植物脱毒和快速繁殖技术

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第七章 植物脱毒和快速繁殖技术
组员:贺秀娟 叶研春 韩婷花 韩秀丽 白秉元 马延梅
第一节 植物脱毒的原理
一 热处理脱毒
1.高温短时处理法
这种方法是利用病毒与植物耐热能力的不同,将木 苗、接穗或种子等繁殖材料在一定的高温下处理一 段时间,将其体内的病原杀死或钝化,失去侵染能 力,而保持其本身的生活力,从而达到脱毒的目的。 该法尤其适用于类菌原体、类细菌的脱毒,而对于 类病毒的脱毒效果较差,因为类病毒通常有较强的 热稳定性。这种处理方法与1921年首先用于甘蔗的 脱毒,国内用这种方法处理柑橘,可脱除柑橘材料 内的黄龙病类细菌。
120天两个浓度的处理均全部脱除病毒,对照则仍100 %带毒。25.0对苹果茎尖有一定的要害,而12.5处理无 明显药害。据分析,抗病毒醚不是直接作用于病毒,而是作 用于寄主的代谢,从而阻止病毒的增殖,使新梢逐渐脱除病 毒。因此,认为在果树植株生长期间定期喷布抗病毒醚,有 可能在苗木顶端部分扩大无病毒区域,进而可增加茎尖培养 的脱毒效率。除抗病毒醚以外,还有报道证明一些其他药剂 也具有同样的作用。
茎尖培养之所以能脱除病毒,是因为感染病毒的植株的幼 嫩及未成熟的组织和器官中病毒含量较低,生长点(约 0.1~1.5mm区域)则几乎不含病毒或含病毒很少。
植物茎尖等分生组织中不含或很少含有病毒的原因: (1)植物茎尖分生组织中胞间连丝发育不完全或
太细,使病毒在细胞之间的扩散作用受到抑制。 (2)病毒复制、运输速度与茎尖细胞生长速度不
三、其他脱毒方法
1.合并使用热处理、茎尖培养或微芽嫁接脱毒
这种脱毒方法是从经热处理后的新梢顶端切取一段嫩梢, 再嫁接到事先准备好的实生砧木上,如果用徒手嫁接,枝梢的 长度至少要达到1.0~1.5cm方可。若要使这样长的嫩梢无病毒, 对于苹果至少须热处理3~4周,而一些耐热性弱的品种,在热 处理期间,因高温伤害,大部分枯死,或嫁接后成活率很低。
应用热疗法消除病毒的一个主要限制在于,并非
所有的病毒都对热处理敏感,例如,在马铃薯应用 这项技术只能消除卷叶病毒。一般来说,对于病毒 等径的和线状的病毒,以及对于已知是由类菌原体 引起的病害,热处理是有效的。延长寄主植物的热 处理时间,也可能会钝化植物组织中的抗性因子, 因而和对照相比会降低处理效果。此外,在热处理 之后只有一小部分植株能够存活。
4、合并使用药剂
合并使用化学药剂和热处理有助于提高热处理脱 除病毒类病原的效果。
5、培育株心苗
大多数植物病毒不通过种子传播,由此可通过培育株心来 获得无病毒母株。例如大多数柑橘品种产生两种完全不同的 胚,即合子胚和株心胚。合子胚由受精卵细胞发育而来,常 称有性胚;株心胚由母本株心体细胞发育而来,常称无性胚 ,株心胚在胚囊中发育,并与合子胚共存。
3.其他外植体的组织培养方法脱毒
除茎尖培养外,还可从 花粉、花药、胚、胚珠及珠心等组织培养获 得无病毒的植株。这些器官或组织也是植株中含病毒较少的部位,但不 同病毒或不同寄主植物使他们带毒或不带毒的情况各不相同,采用这些 器官脱毒时,首先应弄清楚其带毒情况。
关于一些植物种胚中不携带病毒的原因有两种观点:一种观点认为 病毒不能进入胚中,植物子房中胚与其他母体细胞之间缺少维管束组织 和胞间连丝的关系;另一种是认为病毒能进入胚,但进入后为寄主所消 灭。有这样一种现象,种子在未成熟时带有病毒,到成熟时,病毒就消 失了,这就说明,即使没有胞间连丝,病毒还可以通过其他途径进入胚 中,但是有些植物的种子中存在着一种抑制病毒的物质。此外,还有人 认为是有些种胚中缺少病毒增值所需要的重要物质。而使病毒不能复制
与单独采用热疗法相比,茎尖培养具有更广泛
的适应性。很多不能由单独的热处理消除病毒,可 以通过茎尖培养和热处理相结合,或单独的茎尖培 养而将其消除。
二、通过茎尖培养消除病毒
1、茎尖培养术语
国内外用来描述茎尖培养这一技术的术语很多,在使用上也比较混乱, 其中有尖芽培养、副芽培养、苗端培养、苗尖培养、分生组织培养、顶端培 养等。但严格地讲,上述这些术语均不能确切地反映出用于组织培养的外植 体的性质,因为仅仅依靠分生组织的生长锥、完整的顶芽或副芽,通常是不 能培育出植株的。有人曾做过试验,从菊花上切取的1500个生长锥经培养 ,仅有3个长成完整的植株,而作者认为这3个生长锥在切取时可能带有一 枚叶原基而未被发现。多数试验表明,要想获得成功,外植体就必须包括分 生组织的生长锥及1至数枚叶原基,因此建议使用一个折衷的词即茎尖(或 顶端)分生组织培养。
2 低热长时处理法
低热长时处理一般不能使整株植株脱毒,而只能 使个别器官脱毒,大多是使在热处理过程中长出的 茎尖无病毒。因此,处理的最后步骤是要取新产生 的茎尖嫁接到无毒实生碊木上或将新产生的茎尖进 行扦插繁殖,以获得脱病毒植株。但对不同病毒及 不同植物种类的脱毒率差异很大。
二、组织培养脱毒
1.茎尖培养脱毒
2.冷处理结合茎尖培养
有些作物对高温非常敏感,可用冷处理代替热处 理并结合茎尖培养来脱毒。如三叶草的脱毒,将准 备切去茎尖的母株在取茎尖之前,放在10℃中经过 2~4个月,以代替热处理,可以部分去除病毒。这种 方法也有人用于从马铃薯上消除梭状块茎类病毒。
3、化学处理结合茎尖培养
目前尚无一种抗病毒药剂能从整 株 植 株 消毒 病 毒 ,但某些 病毒抑制 剂或钝化剂加到组织培养的培养基中却能消除培养 组织中的病毒。Ribavirin(抗病毒醚)是一种对DNA病毒或 RNA病毒具有广谱作用的人工合成物质。Hansen等将其喷布 在昆诺阿藜上,然后接种CLSV、SGV等8种病毒,结果对 CLSV的增值有很强的抑制效果,但对SGV、桃坏死环斑病毒 、葡萄扇叶病毒、李矮化病毒无效。在一年生苹果生长期间, 每隔7天喷布1次5*10-4抗病毒醚溶液,第二年春仍从苹果苗中 检出了CLSV。若在培养基中加入抗病毒醚进行苹果茎尖培养 ,可脱除CLSV。山家弘土用含抗病毒醚12.5、25.0的 培养基培养用热处理、茎尖培养未能脱除SGV的试管苗茎尖, 处理时间为40、80、120天。在各处理区增殖的新梢中 任选一株,切取顶端部分长1.5,每隔40天更换1次新的 培养基进行继代培养,最后继代到无药剂的培养基上培养,2 40天后检测病毒。40天处理的部分脱除了SGV,而80、
2、方法
进行脱毒时,大小合乎脱毒需要的理想的外植体实际上是 太小了,很难靠肉眼进行制备,因而需要一台带有适当光源 的解剖镜(8~40*)。解剖时必须注意防止由于超净台的气
流和解剖镜上碘钨灯散发的热而使茎尖变干,因此茎尖暴露 的时间应当越短越好。使用冷光源灯(荧光灯)或玻璃纤维 灯则更为理想,若在一个衬有无菌湿滤纸的培养皿内进行解 剖,也有助于防止这类小外植体变干。
与其他类型的组织培养一样,在进行茎尖培养时,首先
的一步是获得表面不带病原菌的外植体。一般来说,茎尖分 生组织由于有彼此重叠的叶原基的严密保护,只要仔细解剖 ,无须表面消毒就应当得到无菌的外植体。如有可能,应把 供试植株种在无菌的盆土中,并放在温室中进行栽培。在浇 水时,水要直接浇在土壤上,而不要浇在叶片上。此外,还 要给植株定期喷施内吸性杀菌剂。Wang和Hu(1980)所 用的杀菌剂混合液ห้องสมุดไป่ตู้有杀真菌药剂苯菌灵(0.1%)和抗生 素链霉素(0.1%)。使用这种杀菌剂混合液,对于田间种
用茎尖培养脱毒,需要用很小的茎尖才能脱除病毒,通常采 用的茎尖大小为0.1~0.2mm,因茎尖太小往往成活率很低。对 于茎尖嫁接也有类似情况,茎尖太小往往不能成活。因此,茎 尖培养、茎尖嫁接不仅很难操作,而且一些病毒不能脱去,如 单纯的茎尖嫁接不能脱除柑橘碎叶病毒。
合并使用热处理、茎尖培养或茎尖嫁接能克服两种方法各自 的缺点。不仅可完全脱除病毒,同时茎尖成活率也得到提高, 由此可大幅度延长热处理时间,增大用于培养的茎尖长度。目 前国内外葡萄、苹果的脱毒多采用热处理茎尖培养方法;柑橘 则都采用热处理与茎尖嫁接相结合的办法。两种组合均提高了 获得无病毒苗木的可能性
热处理时,最初几天空气温度应逐步增高,直至达到要求的温度为止 。若钝化病毒所需的连续高温处理会伤害寄主组织,则应当试验高低温 交替的效果。在热处理期间应当保持适当的湿度和光照。根据Baker和 Kinnaman(1973)的试验,在对香石竹进行脱毒热处理时,相对湿度 必须保持在85%~95%之间,准备接受热处理的植株必须具有丰富的碳水 化合物储备。为达到这个目的,事先应对植物进行回缩。Holings(1965) 报道,回缩能够增加植物忍受热处理的能力。
在应用组织培养方法以获得无病原菌植株时,所用的外植体可以是茎 尖,也可以是茎的顶端分生组织。在这里,顶端分生组织是指最幼龄叶原基 上方的一部分,最大直径约为100,最长长度为250.茎尖则是由顶端分生组 织及下方的1~3个幼叶原基一起构成的。虽然通过顶端分生培养基消除病毒 的机会较高,但在大多数研究中,无病毒植物都是通过培养100~1000长的 外植体得到的,即通过茎尖培养得到。
第二节 植物脱毒操作技术
一、通过热处理消除病毒的操作技术
再茎尖培养法建立以前,热疗法一直是从各种植物的受侵染的个体得 到无病毒植株的有效方法。热处理可通过热水或热空气进行。热水处理 对休眠芽效果较好,热空气处理对活跃生长的茎尖效果较好,既能消除 病毒,又能使寄主植物有较高的存活机会。热空气处理比较容易进行: 把旺盛生长的植物移入到一个热疗室中,在35~40下处理一定时间即可 ,处理时间的长短,可由几分钟到数周不等。然而,马铃薯病毒X(PVX )则要求在35下处理几个月才能得到一些无病毒茎尖,热处理之后要立 即把茎尖切下来嫁接到无病毒的砧木上去。
由于株心胚是由母本体细胞发育而来,未经减数分裂,因 此除个别体细胞突变外,株心胚长出的实生苗遗传上与母株 完全相同。因此由株心胚获得的株心苗大多数病毒被脱除而 遗传特征与母株完全相同。选择这种类型的 株心苗,可应 用标记花粉控制授粉,然后选出典型的实生苗。例如,枳的 花粉可用作标记花粉,因为所有枳的杂种实生苗都具有三叶 特征,很容易辨认和排除。培育株心系以获得无病毒苗有以 下优点:(1)可以肯定植株不带毒;(2)花时间少:( 3)成本低:(4)方法便于掌握:(5)株心苗长势强。 但株心系童期长,且易出现一些返祖性状。
同,病毒向上运输速度慢,而而分生组织细胞繁殖 快,结果使茎尖区域部分的细胞没有病毒。
(3)植物生长点细胞中缺少病毒增值的感受点, 因而复制过程不能进行。
(4)茎尖等分生组织中存在抑制、钝化病毒的物 质
(5)茎尖或其他组织在培养过程中病毒被钝化或 抑制
2.茎尖微芽嫁接脱毒
茎尖微芽嫁接脱毒是组织培养与嫁接相结合,用以获得 无病毒苗木的一种新技术。他将0.1~0.3mm的茎尖作为接 穗,嫁接到由试管中培养出来的无毒实生砧木上,继而进 行试管培养,愈合成为完整植株的脱毒方法。它可消除用 热处理不能除去的一些病毒,如衰退病毒、木质陷孔病毒、 黄脉病毒等。茎尖微芽嫁接脱毒可以解决一些果树茎尖培 养成苗难,特别是生根困难的问题。有些果树种类或品种, 如格瑞弗斯苹果通过茎尖组织培养,可以获得无病毒新梢, 但不能生根,只有通过茎尖微芽嫁接脱毒才能获得完整植 株。
Morel等(1952)首先从感染有花叶病毒的大丽花上分离 出茎尖分生组织(0.25mm)培养得到植株,嫁接在大丽花 实生砧木上检验未无病毒植株。从此,茎尖培养就成为脱去 病毒的一个有效途径,并相继在马铃薯、菊花、兰花等茎尖 培养脱毒的研究中获得成功。茎尖培养脱毒可脱除多种病毒、 类病毒、类菌原体和类立克次体,很多不能通过热处理脱除 的病毒可以通过茎尖培养而脱掉。茎尖培养脱毒直接从茎尖 生长获得植株,很少有变异,能很好地保持品种的特性。
对于一些果树植物要获得与亲本一致的无性 系无病材料,可以从胚囊败育的子房中在胚囊 败育之前获取胚珠或珠心组织进行培养。
花药或花粉培养也可以作为一种脱毒方法, 这种方法可结合单倍体育种进行,用花药培养 进行草莓脱毒,脱毒率可达100%。花药培养 获得的无毒材料多为高产优质的类型。
植物的感染病组织中不是所有细胞都含有 病毒。因此,也有人从感病植株分离原生质体、 愈伤细胞或其他细胞,继而培养获得植株,然 后通过鉴定病毒从中选择无病的材料
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