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2016年8月23日 作者:xwz2367609 [返回]
大豆与南瓜远缘嫁接接合部组织形态解剖学研究

孙晓环1,潘相文23,王燕平1,白艳凤1,宗春美1,齐玉鑫1,张彦丽4,任海祥1

( 1. 黑龙江省农业科学院 牡丹江分院,黑龙江 牡丹江 157041; 2. 黑龙江省农业科学院 博士后科研工作站,黑龙江 牡丹江 157041; 3. 中国科学院 东北地理与农业生态研究所 /大豆分子设计育种重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150081; 4. 牡丹江师范学院 生物系,黑龙江 牡丹江 157012)

: 以大豆品种黑农 48 为接穗,黑籽南瓜为砧木进行嫁接,接穗切面长度设置了 5 个不同处理。通过嫁接部位组织解剖学分析,深入研究接穗切面长度对嫁接成活率的影响及组织变化规律,探索嫁接诱导植物变异的机理。结果表明: 各处理间成活率差异显著,接穗切面长度为 1. 0 cm 时成活率最高,达到 80% ,愈合的速度也最快; 其次是 1. 3cm。对 1. 0 cm 接穗切面结合部不同时期的电镜动态观察表明,接穗与砧木的愈合过程可分为三个阶段: 愈伤组织形成期( 1 8 d) 、维管组织分化期( 9 12 d) 、维管组织分化完成期( 13 35 d) 。研究结果可为大豆远缘嫁接提供理论和实践参考。

关键词: 大豆; 远缘嫁接; 接合部组织; 石蜡切片; 解剖结构

中图分类号: S334. 3; S565. 1 文献标识码:

A DOI: 10. 11861 /j. issn. 1000-9841. 2015. 04. 0639

Anatomical Study of Integration Sections for Distant Grafting between Soybean

and Pumpkin

SUN Xiao-huan1PAN Xiang-wen23WANG Yan-ping1BAI Yan-feng1ZONG Chun-mei1QI Yu-xin1ZHANG Yan-li5,REN Hai-xiang1

( 1. Mudanjiang Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural SciencesMudanjiang 157041China; 2. Heilongjiang Academy of Agricultural Sci-ences Postdoctoral ProgrammeMudanjiang 157041China; 3. Key Laboratory of Molecular Design Breeding of SoybeanNortheast Institute of Geographyand AgroecologyChinese Academy of SciencesHarbin 150081China; 4. Biology DepartmentMudanjiang Normal UniversityMudanjiang 157012China)

Abstract: Dynamic changes of morphological anatomy of integration sections for distant grafting between soybean and pumpkinwere analyzed to explore the mechanism of graft-induced plantvariation. Soybean scions from soybean varieties Heinong 48were grafted onto the stocks ( black seed pumpkin) with five treatments for the section length of soybean scions so that theeffects of scion section length on graft survival rate and the dynamic changes of morphological anatomy of integration sectionswere explored. The results showed that there were significant differences for the survival rate between the groupsthe highestsurvival rate could reach 80% with the fastest healing speed when the scion section length was 1. 0 cmand 1. 3 cm scion sec-tion length ranked the second. Electron microscopy scan results of integration sections for 1. 0 cm scion section length at differ-ent periods after grafting showed that the healing process of scion and stock could be divided into three stages: Callus formationstage ( 1-8 d after grafting) ; Vascular tissue differentiation stage ( 9-12 d after grafting) ; Terminal stage of vascular tissue dif-ferentiation ( 13-35 d after grafting) . Those results would provide theoretical and practical reference for soybean distant grafting.

Keywords: Soybean; Distant grafting; Integration sections; Paraffin sections; Anatomical structure

嫁接技术可以提高植物的抗寒性、抗病性及加快品种更替,被广泛应用在园艺和农业方面。在生产实际和研究中,利用远缘嫁接和蒙导嫁接都会增加诱变率,近些年来,科研人员对远缘嫁接的研究更加深入,人们发现远缘嫁接( 种间嫁接) 不仅可以提高植物的抗逆性,还可以导致果实形状和品质的改变,且这种变异是可以稳定遗传的[1-6]。而且远缘嫁接组合有很多匪夷所思的组合,比如水稻和竹子,小麦和甘薯,大豆和玉米等给人们巨大的视觉冲击,在发现通过远缘嫁接可以使砧穗之间的可运转信号分子相互交流,从而导致砧穗发生 DNA 甲基化、基因沉默、基因激活等[7]。现在,远缘嫁接机理研究尚不明确,这大大影响了远缘嫁接在作物上的应用和推广。河南昊坤农业科技有限公司利用远缘嫁接诱变技术,已获500 多个农作物变异新材料,并在河南、安徽、山东、黑龙江、江苏、河北等省种植,表现出优质高产、抗逆性强等特点,但是到目前为止还没有审定品种。为解析远缘嫁接的诱变机理,我们以大豆为接穗,分别以花生、马铃薯、红薯、洋姜、白籽南瓜、黑籽南瓜、生姜、黑芝麻、蓖麻作砧木进行远缘嫁接试验,改变了过去远缘嫁接成活率低的状况,经过 3 年的远缘嫁接试验,已经建立了比较完善的嫁接技术,成活率现今达到 80% 以上,突变类型也涉及到抗逆性、生育期、品质、种皮色等多个方面。本文以最易成活,且诱变率较高的黑籽南瓜作为砧木,高产高蛋白的大豆品种黑农 48 作为接穗材料,预期从解剖学的角度解析远缘嫁接成活及诱变的可能机理,同时研究不同接穗切面长度对嫁接成活及其愈合的影响,进一步优化远缘嫁接诱变技术体系,以推进远缘嫁接诱变技术在作物资源创新选育和品种选育上的应用。

1 材料与方法

1. 1 材料

供试大豆品种为黑农 48,由黑龙江省农业科学院大豆研究所提供,黑籽南瓜由黑龙江省农业科学院园艺分院提供。

1. 2 试验设计

在黑龙江省农业科学院牡丹江分院的大豆温室大棚种植 200 盆黑籽南瓜,每盆出苗 3 株,当南瓜幼苗直径长到 0. 5 cm 左右时,分期播种黑农 48 大豆,于大豆出苗后 7 d,即大豆真叶展开时进行嫁接[8],使大豆幼苗切面部位完全寄生在南瓜茎基部,形成结合部组织,通过砧穗间物质的交换诱导大豆遗传性状的变异。接穗切面长度采用 5 种处理,即接穗切面长度分别为 A: 0. 4 cm; B: 0. 7 cm;C: 1. 0 cm; D: 1. 3 cm; E: 1. 6 cm3 次重复,每重复 30 株。

1. 3 测定项目与方法

1. 3. 1 接穗切面长度处理 选择苗龄 7 d,整齐一致的接穗大豆幼苗,分别用刀片切削长度为 0. 40. 71. 01. 31. 6 cm 切面准备嫁接。砧木用竹签进行相应深度的处理。

1. 3. 2 结合部的管理方法 在嫁接后用湿润的土壤对嫁接的接合部进行掩埋,放入遮阳网内进行避光处理。每天早晚对接合部喷水,为提高嫁接诱变率,每天对嫁接后的大豆长出的根毛进行人工切断处理,不让其自行长根,使大豆幼苗完全依靠南瓜的营养进行生长。

1. 3. 3 嫁接接合部组织石蜡切片观察 在进行插接过程中,分别用长度为 0. 40. 71. 01. 31. 6 cm接穗切面进行嫁接并且对成活率筛选。选取成活率最高的切面长度分别在嫁接成活后的 81517202535 d 进行结合部的石蜡切片试验。用锋利的刀片将材料分割成小块( 不超过 1 cm3) ,并立即投入到 FAA 固定液中固定时间在24 h 以上,采用番红

固绿双重滴染法[9],选用 10 μm 连续切片,利用光学显微镜观察照相。

2 结果与分析

2. 1 接穗切面长度对嫁接成活率的影响由表 1 可知,在接穗切面长度不同的 5 个处理中,1. 0 cm 的成活率最高,愈合的速度也最快。

2. 2 不同的 切面长度对接穗生长的形态解剖学分析

在嫁接 17 d 时,进行石蜡切面显微观查,石蜡切片如图 1。嫁接后发现 A B 两个处理,因其细胞损伤小,嫁接初期接穗失水较慢出现假活现象,但是在嫁接后由于接合部组织细胞愈合过程中对接穗切面产生挤压,接穗被挤出砧木的情况非常明显,导致此嫁接成活率低,以 A 处理表现更为突出。而 E 处理的切面太长,容易导致接穗在砧木内部断裂,并且发现接合部组织产生的破裂细胞数较多,接合部的死细胞多,形成的愈伤组织也较多,使接穗和砧木的接合部形成较厚的死细胞形成层,这个形成层对嫁接的愈合产生不良影响。本试验发现,C 处理的愈合速度最快,嫁接成活率达到 81. 11%

2. 3 对嫁接后不同时期接合部组织进行显微解剖分析

选用远缘嫁接成活率最高,愈合速度最快的 C处理进行蜡切片电镜扫描。嫁接后 8 d,接穗和砧木的接合部可以看到隔离层和愈伤组织。嫁接后的17 d,已经分化形成了维管组织。

维管细胞连接着接穗和砧木,这也是砧木和接穗间营养和水分交流的唯一通道; 嫁接后

20 d,可以看到接穗已经形成新的韧皮部和木质部; 嫁接后 35 d,可以看到木质部形成环纹导管和网纹导管。利用南瓜根系营养,诱导大豆遗传性状变异的嫁接试验证明: 大豆与南瓜的亲合力较强,嫁接成活率较高通过对嫁接后不同时期嫁接点的组织切片分析,接穗与砧木的愈合过程可分为以下三个阶段:

愈伤组织形成期: 该阶段经历 1 8 d 的时间,愈伤组织形成的过程体现在两方面: 一是砧木顶端嫁接点部位的薄壁细胞恢复分裂,形成大量愈伤组织,通过愈伤组织的形成,使砧木与接穗在接口处愈合; 二是接入到砧木内的接穗部分,外围的薄壁组织恢复分裂,形成大量的增生组织。

维管组织分化期: 该阶段需经历 12 d。随着接入砧木内接穗外部组织的增生,增生组织内分化形成接穗维管组织。通过分化形成的维管组织将砧木根系吸收的水分和无机盐输送到接穗生长部位。此时接穗开始恢复生长。

维管组织分化完成期: 该阶段从切片的横切面上看,接穗维管组织发育完全,木质部和韧皮部特征显著。虽然砧木与接穗之间在横切面上仍存在一定的间隙,但接穗的维管组织已与砧木的维管组织相连接,砧木与接穗完全愈合( 2)

3

早在 20 世纪,苏联著名的园艺学家,植物育种学家米丘林曾经提出: 利用两个果树的幼苗,同属感受态阶段,可以诱导植株产生变异。当今的嫁接研究中,嫁接在诱导变异上并没有得到足够的重视,大多数的嫁接是近缘嫁接,变异诱变率较低,也很少有人选择幼苗的砧木和接穗。有时,嫁接产生了遗传变异,并不一定与目标育种性状相符合,而被忽略。

本试验通过远缘嫁接将接穗的根部切断,并且切面只能接触到砧木细胞,不能接触到土壤,同时,长期人为地将其长出的自生根切断,强制接穗大豆只能依靠砧木南瓜生长,接穗大豆在其逆境胁迫的条件下,将迅速与砧木南瓜的维管束接通。张丹华等[7]推测远缘嫁接变异很有可能是嫁接生长逆境诱导的抗逆变异结论。事实上,在嫁接试验中,大多数人不会去除嫁接后的接穗自生根。我们认为,嫁接在有优良性状的砧木上,相当于在培养基上生根,没有产生逆境胁迫,大大降低诱变率。到目前为止,远缘嫁接还没有审定的品种,根本原因是对嫁接的机理不是很明确。本文通过比较接穗不同的切面长度的成活率和石蜡切片电镜扫描结果: 切面长度过长、过短均不利于嫁接成活及愈合,1. 0 cm 长度的嫁接效果最好; 并对 1. 0 cm 切面长度接穗嫁接接合部组织在不同时期进行解剖学分析,为研究嫁接机理提供理论依据。嫁接接合部组织的愈合过程对于嫁接是否成活起到关键的作用,试验证明接合部组织的愈合过程可分为 3 个阶段: 愈伤组织形成期( 1 8 d) 、维管组织分化期( 9 12 d) 、维管组织分化完成期( 13 35 d) 。当接穗的维管组织已与砧木的维管组织相连接,证明砧木与接穗完全愈合。刘勇等[10]在近缘嫁接解剖学研究中发现: 愈合过程包括未形成愈伤组织、开始形成愈伤组织、砧穗愈伤组织的连接、形成层的分化与连接及输导组织的分化与连接 5 个阶段,说明远缘嫁接与近缘嫁接的愈合规律相似,但是愈合的时间明显不同。

参考文献

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2 Hirata YYagishita N. Graft-induced changes in soybean storageproteins I. Appearance of the changes J. Euphytica198635:395-401.

3 刘乃森,刘福霞 . 嫁接引起可遗传变异的研究进展[J. 北方园艺,2007( 1) : 33-34. ( Liu N SLiu F X. esearch progress onthe inheritable variations induced by graftingJ. Northern Horti-culture2007( 1) : 33-34. )

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8 潘相文,孙晓环,张凤芸,等 . 大豆远缘嫁接诱变技术的优化[J. 大豆科学,201231( 2) : 237-241. ( Pan X WSun X HZhang F Yet al. Optimization of distant grafting mutagenesistechnology in soybean[]. Soybean Science201231 ( ) : 237-241. )

9 帅焕丽,杨途熙,魏安智,等 . 杏花芽石蜡切片方法的改良[J. 果树学报,201128( 3) : 536-539. ( Shuai H LYang T XWei A Zet al. A modified technique of paraffin section for apri-cot flower budsJ. Journal of Fruit Science201128 ( 3 ) : 536-539. )

10 刘勇,肖德兴,刘善军,等 . 几种柿砧木与“富有”甜柿嫁接的解剖学观察[J.江西农业大学学报,199820( 3) : 393-397.( Liu YXiao D XLiu S Jet al. The anatomical feasture observa-tion of“Fuyou”persimmon grafted with some rootstocksJ. ActaAgriculturae Universitatis Jiangxiensis199820( 3) : 393-397. )

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