組織培養(yǎng)技術(shù)在木蘭科植物中的應(yīng)用探討

摘 要 主要對(duì)木蘭科植物組織培養(yǎng)進(jìn)行了綜述，詳細(xì)論述了現(xiàn)階段木蘭科組織培養(yǎng)的進(jìn)展和動(dòng)態(tài)，并對(duì)影響木蘭科植物組織培養(yǎng)的因素進(jìn)行了初步探討。

關(guān)鍵詞 木蘭科；組織培養(yǎng)；研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)：S682.31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號(hào)：1673-890X（2014）13-018-03

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木蘭科植物是現(xiàn)存被子植物中較為原始的類群之一，共18個(gè)屬，約335個(gè)種，屬種資源非常豐富。主要分布于亞洲東南部、南部，北部較少；北美東南部、中美、南美北部及中部較少。我國(guó)有14屬，約165種，主要分布于我國(guó)東南部至西南部，向東北及西北漸少[1]。木蘭科植物在系統(tǒng)分類學(xué)、形態(tài)解剖學(xué)、植物化學(xué)、古植物學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域被廣泛地研究，具有非常高的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、學(xué)術(shù)和觀賞價(jià)值，開發(fā)前景廣闊。木蘭科植物從景觀園林生態(tài)以及與人的親和性方面都非常適宜城市園林綠化，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)將成為最受歡迎的樹種之一[2]。

當(dāng)前被廣泛利用的木蘭科植物僅限于木蘭科含笑屬和木蓮屬中的小部分種類[3]，雖已普遍應(yīng)用于園林綠化多個(gè)領(lǐng)域，但對(duì)于在我國(guó)分布有100多種植物分布的綠化樹種來(lái)說(shuō)，對(duì)其開發(fā)利用程度仍然不夠。木蘭科植物中只有少數(shù)幾個(gè)屬種子發(fā)芽率達(dá)到80%左右，其他屬種發(fā)芽率均很低，大量種子培育木蘭科植物并不現(xiàn)實(shí)，因此，開展木蘭科植物的組織培養(yǎng)技術(shù)研究意義重大，它不僅可以借助工廠化育苗提供大量的園林綠化苗木，而且可以有效地保護(hù)珍貴的種質(zhì)資源，為木蘭科植物潛在價(jià)值的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1影響木蘭科植物組織培養(yǎng)的因素

1.1外植體

組織培養(yǎng)成功的首要條件是選擇適合的外植體材料。木蘭科植物為木本植物，組織培養(yǎng)難度較大，選擇合適的外植體對(duì)于木蘭科植物組織培養(yǎng)的成功具有重要意義。在外植體選擇上，對(duì)于大多數(shù)木本植物來(lái)說(shuō)，位置效應(yīng)是個(gè)不可忽視的細(xì)節(jié)。嫩莖是最佳的外植體消毒材料，其形態(tài)已基本建成，細(xì)胞生活力最強(qiáng)，遺傳性穩(wěn)定，特別是酚類化合物含量少，易于消毒和分化。微觀上分析，位置效應(yīng)和激素濃度也有著密切的關(guān)系，不同位置的外植體內(nèi)源激素水平的不平衡分布，導(dǎo)致基因表達(dá)不一致，從而形成不同的生長(zhǎng)狀態(tài)。徐石等在天女木蘭組織培養(yǎng)研究中采用側(cè)芽外植體和頂芽外植體進(jìn)行培養(yǎng)，結(jié)果顯示側(cè)芽外植體褐化程度較頂芽外植體低[4]。譚澤方等對(duì)廣玉蘭的花被、葉芽、雄蕊、幼葉、花托5種外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)研究，最終以愈傷組織的誘導(dǎo)率和出愈時(shí)間為準(zhǔn)則，篩選出適合廣玉蘭組織培養(yǎng)的外植體材料為花托和葉芽[5]。王喆之等的研究也得出了相同的結(jié)果。因此，木蘭科植物組織培養(yǎng)中外植體的選擇對(duì)于組織培養(yǎng)的成功有著重要的影響[6]。

1.2培養(yǎng)基

培養(yǎng)基是植物離體培養(yǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是植物離體培養(yǎng)成功的關(guān)鍵因素。在組織培養(yǎng)中，需要根據(jù)不同的植物來(lái)設(shè)計(jì)不同的培養(yǎng)基配方，增加或者減少某種成分，以適應(yīng)植物本身的生長(zhǎng)需要。大多數(shù)學(xué)者對(duì)于木蘭科植物的組織培養(yǎng)研究均以MS為基本培養(yǎng)基。繼代過程中不定芽大量增生，需要及時(shí)的將材料轉(zhuǎn)接，以適合大規(guī)模生產(chǎn)。譚澤芳等以廣玉蘭的葉芽、花托、花被、雄蕊、葉為材料，用MS為基本培養(yǎng)基，誘導(dǎo)出愈傷組織，并從愈傷組織中分化出胚狀體，由愈傷組織誘導(dǎo)胚狀體的效率雖然比較高，2周后誘導(dǎo)率可達(dá)70%，但是從胚狀體分化成苗過程難度很大，效率較低[5]。孫銘鴻等以天女木蘭嫩莖為材料，進(jìn)行愈傷組織誘導(dǎo)與分化不定芽生根與試管苗生根繼代增殖的培養(yǎng)，以及試管苗移栽與定植的研究，建立起天女木蘭再生體系技術(shù)，嫩莖愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)和繼代增殖培養(yǎng)理想培養(yǎng)基配方為MS+ZT0.4 mg/L+2，4-D2.5 mg/L，愈傷組織分化培養(yǎng)理想培養(yǎng)基配方為MS+GA30.5 mg/L+6-BA0.6 mg/L[7]。周麗華等在研究中發(fā)現(xiàn)，紫玉蘭在高增殖率培養(yǎng)基中連續(xù)培養(yǎng)，容易造成試管苗褐化和玻璃化，嚴(yán)重時(shí)甚至死亡，紫玉蘭增殖和繼代的最適培養(yǎng)基配方為MS+BA2.0 mg/L+IAA0.1 mg/L[8]。王琦等采用紅花玉蘭的莖尖、莖段及帶腋芽的莖段作為外植體，發(fā)現(xiàn)紅花玉蘭最佳啟動(dòng)培養(yǎng)基為MS+6-BA2.0 mg/L+IAA0.01 mg/L+KT1.0 mg/L，最佳誘導(dǎo)不定芽分化的培養(yǎng)基為MS+6-BA0.5 mg/L+NAA0.01 mg/L[9]。劉根林對(duì)雜交鵝掌楸最佳培養(yǎng)基進(jìn)行了研究，認(rèn)為改良的Risser-White培養(yǎng)基較適宜初代和繼代培養(yǎng)[10]。Kamenicka，A分別對(duì)飛碟玉蘭的最適培養(yǎng)基和最佳碳源做了研究，結(jié)果表明改良的Standardi-Catalano培養(yǎng)基比WPM培養(yǎng)基更利于飛碟玉蘭腋芽的增殖，果糖、甘露醇和木糖比蔗糖更有利于腋芽的增殖，纖維素和木糖促進(jìn)根的發(fā)生，而山梨醇、鼠李糖、樹膠醛糖則抑制不定根的形成。

1.3環(huán)境條件

環(huán)境條件（光照、溫度、濕度）可以對(duì)再生植株的質(zhì)量有較為重要的影響，如水漬化、褐化、玻璃化等。光照包括光照強(qiáng)度和光照時(shí)間2個(gè)因素，當(dāng)光照超過15 h時(shí)，木蘭科植物的玻璃化現(xiàn)象明顯增加，培養(yǎng)過程中加入適量的自然光后，玻璃化現(xiàn)象減弱。周麗艷在白玉蘭組織培養(yǎng)研究中發(fā)現(xiàn)，暗培養(yǎng)能有效地抑制培養(yǎng)材料的褐化[11]。張曉紅等研究發(fā)現(xiàn)，合適的低溫培養(yǎng)和繼代次數(shù)能有效地減少玻璃化的產(chǎn)生，并能較大幅度地提高再生植株的質(zhì)量。

2木蘭科植物組織培養(yǎng)中存在的問題

2.1褐化

木本植物在組織培養(yǎng)過程中都存在褐化問題，褐化問題的產(chǎn)生跟組織培養(yǎng)所選用的外植體材料的基因型、生理狀態(tài)、培養(yǎng)基組分及培養(yǎng)條件密切相關(guān)。木蘭科植物體內(nèi)含有大量的多酚類物質(zhì)，在經(jīng)過切割后被氧化成醌類物質(zhì)，并滲透在培養(yǎng)基中，影響植物的正常生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致植株死亡。現(xiàn)階段木蘭科植物控制外植體褐化主要從3個(gè)方面來(lái)考慮：勤轉(zhuǎn)代，縮短培養(yǎng)時(shí)間，增加轉(zhuǎn)代效率，適當(dāng)進(jìn)行暗培養(yǎng)，能有效控制外植體的褐化，避免外植體在褐化的培養(yǎng)基中被繼續(xù)毒害，考慮到工廠化育苗的成本，勤轉(zhuǎn)代增加了組培育苗的成本；培養(yǎng)基中添加抗氧化劑，譚澤方，洪亞輝等在研究廣玉蘭組織培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)基中添加0.8 g/L的活性炭能有效地抑制外植體褐化[5]，褶建明在白玉蘭組織培養(yǎng)研究中發(fā)現(xiàn)，添加抗氧化劑控制褐化的效果較添加活性炭效果差，活性炭吸附培養(yǎng)基中的褐化物質(zhì)的同時(shí)也能吸附培養(yǎng)基中的有效成分，對(duì)植株本身的生長(zhǎng)造成一定的影響[12]。筆者曾在茶樹組織培養(yǎng)褐化的控制研究中發(fā)現(xiàn)，適量的核黃素同樣能有效地控制外植體褐化；外植體褐化產(chǎn)生最重要的原因就是外植體切割后傷口分泌多酚類物質(zhì)，加強(qiáng)切割工藝，盡量減少外植體傷口，可有效控制大面積的褐化出現(xiàn)。因此，褐化問題的控制需要考慮多種因素，采用綜合的辦法才能達(dá)到有效控制。

2.2生根困難

在組織培養(yǎng)中，木本植物生根大多都較為困難。木蘭科植物組織培養(yǎng)生根難易程度因樹種而異，不同樹種生根能力不同，這與植物本身的基因型有密切的關(guān)系。如木蘭荊紅豆杉，醉香含笑，在不加激素或者添加少量的激素均能產(chǎn)生不定根，生根率在90%以上。孟雪在白玉蘭快繁研究中采用1/2MS培養(yǎng)基中添加0.2 mg/L濃度的IBA，1/4MS中添加0.5 mg/L濃度的IBA可以使白玉蘭生根率達(dá)到80%[13]。譚澤方用廣玉蘭愈傷組織進(jìn)行生根實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)少量的NAA有利于廣玉蘭生根，但用量不宜超過2 mg/L[5]。另一方面，國(guó)內(nèi)外科研工作者通過試管外生根，郭治友在研究雜交鵝掌楸組織培養(yǎng)時(shí)利用此方法，其生根達(dá)到83.3%以上。總之，木蘭科植物中只有少數(shù)樹種取得了生根實(shí)驗(yàn)的成功，但結(jié)果并不一致，很難形成統(tǒng)一的體系，生根問題至今仍然是木蘭科組織培養(yǎng)的一個(gè)難題。

3展望

現(xiàn)階段，隨著生物技術(shù)手段的不斷豐富，組織培養(yǎng)技術(shù)作為重要的技術(shù)手段，為人類的進(jìn)步和發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。近30年來(lái)，木蘭科植物組織培養(yǎng)的研究得到了迅速的發(fā)展，但是研究還不夠深入，如外植體褐化的控制，增值系數(shù)不高，生根困難的問題，各項(xiàng)工作均停留在外植體選擇，培養(yǎng)基選擇等表面問題上，更深層次的問題還有待研究。

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（責(zé)任編輯：敬廷桃）