白芨種子共生及非共生萌發的研究進展

高中南，余磊磊，周京龍，周燚 (長江大學農學院,湖北 荊州 434025)

白芨種子共生及非共生萌發的研究進展

高中南，余磊磊，周京龍，周燚 (長江大學農學院,湖北 荊州 434025)

綜述了白芨(Bletillastriata)種子共生萌發的過程與機制、種子的采集與保存、種子的消毒與預處理、非共生萌發的培養基、培養條件及組培苗移栽技術等的研究進展，并對白芨種子萌發研究及白芨工業化生產進行了展望。

白芨(Bletillastriata)；共生萌發；非共生萌發

白芨(Bletillastriata)別名朱蘭，為蘭科(Orchidaceae)地生型多年生草本球莖植物?；ㄆ谥饕诖杭荆哂泻芨叩乃幱眉皥@林價值。主要用于收斂止血、消腫生肌，是我國民間傳統的珍貴中藥材之一[1]，市場需求量很大。近些年來，在我國白芨被過度采挖，且生長環境被嚴重破壞，野生白芨資源急聚下降，瀕臨滅絕，白芨已被我國列為重點保護生物類群。分株繁殖是白芨栽培常用的方法[2]，但分株繁殖周期長，效率低，繁殖力有限，滿足不了產業化栽培的需要。白芨亦可采用直播繁殖，但其種子細小如粉且無胚乳，一個果莢常含上萬粒種子，數量極多，野生條件下很難萌發，且萌發過程中通常需要共生真菌為其提供營養，種子萌發率非常低[3]。要滿足大量栽培的需要，種子萌發是關鍵所在。筆者對近年來白芨種子萌發相關研究進展進行綜述，以為加快白芨產業化步伐提供參考。

1 共生萌發的研究

共生萌發是指在共生菌侵染下種子萌發的過程。白芨種子細小如粉且無胚乳和子葉，其胚無法為種子萌發過程提供足夠養分，且種子必須從外界獲取萌發所需的營養元素和生長因子[4]。

1.1 真菌對白芨種子萌發的促進作用

19世紀人們證實了蘭科植物中存在著共生菌，并證實共生菌能促進蘭科種子萌發。同時表明，在野生環境下，白芨種子只有被其共生真菌侵染才能萌發。1992年郭順星等[5]研究白芨共生萌發特性，發現白芨在常規環境下能順利發芽，為蘭科植物中易萌發的種子類型。種子與真菌拌種播種，可明顯加快種子萌發過程中原球莖子葉分化及假根形成。真菌培養后的提取液能促進白芨萌發和生長，表明該菌代謝產物可能含有促進白芨生長的活性養料。真菌拌種和提取液播種效果相似。

1.2 染菌萌發過程中細胞超微結構變化

1990年徐錦堂等[6]研究了白芨共生萌發細胞中微小結構的生長過程。該研究表明，白芨為蘭科植物中易萌發種類。胚的大型薄壁細胞中富含淀粉及脂類等貯藏物質，是種子在常規條件下萌發的主要營養來源。種子與真菌拌種播種，被合適的真菌侵染，發芽勢會升高，能明顯促進原球莖的分化。觀察萌發過程中細胞結構發現，真菌首先穿過種皮細胞到達種胚，從胚柄處進入胚細胞，然后散布在胚柄端的幾層胚細胞中。胚細胞被真菌侵入后，細胞器和細胞質漸漸變沒，質膜內陷生成的囊狀體包裹并吸收菌絲中的養分。菌絲經過白芨細胞壁過程中，尖端多半會膨漲變大，依賴其與細胞質作用生成的壓力在白芨細胞中穿行。此外少量菌絲的細胞壁會在侵染后顯著變厚，用于加厚的營養元素來源于白芨種胚細胞質，這些加厚的菌絲最后會被全部消解，為白芨種子萌發和生長提供養分。真菌即將侵入但還未侵入的白芨細胞顯示出很旺盛的代謝活力。

白芨種子染菌萌發中，種子對不同真菌侵入后的反應并非完全一致，適宜的真菌在胚的一定范圍細胞中存在，形成彼此營養平衡的共生關系，有利于種子萌發及其后的生長。有些真菌或植物致病菌可使整個白芨種胚充滿菌絲，導致種子死亡。

1.3 真菌促進白芨種子萌發的機制

在白芨種子萌發的過程中，白芨種胚中養分往往不夠，侵入的真菌可為它提供養分和生長因子等。入侵的真菌不僅能為種子萌發提供所需的營養，而且共生真菌能產生抑制其他微生物生長的活性物質，可大大減少種子被雜菌污染的幾率，進而為白芨種子萌發及生長提供良好的環境條件[7～9]。

2 非共生萌發的研究

白芨非共生萌發是指利用組織培養技術，在人工培養基上不外加真菌侵染使白芨種子萌發。非共生萌發能在短時間內得到大批白芨幼苗，是目前成本低、既快速又有效的繁殖方法之一[10～13]。白芨在自然環境或人工培養條件下生長速度都非常慢，繁殖系數也很低。利用組織培養技術促進白芨種子的大量萌發，可以解決分株繁殖系數低、成本高的弊端，并且能在短期內得到大批生長健全的小苗，是一種經濟高效的繁殖方式。

2.1 白芨種子的采集與保存

白芨種胚的成熟度決定著非共生萌發的萌發率，種胚的年齡到20 周時開始采收最好，這時種子含胚的幾率最大，萌發率接近100%，萌發所需的時間為1 周[14]。最好在白芨種子成熟后但蒴果還未開裂之前進行采集[15]。

溫度和種子含水量是影響種子壽命的主要因素。白芨種子在5℃條件下保存為宜。新鮮白芨種子在5℃下儲藏最為合適，該溫度下存放60d后，種子才開始緩慢減少萌發率，即使150d后種子的萌發率仍接近50%。在5℃和-18℃條件下儲存干燥種子，3個月內種子萌發率幾乎一樣，儲存在-18℃的種子的萌發率稍高一點，表明冷凍對干燥的種子的萌發率基本無影響[16]。

2.2 白芨種子的消毒與預處理

未開裂的白芨蒴果常用的消毒方法如下：先使用70%酒精消毒30s，再用0.1%升汞進行消毒15min，或根據實際試驗的情況確定消毒時間。也可用2.5%次氯酸鈉溶液代替升汞進行消毒。消毒完后再用無菌水沖洗3遍，并用無菌濾紙把水吸干[17]。然后在無菌條件下切開果莢，取出種子，將種子均勻接種到已滅菌的培養基上，實驗所用的刀和鑷子等都需要經過消毒處理。陳超等[18]研究發現，接種到培養基中的種子數量越多，種子萌發會越迅速，這體現出群體效應。但不宜過密，過密則會得到負面效果。

開裂的白芨蒴果宜用次氯酸鈉代替升汞消毒。因為次氯酸鈉對細小白芨種子傷害更小，且消毒效果也好。

2.3 非共生萌發的培養基

根據前人的研究，現收集整理部分白芨非共生萌發及生根壯苗培養基配方(表1)。目前比較常用的培養基有MS、改進的MS、KC、N6和RE等。這些培養基一般還加入2%～3%的蔗糖、0.8%左右的瓊脂固化，pH還不確定，大多研究認為5.8～6.5較合適。培養基中一般還加入一定濃度的NAA，能提高種子萌發率和萌發速度；關于其中加入6-BA的作用，還存在一定的爭議。目前，關于白芨種子萌發最適培養基配方也沒有一致的結論。多數研究在培養基中加入了不同的添加劑，常用的添加劑有椰子汁、香蕉汁、菠蘿汁、土豆汁等[19]，它們是一類成分復雜的天然復合物，可有效促進種子萌發。一般培養基中還會加入一定量活性碳。一般認為，活性炭能提供暗環境，促進不定根的誘導；還能吸附培養基中酚類等有毒有害物質，有效地防止褐變；也能吸附培養基中的生長調節物[20,21]。

表1 白芨種子非共生萌發培養基配方

2.4 培養條件

蘭科植物種子萌發通常采用暗培養或光照強度為1200～2000lx的環境中培養[29,30]。但李雨晴等[31]通過研究發現，黑暗下培養會降低白芨種子的發芽率。培養的溫度通常為25℃左右。光照時間通常為12h左右。

2.5 組培苗的移栽

種子萌發后，待幼苗長至2cm左右時，將幼苗轉移至生根培養基中誘導生根，待幼苗長至3～5cm時，打開培養瓶瓶蓋放在室內自然光下煉苗3d左右[32]，然后取出幼苗，將根部附著的培養基清洗干凈，再移栽至育苗基質中，基質為腐質土與蛭石按一定比例混合配制，使用前要先消毒。移栽后適度遮陰，并保持一定的濕潤。

3 問題與展望

白芨具有很高的藥用價值和經濟價值，雖其種子屬于蘭科中易萌發的類型，但白芨的工業化生產問題仍未解決。

白芨種子共生萌發雖然行之有效，但白芨體內分離的真菌不一定是其種子萌發的共生菌，且共生菌的篩選需要很長時間，共生萌發也較緩慢。不過一旦篩選出效果較好的共生菌，就可進行大規模育苗。通過共生萌發形成的幼苗，成活率也更高。現階段有關白芨共生菌的研究文獻還不夠多，也沒有效果非常好的共生菌被篩選出來。因此，亟需研究人員篩選出效果較好的種子萌發共生菌。

現階段研究得較多的是白芨的非共生萌發，非共生萌發操作簡便，可在短時期內生產出很多白芨幼苗，但非共生萌發的幼苗移栽的成活率相對較低，且白芨蒴果即使在5℃條件下存放一段時間后也會開裂，開裂后種子的消毒不易把握，消毒過長種子易死；消毒不完全，培養基和種子易被雜菌污染，污染不僅會浪費種子，還會降低白芨幼苗產量。李慧敏等[33]研究發現，含有假鱗莖的白芨組培苗存活率非常高，認為假鱗莖的誘導形成是提高組培苗存活的關鍵。此外，非共生萌發的最適培養基也沒有統一的配方。如何改進培養基配方和培養條件進一步提高萌發率、改進消毒方法減少污染率、改進移栽技術提高幼苗成活率仍需進一步研究。

2種萌發方法都有不足之處，基于此，有研究者提出了原地共生萌發法。白芨原地共生萌發法是指將白芨種子裝在特殊的袋子中，然后埋到白芨原來的野生生長環境中，一段時間后察看白芨種子萌發與否，并檢測細胞是否被真菌侵入[34]。該技術在國外已被用于蘭科植物種群保育，維持蘭科植物種群發展，但國內還未廣泛運用。

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[編輯] 余文斌

2017-02-26

湖北省農業創新基地項目(2010CBB03801)；湖北省科技廳重點基金項目(2015000384)。

高中南(1991-)，男，碩士生，研究方向為植物病害與生物防治。通信作者：周燚，zhouyi@yangtzeu.edu.cn。

Q949.71+8.43

A

1673-1409(2017)14-0058-04

[引著格式]高中南，余磊磊，周京龍，等.白芨種子共生及非共生萌發的研究進展[J].長江大學學報(自科版) ，2017，14(14)：58～61.