植物試管苗開花誘導的主要途徑研究綜述

摘 要：該文綜述了植物試管苗開花誘導的6個主要途徑：光周期、春花、激素、自我發育、基因和營養調控。

關鍵詞：植物試管苗;開花;誘導

中圖分類號 S682.33文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）11-0032-04

Summary of Six Main Ways of Flowering Induction of Plantlets in Vitro

Hu Xiangwei

（Lanzhou Exper Imental Center of Ecological Forestry， Lanzhou 730085， China）

Abstract： In this paper， six main ways of flowering induction of plantlets in vitro were reviewed：photoperiod， vernalflower， hormone， self-development，? gene and nutrition regulation.

Key words： Plantlet in vitro; Flowering; Induction

1990年，陳永寧先生查閱國內外文獻，統計出試管苗開花品種達131種[1]。近年來，據不完全統計，我國植物組培業界在槭葉蔦蘿、鐵皮石斛、龍葵等41個植物品種上獲得了試管苗開花，這為試管苗開花機理的研究提供了很好的證據，也充分說明植物試管苗開花具有一定的普遍性。但是，如此之多的品種，其誘導開花機理仍尚在探索之中。本文就目前主要6種誘導途徑研究現狀進行了綜述。

1 光周期途徑

光周期途徑是植物開花的重要途徑之一。研究表明，成熟的植物可以從根和莖的分生組織產生新的營養器官，然后在發育和環境信號的作用下，莖端就可以從營養模式轉換成生殖模式。這種轉換產生了花和配子。由此可見，植物的生殖細胞來源于原先產生營養細胞（體細胞）的分生組織。但在光周期條件下，葉是感受光周期信號導致植物開花的重要載體。嫁接實驗證明，將光周期誘導的紫蘇（Perilla）的葉片成功嫁接到幾種營養生長植物的苗端，1片受光周期誘導的葉子就可以誘導7株營養生長植物開花。紫蘇葉穩定促進開花的試驗表明，至少在一些植物中葉可以植物的開花狀態[2]。統計陳永寧先生用被子植物和裸子植物分類的試管苗開花品種131個植物中，有莖葉花芽被子植物占70.77%（裸子植物樣本太小，不具有代表性）;以雙子葉和單子葉植物分類的試管苗開花植物33個品種中[3]，雙子葉和單子葉植物中，有莖葉花芽試管苗開花植物均占66.67%。可見，葉在大多數試管苗開花培養中，感受光周期的刺激信號，起到了一定的誘導促進或決定作用。

在光周期的誘導中，光照時間、光強、光質的研究是不可少缺的影響因素，在一定程度上影響著開花誘導率。鳳尾雞冠瓶苗開花技術的研究結果表明，光照強度為3000lx時，瓶苗開花率最高[4]。雞冠花試管開花培養中，白色、粉色和紅色3種雞冠花的開花特性基本相同。隨著光照強度的提高，雞冠花試管苗初花期縮短，開花率上升，當光照強度3000lx時，開花率達66.67%，有利于雞冠花試管苗開花的光質為紅光，開花率達78.33%[5]。以窄頭橐吾的培養中，每天光照10h有利于窄頭橐吾試管開花[6]。在莧菜為材料進行試管開花研究中，不同單色光處理時，綠光與對照白光試管開花率差異不顯著，藍光、紅光處理降低試管苗開花率。每天光照18h可促進莧菜試管開花，培養50～60d時開花率達59.52%[7]。以西洋杜鵑無菌試管苗為材料，光強強度3000lx，光照16h/黑暗8h的光照條件適合花芽的誘導培養[8]。以西洋杜鵑無菌試管苗為材料，莖尖分化的試管苗最適宜作花芽誘導材料，光強強度3000lx，光照16h/黑暗8h的光照條件適合花芽的誘導[9]。將培養于MS培養基上的青蒿試管苗置于光周期13h，光強6000lx，溫度為26℃（晝）和22℃（夜）的條件下，成功地誘導其開花[10]。這些研究表明，不同的植物類型，需要的光周期、光質、光強是不同的，這可能植物葉片和其他器官感受光信號的敏感程度和需要的刺激積累量由一定的關系。

2 春化途徑

研究者通過模擬自然界植物春化作用途徑，取得了一些試管苗開花成功的案例。有報道通過低溫刺激促進鐵皮石斛試管內高效開花[11]。在紫蘇草離體試管開花體系，采用10℃低溫處理2d對試管苗開花率有提高作用[12]。低溫刺激可能引起植物體內能夠有些化學物質的轉變，從而刺激植物組培苗誘導開花。

3 激素調控途徑

激素調控途徑是近年來的研究熱點。以野生春蘭為母本，大花蕙蘭為父本進行雜交，其中1個雜種株系的原球莖繼代培養2個月后，形成肉眼可見的花蕾。誘導花芽形成的最適激素組合為6-BA 1.0mg/L+NAA 0.1mg/L，總花芽形成率達31%[13]。在矮生雜交萬壽菊組織培養研究中將帶有2個腋芽和1個頂芽的莖段接種到MS+BA 0.05mg/L+PP333 0.4mg/L培養基上，20d后，就能培養出有花蕾、花朵的完整植株[14]。以鐵皮石斛無根組培苗為試驗材料，培養基中添加適量的Put和Spm可以提高開花率，當腐胺（Put）濃度為0.4mg/L時，鐵皮石斛瓶內開花率最高，為30.47%;精胺（Spm）濃度為0.2mg/L時，鐵皮石斛瓶內開花率最高，為22.26%[15]。在勛章菊的組培中，在一定的配比6-BA 0.5mg/L+NAA 0.10mg/L下，對勛章菊花芽分化有促進作用，60d花芽誘導率最高且為48.9%[16]。以單葉省藤萌蘗芽培養，在改良MS+6-BA 4mg/L+IBA 0.5mg/L+2，4-D0.4mg/L+AC0.2g/L培養基誘導花芽分化，并在試管內開花[17]。以千日紅種子為外植體，無菌苗接種于改良MS+PP3335.0mg/L+蔗糖40g/L+亞精胺7，平均開花率達11.11%[18]。用黑玫瑰月季帶芽莖段作外植體，研究不同激素對月季瓶內開花的影響，MS+ZT 1.0mg/L+NAA 0.1mg/L對月季瓶內成花效果最佳[19]。以鳳尾雞冠花帶腋芽的莖段為材料，當培養基中含有6-BA 0.8mg/L和NAA 0.1mg/L時，開花率最高為60%[20]。用微型月季嫩莖切段為外植體，進行瓶內開花試驗，試管嫩莖在MS+BA1 mg/L+IAA 0.2mg/L+GA 0.3mg/L+ABA 0.5mg/L+蔗糖40g/L上完成了瓶內花芽分化與開花，花芽分化率為80%[21]。以窄頭橐吾為材料，KT1.0時，花芽誘導率最高，為53.33%。香檳月季的組織培養技術中，適宜誘導試管開花的培養基為MS+6-BA 0.5mg/L+NAA 0.1mg/L[22]。用月季莖段在培養基MS+NAA0.1mg/L+BA 2.0mg/L中，大苗可以開花[23]。在五彩椒試管苗培養中，當用附加有0.3的PP333的培養基預培養30d后再轉接到附加有1.0的KT的培養基上誘導培養，五彩椒花蕾形成株率最高可以達到93.33%[24]。以雞冠花種子為外植體獲得無菌苗進行試驗，以6-BA 1.0mg/L+NAA 0.2mg/L為促進試管苗開花的最適激素濃度組合[25]。以黑龍江省肇州縣龍葵種子作為試驗材料，當6-BA濃度為0.5mg/L，試管開花率最高，可達30.55%[26]。誘導大巖桐試管內花芽分化的適宜培養基為：WPM+6-BA0.3mg/L+NAA0.2mg/L;誘導春石斛試管內花芽分化的適宜培養基為：1/2MS（50%KNO3+50%KH2PO4）+TDZ 0.2mg/L+PP333 2.0mg/L+5%蔗糖;誘導長壽花試管內花芽分化的適宜培養基為MS+NAA 0.1mg/L+IBA 0.1mg/L+6-BA 1.0mg/L+6%蔗糖[27]。翠菊改良MS+PP 333 0.5mg/L+6-BA 1.0mg/L培養基上培養，22～37d后即可開花[28]。以雞冠花頂芽為外植體在改良MS+6-BA 0.2mg/L+NAA 0.01mg/L+PP3330.5mg/L誘導的花大且都集中在主莖上，花型緊湊美觀，為最適的試管苗開花培養基[29]。以莧菜種子為材料，進行試管開花研究，單獨添加NAA，可促進莧菜試管開花;莧菜試管開花對IBA的濃度變化較敏感;6-BA濃度1.0mg/L時試管苗開花率最高，培養50～60d時可達58.7%。以上研究表明，用植物激素單獨或按最佳比例配合，可以誘導試管苗開花，這也是近年來許多學者研究的主要熱點方向。

4 自主發育周期調控途徑

作者在組培試驗、生產中所做的102個品種中，目標生產為組培種苗，也未作試管苗開花誘導相關研究，但就有黑果枸杞在組培生根培養2個月以上就有開花現象;萬壽菊組培生根培養60d就有開花現象;向日葵生根培養15d后就具有普遍開花現象。但其他品種無論培養方式如何，培養時間長短，均未見試管苗開花現象。為篩選適宜誘導試管花的月季品種，選用的春石斛3年苗齡的組培苗不適宜做為試管花誘導的初始材料，花芽誘導率低[30]。以莧菜種子為材料，不繼代連續培養90d以上，莧菜試管苗開花率達95%以上[31]。麻竹試管苗經3年在高濃度BA的培養基中培養，保存下來的16個無性系都出現開花現象，開花遲早與無性系的繁芽能力有關，繁芽能力強的無性系較早開花，繁芽能力弱的無性系較遲開花[32]。以土人參的花梗、莖和葉片為外植體再生小植株在試管中繼代2～3個月也可開花結實[33]。用雪柑早期尚未充分成熟的種子進行組織培養，歷時6個月，不但在試管內長出具有根、莖、葉的叢狀植株，而且還抽出花芽，開放畸形花[34]。石斛蘭經過150d的培養后，在KC2.0 mg/L+6-BA 5.0mg/L+白糖40.0g/L培養基中，25.0%的無根小苗能夠誘導開花，其花蕾正常[35]。這些試驗研究充分說明，部分植物試管苗開花途徑也受自主發育周期調控途徑的影響。

5 基因調控途徑

以春石斛原球莖和霍山石斛試管苗為材料，比較春石斛不同基因型對其試管苗花芽誘導的影響，試驗結果表明，de-miR167c可能會促進春石斛生長發育直至開花的整個過程，而de-miR167j的過量表達可能會抑制春石斛試管開花，de-miR169a在春石斛離體培養過程中的總體表達趨勢為：降低-再降低-升高-降低-升高，通過分析發現它可能會抑制春石斛誘導期和花芽正常開放的進程，導致花芽誘導時間的延長以及花蕾不能正常開放的現象。de-miR1在花芽誘導期和花蕾期的低表達，可能對春石斛花芽的誘導及花蕾的形成有一定的促進作用。隨后，對de-miR3的表達模式分析發現，de-miR3在春石斛離體培養過程中的低水平表達，其對應的靶基因的高度表達，說明其可能對春石斛試管苗提早開花具有很好的促進作用，與調控春石斛葉的形態建成、環境信號應答及試管開花等存在密切的相關性[36]。該研究比較系統地闡述了試管苗誘導開花與基因控制的相互關系，為今后開展試管苗誘導開花提供幫助。

6 養分調節途徑

模擬自然界中養分控制誘導試管苗開花，也是比較常用的手段之一。在鳳尾雞冠瓶苗開花的研究中，適當減少MS培養基中氮的含量，能提高鳳尾雞冠瓶苗的開花率，光照強度為3000lx時，瓶苗開花率最高[37]。以茶花鳳仙種子為外植體，獲得瓶內開花實驗結果表明，經過壯苗后的植株在MS（1/3NH4NO3）+6-BA 0.6mg/L+NAA 0.3mg/L+PP333 0.75mg/L培養基上培養，開花率最好，達58%[38]。在誘導槭葉蔦蘿組培苗開花結果表明，1/2 MS+KT 2.0mg/L+IBA 0.2mg/L+4%蔗糖培養基最適合槭葉蔦蘿管苗離體開花誘導，培養60左右，槭葉蔦蘿試管苗形成花芽并在試管內開花，花芽誘導率可達100%，開花率可達60%以上[39]。以千日紅組培苗為試驗材料，研究培養基中氮形態及含量對千日紅試管苗生長和開花誘導的影響。結果表明，千日紅試管苗開花率在培養基中氮總量為5MMOL/L、NO3-/NH4+為4/1時達到最大值39.95%[40]。在雞冠花試管開花的試驗中，銨態氮/硝態氮比值低時有利于雞冠花試管開花，銨態氮/硝態氮比值高時對雞冠花試管開花不利，甚至會造成植物銨中毒[41]。以西洋杜鵑無菌試管苗為材料，低鹽量、低硝酸鹽的1/2 READ培養基較適合西洋杜鵑花芽的誘導，平均誘導率為34.44%[42]。在誘導何氏鳳仙試管內開花時，培養基中N的含量對開花有一定的影響，在培養基中的相對N含量為61.8‰時，有利于開花[43]。以春石斛（玫瑰紅）試管苗為材料，增加磷含量到原來5倍時，春石斛試管苗的花芽誘導率最高，為32.14%。通過上述改變基本培養基成分，增加有利于誘導開花的元素，或改變相應N的含量或配比，在一定程度上就能誘導部分試管苗開花。

7 結語

近年來，人們研究出多種植物試管苗有開花現象，開花的啟動代表了植物生活周期的一個重要轉換，這個轉換受到環境因素、生理變化和基因表達改變的調控。在模式植物中，學者們已經分離鑒定出許多參與誘導開花的基因，如MADS盒基因在被子植物中是保守的，它們控制著花器官的特征模式[44]。本文就近年來通過光周期、春花調控、自我發育調控、激素調控、基因調控、營養調控的研究就行了綜述。但在實踐中，還應根據試管苗的培養狀態，綜合考慮采用多種誘導調控方式，可能效果會更好，有利于縮短試管苗誘導開花時間，提高誘導率。

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（責編：張宏民）

基金項目：國家自然科學基金項目（31560215）;甘肅省科技支撐項目（144NKCA045）。

作者簡介：胡相偉（1975—），男，甘肅榆中人，高級林業工程師，從事林木花卉繁育和育種工作。? 收稿日期：2020-04-23