秋水仙堿誘導藥用植物多倍體的研究進展

劉露穎　趙喜亭　李明軍

摘要：本文對秋水仙堿誘導藥用植物多倍體的誘導方法、影響多倍體誘導效果的因素及目前存在的問題進行了綜述，為進一步開展秋水仙堿誘導藥用植物提供依據。

關鍵詞：秋水仙堿；藥用植物；多倍體；研究進展

中圖分類號： S567.035.2 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）04-0178-03

收稿日期：2013-08-20

基金項目：中國博士后科學基金（編號：2011M500457）；中央高校基本科研業務費專項資金（編號：2011JS076）；河南省教育廳自然科學研究計劃（編號：2010A180015）。

作者簡介：劉露穎（1988—），女，河南信陽人，碩士研究生，主要從事藥用植物生物技術研究。E-mail：liuluying2007@163.com。

通信作者：李明軍，博士，教授。E-mail：limingjun2002@263.net。多倍體植物是指具有3套或3套以上完整染色體組的個體[1]。由于其染色體數目加倍，個體常表現出營養器官變大、抗逆能力增強等特征，在生物進化與育種上具有重要意義。人們從植物資源中獲取食品、藥物及其他多種工業原料。目前世界各國對天然藥物需求和開發的不斷增加，使藥用植物面臨著日益嚴重的資源危機，尤其是以營養器官為藥材的藥用植物資源危機更為嚴重。因此在有限的資源條件下，如何增加以收獲營養器官為主的藥用植物的產量就成為研究的重點。多倍體藥用植物的獲得就成為主要途徑，因為多倍體的營養器官較正常植株大，且染色體是在原來基礎上整套加倍，不會造成原有藥用化學成分的丟失，相反會使原有藥用化學成分顯著增加[2-3]。多倍體誘導常用化學方法，所用的化學藥劑主要有秋水仙堿、水合三氯乙醛、笑氣、富民隆等。其中秋水仙堿只阻礙細胞分裂中期紡錘絲的形成，使細胞中與微管相關的功能受到阻礙和喪失，使有絲分裂被迫中斷[4]，但細胞和細胞質并不分離從而導致同源染色體數目加倍，形成同源多倍體，其對染色體的結構并無太大影響，在遺傳上也很少出現其他不利的變異[1]。因此秋水仙堿被廣泛應用，其誘導效果也較其他化學藥劑好。因此本文對近年來秋水仙堿在誘導藥用植物多倍體上的應用進展進行綜述。

1秋水仙堿誘導方法

秋水仙堿誘導藥用植物多倍體的方法有活體誘導法和離體誘導法兩種。

1.1活體誘導

活體誘導一般有浸種法、生長點滴定法、涂抹法3種方法。近十年來秋水仙堿活體誘導藥用植物的例子見表1。

1.1.1浸種法浸種法，就是將植物種子完全浸入到適當濃度的秋水仙堿溶液中，在適宜溫度下處理適宜時間獲得多倍體植株的方法。這種方法適用于以種子為繁殖材料的藥用植物，已在甘草種子[5]、菘藍種子[6]、牛蒡種子[7]、羅漢果種子[8]、新疆雪蓮種子[9]上進行了研究（表1）。研究發現此法雖然簡單易操作，但誘導率低，變異植株出現嵌合體的現象較嚴重，如甘草種子經0.20%秋水仙堿處理24 h，誘導率僅為3.33%，且獲得的變異植株均為四倍體的嵌合體[5]；菘藍種子和牛蒡種子經適當濃度的秋水仙堿處理適宜時間后，雖然能獲得較高的誘導率（菘藍種子為37.5%、牛蒡種子為400%），但獲得的多倍體植株也均為嵌合體[6-7]。另外，這種方法使植物種子直接暴露在秋水仙堿溶液中，因此加大了秋水仙堿對植株的毒性作用，造成種子萌發和根系生長困難，且死亡率高，羅漢果種子用0.1%的秋水仙堿浸泡48 h后就開始出現毒害現象[8]；用秋水仙堿浸泡新疆雪蓮種子獲得的絕大部分變異植株，其根系在生長后期因秋水仙堿的毒害作用而受損，無法吸收營養，最終導致死亡[9]。

2.1外植體

外植體的來源是影響秋水仙堿誘導效果的一個很重要的因素。在秋水仙堿處理植物體細胞染色體加倍試驗中，外植體一般為愈傷組織、種子、芽、胚狀體、莖尖分生組織、試管苗及由花柄、葉片、花莖組織培養所得的原球莖[35]。此外，也有花粉[36]。不同植物誘導多倍體的適宜外植體不同[35]。天山雪蓮的適宜外植體為無菌苗[24]；南丹參的適宜外植體為葉片，誘導率可達33.33%[29]。在對百合的研究中發現，與鱗片[37]、無菌試管苗[38]、叢生芽[23]相比，不定芽是最為適宜的外植體，誘變率達50.0%[39]。另外，隨著研究的深入，人們發現外植體的發育時期也是影響誘導效果的一個重要因素。種子和芽可以在休眠狀態或代謝旺盛時期進行處理，但生長點處理時期越早，獲得的多倍體數目愈多，處理時間愈晚，則大多數出現嵌合體[40]。

2.2秋水仙堿濃度及處理時間

秋水仙堿的濃度和處理時間是影響染色體加倍的最重要的外在條件。用秋水仙堿處理時，植物種類不同，其濃度和處理時間的最佳組合不同[41]。以浸泡法為例，非洲菊染色體加倍的適宜濃度和時間組合是0.1%、8 h[42]；毛泡桐染色體加倍的適宜濃度和時間組合是0.05%、48 h[43]；長春花染色體加倍的適宜濃度和時間組合是0.2%、24 h[44]；桉樹染色體加倍的適宜濃度和時間組合是0.21%、26.2 h[45]；盾葉薯蕷微塊莖加倍的適宜濃度和時間組合是0.15%、24 h[46]；懷地黃染色體加倍的適宜濃度和時間組合是0.1%、24 h[27]。菊花腦種子進行染色體加倍誘導的適宜濃度和時間組合是 50 mg/L、48 h[40]；藥用百合叢生芽進行染色體加倍誘導的適宜濃度和時間組合是0.1%、72 h[23]；庫拉索蘆薈試管苗進行多倍體誘導的適宜濃度和時間組合是0.06%、12 h，而對其莖段、葉片進行秋水仙堿棉球覆蓋處理時，0.02%的秋水仙堿處理48 h為最適宜的濃度和時間組合[25]。這可能是由于不同來源的外植體對秋水仙堿的反應、耐受能力及敏感程度不同所致。

3存在問題與展望

雖然在細胞有絲分裂過程中，秋水仙堿能夠阻止紡錘體的形成而使染色體加倍，但隨著研究的進一步深入，用秋水仙堿誘導藥用植株染色體加倍還存在著一些亟待解決的問題。endprint

首先，毒害問題。秋水仙堿對藥用植株的毒害作用主要表現在：抑制種子的萌發、根的生長和不定芽的分化，甚至使材料在處理過程中死亡，另外處理后外植體在繼代培養中也容易褐化死亡。因此在處理藥用植物材料過程中篩選出最適宜的秋水仙堿濃度及處理時間顯得尤為關鍵，在保證誘導效果的情況下應盡量減少秋水仙堿用量，縮短材料與秋水仙堿的接觸時間。

其次，嵌合體現象。由于分生組織細胞分裂的不同步性，用秋水仙堿處理后并不是所有細胞都可以加倍為多倍體，染色體未加倍的細胞與加倍的細胞嵌合在一起就形成了嵌合體。由于嵌合體現象嚴重，使得真正同一倍性的多倍體頻率過低，嚴重制約了藥用植物多倍體育種的發展。要從嵌合體中篩選出多倍體，可從形態上篩選出與正常植株有顯著差異的多倍體葉片等材料，通過組培手段獲得再生植株；或對其植株進行分離繁殖、多次繼代培養等方法消除嵌合體；也可直接將嵌合體解離為單個細胞，進行單細胞培養，再將判定為多倍體的單細胞挑出后直接再生形成植株。

因為多倍體的產生受外植體的生長狀態、倍性水平，以及秋水仙堿的處理時間、濃度、溫度和滲透劑等因素的影響，要使秋水仙堿誘導成為藥用植物多倍體育種的一項成熟技術，還需要在更多的藥用植物上開展廣泛的研究。

盡管秋水仙堿在藥用植物多倍體誘導上還存在一些問題，但其在藥用植物的多倍體育種工作中也取得了較大的進展，獲得了一些抗逆性強、品質優的多倍體新品種[12-14]。隨著秋水仙堿誘導多倍體方法的成熟，以及與現代生物技術相結合，其在緩解藥用植物種質退化、培育優質藥用植物品種等方面將會發揮更大的作用。

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