg/L IBA培養基中，光照條件共設3個處理，分別為黑暗、光照時間16 h/d、全光照。每個處理接種12～13瓶，每瓶接種2個外植體。

1.2.3 附加物濃度的確定 2014年4月下旬，附加物聚乙烯吡咯烷酮（polyvinylpyrrolidone，簡稱PVP）共設5個處理，每個處理接種8～10瓶，每瓶接種2個外植體，重復3次。數據用SPSS統計軟件分析。各處理配方：處理1，1/2MS+0.5 mg/L 6-BA+0.1 mg/L IBA；處理2，1/2MS+0.5 mg/L 6-BA+0.1 mg/L IBA+1.0 g/L PVP；處理3，1/2MS+0.5 mg/L 6-BA+0.1 mg/L IBA+2.0 g/L PVP；處理4，1/2MS+0.5 mg/L 6-BA+0.1 mg/L IBA+3.0 g/L PVP；處理5，外植體用含4.0 mg/L PVP無菌溶液浸泡5 min后接入處理1培養。

1.2.4 不同取材時期和轉接次數的確定 分別于2014年4月下旬、5月下旬、6月下旬、7月下旬、8月下旬5個不同時期進行取材接種，將外植體表面滅菌后接種于1/2MS+0.5 mg/L6-BA+0.1 mg/L IBA+2.0 g/L PVP培養基上。每個處理接種12～13瓶，每瓶接種2個外植體。以2 d為繼代周期，分別統計各取材時期不再發生褐變所需的轉接次數。

2 結果與分析

2.1 基本培養基對外植體褐變的影響

由表1可見，在MS、1/2MS、1/3MS、1/4MS 4種基本培養基上，褐變發生率均為100.0%，但褐變指數、褐變死亡率以及萌芽率、腋芽生長狀態不盡相同；MS培養基與1/2MS、1/3MS、1/4MS培養基的褐變指數、褐變死亡率和萌芽率均有顯著差異，說明無機鹽含量對褐變程度有明顯影響；雖然MS、1/2MS、1/3MS、1/4MS培養基的褐變程度呈逐漸減輕的趨勢，但是接種5周后，1/3MS、1/4MS培養基上的新葉較小，可能是無機鹽含量低造成的。因此，選擇1/2MS作為基本培養基，既可以減輕褐變程度，又不影響腋芽的生長。

2.2 光照條件對外植體褐變的影響

由表2可以看出，外植體在3種光照條件下的褐變程度均較嚴重，褐變率依然均為100%；雖然褐變指數有逐漸減小的趨勢，但是3個處理間整體變化與褐變死亡率、萌芽率均無明顯差異。結果表明，僅黑暗處理對于減輕牡丹石榴外植體褐變的效果并不明顯。

2.3 附加物對外植體褐變的影響

由表3可見：添加不同濃度PVP的褐變指數、褐變死亡率均顯著低于不加PVP（對照）的處理；其中2.0、3.0 mg/L PVP的處理效果最好，但是后者萌發的新芽平均長度和新葉數均低于前者；4.0 mg/L PVP溶液浸泡的褐變率與對照相同，依然為100%，雖然褐變指數、褐變死亡率、萌芽率與對照相比均差異顯著，但是仍然顯著高于2.0、3.0 mg/L PVP的效果。因此可見，1/2MS+0.5 mg/L 6-BA +0.1 mg/L IBA +2.0 mg/L PVP為減輕牡丹石榴外植體褐變最有效的培養方法。

2.4 不同取材時期和轉接繼代次數對外植體褐變的影響

取材時間對外植體的褐變率、褐變指數、褐變死亡率以及萌芽率均有明顯影響，嚴重時甚至可導致外植體全部死亡。在生長季枝條半木質化后，取材時間越早，褐變越輕。由表4可以看出，4月下旬接種的外植體褐變指數最小，為18.8%，褐變死亡率為0，萌芽率可達89.7%；而隨著取材時間的推移，褐變程度明顯加重，雖然培養基中2.0 mg/L PVP為附加物，但是6月下旬開始，外植體褐變發生率已達100%；8月下旬取材時外植體的褐變死亡率已達84.7%，萌芽率為0。

轉接繼代對于保證外植體的成活有明顯的作用。在添加2.0 mg/L PVP的培養基上，4月下旬取材時，不需要轉接，外植體就能正常萌芽。5月下旬時，需要2 d后轉接1次，即可抑制褐變的發生。以后需要多次轉接，才能保證外植體的成活。而8月下旬取材時，褐變死亡率高達84.7%，雖然有個別外植體成活，但5周后由于褐變嚴重，沒有萌芽。

3 結論與討論

3.1 結論

牡丹石榴組培過程中，外植體褐變嚴重。本試驗表明，無機鹽濃度、PVP附加物對減輕褐變有明顯效果，1/2MS無機鹽濃度、2.0 mg/L PVP附加物可作為最適培養基成分。暗處理對褐變影響效果不明顯。取材時間對外植體褐變程度影響極大，河北省中南部4月下旬為最佳的取材時期。多次轉接可以起到較好的減輕褐變、保證外植體成活的效果。

3.2 討論

植物組織培養過程中，外植體的褐變時有發生。尤其是木本植物與單寧、酚類物質含量高的植物，如板栗[9]、核桃[10]、黃連木[11]等，褐變程度尤其明顯，嚴重時可導致外植體死亡。除外植體基因型外，褐變程度還受取材時期、外植體類型、培養基成分、培養條件等多種因素的影響。

降低無機鹽濃度對于減輕褐變的發生有較好的作用。但無機鹽濃度過低，隨著培養時間的延長，會影響外植體的正常生長。培養基中附加不同濃度的抗氧化劑、吸附劑均能有效抑制褐變的發生，但植物材料不同，附加物種類和濃度會有差別。王菲等在三白石榴[6]、王立婭等在蝴蝶蘭的研究[12]中，均認為PVP對減輕褐變有較好的效果。而有些研究認為，活性炭抑制蝴蝶蘭褐變的效果優于PVP。由此可見，植物組織培養中，加入酚類物質的吸附劑PVP對于減輕外植體的褐變仍沒有一定的規律，其抑制褐變的機制還須進一步研究。

一般認為，暗培養由于可以抑制光誘導的多酚氧化酶的活性，因此可以減輕褐變的發生。這在減輕蝴蝶蘭的褐變程度[12]，延緩黃連木[11]、沙棘[13]的褐變時間方面均有報道。本試驗發現，暗培養對褐變程度的減輕或延緩均沒有明顯作用，推測牡丹石榴褐變的發生過程除與多酚氧化酶相關外，可能還有不受光誘導的其他酶的參與，這一機制仍有待進一步研究。

本試驗表明，取材時期對褐變程度有明顯影響，褐變程度最輕的取材時期為4月下旬半木質化的枝條，這與在紫葉黃櫨[14]、牡丹[15]研究中的報道一致。這可能與不同生長時期植物體內酚類物質含量不同有關。枝條生長早期，牡丹石榴體內酚類物質的含量較低，隨著生長的繼續，酚類物質含量逐漸增高，褐化日趨嚴重。

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