芝麻組織培養研究進展

李紅艷 孫亞楠

[摘 要] 本文主要論述目前芝麻組織培養的研究進展，主要包括以器官片段作為外植體的組織培養、體細胞胚胎發生、花藥培養、幼胚及原生質培養等方面的研究，為今后芝麻組織培養工作的開展提供理論依據。

[關鍵詞] 芝麻;組織培養;外植體;體細胞胚胎;花藥

[中圖分類號] S565.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2020）25-33-3

1 芝麻概況

芝麻（Sesamum indicum L.）是胡麻科（Pedeeliecease）芝麻屬（Sesamum L.）一年生草本植物，在我國古代又稱胡麻、巨勝、方莖、狗虱、交麻、白油麻和脂麻等。其莖直立，總狀花序頂生，花單生，或兩三朵簇生于葉腋，花冠圓筒狀，唇形，淡紅、紫、白色。因品種不同，蒴果的棱數有4、6、8不等。種子扁圓，有白、黃、灰、棕紅和黑色等，淺色種子含油量較高，黑色的種子入藥，味甘性平，有補肝益腎、潤燥通便之功效。芝麻是我國重要的優質油料作物，種子含油量因品種和產地不同而不同，一般在40%～65%，芝麻油中蛋白質含量一般在20%～28%。芝麻油營養豐富，含有豐富的芝麻酚林、芝麻素、維生素E等天然的抗氧化類物質，是食品加工與烹調的較優用油。深色種皮的芝麻還有一些特殊作用，尤其是純黑芝麻，補胃、烏發，還能預防感冒，是天然的滋補保健品。

芝麻是我國四大油料作物之一。我國芝麻常年種植面積在80萬hm2左右，總產量約為75萬t，居世界之首位。同時，芝麻是我國重要的出口創匯農產品。因此，發展芝麻生產具有重要的意義。但是，目前我國芝麻生產中存在許多急需解決的問題。首先，商品一致性差。我國芝麻種植主要以農戶為單位，生產布局混亂，品種以地方品種為主，多、亂、雜，多種品種共同種植在一個自然村或同一地塊，管理上缺乏科學的指導，最終導致商品一致性差，與市場需求不相適應。其次，芝麻產量不穩定。我國芝麻主要分布在河南、湖北、安徽三省，且多為麥茬夏芝麻，生育期短，一般在90 d左右，整個生育期間又易遭受濕澇害、病蟲害的危害，但生產上又極度缺乏高抗病、耐漬新品種，造成各年份間芝麻產量波動幅度極大。最后，長期以來，我國主產區常因澇害和病害大發生而導致芝麻產量低、不穩定，嚴重影響著芝麻產業發展。應用抗病品種是病蟲害防治最有效直接的方法，但在栽培種中尚未發現對枯萎病和莖點枯病免疫的品種，高抗品種也較少。因此，生產上迫切需求供應高度抗病、高產的新品種。而研究發現，目前我國芝麻生產上應用的栽培種來源比較單一，遺傳基礎相當狹窄，進一步通過品種雜交很難選育出抗病耐滯的理想品種。

近年來，隨著生物技術的迅猛發展，組織培養、遺傳轉化等現代生物技術已經可以從基因水平定向改造植物的遺傳性狀，以提高育種的目的性和可操作性，擴展育種范圍，豐富基因資源。當然，現代生物技術的發展為芝麻進行遺傳改良、新種質創造及新品種培育提供了新途徑。但截至目前，芝麻基礎研究相對落后，芝麻雄性不育分子理論、芝麻組織培養及再生體系、芝麻抗病耐滯分子機理等技術研究剛剛有所發展，作為分子生物學研究基礎的芝麻轉基因體系在我國尚未建立，目前我國還沒有芝麻轉基因技術的成功報道，這在一定程度上制約了芝麻遺傳育種及基因組學等相關研究的開展。

2 芝麻組織培養研究現狀

植物組織培養即植物無菌培養技術，是根據植物細胞具有全能性的理論，在無菌條件下，利用植物體的器官（芽、根尖、莖尖等）、組織（形成層、表皮、皮層、髓部細胞、胚乳和花藥組織）、細胞（體細胞、生殖細胞等）、胚胎（成熟或未成熟的胚）和原生質體等特定材料，在適當的人工培養基及光照、溫度等人工條件下，誘發其產生愈傷組織或不定芽以形成完整的植株的技術。

與其他作物相比，芝麻屬于較難進行組織培養的植物，這是由許多因素制約著芝麻植株再生所決定的。截至目前，我國開展芝麻組織培養技術研究已有20多年歷史，并取得了一定的成果[1]。

2.1 器官片段作為外植體的組織培養

國內外研究報道表明，利用芝麻的子葉、莖段、下胚軸等特定器官已能成功建立芝麻組織培養技術體系。例如，陳占寬等利用豫芝4號子葉在培養基上直接誘導出叢生芽，并建立了無性繁殖系統[2]。石淑穩等利用剛果野芝麻莖節得到了再生植株[3]。George等以芝麻下胚軸為外植體進行組織培養，獲得了極少量的芽，利用莖尖培養獲得了再生植株[4]。Rao等取生長健壯、無病蟲害的不同基因型芝麻供試材料在無菌條件下撥出莖尖接種，最終獲得了正常的再生植株[5]。Gangopadhyay等取5個基因型芝麻的莖節在MS+BAP 8 mg/L+NAA 0.5 mg/L培養基上培養，均能不同程度地獲得健康的無菌苗再生植株[6]。Sharma等探討了利用芝麻不同外植體獲得無菌苗再生植株[7]。

研究發現，不同材料的植株再生頻率差異較大，其中子葉較易分化并獲得再生植株。李寶平等研究表明以子葉和下胚軸為外植體得出芽的分化率在40%以上[8]。易永華等研究表明不同器官的分化率不同，子葉愈傷組織分化率低，下胚軸愈傷組織分化率為36%[9]。并木滿夫[10]、Rao等[5]、Sharma等[7]、Singh等[11]和Seo等[12]分別以芝麻子葉作為外植體進行了研究，培養基分別為Murashige和Skoog's（MS）、Linsmaier和Skoog's、Gamborg's和L6，不定芽形成的最適培養基為Murashige和Skoog（MS）。Taskin研究表明子葉的愈傷分化率為100%[13]。郅玉寶等研究發現子葉直接分化率為83%[14]。Younghee研究發現子葉的愈傷分化率為10%[15]。Beatrice等研究發現最佳生長調節劑組合為20 μM TDZ和2.5 μM IAA，再生外植體的再生頻率為63%，再生芽數為4.4個，外植體再生芽數和再生芽數的基因型差異均顯著[16]。石淑穩等研究得出下胚軸僅在MS+6-BA 0.5 mg/L+NAA 0.1 mg/L培養基上愈傷分化出了芽[17]。李明軍等研究了5種植物激素對芝麻下胚軸愈傷組織的形成和器官發生的影響，結果表明，2，4-D或NAA（1.0 mg/L）+BA或KT（0.5 mg/L），2，4-D（0.5～1.0 mg/L）和NAA（0.5～1.0 mg/）對愈傷組織的誘導率最高;BA或KT（0.5～1.0 mg/L）可促進下胚軸芽叢的形成;NAA（0.5～1.0 mg/L）、IAA（0.5～1.0 mg/L）和KT（0.5～1.0 mg/L）對下胚軸根的形成最有利[18]。Younghee研究表明下胚軸的愈傷分化率為25.8%[15]。余澤高等研究表明蔗糖濃度30 g/L對子葉、子葉節愈傷組織誘導較為有利，蔗糖濃度40 g/L對下胚軸愈傷組織誘導較為有利[19]。

2.2 體細胞胚胎發生研究

體細胞胚的發生是植物細胞全能性表達最完全的一種方式，與誘導器官分化相比，體細胞胚遺傳性相對穩定，不易發生突變，在適宜的條件下易長成獨立的植株，成苗率較高，這一現象可加快繁殖優良種質并保持其遺傳性。但因為愈傷組織分化比較困難，因此芝麻體細胞胚發生方面的成功研究不多。

2.3 花藥培養研究

植物花藥培養是以獲得單倍體植物為目的所采用的一種方法。通過花藥的培養可以形成單倍體植株，快速獲得純系，還可用于創造突變體及其細胞工程研究，大大簡化新品種的培育過程。在1980年國際芝麻會議上，專家們認為單倍體利用是芝麻育種的一條重要措施。1981年以來，國內外關于芝麻花藥培養的研究大都處于愈傷組織階段，有的獲得了胚狀體。石淑穩等[17]、劉滿[20]對芝麻的花藥培養開展了一定的研究，但未能獲得單倍體再生植株;謝莉琴等在一定條件下得到花粉的萌發率，蔗糖對于芝麻花粉的萌發有重要作用，蔗糖濃度為35%時芝麻花粉內外的滲透壓達到平衡，有利于花粉萌發;培養基內添加適量的硼酸和氯化鈣能有效促進花粉萌發，但超過一定濃度時起抑制作用;培養基以35%蔗糖、40 mg/L硼酸、200 mg/L氯化鈣為宜，花粉萌發率在58%左右;超聲波處理功率、處理時間及處理次數對芝麻花粉的萌發率和破碎率有顯著影響[21]。

2.4 幼胚及原生質培養研究

很多研究表明，幼胚培養技術在作物雜交育種中對于克服遠緣雜交時的胚敗育、縮短雜交育種的世代周期、加快育種速度是一種極其重要的手段，而關于芝麻幼胚培養的研究極少。上述研究都是人工取其幼胚進行接種獲得再生植株，石淑穩等則直接通過幼蒴獲得再生植株[22]。張海洋等對野芝麻遠緣雜交雜種幼胚在1/2MS培養基上進行培養，形成了再生植株[23]。

原生質體培養則可以克服有性雜交不親和性進而獲得體細胞雜種，實現物種間的體細胞雜交，從而產生遠緣雜交后代。原生質體是進行遺傳操作與遺傳轉化較為理想的受體。然而，與其他作物相比，芝麻原生質體的培養難度較大，得到再生植株的報道也是至今未見。僅1989年Bapat等獲得了原生質體的愈傷組織[24]。

3 結語

芝麻組織培養有一定困難，目前還未形成成熟的研究體系，今后的研究應側重于不同基因型、植物生長調節劑的影響、物理因素等方面。全面系統地研究芝麻的組織培養，不僅要建立不同基因型的高效芝麻子葉直接誘導芽體系，而且要建立高效的愈傷組織誘導再生體系。

參考文獻

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