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加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)组织培养途径及草甘膦处理后生理生化指标变化的研究

戴雅娟  
【摘要】: 加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.),原产北美,隶属菊科(Asteraceae),一枝黄花属。以根状茎和种子两种方式进行繁殖,繁殖力极强,根状茎发达,常以植株为中心向四周辐射状扩展成居群,传播速度快,生态适应性广,是一种世界性的入侵性外来杂草。物理防治加拿大一枝黄花虽然在短期内有效,而且相对比较彻底,但治理效果没有持续性,成本高,效率低,难以大面积使用,焚烧会造成二次污染,不仅浪费了财力和物力,也污染了环境;化学防治还没有找到真正有效的手段;利用天敌昆虫对加拿大一枝黄花进行生物防治,还有待进一步的研究和论证。本实验同时对通过组织培养途径快速获得的高产高质组培苗,经炼苗盆栽后,用不同浓度草甘膦处理,对其处理前后的光合作用、叶绿素荧光、叶绿素含量、还原糖含量进行测量和比较,并通过差热分析对其各器官能量和化学成分变化和用石蜡切片对其解剖学特性变化进行比较,从而研究除草剂处理后加拿大一枝黄花的生理生化变化,以期确定最适的草甘膦处理浓度和时间,为有效治理加拿大一枝黄花提供依据。主要研究结果如下: 1)最佳叶片愈伤组织诱导培养基为:MS+1.0 BA+1.0 NAA,茎段愈伤组织诱导培养基为:MS+1.5 BA+1.5 NAA,最佳愈伤组织继代培养基为MS+0.5 BA+1.5 NAA,最佳分化培养基为:MS+1.0 BA+0.5 NAA,茎的最佳丛生芽诱导培养基为:MS+0.05NAA+1.06-BA,地下茎则为:MS+0.5 NAA。最佳生根培养基是无植物生长调节物质添加的MS培养基。 2)与茎段相比,叶片具有较好的愈伤组织诱导能力,且其植物生长调节物质的浓度配比因外植体而异。不同植物生长调节物质配比对愈伤组织诱导,愈伤组织鲜重和愈伤组织褐化均有极显著影响(P<0.001)。 3)地上茎不能在无植物生长激素添加的MS基本培养上诱导丛生芽,而地下茎在MS基本培养基上的诱导率达到61.73%;当生长素浓度为0.1 mg/L时,地上茎会受到抑制而降低丛生芽诱导率,而地下茎的丛生芽诱导则无抑制现象产生,在生长素浓度为0.5 mg/L时,其诱导率仍然很高。 4)通过对炼苗仅5天(未移栽)的加拿大一枝黄花组培苗,移栽45天(包括炼苗期)的组培苗和盆栽45天的野外苗进行叶绿素荧光参数的比较,以及对组培苗的营养生长期、花芽期、和开花期与野外苗营养生长期、花芽期、和开花期的叶绿素荧光参数比较,结果显示仅炼苗5天的组培苗的电子传递速率,光化学猝灭及非光化学猝灭显著低于野外苗,说明其光合能力,PSII的电子传递活性,对光合机构的保护能力和环境的适应能力弱于野外苗。花芽的分化和开花对加拿大一枝黄花野外苗和组培苗均有影响,即开花会降低组培苗和野外苗植株的光合能力和PSII的电子传递活性。同时,通过对加拿大一枝黄花移栽45天后的组培苗和野外苗进行叶绿素荧光的比较,显示出本系统获得的加拿大一枝黄花炼苗移栽45天后与加拿大一枝黄花野外苗的光合特性没有显著区别,为本系统快速获得高产高质加拿大一枝黄花提供凭证,通过本系统获得的组培苗可以为进一步实验提供材料。 5)经A倍液、B倍液、C倍液、D倍液(浓度依次增加)的10%草甘膦水剂处理18天后,加拿大一枝黄花地上部分均枯死,第二年春天从地下茎部分出芽,出芽率分别是100%,89%,71%和2%。因此稀释D倍液的草甘膦能对加拿大一枝黄花进行有效控制。 6)不同浓度的草甘膦处理加拿大一枝黄花前后,对其叶、茎和地下茎的干重、鲜重变化进行测量和比较得出,加拿大一枝黄花经草甘膦处理初期,叶、茎和地下茎折干率都有不同程度的降低,随着草甘膦处理浓度的增加和处理时间的延长,折干率显著降低,干物质显著减少(P<0.05)。 7)通过叶绿素含量测定得出,随着草甘膦处理浓度的增加,处理时间的延长,叶绿体大量降解,叶绿素a、b含量显著降低:叶绿素a/b值在处理初期有所增加,后随着处理时间的延长而显著降低(P<0.05)。 8)通过还原糖含量的测定可以得出,加拿大一枝黄花经草甘膦处理以后,叶和地下茎的还原糖含量随着处理浓度的增加以及处理时间的延长而显著增加(P<0.05)。 9)通过光合作用和叶绿素荧光参数测定得出,草甘膦的剂量效应和时间效应表现为,随着草甘膦浓度的增加,处理时间的延长,加拿大一枝黄花净光合速率,蒸腾速率显著降低,光补偿点增加,呼吸作用增强,光饱和点减低,胞间二氧化碳浓度增加。实际光化学量子产量,表观光合电子传递速率,光化学淬灭系数及非光化学淬灭系数均显著降低,类囊体膜遭到严重破坏,PSII反应中心逐渐关闭,PSII电子传递活性逐渐减小,对光强利用能力减小。尤其在第三时期(处理18天),净光合速率、蒸腾速率和实际光化学量子产量接近于零。 10)通过差热分析得出,不同浓度草甘膦处理后不同时期的加拿大一枝黄花的化学物质结构基本相同,但各器官热能和化学物质含量受到很大的影响,表现为叶片、茎段随着处理浓度的增加和处理时间的延长,热能显著降低,纤维素,半纤维素及木质素大量降解,而地下茎在处理初期,热能增加,纤维素、半纤维素含量增加,随后随处理时间的延长而减少。说明加拿大一枝黄花经较低浓度(B倍液,C倍液)的草甘膦处理以后初期,植株将物质和能量转移到地下部分,在地下茎部分储存能量,以度过不利于生长的环境条件。D倍液草甘膦水剂处理的地下茎焓变第一时期就显著降低,在第三时期的焓变是所有处理中最低的。该浓度下的草甘膦能够有效杀死地下茎细胞,大量降解其内部纤维素,木质素等化学物质,有效杀死加拿大一枝黄花整棵植株。 11)对不同浓度、不同时期加拿大一枝黄花叶片、茎段、地下茎进行解剖学特性观察得出,随着草甘膦浓度的增加和处理时间的延长,叶片表皮细胞遭到严重破坏,叶绿体大量降解,栅栏组织膨大,叶肉细胞变得不规则,细胞间隙变大;细胞壁,细胞内,细胞间隙被染成红色的面积减少,颜色变浅,细胞多糖类物质明显减少。 通过本系统建立的组织培养途径,可以快速地大批量获得遗传背景一致的加拿大一枝黄花组培苗。经过折干率、叶绿素含量、还原糖含量、光合作用、叶绿素荧光参数、差热分析以及解剖学特性分析草甘膦处理加拿大一枝黄花的生理生化指标变化,揭示了常规加拿大一枝黄花草甘膦除草浓度(B,C倍液)治理效果持续性差的原因,同时证明并得出稀释D倍液的10%草甘膦水剂能对加拿大一枝黄花进行有效控制,对加拿大一枝黄花的有效治理具有比较重大的意义。


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