瓜類蔬菜組織培養研究綜述

穆丁郁 張衛華

摘要? ? 建立高效的瓜類蔬菜離體培養再生體系是瓜類蔬菜遺傳轉化中的一項關鍵性基礎工作。本文綜述了瓜類蔬菜組織培養過程中基因型、外植體類型及生理狀態、培養基、生長調節物質等主要因素對植株再生的影響，分析了目前瓜類蔬菜組織培養中存在的問題，并指出了今后的研究方向，以期為瓜類蔬菜組織培養提供參考。

關鍵詞? ? 瓜類蔬菜;組織培養;外植體;培養基;生長調節物質

中圖分類號? ? S642;Q943? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）21-0081-04? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

A? Review? of? Tissue? Culture? of? Cucurbit? Vegetables

MU Dingyu? ? ZHANG Weihua *

（School of Horticulture and Landscape Architecture， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384）

Abstract? ? It is a key basic work in the genetic transformation of cucurbit vegetables to establish an efficient in vitro culture and regeneration system of cucurbit vegetables. In this paper， the possible influencing factors in the process of tissue culture of cucurbit vegetables， such as genotype， explant type and physiological state， culture medium， growth regulators and other major factors on plant regeneration， were reviewed. The existing problems in the tissue culture of cucurbit vegetables were analyzed， and the research direction in the future was pointed out， so as to provide references for the tissue culture of cucurbit vegetables.

Keywords? ? cucurbit vegetable; tissue culture; explant; culture medium; growth regulator

瓜類蔬菜是葫蘆科（Cucurbitaceae）中以果實供人們食用的栽培蔬菜的總稱，包括9個屬15個種以及2個變種，為一年生或多年生攀緣性草本植物。其中，黃瓜（Cucumis sativus L.）、西瓜（Citrullus lanatus）和甜瓜（Cucumis melo L.）經濟價值高，營養豐富，在世界范圍內分布廣泛，在我國各地均有栽培。

植物組織培養被廣泛應用于脫毒快繁、育種及低溫儲存、建立種質資源庫等生產實踐的各個領域[1]。在瓜類蔬菜遺傳轉化研究過程中，建立高效的組織培養和植株再生體系是轉化成功的關鍵性基礎。近年來，組織培養技術越來越多地應用于瓜類蔬菜，在瓜類蔬菜品種改良中發揮了重要作用[2-4]。目前，瓜類蔬菜已能夠通過器官發生途徑獲得再生植株，有的還建立了比較高效的再生體系[2-5]。本文綜述了瓜類蔬菜組織培養方面的研究進展，以期為進一步開展相關研究提供借鑒。

1? ? 基因型對瓜類蔬菜組織培養的影響

基因型是影響瓜類蔬菜組織培養成功與否的一個內部因素。孫治圖等[6]對23種基因型的西瓜材料進行再生篩選發現，在相同的培養條件下，基因型不同的材料誘導效果差異明顯。其他學者也有類似的研究結果報道[3，7-8]。付秋實等[9]對不同甜瓜品種再生體系進行比較，證實薄皮甜瓜誘導率明顯高于厚皮甜瓜。陶興林等[10]以6份厚皮甜瓜子葉為外植體材料，研究不同基因型甜瓜的離體培養植株再生能力，結果表明，綠寶石甜瓜的不定芽分化率最高，西域1號次之，白蘭瓜最低。王? 蕾等[11]以新津11號、綠寶和金寶218等3個黃瓜品種為材料，研究影響黃瓜愈傷組織誘導的因素，結果表明，不同基因型的黃瓜在愈傷組織的形成時間以及激素的最佳濃度選擇上呈現出明顯的差異。趙秀娟等[12]以10個黃瓜材料為研究對象開展組織培養試驗，結果發現，黃瓜不同基因型間再生能力差別較大，不定芽再生率變化范圍為10%～80%。杜勝利等[13]用12個不同基因型的黃瓜品種開展組織培養試驗，出芽率最高的可達73%，最低的只有 25%。由此可見，基因型對瓜類蔬菜組織培養再生頻率影響較大，選擇合適的基因型是組織培養順利開展的保障。

2? ? 外植體類型與部位對瓜類蔬菜組織培養的影響

在瓜類蔬菜組織培養研究中，外植體的種類很多，如子葉、子葉節、莖尖、下胚軸、真葉等，不同類型的外植體誘導不定芽的能力不同。西瓜最常用的外植體是子葉[14-18]。在甜瓜組織培養研究中，以不同基因型品種的子葉作為外植體，可得到較高頻率的再生不定芽;以真葉、下胚軸、莖段和根尖等部位作為外植體，再生頻率很低，甚至不能再生[19-24]。趙? 燕等[25]的研究結果表明，子葉、下胚軸均可作為甜瓜誘導愈傷組織的良好材料。在黃瓜組織培養過程中，使用最多的外植體是子葉和子葉節，子葉節具有較高的再生頻率，但是容易出現假陽性植株[26]。李曉丹等[27]以黃瓜的子葉、真葉、下胚軸等作為試驗材料開展組織培養，結果表明，帶有葉柄的完整子葉不定芽誘導率最高。

同一外植體的不同部位不定芽誘導率也有差異。在西瓜組織培養過程中，完整子葉、1/2子葉基端、1/4子葉基端和子葉頂端作為外植體，均可獲得較高的叢生芽誘導率[14-18]，大部分研究采用子葉近下胚軸端作為外植體，該部位的組織分化能力相對較強。萬? 勇等[16]認為，完整子葉誘導西瓜不定芽的效果最好。毛? 娟等[22]研究發現，黃河蜜3號6 d苗齡的近軸端子葉能產生大量不定芽或愈傷組織，為最佳外植體。李曉慧等[20]研究表明，甜瓜組織再生培養以子葉近軸端為外植體較適宜，子葉近胚軸端為外植體誘導率最高，不定芽多發生在子葉與胚軸連接處;子葉遠胚軸端為外植體子葉變黃老化，不定芽再生率低。馬國斌等[28]研究表明，在西瓜和甜瓜組織培養中，子葉和真葉外植體切塊形態學下端部位總是首先大量發生愈傷組織或分化出器官，而切塊形態學上端部位很少或幾乎不發生愈傷組織或器官。說明在瓜類蔬菜組織培養中，子葉的形態學下端與子葉節在離體培養中更容易誘導出芽，且誘導率較高。

3? ? 外植體生理苗齡對瓜類蔬菜組織培養的影響

在瓜類蔬菜誘導不定芽的過程中，外植體的生理苗齡是重要的影響因素之一，不同苗齡的外植體分化能力差異很大。研究表明，大多數基因型的西瓜外植體在苗齡2～5 d時不定芽誘導率較高[29-32]，大多數基因型的甜瓜外植體在苗齡4～6 d時不定芽的誘導率最高[33-36]。田? 芳等[37]以黃旦子甜瓜子葉為外植體，研究子葉不同日齡對不定芽誘導的影響，其中日齡為2～8 d的子葉基部均能誘導出不定芽，最佳誘導時間為子葉在光照下培養2 d，誘導率可達到80%;隨著日齡的增加，誘導率逐漸降低，日齡達到10 d時子葉則完全不能誘導產生不定芽。池慧芳等[38]以甜瓜品種紅城 7 號為試驗材料，種子消毒后接種于MS培養基上，在人工培養箱中暗培養3 d后，取子葉作為外植體進行組織培養，外植體不定芽分化率最高。眾多研究結果表明，對于西瓜和甜瓜來說，由黃變綠時的子葉為最佳外植體，顏色發黃以及變為深綠色的子葉分化效果均不理想[14-15，17-18，37]。

4? ? 培養基類型對瓜類蔬菜組織培養的影響

在瓜類蔬菜組織培養中，MS培養基最為常用，少數學者應用BS3、Miller等培養基。王愛玲等[39]以甜瓜品種紅心脆和早皇后的子葉作為外植體進行組織培養，在1/2 MS培養基中均適宜生根，繁殖系數較高。張鐵剛等[40]以厚皮甜瓜皇后為試驗材料，以無菌苗作為外植體，研究發現，接種于MSB培養基中其叢生芽誘導率最高，達到86%。黃丹楓等[41]以網紋甜瓜夏七號無菌苗的子葉、胚軸等為試驗材料，開展網紋甜瓜組織培養技術研究，發現其愈傷組織誘導和分化的最佳培養基為改良MS培養基。王建設等[42]報道，伊麗莎白甜瓜的子葉在BM3培養基中不定芽誘導率最高。盛? 慧等[43]以哈研3號薄皮甜瓜為試驗材料，研究三倍體薄皮甜瓜高效再生體系，結果發現，外植體在含有Agr 1.0%的1/2 MS培養基中生根率最高。丁海濤等[44]以伽師瓜的子葉為外植體，以Miller培養基作為基本培養基，其叢生芽誘導率為40%～60%，再生苗的誘導率為90%。由此可見，在組織培養過程中，選擇合適的培養基對于瓜類蔬菜高效再生體系的建立尤為重要。

5? ? 生長調節物質對瓜類蔬菜組織培養的影響

生長調節劑的種類和配比是影響植物細胞脫分化和再分化的關鍵因素之一。不同植物組織內源激素水平的不同，導致其對外源激素的要求也不同。在瓜類蔬菜組織培養過程中，誘導不定芽常用的生長素類調節劑是 IAA、NAA和IBA，常用的細胞分裂素類調節劑是BA，也有部分研究應用ZT、KT和2，4-D等激素。

在西瓜的組織培養研究中，BA常用的濃度范圍為1～10 mg/L，IAA、IBA、NAA等常用的濃度范圍為0～3 mg/L[29，31]。郝詩璇等[45]選用小果型西瓜早佳8424的子葉節作為外植體，在MS+2.0 mg/L 2，4-D+1.0 mg/L 6-BA培養基上愈傷組織誘導效果最好。宣 楊等[5]選用小果型西瓜自交品系L1為試驗材料研究小果型西瓜快速繁殖技術，結果表明，子葉苗莖尖叢生芽誘導培養以MS+1.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA培養基的誘導效果較好，試管苗繼代增殖最適培養基為MS+0.5 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA，誘導試管苗生根的最適培養基為1/2 MS+0.3 mg/L IBA。徐洪國等[46]以小果型西瓜自交品系K1為外植體進行小果型西瓜子葉節離體培養，結果表明，在1/8 MS培養基上，其萌發率最高，西瓜子葉節誘導不定芽的最佳培養基為MS+2.0 mg/L BA+0.1 mg/L NAA。

在甜瓜組織培養中，BA常用的濃度范圍為0.2～1.2 mg/L，IAA、IBA、NAA等常用的濃度范圍為0.01～1.00 mg/L[37，40，42，44]。王建設等[42]以伊麗莎白的子葉為外植體，接種于BM3+1.5 mg/L IAA+6.0 mg/L KT+1.0 mg/L CuSO4·5H2O誘導培養基中，其愈傷組織誘導率最高。池慧芳等[38]將苗齡為3 d的紅城7號子葉接種于MS+2.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L 2，4-D培養基中，其子葉愈傷組織誘導率最高。丁海濤等[44]將甜瓜無菌苗的子葉接種于Miller+5.0 mg/L 6-BA+0.01 mg/L ZT+3%蔗糖培養基中，其愈傷組織誘導率最高。付秋實等[47]將薄皮甜瓜IVF05的子葉接種于MS+1.0 mg/L 6-BA+0.5 mg/L ABA誘導培養基中，產生的愈傷組織比較少，能正常分化的不定芽較多且明顯伸長，不定芽生長較快。

王? 蕾等[11]以3個品種黃瓜無菌苗的子葉和下胚軸為外植體誘導愈傷組織，結果表明，IAA最佳激素水平范圍為0.2～0.3 mg/L，6-BA最佳激素水平范圍為1.2～3.0 mg/L。黃玉蘭等[48]對以黃瓜津研4號子葉為外植體誘導的愈傷組織進行繼代培養，結果表明，黃瓜愈傷組織繼代培養的最佳培養基為MS+1.009 mg/L 6-BA+0.550 2 mg/L IAA+1.102 6 mg/L AgNO3。王? 萍等[49]以黃瓜津研4號的子葉節為外植體，將其接種在添加有6-BA、IAA、ABA、KT 4種植物激素的MS基本培養基中，結果表明，在MS培養基中添加4種激素中的任何3種均能誘導外植體形成愈傷組織，添加1～2 mg/L 6-BA+0.5 mg/L ABA+4 mg/L KT（0.050 mg/L IAA）有利于芽分化，添加2 mg/L 6-BA+0.025 mg/L IAA+4 mg/L KT可促進芽的伸長。趙? 雋等[50]認為，將BA和IAA按照一定的濃度組合對黃瓜子葉節進行培養，一段時間以后轉到含有TDZ的培養基上，芽的誘導率最高。李建欣等[51]研究認為，黃瓜子葉再生苗誘導率較高的培養基為MS+1.0 mg/L BA+1.0 mg/L AgNO3，增殖芽數較多的培養基為MS+2.0 mg/L+1.0 mg/L AgNO3。

在組織培養中，不同瓜類之間、相同瓜類不同基因型之間以及同一基因型不同外植體之間，適宜的激素種類與濃度差異都很大。所以，不同基因型作物進行離體培養時，應設置不同激素種類、不同濃度梯度的研究，以篩選出最佳激素配比。

6? ? 問題與展望

幾十年來，我國瓜類蔬菜組織培養研究已經取得了很大進展，在遺傳轉化、品種改良、種質資源保存等方面應用廣泛，但仍存在一些問題。一是瓜類蔬菜組織培養研究多集中在誘導愈傷組織、不定芽及不定根的分化等前期階段，對煉苗移栽、再生植株生長狀況等后續內容研究較少，導致再生率高而成活率低。今后應加強組培苗后續培養工作的研究，提高其應用范圍。二是西瓜組織培養過程中玻璃化現象比較嚴重，嚴重影響組培苗的成活，玻璃化苗移栽后恢復成正常苗的概率小，阻礙遺傳轉化等后續研究工作的進行。培養基類型和所用激素配比、瓊脂和蔗糖濃度、外源滲透調節物質、培養瓶的通氣狀況、外界培養條件的變化等均與玻璃化現象有關。但對于玻璃化現象出現的原因和有效降低玻璃化的措施等相關研究報道并不多。甜瓜組織培養過程中也同樣存在玻璃化問題，相關研究也較少。今后研究工作應適當著手解決瓜類蔬菜組織培養玻璃化問題。三是瓜類蔬菜組織培養研究雖然已經取得了一定進展，但瓜類蔬菜離體再生體系仍需完善，對基因型、外植體、生長調節劑的控制仍需進行探索，以進一步降低繁殖成本，提高試管苗的繁殖系數和繁殖速率。

7? ? 參考文獻

[1] 王秀麗，楊煜，徐平麗，等.植物組織培養的應用及進展[J].山東農業科學，2005（3）：78-80.

[2] 李艷華.黃瓜離體再生和農桿菌介導的遺傳轉化體系的建立與優化[D].新鄉：河南科技學院，2016.

[3] 劉麗鋒，古勤生.西瓜組織培養與遺傳轉化研究進展[J].果樹學報，2017，34（7）：905-916.

[4] 武云鵬，張若緯，彭冬秀，等.甜瓜再生體系研究進展[J].中國瓜菜，2019，32（6）：9-12.

[5] 宣楊，徐洪國，仲娟娟，等.小果型西瓜快速繁殖技術研究[J].黑龍江農業科學，2017（11）：45-47.

[6] 孫治圖，許勇，張海英，等.西瓜離體再生高效基因型材料的篩選[J].中國瓜菜，2008（3）：5-9.

[7] 董焱，張潔，張海英，等.西瓜未成熟胚高效再生體系的建立[J].中國瓜菜，2014，27（3）：10-13.

[8] 王玉書，高美玲，王歡，等.小型西瓜離體器官再生的影響因素[J].北方園藝，2015（13）：125-127.

[9] 付秋實，譚明明，王燁，等.不同甜瓜品種再生體系的比較研究[J].中國瓜菜，2015，28（2）：5-8.

[10] 陶興林，黃永紅，趙長增，等.厚皮甜瓜品種離體培養再生植株能力的基因型差異研究[J].果樹學報，2005（3）：252-255.

[11] 王蕾，朱壽進，宿烽.影響黃瓜愈傷組織誘導的因素研究[J].山東科學，2014，27（2）：47-52.

[12] 趙秀娟，吳定華.黃瓜的組織培養[J].華南農業大學學報，1998（4）：128-129.

[13] 杜勝利，魏惠軍，魏愛民，等.苗齡、基因型和外植體類型對黃瓜離體器官發生的影響[J].天津農業科學，2000（4）：1-5.

[14] 黃學森，焦定量，那麗.西瓜子葉離體培養獲得再生植株[J].中國西瓜甜瓜，1994（3）：15-16.

[15] 任春梅，董延瑜，洪亞輝，等.西瓜組織培養的研究[J].湖南農業大學學報，2000（1）：50-53.

[16] 萬勇，張錚，劉紅梅，等.西瓜組織培養快速繁殖的初步研究[J].江西農業學報，2002（4）：47-50.

[17] 張志忠.幾丁質酶基因和幾丁質酶—葡聚糖酶雙價基因導入西瓜的研究[D].福州：福建農林大學，2004.

[18] 張志忠，吳菁華，呂柳新，等.雙價抗真菌基因表達載體的構建及轉基因西瓜的研究[J].熱帶亞熱帶植物學報，2005（5）：369-374.

[19] 孔維萍，程鴻.薄皮甜瓜高效再生體系的建立[J].北方園藝，2012（2）：132-133.

[20] 李曉慧，趙衛星，尚霄麗，等.眾云-18網紋甜瓜離體再生體系的建立[J].農業科技通訊，2017（6）：155-157.

[21] 馬國斌，王鳴，鄭學勤.甜瓜組織培養再生體系的比較研究[J].中國西瓜甜瓜，1999（2）：2-6.

[22] 毛娟，陳大鵬，趙長增.‘黃河蜜3號高效再生體系的建立[J].甘肅農業大學學報，2010，45（2）：63-68.

[23] 喬永旭.甜瓜再生體系的建立[J].北方園藝，2010（13）：166-168.

[24] 肖守華，趙善倉，王崇啟，等.厚皮甜瓜高效再生體系的建立[J].山東農業科學，2007（4）：35-39.

[25] 趙燕，劉清波，任春梅，等.甜瓜離體再生體系優化研究[J].安徽農業科學，2012，40（10）：5751-5754.

[26] 余陽俊，朱其杰.黃瓜成熟胚離體培養中的胚狀體誘導和植株再生（簡報）[J].植物生理學通訊，1992（1）：37-39.

[27] 李曉丹，司龍亭，劉志勇，等.黃瓜組織培養中外植體的選擇及播種方式[J].蔬菜，2004（7）：30-31.

[28] 馬國斌，王鳴，鄭學勤.西瓜和甜瓜組織培養中外植體的極性現象和敏感部位[J].果樹科學，1999（3）：232-234.

[29] CHOI P S，SOH W Y，KIM Y S，et al.Genetic transformation and plant regeneration of watermelon using Agrobacterium tumefaciens[J].Plant Cell Rep，1994，13（6）：344-348.

[30] ELLUL P，RIOS G，ATARES A，et al.The expression of the saccharomyces cerevisiae HAL1 gene increases salt tolera-nce in transgenic watermelon[Citrullus lanatus（Thunb.）Matsun.& Nakai.][J].Theor Appl Genet，2003，107（3）：462-469.

[31] PARK S M，LEE J S，JEGAL S，et al.Transgenic watermelon rootstock resistant to CGMMV（cucumber green mottle mo-saic virus）infection[J].Plant Cell Rep，2005，24（6）：350-356.

[32] WU H W，YU T A，RAJA J A，et al.Generation of transgenic oriental melon resistant to zucchini yellow mosaic virus by an improved cotyledon-cutting method[J].Plant Cell Rep，2009，28（7）：1053-1064.

[33] 杜姍姍，李思怡，王東，等.新疆甜瓜“伽師”再生體系的建立[J].北方園藝，2016（16）：89-92.

[34] 侯麗霞，何啟偉，趙雙宜，等.薄皮甜瓜自交系高效組織培養技術的研究[J].山東農業科學，2006（3）：7-10.

[35] 賈卓男，齊紅巖，謝曉雪.網紋甜瓜離體再生體系的研究[J].沈陽農業大學學報，2008（3）：354-357.

[36] 施先鋒，孫玉宏，陳鋼，等.甜瓜子葉組織培養與植株再生體系建立的研究[J].北方園藝，2010（20）：133-135.

[37] 田芳，姚兆群，陳美秀，等.甜瓜“黃旦子”再生體系的建立[J].北方園藝，2017（9）：85-88.

[38] 池慧芳，翟麗麗，劉麗娜，等.‘紅城7號甜瓜組織培養研究[J].天津農業科學，2015，21（8）：112-114.

[39] 王愛玲，張敏，鄭賀云，等.甜瓜紅心脆和早皇后再生體系的建立[J].江蘇農業科學，2015，43（11）：82-85.

[40] 張鐵剛，寧雪飛，王賢磊，等.新疆甜瓜“皇后”再生體系的建立[J].北方園藝，2012（15）：122-125.

[41] 黃丹楓，李慧群.網紋甜瓜組織培養技術研究[J].上海蔬菜，1991（4）：31-32.

[42] 王建設，陳杭.甜瓜再生芽高效誘導方法的研究[J].園藝學報，1999（5）：339-340.

[43] 盛慧，陳柏杰，金榮榮，等.三倍體薄皮甜瓜高效再生體系和遺傳轉化體系的建立[J].內蒙古農業大學學報（自然科學版），2017，38（6）：12-17.

[44] 丁海濤，王慧，楊玉鎖，等.甜瓜的組織培養與植株再生[J].植物生理學通訊，2001（4）：313.

[45] 郝詩璇，祁宏英，張全，等.西瓜愈傷組織誘導研究[J].黑龍江農業科學，2019（9）：25-27.

[46] 徐洪國，宣楊，仲娟娟，等.小果型西瓜子葉節離體培養[J].中國瓜菜，2018，31（3）：38-40.

[47] 付秋實，曹蕓運，譚明明，等.薄皮甜瓜離體再生體系的優化[J].中國瓜菜，2014，27（2）：16-19.

[48] 黃玉蘭，殷奎德，岳才軍.黃瓜愈傷組織繼代培養中激素濃度組合的優化[J].激光生物學報，2014，23（1）：83-89.

[49] 王萍，沈曉婷，王罡，等.植物激素對黃瓜愈傷組織形成與芽分化的影響[J].北方園藝，2013（24）：84-87.

[50] 趙雋，王華，潘俊松，等.黃瓜子葉節離體再生體系的研究[J].上海交通大學學報（農業科學版），2004（1）：43-47.

[51] 李建欣，龐淑敏，李建吾，等.黃瓜組織培養與組培苗嫁接研究[J].農業科技通訊，2012（2）：60-63.

基金項目? ?校級大學生創新項目（201810061252）;天津市農業農村委員會科技成果轉化與推廣項目（201801230）。

通信作者

收稿日期? ?2020-06-02