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植物组织培养常用基本培养基的数量分析

作者: 组培设备 发布时间: 浏览次数0

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创盈购彩welcome   在建立一个新植物的组织培养体系时,基本培养基的筛选是首先要研究的问题之一。从Gautheret和White早期提出的愈伤组织培养基和根培养基到现在发展的各种培养基,营养成分及其浓度差异很大,根据George等统计,截至1987年在国际期刊上公开发表的培养基有685种[1]。虽然许多培养基之间具有或多或少的衍生关系,而且常用的培养基种类远远低于这个数目,但如何从众多的培养基中选择其中几种进行试验以筛选出适合于特定植物的培养基仍常常是令研究者头痛的一件事情,一般的做法是参考对近缘植物的研究结果并结合研究者的经验选择少数几种培养基进行比较试验,因此选择的盲目性较大,很有可能漏选最适培养基。本文利用多元统计方法,对常用基本培养基成份进行了研究,以期为组织培养研究中基本培养基的筛选提供依据。

创盈购彩welcome   1 数据来源与分析方法

创盈购彩welcome   在大量查阅文献资料的基础上,选择了较为常用的 14 种基本培养基(White、MS、B5、SH 、N6、NN、DKW、WPM、H 、Miller、Heller、ER、NT、LS)为样本、成分为变量利用DPSv3.01软件进行Q型聚类分析和主成分分析。对于配方中缺少的成分其含量用0表示。聚类分析前数据经规格化变换(极差正规化),采用卡方距离计算距离系数,利用离差平方和法进行系统聚类。

  2 结果

  2.1 聚类分析

  由表1可看出,在14种基本培养基中MS与LS最为相似(距离系数0.330 6),其次是NN与H(0.579 8),Heller与DKW及H之间的差异最大,其距离系数分别为1.629 0和1.496 8。由图1可看出,所采用的聚类方法聚类效果较好,在1.40的聚类水平上可将14种培养基分成4类,第1类包括3种培养基(White,Miller,Heller),第2类括6种培养基(MS,LS,ER,NT,NN,H),第3类括3种培养基(B5,N6,SH),第4类括2种培养基(DKW,WPM)。

  表1 14种基本培养基间的距离系数

  

 

  2.2 主成分分析

  分别按大量元素、微量元素和有机成分进行主成分分析,表2给出了其前5个主成分的特征值、贡献率、累计贡献率和特征向量。可以看出,大量元素第 1、2、3、4、5 主成分分别代表 Na2SO4、KNO3、Na-Fe-EDTA 、NH4NO3和 MgSO4.7H2O,它们权重系数分别为-0.382 56,-0.494 46,-0.442 63,-0.491 68 和 -0.448 3。微量元素第 1、2、3、4、5主成分分别代表 MnSO4·H2O、NiSO4·6H2O、H3BO3、Zn(NO3)2·6H2O 和 H3BO3,它们权重系数分别为 0.412 08、-0.478 19、0.465 08、-0.602 73和0.541 84。有机成分第1主成分代表叶酸和生物素,它们的权重系数分别是0.600 15和0.600 15,第2主成分代表肌醇和硫胺素,它们的权重系数分别是0.532 81和0.530 52,第3主成分代表谷氨酰胺,其权重系数为0.874 42。

  

 

  图1 14种基本培养基的系统聚类图

  表2 主成分分析结果

  

 

  3 讨论

创盈购彩welcome   迄今世界上已研制出许多基本培养基的配方,通常根据培养基的成分和元素的浓度等特点将它们分为四类,即:富集元素平衡培养基(包括MS、LS、BL、ER等)、高硝酸钾含量培养基(包括B5、N6、SH等)、中等无机盐含量的培养基(包括 H、Nitsch、Miller等)和低无机盐培养基(包括 White、WS、HE等)[7].可以看出,本研究所划归的第3类与高硝酸钾含量培养基类完全对应、第1类与低无机盐培养基类基本对应、第2类与富集元素平衡培养基类基本对应,从而反映了本文分类的合理性,同时根据各培养基间的距离系数(表1)可进一步了解同类培养基之间差异性的相对大小,这是传统分类所不及的。

  聚类分析选择的截集水平不同,分类数就会不同。该文选择截集水平1.40时可分为4类。如果选择截集水平1.84时可分为2类、1.60时可分为3类、1.25时可分为5类等。在实际工作中可根据工作量的大小事先确定用于初步筛选的基本培养基的数量,再根据这一要求确定聚类水平,然后可根据文献资料和个人经验从每1类中选出1种培养基进行试验,确定出较适宜的基本培养基后,再结合距离系数(表1)和聚类结果(图1),找出与该培养基最为相似的若干种培养基进行比较,从而确定最适基本培养基。然后再分别根据大量元素、微量元素和有机成分主成分分析的结果,首先考虑第1主成分,再依次考虑其它主成分,选取权重系数较大的若干成分调整其浓度进行比较试验,以确定最佳配方,这样便可以大大提高工作效率。

创盈购彩welcome   植物组织培养所用基本培养基种类很多,本文仅选取了14种较为常用的基本培养基进行了聚类分析和主成分分析,在实际应用中若想从更多基本培养基中进行筛选,可参考本文所采用的方法另行研究和使用。另外,从主成分分析的结果看,降维效果不十分明显,对于大量元素第1主成分的贡献率仅为32.2%,前5个主成分的累积贡献率仅达到80.4%,对于微量元素第1主成分的贡献率仅为30.2%,前5个主成分的累积贡献率仅达到82.9%,对于有机物质第1主成分的贡献率仅为31.1%,前4个主成分的累积贡献率仅达到83.3%。所以根据主成分分析结果调整某些重要成分的浓度以优化培养基的效果可能不甚明显,这时不仅要考虑第1主成分,而且要考虑第2和第3主成分,不仅要考虑权重系数最大的培养基成分,而且要考虑权重系数次大的成分。

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