《In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant》：Improvements to Pyrus rooting efficiency using floral foam as a substrate
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健康根系的诱导与发育对于微繁殖（micropropagation）以及离体遗传转化或基因编辑植株的成功挽救均不可或缺。已知梨树（Pyrus）基因型对生根处理具有顽拗性，且其响应高度依赖于基因型。花泥（floral foam）已在部分物种中成功用于改善生根或离体
健康根系的诱导与发育对于微繁殖（micropropagation）以及离体遗传转化或基因编辑植株的成功挽救均不可或缺。已知梨树（Pyrus）基因型对生根处理具有顽拗性，且其响应高度依赖于基因型。花泥（floral foam）已在部分物种中成功用于改善生根或离体根再生（de novo root regeneration, DNRR）。本研究评估了花泥对5个遗传多样性梨树（Pyrus）基因型DNRR效率及根系品质的影响。研究人员在含有相同生根激素配方的花泥、琼脂以及覆盖琼脂之间比较DNRR效率，以评估生根期间根区遮光的作用。花泥的效果呈基因型依赖性，并在多数基因型中提高了DNRR效率。就西洋梨（P. communis）‘Tsarigradka’而言，将生长素递送方式（高浓度溶液蘸根，而非经培养基递送低浓度生长素）与花泥结合使用是提高DNRR效率所必需的。在根区覆盖以营造黑暗条件的琼脂中生根，并未较未覆盖琼脂表现出改善，表明根区遮光不足以解释花泥带来的改善效果。综上，这些结果表明使用花泥可作为一种对离体方法所产生植株进行生根的有效策略。
离体培养条件下，许多木本多年生无性繁殖植物的根诱导对于微繁殖以及转基因和基因编辑植株的培育至关重要。在梨树（Pyrus）中，所有成功获得的转基因芽均依赖由转化愈伤组织（来源于幼叶或子叶组织）产生的离体芽器官发生，而这些愈伤组织需要经历离体根再生（de novo root regeneration, DNRR）才能形成稳定株系。然而，许多梨树基因型对生根处理表现出顽拗性，且对处理的高度基因型特异性已被证实。针对易生根和难生根基因型，已有研究探索了不同培养基、激素、光照、聚乙烯醇及黑暗处理等条件，以优化各特定基因型的DNRR效率。寻找能够跨基因型促进DNRR的额外因素，对于生物技术工具的应用以及具有砧木潜力的梨树种质资源的微繁殖具有重要意义。
花泥已成功用于多种植物物种的离体和离体外生根，包括木本多年生果树和坚果类树种。这些研究中所用的泡沫产品由惰性、亲水的酚醛泡沫构成，既能传导液体培养基，又能比含琼脂或结冷胶的半固体培养基提供更好的通气性。在李属（Prunus）植物中，使用花泥可实现超过70%的离体DNRR效率，且根切片显示，在花泥中生长的根维管组织发育更接近田间生长的根系，而琼脂中生长的根则相反。在通常难生根的榛子中，使用花泥生根可提高DNRR效率、提早生根时间，并在移入温室后提高存活率。花泥还被用于建立共培养系统，以筛选对致病菌的易感性。
本研究首次考察了花泥对梨树（Pyrus）基因型DNRR效率的影响，实验同时探究了生长素递送方式与花泥使用的组合效应，以及根区遮光在DNRR诱导中的作用。
## 研究背景与科学问题
梨树离体生根困难是限制其微繁殖和遗传改良应用的主要瓶颈之一。已有研究虽然在培养基组分、激素种类与浓度、光照条件等方面进行了大量优化，但不同基因型间反应差异极大，许多基因型仍难以生根。花泥作为一种惰性、亲水的酚醛泡沫材料，在其他树种中被证实能通过改善通气性促进不定根发生，但在梨树中尚未见系统报道。本研究旨在回答两个关键科学问题：一是花泥是否能够提高不同梨树基因型的DNRR效率；二是根区遮光在花泥促进生根效应中是否发挥主要作用。
## 研究技术与方法概述
研究选用5个遗传背景多样的梨树基因型，包括西洋梨（Pyrus communis L.）的‘Tsarigradka’（PI 189686）、‘Gin’（PI 541195）和‘US309’（PI 617595），来自韩国的乌苏里梨（Pyrus ussuriensis Maxim.）种质（PI 542014），以及梨属杂交种‘Para de Zahar de Bihor’（PI 506385）。所有种质最初均取自美国国家无性系种质资源库（National Clonal Germplasm Repository）的接穗插条，于2018至2020年间启动离体培养并建立温室母株，2022至2023年重新建立离体培养体系。微繁殖阶段使用Quoirin和Lepoivre（QL）培养基（Q673，PhytoTechnology Laboratories），含30.0 g L
?1蔗糖和6.0 g L
?1 Phytoagar（GoldBio），pH 5.8，培养条件为22°C、50至60 μmol·s
?1·m
?2、16 h光/8 h暗。生根试验前，植株先转入无植物生长调节剂（PGR）培养基培养8周。所有生根处理采用Murashige和Skoog（MS）培养基（M404，PhytoTechnology Laboratories）并添加Gamborg维生素和30.0 g L
?1蔗糖，pH 5.8。实验一比较了花泥（Oasis? Aeromax，2×2×2英寸立方体，Oasis Grower Solutions，俄亥俄州肯特）与Phytoagar琼脂培养基两种基质，每种基质分别采用两种生长素递送方式：10.0 mM IBA和3.0 mM NAA溶液浸蘸10至15 s后置于无PGR培养基，或将5.0 μM IBA和3.0 μM NAA直接溶解于培养基中。实验二比较了液体培养基浸湿的花泥、琼脂培养基，以及用铝箔完全覆盖根区以排除光照的琼脂培养基，所有处理均含10.0 μM IBA和3.0 μM NAA。两个实验均设3个重复（n=3），在不同日期使用不同继代周期的植株进行。8周后小心去除基质，统计生根植株数、根数，并使用ImageJ测量根长和根径。数据采用单因素方差分析（one-way ANOVA）及事后Tukey HSD检验进行统计比较。
## 主要研究结果
### 花泥可提高DNRR效率，且依赖于生长素递送方式
实验一以乌苏里梨和西洋梨‘Tsarigradka’为材料，比较了花泥与琼脂两种基质在不同生长素递送方式下的生根表现。8周后，两个基因型在琼脂基础培养基中均未生根，无论采用何种生长素递送方式。对于乌苏里梨种质，溶解有生长素的花泥处理生根效率显著高于两种琼脂处理；生长素蘸根结合花泥的处理在所有重复中均表现出根发育，但未与溶解生长素或琼脂处理达到统计显著差异。西洋梨‘Tsarigradka’在生长素蘸根结合花泥的处理中表现最佳，生根效率显著提高；而低浓度生长素溶解于花泥中的处理虽也出现DNRR，但效率较低，与标准琼脂处理无显著差异。
根系品质方面，乌苏里梨种质在不同处理间的根数和根长无显著差异，但低浓度生长素溶解于培养基的处理表现出显著更大的根径。‘Tsarigradka’在高浓度生长素蘸根处理中表现出更多的根数和更长的根系，但根径无显著差异。
### 花泥提高部分梨树基因型的生根效率，而根区遮光本身不改善生根效率
实验二在实验一的基础上增加了3个基因型，并设置了覆盖琼脂处理以区分根区遮光的作用。所有处理中生长素均溶解于培养基。结果表明，覆盖琼脂处理对‘Tsarigradka’的DNRR效率略高于未覆盖琼脂，但未达统计显著水平，且与实验一中较低生长素浓度下的结果一致，花泥未表现出改善。梨属杂交种‘Para de Zahar de Bihor’在所有处理中均能生根，但花泥处理显著提高了其生根效率。‘Gin’在标准琼脂和花泥处理中均表现良好，且显著优于遮光处理；但标准琼脂处理的多个重复出现细菌污染，可能对DNRR效率产生了影响。乌苏里梨和‘US309’仅在花泥处理中生根，其中‘US309’的差异达到显著水平，且‘US309’的单株根数也在花泥处理中显著增加。
## 讨论与结论
关于花泥促进DNRR的机制，已有研究多归因于其提供的改善通气条件。多种通气性更好的基质（如岩棉、纤维素栓和纸张）均被证明能提高DNRR成功率。一项对多种澳大利亚植物物种的离体生根比较研究显示，通气性更好的培养基在所有实验中均优于标准琼脂。例如，Grevillea thelemanniana在多孔琼脂中生根率达84%至90%，而标准琼脂中仅为40%至47%；在Verticordia x Chamelaucium杂交种中，向琼脂中添加沙子可将生根率从3.0%提高至6%至12%，而纯沙中生根率为50%至75%。值得注意的是，用低氧（4.5%对21%）冲洗培养基可逆转这些改善效果，使G. thelemanniana的生根率从97%降至66.7%。在Prunus砧木‘Adafuel’中，琼脂培养基离体生根的根中韧皮部和木质部导管发育较差，而在花泥中生长的根则更接近田间根系发育模式。
除改善通气外，花泥还能使根区保持黑暗状态，类似于土壤中的生长条件。已有报道表明，通过在培养基中添加黑色染料使根区黑暗可提高离体橄榄的生根效率，例如添加100.0 mg L
?1 Brilliant Black染料可使‘Frantoio’品种的生根率从28%提高到100%。然而，本研究中仅在琼脂培养基中覆盖根区以营造黑暗条件，并未显著提高任何梨树基因型的DNRR效率，表明根区遮光本身不足以解释花泥带来的改善效果。虽然全培养期遮光处理在部分梨树基因型中有效，但本研究未直接比较全暗培养与花泥处理的效果。未来的实验或许能阐明光暗处理在促进生根中的具体作用方式。
本研究首次正式报道了花泥在梨树离体DNRR中的应用。对所有供试基因型而言，将植株置于培养基浸湿的花泥中的生根效率均不低于琼脂培养基，其中多数基因型有不同程度提高。花泥处理是否优于琼脂处理呈基因型依赖性，且对‘Tsarigradka’而言还依赖于生长素递送方式。这些结果与其他物种中花泥促进DNRR的报道一致。进一步地，研究结果表明根区遮光并非花泥促进梨树生根的主要因素，基质通气性可能更为重要。将酚醛泡沫纳入生根方案可能成为改善梨树难生根基因型生根效率的有效策略，从而拓展从生物技术应用中恢复植株的能力。
