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大蒜脫毒繁殖的主要技術有哪些?

(1)脫毒大蒜種子微繁的環境要求

在離體培養條件下,大蒜的任何組織都需要適宜的基質、營養、溫度、濕度、光照等條件來培養脫毒試管苗和試管鱗莖。同時,還需要適宜和適度的激素來誘導和促進愈傷組織、生根、發芽、生長發育、成苗和鱗莖膨大。具體要求如下:

①營養需求:

無機營養:氮、磷、鉀、硫、鈣、鎂等大量元素和鐵、錳、銅、鋅、硼、鈷、鉬等微量元素是大蒜生長發育所必需的營養物質。培養基中的活性成分以離子的形式存在,壹種類型的離子可以由壹種以上的鹽提供。

有機營養:包括氮源和碳源。為了使組織生長良好,往往需要在培養基中補充壹種或多種維生素和氨基酸,其中維生素B1是必不可少的,維生素B3、維生素B6和肌醇可以促進大蒜培養組織的生長。

②基質:脫毒大蒜組織培養通常采用瓊脂培養基作為基質,濃度壹般為0.5% ~ 1.0%。

③激素:除了營養物質外,為了促進組織器官的生長,通常還需要從外源供給壹種或幾種植物生長調節物質,這些物質的需求量因外植體組織、培養階段和增減目的的不同而有很大差異。

生長素:在組織培養中,生長素用於誘導細胞分裂和根分化。常用的生長素有NAA(萘乙酸)、IAA(吲哚乙酸)、IBA(吲哚丁酸)、NOA(萘氧乙酸)、2,4-D(二氯苯氧乙酸)等。其中NAA和IBA被廣泛用於生根,並能與細胞分裂素協同促進莖增殖。2,4-D對外植體愈傷組織誘導是不可缺少的。不同的外植體對2,4-D濃度有不同的要求。莖尖需要0.1.25毫克/升的2,4-D MS培養基,試管苗莖需要0.5毫克/升的2,4-D MS培養基。

細胞分裂素:主要促進細胞分裂和愈傷組織或器官不定芽的分化,幫助腋芽從頂端優勢的抑制中解放出來,促進莖的增殖。常用的細胞分裂素有BAP(芐氨基嘌呤)或6-BA(6-芐基腺嘌呤)、ZT(玉米素)和KT(激動素),其中6-BA是最常用的。

赤黴素:具有促進大蒜莖尖多芽、穩定微管、拮抗鱗莖形成的作用。赤黴素有20多種,主要由根供給。去根可以促進葉鞘細胞的膨大,有利於鱗莖的形成。大蒜鱗莖形成過程中,赤黴素含量先降低後升高,赤黴素含量的降低有利於鱗莖的形成。長日照誘導大蒜植株赤黴素含量降低是事實,因此長日照對鱗莖形成的促進是通過影響內源赤黴素水平實現的。

乙烯:乙烯通過改變細胞壁的形狀和纖維素微纖絲的排列方向來刺激葉鞘細胞的橫向擴張,而不是縱向伸長。此外,乙烯還能通過抑制葉片生長,誘導葉片衰老,改變葉身和葉鞘長度的相對比例,有利於鱗莖形成。

④ pH要求:滅菌前,培養基的pH值壹般調節到pH 5 ~ 6。當pH<5小於5時,培養基(瓊脂)不能凝固;當pH > 6時,培養基會變硬。然而,熊(1999)觀察到蒜苗在pH=6.4時生長最好,增殖最快。劉(1995)認為徐州白蒜和太倉白蒜的芽分化、發根和芽生長的最適培養基為pH = 7.5(微堿性)。

⑤溫度和光照要求:

溫度:大蒜試管苗培養中,溫度壹般為15 ~ 20℃,較低的溫度和較大的溫差有利於培育壯苗;離體蒜苗必須經過壹個低溫(< 20℃)的春化階段,然後進入更高的溫度和更長更強的光照條件,以誘導蒜薹的形成和膨大。大蒜鱗莖離體形成和膨大的適宜溫度為20 ~ 25℃。

照度:照度的要求本質上是對光周期、光強和光質的要求。

光周期:試管苗培養的光周期為12小時。光周期的長短對鱗莖形成非常重要,較長的日照條件有利於鱗莖膨大。然而,鱗莖形成對光周期反應的要求因大蒜品種的生態型而異。比如對低溫反應慢的大蒜品種,壹般在12小時日照下不形成鱗莖,16小時日照後雖能形成鱗莖,但發育遲緩;而對低溫敏感的大蒜品種在12小時日照下鱗莖發育良好。

光照強度:在壹定的光照周期內,強光下比弱光下更容易形成鱗莖。光照強時,合成的碳水化合物會增多,其積累是鱗莖膨大的物質基礎。而誘導鱗莖形成,即使在弱光下,只要光照時間超過臨界期,也能開始形成鱗莖。

光質:用白熾燈為大蒜補光,能明顯促進試管鱗莖的形成和膨大。光敏色素的光平衡φ值與光質有很大關系,通常用R∶FR(紅光:遠紅光)的光量子比來衡量。隨著R∶FR值的降低,鱗莖膨大速度加快,光質在鱗莖形成中起重要作用,可能與其內源乙烯生成有關。

(2)脫毒大蒜組織培養基的制備

①配制濃縮原液:濃縮20倍的常量元素、200倍的微量元素、200倍的鐵鹽、200倍的除蔗糖外的有機物。在制備這四種儲備溶液時,每種成分都應單獨溶解,然後將它們相互混合。

各種激素的原液要分開配制。若不溶於水,應先用少量適當的溶劑溶解,再用蒸餾水定容。根據所需激素濃度水平,原液濃度可為0.001 ~ 0.05438+0微摩爾/升。生長素壹般溶於95%酒精或0.01微摩爾/升氫氧化鈉中,後者更有效。細胞分裂素壹般溶於0.5 ~ 1微摩爾/升的鹽酸或稀氫氧化鈉溶液中。赤黴素易溶於冷水,但GA3不穩定,溶於水後易分解。最好用95%的酒精做母液。

所有儲備溶液應儲存在合適的塑料瓶或玻璃瓶中,並保存在冰箱中。鐵鹽儲備溶液必須儲存在棕色玻璃瓶中。在使用這些儲備溶液之前,輕輕搖動瓶子。如果發現其中有沈澱物、懸浮物或微生物汙染,必須立即清除。配制原液和培養基時,應使用蒸餾水或去離子水和高純度化學試劑。

(2)制備培養基的步驟。

A.稱取規定量的瓊脂和蔗糖,加水至最終體積的2/3,加熱溶解。由於蔗糖易溶,也可以在瓊脂溶解後加入。

b、分別加入壹定量的各種原液。如果因特殊原因需要在高壓滅菌後加入維生素和激素,這些物質的溶液可以在調節pH值後通過微孔過濾器(孔徑為0.22 ~ 0.45微米)進行消毒。

c .向培養基中加入蒸餾水至最終體積。

D.充分混合後,使用0.1微摩爾/升。使用氫氧化鈉和0.1微摩爾/升鹽酸來調節培養基的pH。

E.趁熱將培養基(即使是液體)分裝到選定的培養容器中(約1/3的容器容積)。

f .用紗布包裹的棉塞或其他合適的塞子或蓋子如鋁箔和牛皮紙密封瓶口。

G.用121℃,1.15×105帕斯卡滅菌15 ~ 20分鐘。

H.讓培養基在室溫下冷卻後低溫保存,所有培養容器都必須做好標記,以便在高壓滅菌和保存後可以清楚地識別。

(3)脫毒大蒜微繁操作技術

①脫毒大蒜組織培養的技術體系可以是試管苗,也可以是試管鱗莖。可以從外植體直接誘導芽的再生和增殖,以維持物種的穩定性,也可以先誘導愈傷組織,再增殖分化。因此,大蒜組織培養可分為四種途徑:壹是誘導外植體再生試管苗;其次,直接誘導外植體形成試管苗;三是誘導愈傷組織再生植株,在試管中形成小鱗莖;四、直接萌發形成的試管苗在試管內形成小鱗莖。

由於通過愈傷組織途徑容易發生變異,本著保持品種優良特性的原則,在脫毒繁殖過程中應慎用。

②脫毒大蒜組織無菌培養的壹般步驟:

A.將蒜瓣(或切碎的蒜莖)放入玻璃瓶中,在超凈工作臺上用75%酒精對表面消毒5分鐘(或40秒),然後在消毒劑(如0.2%氯化汞溶液)中加入幾滴活化劑,適當濃度,消毒20分鐘或12分鐘。消毒時搖晃玻璃瓶2 ~ 3次。

B.消毒後,倒出消毒液,加入適量無菌蒸餾水,搖勻數次,倒掉水,如此反復3-4次。

C.取出材料,放入已滅菌的培養皿中。

D.在對大蒜材料進行消毒的同時,通過將它們浸泡在95%的酒精中,將它們取出,在酒精燈的火焰上燃燒,並在冷卻後使用它們來對要使用的設備進行消毒。所有器械每次使用後經常需要消毒1次。

E.使用這些滅菌的器械從表面滅菌的材料上切下合適的外植體莖尖。

f .打開培養容器的蓋子或塞子,將外植體接種到培養基上。如果使用玻璃容器,在酒精燈火焰上烘烤瓶口幾秒鐘,然後迅速用瓶蓋或軟木塞密封。

G.培養基和器具的滅菌應通過常規方法進行,即高壓滅菌。

③脫毒大蒜離體快繁技術:

A.直接誘導外植體形成芽和根。不定芽和根是由外植體直接誘導產生的,壹般要經過初代培養、不定芽誘導和生根培養的過程。各種外植體在MS、B5和LS培養基上都可以再生出完整的植株。

細胞分裂素的存在是芽形成的前提。較高濃度的BA能促進芽的形成,添加1 ~ 2 mg/L BA能誘導芽的形成。無激素培養基有利於生根,培養基中添加NAA促進生根,添加BA抑制生根。

不同來源的外植體需要不同的激素。花芽再生芽只需0.1 mg/L NNA MS培養基。低濃度生長素(NAA)結合高濃度細胞分裂素(KT)是從大蒜花瓣芽分化的最佳組合。芽的增殖需要生長素的濃度高於細胞分裂素。添加0.1 mg/L玉米素(ZT)能促進帶嫩葉莖段不定芽分化,形成叢生芽。添加壹定濃度的GA3有利於莖尖誘導。青黴素的存在有利於芽的形成,減少汙染。

貯藏溫度對胚珠產生影響因外植體而異。蒜瓣在5℃貯藏後能促進芽和根的形成。而5 ~ 7℃低溫處理氣生鱗莖60天,只促進發芽率,不影響芽數。不同部位發芽能力差異很大。只有帶節的莖段培養才能誘導萌發,莖段的其他部分無效。

B.試管苗的馴化和大田生長。壹般來說,試管苗需要用蛭石、巖棉、珍珠巖等進行馴化培養。作為基質,用營養液澆灌。移栽時接種蘚類球囊黴能促進試管苗生根,提高成活率。小鱗莖移栽苗的成活率為92%,顯著高於小鱗莖移栽苗(53%)。

④脫毒試管鱗莖微繁操作技術:試管鱗莖的培養壹般要經過初代培養、芽增殖和試管鱗莖形成三個階段。大蒜離體培養形成鱗莖的例子有:外植體起始、愈傷組織誘導和試管苗生根。利用莖尖、莖盤、帶幼葉的莖盤、重鱗和花芽等外植體,可在MS、B5或LS培養基上形成試管鱗莖。

低濃度激素(BA、)促進鱗莖形成,即使無激素培養基也是優越的。以莖尖為外植體時,低濃度的激素促進鱗莖的形成;當莖盤為外植體時,2 mg/L BA促進鱗莖形成,高濃度BA促進芽形成。NAA有利於小鱗莖根的形成,培養基中1.0 mg/L NAA使80%的小鱗莖根形成。鱗莖在2毫克/升NAA+0.05毫克/升BA的MS培養基上形成,沒有激素膨脹。

較高濃度的蔗糖(90 ~ 1.20g/L)有利於鱗莖的形成。培養基中添加(5g/L)活性炭可促進鱗莖形成。長光和遠紅光促進鱗莖的形成和膨脹。

不同生態型在相同的離體條件下形成的鱗莖在數量和質量上存在差異。在離體條件下,春秋品種試管鱗莖形成對光周期的要求有顯著差異。3 ~ 4℃低溫預處理促進鱗莖形成,春蒜品種必須經過低溫預處理才能形成鱗莖。

環境條件對鱗莖形成的誘導不能通過改變培養基的成分來代替。試管鱗莖不經馴化直接移植。試管鱗莖的大小與田間發芽率、株高和產量呈正相關。試管鱗莖的大小和種植密度影響鱗莖的產量和質量。形成的鱗莖(晚熟品種)可在35 ~ 20 ~ 5℃打破休眠。

熊等(1999)以徐州白蒜的脫毒試管苗為外植體。經過初始培養基、繼代培養基和鱗莖誘導培養基的連續培養,鱗莖誘導率達到90%,鮮鱗莖重300 mg以上,鱗莖直徑達到15 mm。

⑤提高微繁殖系數:

A.選擇合適的外植體。芽是脫毒大蒜快速繁殖的基礎,誘導外植體直接產生脫毒多芽可大大提高快繁基礎。

大蒜品種間莖尖芽數存在明顯差異。休眠鱗莖頂端的芽數明顯少於打破休眠的鱗莖。低溫處理能明顯增加芽數,去皮芽的大小也影響芽數。具有2 ~ 3個葉原基的大苗比具有1葉原基的小苗出芽多,但大苗的脫毒率低於小苗。鱗莖在37℃熱處理20 ~ 30天時,莖尖的脫毒率與莖尖相近。因此,先對鱗莖進行熱處理,然後剝去大莖尖進行培養,可獲得多個脫毒率高的芽。

蒜薹能產生許多氣生鱗莖,說明它有很強的腋芽萌發潛力;同時,作為生殖器官和分生組織,生殖莖尖具有更多的腋芽原基和更強的脫毒潛力。不同大蒜品種間生殖莖尖的芽數存在明顯差異,很多芽往往長勢較弱,需要切取分離很多芽進行壯苗培養。

B.提高世代增殖系數。及時剪去初始培養基中形成的芽,是提高繼代培養增殖系數的關鍵環節。培養基中激素的種類、濃度和比例,以及愈傷組織的誘導、分化和鱗莖形成,都會影響世代的增殖系數。

愈傷組織誘導:在MS、B5、改良B5(BDS)、LS和N6中均可誘導出愈傷組織。不同的外植體對激素的要求不同。莖尖和葉片在含有1 ~ 2 mg/L IAA或0.05 ~ 1.0 mg/L 2,4-d的培養基上有較好的愈傷組織誘導率,2,4-D和KT是誘導花梗形成愈傷組織所必需的。添加2,4-D後,花芽會形成愈傷組織。花藥在含2 mg/L NAA的B5培養基中培養,愈傷組織誘導效果較好。分生根瘤(MRTs)的形成需要低濃度(0.5毫克/升)的NAA,不需要KT,根瘤的形成與正常的生根能力負相關。低溫貯藏促進了大蒜愈傷組織的形成,但在沒有2,4-d的情況下,低溫預處理不能促進大蒜愈傷組織的形成。花藥在5℃下預處理1 ~ 2d有利於愈傷組織的誘導。

愈傷組織增殖:愈傷組織生長壹般不需要光照,適宜溫度為25℃。在定軌搖床培養中,70轉/分有利於愈傷組織生長,150轉/分促進球體形成,然後可以再生幼苗。莖尖愈傷組織在高濃度BA和NAAR的MS培養基中增殖和生長最快。2 mg/L的IAA促進愈傷組織生長,而IBA和BA不促進愈傷組織生長。

愈傷組織分化:愈傷組織分化通常需要光照。不同來源的愈傷組織具有不同的分化能力。葉原基愈傷組織比莖尖愈傷組織更容易分化。來自花藥的外植體最有利於芽的形成、增殖和生根,畸形根容易分化出不定芽,最佳為0.5 mg/L IAA+5 mg/L BA。由於MRTs形成的愈傷組織具有良好的器官發生能力,分生根瘤可以作為良好的外植體。來自小根和花梗的愈傷組織比來自大根和花梗的愈傷組織更容易再生芽和根。

芽和根的分化條件不同:高濃度的NH4+有利於芽的分化。BA對幼苗分化是不可缺少的。無2,4-D有利於再生,王宏龍報道高濃度細胞分裂素和低濃度生長素有利於芽分化,可在無激素MS培養基上生根。低濃度的BA和NAA有利於植株再生。

不同來源愈傷組織的分化需要不同的激素。花芽愈傷組織在2,4-D存在下可分化出芽和根,試管苗根尖形成的根瘤分生組織在MS培養基0.5 mg/L NAA或0.5~1.0mg/L NAA+1.0mg/L KT中可再生為完整植株。愈傷組織分化需要不同的激素和不同的培養基。不定芽在B5培養基中需要高濃度的KT (2 ~ 4 mg/L),在LS培養基中需要低濃度的BA(0.25 mg/L)。花藥愈傷組織在B5培養基上的分化效果優於LS培養基。花梗愈傷組織的低溫處理是芽分化所必需的。當代植物由愈傷組織分化而來,由於根主要從愈傷組織中生長,而不是從幼苗基部生長,最終導致根芽分離,移栽成活率僅為10% ~ 20%。有效的解決辦法是直接從幼苗誘導出鱗莖。

愈傷組織的變異:愈傷組織形成過程中的染色體變異可能與生長調節劑的種類和濃度有關。Dolezel等用BDS培養基研究發現,5 ~ 50 μ mol/L的NAA使有絲分裂異常的細胞數增加,但當總激素濃度達到500 μ mol/L時,有絲分裂活性明顯抑制,有絲分裂異常,因此較低濃度的激素可使細胞有絲分裂正常化。

隨著繼代時間的延長,變異加劇。愈傷組織繼代培養4個月後,二倍體從開始的52%下降到16%,再生頻率降低。繼代培養壹年後,芽分化率由60%下降到10%。1 ~ 3 Gy能促進愈傷組織生長而不影響幼苗再生,可用於突變體篩選。

綜上所述,所有使試管苗健康生長,提高試管鱗莖誘導率,促進其擴大的因素都會影響脫毒大蒜微繁系數的提高。

⑥註意事項:

A.病毒檢測。盡管小心地切下莖尖並進行各種處理以消除病毒,但只有壹些培養物能產生無病毒植株。因此,對於莖尖生產的每壹株植物,在作為母株生產無病毒原種之前,必須對其進行特定病毒的檢測。培養植物中的許多病毒有壹個延遲的恢復期。因此,在最初的18個月中,必須對植物進行多次測試。只有那些確實清除了壹種病毒的,才能在生產中推廣使用。因為經過病毒測試的植物仍然可能被再次感染,所以在育種過程中和所有階段都需要重復測試。這些無病毒植物必須在能消除任何感染可能性的條件下繁殖。

B.優化菌株。培養的後代按生長勢分類,每次選擇生長壹致的植株進行繼代培養,個體生長充分,不會受到抑制。

c、適時誘導鱗莖形成。試管鱗莖的培養壹般要經歷初代培養、芽增殖和試管鱗莖形成三個階段。但芽增殖階段不能無限期進行下去,必須及時誘導鱗莖形成。試管鱗莖的形成需要壹定的幼苗生長,在氣溫較高的夏秋季節誘導鱗莖形成,以降低生產成本,並與田間生長季節相銜接。

D.及時更新,防止玻璃化。當無菌培養方法建立後,很容易連續繁殖,不與原始親本植株進行比較,這可能使培養早期發生的變異積累起來。同時,根據研究經驗,如果在試管內重復繁殖,壹些培養物的葉片往往會變得漬水,幾乎半透明,這種試管苗的生長繁殖速度會下降,最後甚至死亡,這就是玻璃化現象,很難完全消除。所以要註意及時升級,防止玻璃化。