星蕨体外快繁技术 植物学报    2025, 60 (6): 944-956.   DOI: 10.11983/CBB24190

图5 星蕨体外再生过程
GGBs: 绿色球状小体

正文中引用本图/表的段落

蕨类植物可利用孢子体(包括腋芽和器官)发生等方式进行再生(Hegde and D’Souza, 2000; Fernández and Revilla, 2003; Somer et al., 2010; Park et al., 2020)。均质培养的配子体或孢子体组织也可用于再生, 此种方式适于大批量生产配子体(Bertrand et al., 1999; Fernández and Revilla, 2003; Somer et al., 2010; Jang et al., 2019); 有研究指出, 目前利用GGBs进行体外繁殖是蕨类植物最高效的再生方式(Yu et al., 2017; 段杰秋等, 2021)。体外快繁中, 虽然成熟孢子是常用的外植体材料(张冬瑞等, 2020), 但从孢子萌发到原叶体形成和增殖, 及受精后转化为孢子体一系列步骤操作均十分烦琐, 每一步所需的培养条件各不相同; 加之在蕨类植物的生命周期中, 生殖细胞通过孢子萌发形成卵生体(雌性配子体)和精子体(雄性配子体), 这种生命周期特征与种子植物相比不易进行愈伤组织诱导。因此, 孢子离体产生再生植株相当困难。此外, 蕨类植物的孢子体生长过程中缺乏胚珠和营养组织, 这也限制了其愈伤组织的形成和培养。星蕨的体外快繁中, 孢子萌发形成原叶体较为容易, 原叶体在适宜条件下亦可达到较高的增殖系数。不同于其它研究, 本研究采用2条途径实现孢子体再生: (1) 将原叶体团作为“愈伤组织”, 给予适当的培养条件, 使其高效转化为幼孢子体; (2) 以原叶体上出现的幼孢子体(类似“丛生芽”)为材料诱导产生GGBs聚合体, 从而分化并发育出孢子体(图5)。从实验结果看, 在星蕨的生产应用中, 除开始需要孢子萌发等配子体世代的培养外, 当幼孢子体出现后, 通过其根状茎幼嫩表皮分化出的GGBs可极大程度地提高增殖系数; 同时, 省去了配子体世代的所有培养过程, 仅在孢子体世代通过GGBs的反复循环诱导即可获得再生孢子体。显著缩短了星蕨的人工快繁周期, 且该技术体系具有变异小、成本低和效率高等优点。

本文的其它图/表

• 表1 原叶体增殖L₉(3⁴)正交试验
  
• 表2 孢子萌发及其生长状况
  
• 图1 孢子萌发过程
  (A) 20天后无菌体系建立(bar=2 cm); (B) 30天后孢子萌发(bar=2 cm); (C) 45天后小团状片状体形成(bar=2 cm); (D) 70天后原叶体形成(bar=2 cm); (E) 孢子萌发(bar=50 μm); (F) 丝状体时期(bar=100 μm); (G) 早期片状体时期(bar=100 μm); (H) 心形原叶体时期(bar=50 μm)
  
• 表3 原叶体增殖L₉(3⁴)正交试验结果
  
• 图2 原叶体增殖和幼孢子体诱导
  (A) 转接15天后的原叶体团(bar=2 cm); (B) 转接30天后的原叶体团(bar=2 cm); (C) 转接45天后的原叶体团(bar=2 cm); (D) 转接60天后的原叶体团(bar=2 cm); (E) 原叶体(bar=500 μm); (F) 精子器(bar=40 μm); (G) 局部颈卵器(bar=200 μm); (H) 颈卵器(bar=40 μm); (I) 加水培养20天后的原叶体和幼孢子体(bar=2 cm); (J) 加水培养60天后的原叶体和幼孢子体(bar=2 cm); (K) 加水培养90天后的原叶体和幼孢子体(bar=2 cm); (L) 孢子体生根培养(bar=2 cm)
  
• 表4 不同培养基类型对原叶体重量增加的影响
  
• 图3 不同无机盐浓度对孢子体诱导及绿色球状小体(GGBs)发育成苗率的影响
  不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
  
• 表5 不同植物生长调节剂浓度对绿色球状小体(GGBs)诱导和增殖的影响
  
• 图4 对星蕨孢子体绿色球状小体的诱导及绿色球状小体(GGB)植株的再生与驯化
  (A)以孢子体为材料诱导GGBs (bar=1 cm); (B) 孢子体长出绿色球状小体(bar=1 mm); (C) 根状茎分离出绿色球状小体(bar=1 mm); (D), (E) 绿色球体培育成的GGBs聚合体((D) bar=1 mm; (E) (bar=1 cm); (F) GGBs聚合体中分离出单个GGB (bar=500 μm); (G), (H) GGBs分化长出幼孢子体((G) bar=5 mm; (H) bar=1 mm); (I) 孢子体根状茎长出GGB (bar=1 cm); (J) GGB增殖(bar=1 cm); (K) GGB分化成苗(bar=1 cm); (L) 培养60天后孢子体生根(bar=1 cm); (M)-(P) 孢子体驯化((M) bar=5 cm; (N)-(P) bars=3 cm)。因孢子体驯化生长空间有限(M), 后续将其转入面积较大的隔间驯化(N)-(P)。