Comparis on In Vitro Culture of Mature Embryos of Nelumbo from Eight Provenances Worldwide

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb18120105

Abstract

Abstract:

Establishing a feasible disinfection system for obtaining the germfree mature lotus (Nelumbo) embryos as explants and understanding the differences of in vitro growth of lotus from different provenances is the basis for material selection and evaluation method to construct an efficient in vitro culture and genetic transformation system. Plant preservative mixture (PPM) at different concentrations was used in the pre-culture stage to develop a suitable disinfection system of lotus seeds and a method of acquiring the germ-free lotus embryos. Through this sterilization approach, the in vitro cultured seedlings of lotus from 9 worldwide provenances were successfully obtained. Based on the morphological indexes at different culture periods, the membership function method was used to evaluate the growth differences under the in vitro culture conditions. The results showed that the ideal disinfection system for lotus seeds was 75% alcohol 30 s + 2% PPM 2 h + 0.05% PPM 3-5 d soaking during germination. The in vitro growth differences of the seedlings from the tested lotuses of 8 provenances were mainly observed in the later culture stage, such as the number of leaves, the length and thickness of rhizomes, the number of roots and lateral shoots. The seedlings of lotus from Vietnam and Thailand had the highest growth potential and higher reproduction rate under the same culture conditions. The pre-culture method by soaking lotus seeds with PPM to successfully obtain germ-free lotus embryos has solved the technique problem in disinfecting lotus seeds in the past. The in vitro clones of lotus embryos from the tropical or subtropical regions in both Vietnam and Thailand have stronger growth capacity and therefore are the materials more ideal for establishing regeneration and genetic transformation system of Nelumbo.

Key words: Nelumbo, wild type lotus, lotus embryo, sterilization, plant preservative mixture, in vitro culture, membership function

CLC Number:

Mi Qin, Fengluan Liu, Qingqing Liu, Jianguo Cao, Yuchu Chen, Daike Tian. Comparis on In Vitro Culture of Mature Embryos of Nelumbo from Eight Provenances Worldwide[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(10): 69-78.

Figures/Tables 8

References 27

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编号	代表种源名	种名		原产地	生态型	株型	花色	瓣型	凭证标本/栽培号
编号	代表种源名	中文名	拉丁文	原产地	生态型	株型	花色	瓣型	凭证标本/栽培号
PLD	普兰店古莲	亚洲莲	Nelumbo nucifera	中国辽宁大连普兰店区	温带型	大型	红色	单瓣	M385
HLJ	黑龙江莲	亚洲莲	N. nucifera	中国黑龙江挠力河	温带型	大型	红色	单瓣	M474
BYD	白洋淀红莲	亚洲莲	N. nucifera	中国河北新安县白洋淀	温带型	大型	红色	单瓣	M282
WSH	微山湖红莲	亚洲莲	N. nucifera	中国山东滕州市微山湖	温带型	大型	红色	单瓣	TDK1036/M655
VN	越南莲	亚洲莲	N. nucifera	越南海阳市	温带型	大型	粉色	单瓣	TDK2914
TH	泰国莲	亚洲莲	N. nucifera	泰国清迈Sarapee区11号公路旁	热带型	大型	白色	单瓣	TDK2782/L140
IN	印度莲	亚洲莲	N. nucifera	印度Maharashtra邦	温带型	大型	淡粉色	单瓣	TDK1603/M469
AU	澳大利亚莲	亚洲莲	N. nucifera	澳大利亚北部Mary River附近	热带型	大型	红色	单瓣	L131
NLU	美洲莲	美洲莲	N. lutea	美洲佛罗尼达迈阿密Okeechobee湖	温带型	大型	黄色	单瓣	TDK642/M519

编号	代表种源名	种名		原产地	生态型	株型	花色	瓣型	凭证标本/栽培号
编号	代表种源名	中文名	拉丁文	原产地	生态型	株型	花色	瓣型	凭证标本/栽培号
PLD	普兰店古莲	亚洲莲	Nelumbo nucifera	中国辽宁大连普兰店区	温带型	大型	红色	单瓣	M385
HLJ	黑龙江莲	亚洲莲	N. nucifera	中国黑龙江挠力河	温带型	大型	红色	单瓣	M474
BYD	白洋淀红莲	亚洲莲	N. nucifera	中国河北新安县白洋淀	温带型	大型	红色	单瓣	M282
WSH	微山湖红莲	亚洲莲	N. nucifera	中国山东滕州市微山湖	温带型	大型	红色	单瓣	TDK1036/M655
VN	越南莲	亚洲莲	N. nucifera	越南海阳市	温带型	大型	粉色	单瓣	TDK2914
TH	泰国莲	亚洲莲	N. nucifera	泰国清迈Sarapee区11号公路旁	热带型	大型	白色	单瓣	TDK2782/L140
IN	印度莲	亚洲莲	N. nucifera	印度Maharashtra邦	温带型	大型	淡粉色	单瓣	TDK1603/M469
AU	澳大利亚莲	亚洲莲	N. nucifera	澳大利亚北部Mary River附近	热带型	大型	红色	单瓣	L131
NLU	美洲莲	美洲莲	N. lutea	美洲佛罗尼达迈阿密Okeechobee湖	温带型	大型	黄色	单瓣	TDK642/M519

方法	短时消毒步骤	长时催芽步骤	莲胚无菌率/%	10 d莲胚正常生长率/%
处理1	2% PPM × 2 h	0.01% PPM × 5 d	90	85
处理2	2% PPM × 2 h	0.05% PPM × 5 d	100	95
处理3	2% PPM × 2 h	0.1% PPM × 5 d	100	75
CK1	2% NaClO × 5 min	无菌水× 5 d	75	25
CK2	2% NaClO × 10 min	无菌水× 5 d	90	20

方法	短时消毒步骤	长时催芽步骤	莲胚无菌率/%	10 d莲胚正常生长率/%
处理1	2% PPM × 2 h	0.01% PPM × 5 d	90	85
处理2	2% PPM × 2 h	0.05% PPM × 5 d	100	95
处理3	2% PPM × 2 h	0.1% PPM × 5 d	100	75
CK1	2% NaClO × 5 min	无菌水× 5 d	75	25
CK2	2% NaClO × 10 min	无菌水× 5 d	90	20

编号	叶数		叶短径/mm		叶柄长/mm		长小于1 cm根数		长大于1 cm根数		总根数
编号	5 d	10 d	5 d	10 d	5 d	10 d	5 d	10 d	5 d	10 d	5 d	10 d
PLD	1.8±0.53a	2.0±0.00a	10.2±1.74ab	7.5±2.60a	56.6±18.51a	39.6±12.91ab	2.8±1.32a	5.0±1.23a	0.8±0.58bc	9.4±1.97a	3.6±1.57ab	14.4±2.32a
HLJ	2.2±0.17a	3.0±0.00a	12.0±0.45a	9.6±1.04a	14.5±1.92b	30.7±4.44ab	1.8±1.05a	5.0±0.86a	0.2±0.17c	5.7±0.56ab	2.0±1.83ab	10.7±1.09ab
BYD	1.8±0.25a	3.0±0.00a	12.0±0.41a	13.1±3.37a	32.8±12.18ab	44.8±14.96ab	1.0±0.71a	5.3±1.44a	4.0±1.41a	5.3±1.11ab	5.0±1.68a	10.5±0.87ab
WSH	1.8±0.20a	2.4±0.40a	8.6±1.29ab	9.1±0.97a	21.0±9.80b	31.7±8.10ab	2.6±0.87a	5.4±0.51a	0.2±0.20c	4.0±1.41ab	2.8±0.86ab	9.4±1.12ab
VN	1.0±0.32a	3.0±0.26a	9.0±1.08ab	9.1±0.99a	33.5±10.49ab	44.1±6.94ab	0.5±0.50a	2.8±1.40a	0.0±0.00c	2.8±0.79b	0.5±0.50b	4.6±2.32b
TH	1.3±0.75a	2.8±0.48a	11.0±1.58ab	5.8±3.38a	44.8±7.04ab	20.9±12.49b	1.0±0.58a	5.5±1.93a	2.5±1.50ab	6.5±2.22ab	3.5±2.06ab	12.0±4.14ab
IN	2.0±0.26a	2.2±0.49a	10.5±1.47ab	9.5±3.50a	48.2±8.87ab	70.3±53.25a	0.3±0.33a	3.3±1.65a	0.0±0.00c	5.3±3.09ab	0.3±0.33b	8.5±4.74ab
NLU	1.3±0.48a	2.4±0.40a	7.0±0.41b	6.7±2.38a	26.8±7.95ab	28.3±13.30ab	0.5±0.50a	2.5±1.66a	0.8±0.75bc	4.0±2.16ab	1.3±1.25ab	6.5±3.66ab
编号	茎节数		茎节间长/mm		茎节间粗/mm		隶属函数均值		综合排名
编号	5 d	10 d	5 d	10 d	5 d	10 d	5 d	10 d	5 d	10 d
PLD	1.0±0.00a	2.0±0.00a	13.2±0.86a	6.2±0.53ab	2.2±0.20d	2.8±0.39a	0.62	0.75	1	2
HLJ	1.0±0.01a	1.0±0.00c	9.0±1.21a	5.9±0.64ab	3.1±0.07ab	2.9±0.20a	0.43	0.11	4	8
BYD	1.0±0.02a	1.0±0.00c	12.0±0.00a	6.9±0.77a	3.0±0.00abc	3.0±0.20a	0.6	0.75	2	1
WSH	1.0±0.03a	1.0±0.00c	9.8±1.50a	6.4±0.46ab	2.4±0.40bcd	3.1±0.11a	0.27	0.6	6	4
VN	1.0±0.04a	1.2±0.17bc	9.3±1.93a	4.6±0.38b	2.5±0.29bcd	2.8±0.25a	0.16	0.55	8	5
TH	1.0±0.05a	1.0±0.00c	9.3±1.11a	4.6±0.41b	3.4±0.20a	3.1±0.15a	0.55	0.61	3	3
IN	1.0±0.06a	1.0±0.00c	10.2±1.01a	5.2±0.81ab	2.7±0.21bcd	2.1±0.78a	0.33	0.54	5	6
NLU	1.0±0.07a	1.4±0.26ab	9.0±1.58a	5.6±0.58ab	2.3±0.25cd	2.9±0.30a	0.22	0.51	7	7