靖 晶,李 軍,劉鳳軍,徐 君,姜紅衛(wèi),李 青
(蘇州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院/太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,江蘇蘇州215000)
蝴蝶蘭(Phalaenopsis aphrodita)是觀賞價(jià)值極高的花卉之一,其花型奇特,花色艷麗,花期長(zhǎng),深受人們的喜愛(ài),素有“蘭花皇后”的美稱。蝴蝶蘭在蘭花市場(chǎng)上占有相當(dāng)大的比例,主要用作切花和盆花栽培。現(xiàn)在市場(chǎng)上對(duì)蝴蝶蘭的需求量正在逐年增加。目前運(yùn)用組織培養(yǎng)技術(shù)對(duì)蝴蝶蘭進(jìn)行繁殖是蘭花工廠化生產(chǎn)中普遍運(yùn)用的繁殖方式,這種無(wú)性繁殖方法具有保持母本優(yōu)良形狀、縮短繁育周期、利于周年生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn),但是因?yàn)椴唤?jīng)過(guò)有性繁殖世代,很容易造成病毒積累,嚴(yán)重影響蝴蝶蘭的觀賞價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。據(jù)統(tǒng)計(jì),蘭花受到約27種病毒的侵染,最主要的是建蘭花葉病毒(CymMV)和齒蘭環(huán)斑病毒(ORSV)[1]。這2種病毒的普遍發(fā)生與無(wú)性繁殖方式有著密切的關(guān)系,人工繁殖時(shí)造成的機(jī)械傷口可導(dǎo)致病毒的廣泛傳播,因此,與病株直接接觸、使用被病株污染過(guò)的器具等都有可能傳播該病毒[2]。隨著國(guó)內(nèi)外蘭花品種交流的增加和貿(mào)易的迅猛增長(zhǎng),也給病毒病的傳播和蔓延提供了更多的機(jī)會(huì)。研究和建立一種既能保持品種優(yōu)良特性和較高的繁殖系數(shù),又能脫除培養(yǎng)材料中的病毒病原的有效方法,對(duì)于防止病毒的進(jìn)一步擴(kuò)散,減少種植者的風(fēng)險(xiǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
White和Limasset等研究表明,病毒濃度呈梯度變化,病毒粒子隨植物組織的成熟而增加,旺盛生長(zhǎng)的根尖、莖尖很少有病毒分布[3-4]。目前已有的報(bào)道有多種脫除病毒的方法,有通過(guò)噴灑農(nóng)藥殺死傳播媒介昆蟲(chóng),也有通過(guò)轉(zhuǎn)基因手段給植物導(dǎo)入抗性基因等,然而應(yīng)用最廣泛的就是通過(guò)組織培養(yǎng)技術(shù)對(duì)植物進(jìn)行脫除病毒[5]。現(xiàn)有的通過(guò)組織培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行植物脫毒的研究主要包括莖尖分生組織培養(yǎng)脫毒[6]、熱處理結(jié)合莖尖的脫毒法、化學(xué)藥劑結(jié)合莖尖分生組織的脫毒法[7]、珠心胚培養(yǎng)脫毒法及莖尖微體嫁接脫毒法等[8],還有近幾年報(bào)道的超低溫脫毒技術(shù)[9]。Morel等[10]首次通過(guò)莖尖培養(yǎng)成功獲得脫毒的大麗花,之后莖尖培養(yǎng)相繼用于桃、櫻桃、櫻花、豆櫻、山櫻花等植物脫毒。朱根發(fā)等[11]對(duì)文心蘭的脫毒快繁技術(shù)進(jìn)行了研究,利用文心蘭的莖尖生長(zhǎng)錐誘導(dǎo)出原球莖后,通過(guò)癥狀觀察、生物接種、電鏡觀察和血清學(xué)檢測(cè)方法進(jìn)行了CMV、TMV、CyMV、ORSV等4種常見(jiàn)蘭花病毒病的檢測(cè),成功地建蘭了3個(gè)品種的文心蘭脫病毒無(wú)性系。姜玲、張明濤等[12]對(duì)墨蘭圓球莖頂端分生組織培養(yǎng)結(jié)合化學(xué)處理脫除建蘭花葉病毒(CyMV)的效果進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)原球莖頂端分生組織經(jīng)過(guò)20 mg/L的三氮唑核苷處理,可以獲得100%的無(wú)病毒苗。王玉英等[13]以蘭屬花卉虎雪蘭組培原球莖為試材,采用玻璃化超低溫法對(duì)蘭花病毒的脫除進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,在蔗糖濃度0.5 mol/L預(yù)培養(yǎng)4天,然后在蔗糖0.6 mol/L加載液冰上處理50 min,之后轉(zhuǎn)入PVS2溶液冰上玻璃化處理120 min,再液氮冷凍40 min,之后經(jīng)過(guò)水浴解凍和卸載后恢復(fù)培養(yǎng),原球莖成活率可達(dá)到65%以上,隨機(jī)檢測(cè)不同處理樣品的脫毒率可達(dá)97%。
目前,針對(duì)蝴蝶蘭的脫除病毒方面的研究已有少量報(bào)道。程曉菲等[14]分別從云南蝴蝶蘭病樣中分離到隸屬于番茄斑萎病毒屬(Tospovirus)的病毒分離物Tospo-Pha。葛云星[15]通過(guò)誘導(dǎo)莖尖形成原球莖的方式來(lái)進(jìn)行蝴蝶蘭脫毒的研究,發(fā)現(xiàn)接種成活率與莖尖大小呈正比關(guān)系,莖尖小于0.2 mm時(shí),成活率不超過(guò)25%。需要說(shuō)明的是,該種方法可能存在原有性狀的變異。鄭荔丹等[16]報(bào)道稱,蝴蝶蘭原球莖在33~37℃溫度下熱處理4周,然后采用帶2~3個(gè)葉原基的莖尖作為外植體,脫毒率比對(duì)照(未經(jīng)熱處理,只培養(yǎng)莖尖)提高23%~26%。現(xiàn)有的關(guān)于蝴蝶蘭脫毒的研究大多不成體系,研究不夠深入,脫毒方法簡(jiǎn)單或者表述不清,方法的可重復(fù)性不強(qiáng);另外在脫毒病毒前后,并沒(méi)有分別進(jìn)行病毒的檢測(cè)工作,這樣就無(wú)法確定通過(guò)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作后,最終病毒是否完全脫除干凈,或者脫除到什么程度。本實(shí)驗(yàn)在前人研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)組織培養(yǎng)的方式,將莖尖頂端分生組織培養(yǎng)與化學(xué)處理方法相結(jié)合,這種方法目前在蝴蝶蘭脫毒處理上尚未見(jiàn)報(bào)道。另外,在本實(shí)驗(yàn)前后運(yùn)用了酶聯(lián)免疫試劑盒的方法進(jìn)行了病毒檢測(cè),旨在比較準(zhǔn)確地把握不同脫毒方法脫除病毒的效果和程度。
從北京市蝴蝶蘭生產(chǎn)溫室采集葉片上帶有不規(guī)則褪綠斑紋的蝴蝶蘭植株,以健康的蝴蝶蘭作對(duì)照,運(yùn)用Compound direct ELISA法分別進(jìn)行2種病毒CymMV和ORSV的檢測(cè)。2種病毒的ELISA試劑盒由美國(guó)Agdia公司提供,切取植株葉片在樣品提取緩沖液中研磨后靜置,提取上層清夜用于病毒檢測(cè)。經(jīng)過(guò)包被抗體,孵育,洗板,點(diǎn)樣及孵育,洗板,加酶標(biāo)記物稀釋液及孵育,洗板,加PNP底物溶液及孵育的過(guò)程后,可以用肉眼直接觀察檢測(cè)結(jié)果。每個(gè)樣品分成2份分別進(jìn)行2種病毒(CymMV和ORSV)的試劑盒檢測(cè),比較陽(yáng)性孔和陰性孔的顏色對(duì)照。2種病毒的顯色反應(yīng)均是顯黃色的樣品為陽(yáng)性含病毒的樣品,顯無(wú)色的樣品為陰性不含病毒或者病毒含量較低的樣品。將陽(yáng)性含病毒的植株進(jìn)行標(biāo)記,作為脫病毒實(shí)驗(yàn)的植物材料。
切取已檢測(cè)出含CymMV和ORSV病毒的蝴蝶蘭植株的花梗為外植體材料,將含有腋芽的花梗節(jié)段先用75%酒精棉球擦拭一遍尤其是腋芽部位,之后用洗滌靈清洗10 min再用自來(lái)水沖洗30 min,放入75%酒精滅菌30 s,再在0.1%升汞中處理12 min后,在無(wú)菌水中清洗4~5次,用解剖刀分別切去消毒后花梗兩端各1 cm左右之后,接種到誘導(dǎo)腋芽的培養(yǎng)基中。培養(yǎng)室溫度為(25±3)℃,光照強(qiáng)度15~20 μmol/(m2·s),光照時(shí)間12 h/d,相對(duì)濕度70%~80%。
在MS+6-BA 5.0 mg/L+NAA 0.05 mg/L+蔗糖30 mg/L培養(yǎng)基(pH 5.8)上誘導(dǎo)花梗腋芽。經(jīng)過(guò)大約2個(gè)月的誘導(dǎo)培養(yǎng)后,外植體逐漸分化出2 cm左右的叢生芽,此時(shí)將其切離花梗并轉(zhuǎn)接到增殖培養(yǎng)基上進(jìn)行繼代壯苗,增殖培養(yǎng)基為MS+6-BA 5.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L+蔗糖30 g/L(pH 5.8)。大約2個(gè)月后,當(dāng)叢生芽在增殖培養(yǎng)基中生長(zhǎng)至3~4 cm左右時(shí),可以用于脫毒培養(yǎng)。
取增殖培養(yǎng)基中經(jīng)過(guò)繼代后的組培苗,將外圍葉片去掉,保留中心生長(zhǎng)點(diǎn),切取大小為1~2、2~3、3~4、4~5、5~6 mm的莖尖頂端分生組織,然后接種到培養(yǎng)基MS+6-BA 5.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L中進(jìn)行培養(yǎng)誘導(dǎo)形成新芽。每長(zhǎng)度處理50個(gè)莖尖頂端分生組織小塊,重復(fù)3次,比較不同莖尖長(zhǎng)度的成活率和脫毒率。以上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為化學(xué)處理切取莖尖長(zhǎng)度的依據(jù),切取大小為2~3 mm的莖尖頂端分生組織,分別放入含有0、10、20、30和40 mg/L三氮唑核苷的無(wú)菌離心管中浸泡15 min,然后將上述材料分別接種到含相應(yīng)濃度的三氮唑核苷的培養(yǎng)基MS+6-BA 5.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L+蔗糖30 g/L(pH 5.8)中培養(yǎng)30天,誘導(dǎo)生成叢生芽,之后再轉(zhuǎn)入不含抗病毒劑的培養(yǎng)基中。每濃度處理50個(gè)莖尖頂端分生組織小塊,重復(fù)3次。繼代培養(yǎng)2~3個(gè)月后,形成新生的叢生芽。將叢生芽接種到生根培養(yǎng)基1/2MS+6-BA 2.0 mg/+NAA 0.5 mg/L+蔗糖20 g/L+0.5%活性炭中進(jìn)行生根培養(yǎng),獲得再生植株,采集其葉片進(jìn)行病毒檢測(cè)。
按照Compound direct ELISA法,對(duì)脫毒處理之后的再生植株,進(jìn)行2種病毒CymMV和ORSV的檢測(cè)[3]。剪取待檢測(cè)的脫毒后蝴蝶蘭植株葉片,在樣品提取緩沖液中研磨,然后去上層清液用于檢測(cè)。檢測(cè)步驟同1.1。需要注意的是每次檢測(cè)都需要一個(gè)陽(yáng)性質(zhì)控孔和一個(gè)陰性對(duì)照孔,只有在陽(yáng)性質(zhì)控孔得到陽(yáng)性結(jié)果,陰性對(duì)照孔得到陰性結(jié)果的時(shí)候,實(shí)驗(yàn)結(jié)果才是可靠的。另外,只要通過(guò)檢測(cè)后,2種病毒的檢測(cè)顯色反應(yīng)均為陰性,才算是脫除了病毒。檢測(cè)結(jié)果可直接觀察,顯黃色為陽(yáng)性反應(yīng)證明病毒未被脫除,顯無(wú)色為陰性反應(yīng)證明病毒已被脫除。
在切取不同長(zhǎng)度的莖尖到相同的誘導(dǎo)培養(yǎng)基中進(jìn)行脫毒培養(yǎng)的過(guò)程中,隨著莖尖長(zhǎng)度的增加,莖尖成活率明顯上升(表1)。莖尖長(zhǎng)度是1~2 mm時(shí),接種至培養(yǎng)基中,有4/5的莖尖褐化淹沒(méi)或者透明狀,停止生長(zhǎng),僅有1/5成活并且形成再生植株,成活率極低。當(dāng)莖尖大小是2~3 mm時(shí),成活率迅速增加,為76%,僅有1/4莖尖死亡。莖尖長(zhǎng)度為3~4 mm時(shí),成活率稍有增加,為86%。莖尖大小4~5 mm時(shí),92%的莖尖形成再生植株。當(dāng)莖尖長(zhǎng)度為5~6 mm,莖尖成活率達(dá)到最高,為100%,莖尖在接種后20天開(kāi)始膨大生長(zhǎng),逐漸分生出叢生芽,并形成再生植株。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析證明,不同莖尖長(zhǎng)度之間莖尖的成活率差異均極顯著。

表1 莖尖長(zhǎng)度對(duì)蝴蝶蘭莖尖成活率的影響
在對(duì)成活莖尖誘導(dǎo)出的再生植株進(jìn)行ELISA法檢測(cè)后,統(tǒng)計(jì)檢測(cè)結(jié)果。表2結(jié)果顯示,在不同長(zhǎng)度莖尖的脫毒培養(yǎng)中,與成活率的變化規(guī)律相反,隨著莖尖長(zhǎng)度的增加,莖尖脫毒率迅速下降。莖尖是1~2 mm時(shí),雖然只有1/5的莖尖成活,但是成活的莖尖形成的再生植株,均未檢測(cè)到CymMV和ORSV病毒病原。莖尖長(zhǎng)度是2~3 mm時(shí),在成活率76%較高的情況下,脫毒率為68%,僅有1/3成活的再生植株仍能檢測(cè)到CymMV或ORSV病毒病原,所以綜合考慮成活率和脫毒率的2個(gè)因素并且結(jié)合相關(guān)資料,將莖尖2~3 mm作為莖尖結(jié)合化學(xué)處理脫毒切取的莖尖長(zhǎng)度。在莖尖大小為3~4 mm時(shí),再生植株脫毒率較低,為54%;當(dāng)莖尖大小為4~5 mm和5~6 mm時(shí),未檢測(cè)出病毒病原的再生植株極少,僅為26%和12%。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析結(jié)果顯示,在P=0.05和P=0.01時(shí),各莖尖大小之間脫毒率的差異均極顯著。

表2 莖尖大小對(duì)蝴蝶蘭CymMV和ORSV脫毒效果的影響
在含有相應(yīng)濃度0、10、20、30、40 mg/L三氮唑核苷的誘導(dǎo)培養(yǎng)基上,隨著三氮唑核苷濃度的增加,莖尖的成活率明顯降低(表3)。在0 mg/L三氮唑核苷的培養(yǎng)基中,即未經(jīng)化學(xué)處理的莖尖,前4周開(kāi)始變化不大,當(dāng)繼續(xù)培養(yǎng)時(shí),莖尖開(kāi)始萌動(dòng)生長(zhǎng),成活率為75%,由于莖尖太小(2~3 mm),25%的莖尖褐化死亡。在10 mg/L三氮唑核苷的培養(yǎng)基中,約有70%的莖尖成活并分生出叢生芽。經(jīng)20 mg/L三氮唑核苷處理后的莖尖約1/3出現(xiàn)褐變,生長(zhǎng)處于停滯狀態(tài),另外的2/3莖尖恢復(fù)生長(zhǎng)。在30 mg/L三氮唑核苷的培養(yǎng)基中處理的莖尖,38%褐化死亡,另外的62%莖尖在轉(zhuǎn)入新的誘導(dǎo)培養(yǎng)基后,需要近2周的緩解過(guò)程,生活力才逐漸恢復(fù),隨后莖尖細(xì)胞不斷分裂和生長(zhǎng)形成叢生芽。隔30天繼代1次,繼代2次后,叢生芽生長(zhǎng)至2 cm左右時(shí),切分這些芽至增殖培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)2~3個(gè)月,便形成再生植株。完成脫毒和植株再生程序需要5~6個(gè)月。在40 mg/L三氮唑核苷的培養(yǎng)基中,莖尖幾乎全部出現(xiàn)嚴(yán)重的透明和褐變現(xiàn)象,細(xì)胞生活力很難恢復(fù),未獲得再生植株。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性測(cè)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),0、10、30、40 mg/L三氮唑核苷處理的莖尖成活率兩兩之間均差異顯著,而20 mg/L與10 mg/L三氮唑核苷處理,以及20 mg/L與30 mg/L三氮唑核苷處理的莖尖成活率之間差異不顯著(P=0.05)。

表3 三氮唑核苷處理對(duì)蝴蝶蘭莖尖成活率的影響
觀察發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)脫毒培養(yǎng)形成的再生植株,試管苗上并無(wú)典型的CymMV和ORSV癥狀。將經(jīng)過(guò)繼代培養(yǎng)形成的叢生芽,接種到生根培養(yǎng)基中,30~40天后每株可長(zhǎng)出3~4條健壯的根,根長(zhǎng)3 cm左右。
實(shí)驗(yàn)表明,在用三氮唑核苷處理的莖尖脫毒培養(yǎng)中,隨著三氮唑核苷濃度的升高,莖尖2種病毒(CymMV和ORSV)的脫毒率呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)(表4)。在未用三氮唑核苷處理中,即直接切取2~3 mm的莖尖頂端生長(zhǎng)錐,通過(guò)組織培養(yǎng)誘導(dǎo)形成的再生植株,有32%仍帶有CymMV或ORSV病原。在10 mg/L三氮唑核苷的培養(yǎng)基中,由于三氮唑核苷對(duì)病毒復(fù)制的抑制作用,比較0 mg/L三氮唑核苷的處理,脫毒率明顯升高,達(dá)到80%,即仍有20%未脫除病毒病原。經(jīng)20 mg/L三氮唑核苷處理后的莖尖有較好的脫毒效果,脫毒率約為91%,僅有9%仍帶有病毒病原。而經(jīng)30 mg/L三氮唑核苷處理后誘導(dǎo)的再生植株,其葉片經(jīng)過(guò)ELISA檢測(cè)后,未檢測(cè)出CymMV和ORSV病原,結(jié)果均為陰性,脫毒效果最為理想。經(jīng)4個(gè)處理樣本脫毒率百分?jǐn)?shù)的差異顯著性測(cè)驗(yàn),添加三氮唑核苷的處理與未添加三氮唑核苷的處理間差異極顯著,同時(shí)4個(gè)處理兩兩之間的差異均極顯著。

表4 三氮唑核苷處理對(duì)蝴蝶蘭CymMV和ORSV脫毒效果的影響
從理論上講,莖尖分生組織不帶病毒或帶毒濃度很低,使莖尖培養(yǎng)脫毒成為可能。本研究沒(méi)有直接取已檢測(cè)出含有CymMV和ORSV病毒的植株莖尖頂端分生組織,而是取其花梗進(jìn)行組織培養(yǎng)誘導(dǎo)成組培苗,并經(jīng)過(guò)增殖繼代,然后取組培苗的莖尖分生組織進(jìn)行脫毒培養(yǎng),這樣一方面降低了病毒含量,本身的組織培養(yǎng)過(guò)程就是一個(gè)脫毒的過(guò)程;另一方面豐富了脫毒材料的來(lái)源,并且沒(méi)有直接破壞母株,這是本研究的一個(gè)可取之處。本研究結(jié)果證明,莖尖長(zhǎng)度在1~2 mm時(shí),所取的莖尖分生組織太小,雖然脫毒率很高,但是成活率太低,莖尖很容易褐化死亡,再生植株困難。所以在化學(xué)處理結(jié)合莖尖脫毒中,所取莖尖大小為2~3 mm,這樣減少了植株再生的難度,成活率較高。但是直接培養(yǎng)獲得的脫毒率只有68%,加入病毒唑后,脫毒率平均升高22.3%,由此可見(jiàn),單純使用莖尖分生組織培養(yǎng),不能達(dá)到理想的脫毒目的。
Lim等[18]研究指出,三氮唑核苷進(jìn)入被病毒感染的細(xì)胞后迅速磷酸化,其產(chǎn)物作為病毒合成酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑,阻止病毒RNA和蛋白合成,抑制病毒的復(fù)制與傳播。本研究發(fā)現(xiàn),在培養(yǎng)基中加入病毒抑制劑(三氮唑核苷)可以起到一定的抗CymMV和ORSV病毒的作用。但是通過(guò)ELISA酶聯(lián)免疫的檢測(cè)方法以肉眼觀察的方式來(lái)進(jìn)行顯色反應(yīng)的判斷,操作簡(jiǎn)單方便,但是存在較大的誤差,不同視覺(jué)狀態(tài)和心理狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)者可能會(huì)得出不同的觀察結(jié)果。今后,通過(guò)分子生物學(xué)的手段進(jìn)行病毒檢測(cè)將會(huì)是以后進(jìn)行脫毒研究的重要手段。另外,三氮唑核苷濃度過(guò)高時(shí),容易造成植物細(xì)胞嚴(yán)重的傷害,產(chǎn)生透明狀和褐變現(xiàn)象,甚至導(dǎo)致生命力無(wú)法恢復(fù)。Klein等[19]在馬鈴薯上的研究有類似的表現(xiàn)。莖尖的成活率和脫毒率受莖尖大小、三氮唑核苷的濃度和處理時(shí)間等因素的直接影響。
本研究主要采取的是切取莖尖頂端分生組織進(jìn)行組織培養(yǎng)的方式脫毒,該方法的脫毒率直接受剝離莖尖大小的限制,剝離莖尖越小脫毒率越高,但是成活及再生率卻越低[20]。因此,在解剖鏡下剝?nèi)∥⑶o尖屬于一個(gè)很難的技術(shù)挑戰(zhàn),操作失敗率高,很容易導(dǎo)致莖尖死亡和褐化。除熱處理結(jié)合莖尖培養(yǎng)、化學(xué)處理結(jié)合莖尖培養(yǎng)等方法,近幾年開(kāi)始報(bào)道的莖尖超低溫脫毒方法是今后的主要研究方向。該技術(shù)已成功地應(yīng)用于脫除甘薯類、柑橘、葡萄、香蕉、李、冬凌草、樹(shù)莓和大蒜等植物體內(nèi)的病毒細(xì)菌等[21-26]。該技術(shù)不僅脫毒效果好,而且對(duì)莖尖大小的要求不高,可以克服莖尖培養(yǎng)脫毒的技術(shù)難題[27]。在今后的研究中,將以帶毒蝴蝶蘭莖尖為材料,通過(guò)超低溫保存法,建立適應(yīng)蝴蝶蘭的完整的超低溫脫毒體系,以期為蝴蝶蘭的無(wú)毒苗生產(chǎn)提供技術(shù)支持。
中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)2021年28期