蔥屬植物組培再生體系研究進展

李韋瑤 秦立剛

摘要 蔥屬植物是百合科具有較高的飼用、食用及觀賞等經濟和生態價值的重要植物資源，開發利用及深入研究價值潛力巨大。總結分析了蔥屬植物組培快繁過程中出現的關鍵問題，詳細闡述了蔥屬植物組培過程中從外植體選擇、培養基、植物生長調節物質、生根培養和煉苗移栽等環節的研究現狀，并對存在的問題及發展前景進行了展望，為蔥屬植物的組培體系構建、優化及其深入研究提供參考。

關鍵詞 蔥屬植物;組織培養;外植體;生根培養;植物生長調節劑;再生體系

中圖分類號 S633? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）22-0029-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.22.006

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Research Progress on Tissue Culture Regeneration System of Allium L.

LI Wei-yao，QIN Li-gang （College of Animal Science，Northeast Agricultural University，Harbin，Heilongjiang 150030）

Abstract Allium L.is an important family of Liliaceae plant with high economic and ecological value，such as edible，medicinal and ornamental，which has great potential for development，utilization and in-depth research.This article summarized and analyzed the key problems in the process of tissue culture and rapid propagation of Allium L..The research status of explant selection，medium，plant growth regulating substances，rooting culture and seedling refining and transplanting in the process of Allium L. tissue culture were reviewed in detail，and the existing problems and development prospects were prospected，in order to provide references for the construction，optimization and further study of the tissue culture system of Allium L..

Key words Allium L.;Tissue culture;Explant;Rooting culture;Plant growth regulator;Regeneration system

蔥屬植物（Allium L.）為百合科多年生草本植物，是單子葉植物綱百合科中最大的屬之一[1]。全球約有660個種，大多數種分布于季節性干旱地區，廣泛分布于北半球，亞洲居多，部分分布于非洲和中南美洲[2]。在我國，蔥屬植物共包括138個種、23個變種及2個亞種[3]，主要分布在東北、華北、西北和西南地區的高山平原、草甸、草原、荒漠、沙丘等環境[2]，并且其適應性較強，具有較強的抗旱性，可在干旱半干旱地區的植被恢復中進行廣泛應用[4]。蔥屬植物資源豐富、形態多樣，具有重要的經濟價值，可作為飼料作物、調料作物、草藥作物和裝飾用植物[5]。

一直以來，蔥屬類植物多被作為蔬菜、藥用和飼草飼料，在農業、養殖業及醫藥業方面均具有重要作用。有研究表明，蔥屬植物活性成分具有抗腫瘤、抗氧化、抗炎、免疫調節等作用[6]，如蔥屬植物中的許多生物活性成分（多糖、黃酮、類黃酮和多酚）具有較好的清除自由基的作用，從而能夠表現出良好的抗氧化功能[7-9]。蔥屬植物還有抑制病菌的功能，如埃及紅蔥的甲醇提取物、乙酸乙酯提取物和丁醇提取物對成人血吸蟲曼氏蠕蟲具有顯著的抑制作用，表現出較好的抗血吸蟲功效[10]，并且與其他植物間套作可以降低植物病蟲害發生，提高作物產量和品質[11]。蔥屬植物中的不少品種也可以藥用，如大蒜可以增強仔豬的免疫力，并減少腹瀉[12];洋蔥皮乙醇提取物可以改善血糖和葡萄糖的餐后峰值，延緩碳水化合物的吸收[13]。蔥屬植物功能性成分可以通過免疫器官、免疫細胞、細胞因子等發揮免疫調節作用，維持機體生理動態平衡與相對穩定[14]。

鑒于蔥屬植物資源功能作用豐富，國內外部分學者對蔥屬植物的組培體系建立方面也進行了一定的探索和試驗。筆者通過對蔥屬植物組培過程中外植體選擇、培養基選擇、植物生長調節劑以及煉苗移栽等方面進展進行綜述，對其組織培養體系的研究進展進行了初步整理，以期為蔥屬植物組織培養、開發利用及分子生物學研究提供依據。

1 外植體

1.1 外植體選擇

植物組織培養主要基于植物細胞全能性和再生理論，在培養過程中，由于分化程度不同植物不同組織的脫分化恢復分裂能力和形成愈傷組織的再分化能力也有所差別[15]。不同的外植體對再生體系的建立具有重要影響，主要是由于外植體的生長部位、生理狀態具有顯著的差異，進而造成了愈傷組織誘導、不定芽分化和不定芽生根等過程中的結果差異巨大。因此，在蔥屬植物組織培養體系建立的過程中，選擇合適的外植體是體系建立成功與否的關鍵因素。有報道發現愈傷組織僅在根尖分生組織區域形成[16-19]，也有研究表明愈傷組織的形成和芽再生均勻分布在根段[20-21]。已有研究發現，蔥屬植物的莖段、葉片、鱗莖、根、莖尖等部位均可以作為外植體進行愈傷組織的誘導。

莊丹[22]以寒蔥的根、莖、葉分別作為外植體進行增殖、繼代及生根，發現寒蔥的莖是生產實踐中進行愈傷組織及不定芽誘導的最佳外植體。在對薤白的組織培養研究中發現，組織培養植物在根中表現出的活性比在葉中觀察到的活性更高[23]。胡小京等[24]以大蒜莖尖為外植體進行愈傷組織的誘導和不定芽的增殖并獲得了較好的效果，表明莖尖可作為大蒜快速繁殖的有效外植體。而在大蒜的組織培養研究中，分生組織外植體比莖尖外植體更成功[25]。高行英[26]使用韭菜胚根尖的不同部位誘導愈傷組織分化，結果表明胚根尖為誘導愈傷組織的最佳外植體。王立科等[27]研究發現以蒙古韭鱗莖部位為外植體誘導愈傷組織，只有靠近綠色葉片的一端可以誘導愈傷組織，并不是兩端都可以生長愈傷組織。何林玉等[28]以洋蔥鱗莖盤、種子、未開花薹、未開花蕾為外植體，結果發現鱗莖盤和花薹愈傷組織誘導率高達100%，而且鱗莖盤和花薹的污染率也較低。

1.2 外植體消毒

在植物組織培養中，獲得無菌外植體是成功的重要前提。為獲得無菌外植體，消毒是必要環節，通常可采用75%乙醇、升汞、次氯酸鈉等試劑對外植體進行消毒。次氯酸鈉一般用于一些較軟或者較幼嫩的組織消毒，消毒時間一般在5～30 min。升汞滅菌效果最好，一般用于種子、塊根、塊莖及較硬組織的滅菌，但其殘留液很難去除，而且對植物組織的傷害也較大，因而必須嚴格控制好時間，并且要進行多次沖洗[29]。通常為75%乙醇和0.1%升汞交叉使用對外植體進行滅菌[30-31]。75%乙醇能夠順利滲入到細菌體內，吸收細菌蛋白水分，使其脫水變性凝固而失去功能，達到殺菌目的。0.1%升汞能使蛋白質變性，達到滅菌作用[32]。在洋蔥組培試驗中，對外植體鱗莖盤使用75%乙醇處理50 s和0.1%升汞處理7 min，可控制污染率至2%，并使轉綠率達85%;對莖尖用75%乙醇處理50 s和0.1%升汞處理5 min，可控制污染率至7%，轉綠率達86%[33]。在對寒蔥外植體消毒時，首先使用自來水沖洗外植體5 min，后用75%乙醇浸洗30 s，然后利用0.1%升汞滅菌10 min，最后用蒸餾水沖洗4～5次，可以達到最佳的消毒效果[22]。孔素萍[34]在大蒜的組培快繁研究中對外植體進行消毒的過程為：將大蒜鱗莖內健康的鱗芽去皮，經自來水沖洗0.5～1.0 h后，在無菌條件下先用75%乙醇消毒1 min，再用0.1%次氯酸鈉溶液消毒3 min，最后用無菌水沖洗3遍。李勇等[35]在韭菜的組培快繁研究中，先用清水洗凈韭薹上的塵土，再用毛筆蘸肥皂水將其洗干凈，流水沖洗2～4 h后，在超凈工作臺上使用75%乙醇浸泡30 s消毒，再用0.1%的升汞溶液浸洗8 min，最后無菌水沖洗6～8次。眾多研究表明，雖然消毒時間及具體操作有所差別，但采用75%乙醇和0.1%升汞交叉消毒是蔥屬植物外植體消毒最常用的方法。

2 培養基

植物組織生長發育所需要的營養均由培養基提供，植物組織在不同培養階段有不同的營養需求，而各種培養基所含無機鹽和有機物不同，其種類和成分直接影響組培苗的生長[36]，因此選擇合適的培養基對植物組織培養有重要意義。蔥屬植物的常用培養基有Murashige and Skoog（MS）、1/2MS、Knudson C（KC）、Gamborg（B5）等（表1）。

不同種的蔥屬植物不同部位的最適培養基不同，這可能是與植物種不同有關。但常用培養基多為MS培養基，其對蔥屬植物愈傷組織的誘導和增殖有較好效果。另外，Fereol等[42]研究發現每14 d更新一次培養基是細胞繁殖和胚進一步再生的最佳條件。

3 植物生長調節劑

植物組織培養過程中，植物生長調節劑對芽、根誘導和增殖分裂起關鍵作用[43]。蔥屬植物再生體系建立中通常使用的生長調節劑有吲哚丁酸（Indole-3-butytric acid，IBA）、6-芐基腺嘌呤（6-Benzyladenine，6-BA）、吲哚乙酸（Indole-3-acetic acid，IAA）、萘乙酸（Naphthalene acetic acid，NAA）、 4-二氯苯氧乙酸（ 4-dichloro phenoxyacetic acid， 4-D）和激動素（Kinetin，KT）等。IBA、IAA、NAA和 4-D屬于生長素類，在組織培養中被用于誘導細胞的分裂和根的分化。6-BA和KT為細胞分裂素類，其作用主要是促進細胞分裂和使愈傷組織分化或器官分化不定芽。生長素單獨使用或與細胞分裂素配合使用可以有效促進細胞的增殖和持續生長，從而更利于形成愈傷組織。莊丹[22]在寒蔥的組培研究中發現NAA濃度與誘導率成正比，NAA濃度為1.0 mg/L時誘導率最高，高于此濃度則抑制誘導率;在此NAA濃度下，配合使用6-BA且濃度為2.0 mg/L時可進一步提高誘導率并達到最高，因此，寒蔥莖部誘導愈傷組織的最適合的激素組合為2.0 mg/L 6-BA +1.0 mg/L NAA。張松等[44]研究發現韭菜在MS培養基上，添加1 mg/L NAA+2 mg/L 6-BA的生長調節劑時，不定芽誘導頻率最高，平均出芽數也最多。野生蒙古韭的鱗莖作為外植體接入誘導愈傷培養基MS+1 mg/L NAA+2 mg/L 6-BA中，經培養可萌發愈傷組織和叢生芽[27]。Monemi等[45]對韭菜的組織培養研究表明，葉片外植體愈傷組織形成的最佳培養基激素組合為0.5 mg/L ?4-D+0.1 mg/L 6-BA。以MS為基礎培養基，添加0.4 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA時分蘗洋蔥組培苗可獲得最佳效果[46]。洋蔥愈傷分化叢生芽的最優培養基為MS+0.2 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA;在MS+1.5 mg/L IBA+0.01 mg/L NAA培養基上可誘導出白色健壯根[47]。當 4-D濃度為1 mg/L時，大蒜鱗芽誘導率隨NAA濃度的增加而降低，當NAA濃度為0.5 mg/L 時，誘導率隨 4-D濃度的增加而增加，但 4-D濃度超過1.25 mg/L時誘導率反而不再上漲[48]。同時有研究表明洋蔥根與 4-D接觸時間較長會有中毒的趨勢[49]。在大蒜的離體再生中，根尖外植體最適合在添加5.0 mg/L 6-BA和0.5 mg /L NAA的MS培養基中生長[50]，當NAA和KT濃度相同時NAA誘導率較高，說明KT和NAA對不定芽的誘導有協同作用，并且相關數據表明，KT比6-BA更適合誘導不定芽[51]。

不同種的蔥屬植物，最佳培養基激素組合及比例都不相同，這可能是與植物種不同有關，但常用的組合及比例為MS+1 mg/L NAA+2 mg/L 6-BA。雖然這是一個比較常用的組合比例，針對不同蔥屬不同種，在構建組培體系時，仍需要進行激素的種類和比例的摸索，找到適宜于該種或者品種的最佳生長調節劑組合及含量比例。

4 生根培養

生根培養最主要是把不定芽從增殖改成不增殖，從而分化不定根，這個階段必須創造一個適于根的發生和生長的條件，主要措施是降低培養基中無機離子的濃度及加入生長素[52]。相對其他植物而言，蔥屬植物通常易于生根和馴化[1 53-55]。植物組織培養中，組培苗能否生根是再生體系能否建立的關鍵，影響組培苗生根的因素很多，植株的生理狀態、培養基、植物激素和環境因子等，激素是其中最重要的調節因子，植株生根常用的生長激素有NAA、IAA、IBA等[56]。趙麗華[57]在洋蔥組培快繁技術研究中采用1/2MS培養基加IBA進行不定根的誘導，結果發現，沒有加IBA的1/2MS培養基雖然有不定根形成，但加IBA培養基的平均生根率及平均生根數都優于不加IBA的培養基，且在IBA濃度為1.0、1.5 mg/L時最高，表明適當濃度的生長素可以促進側根的生長。在分蘗洋蔥組培苗生根率的研究中發現，培養基中添加0.01 mg/L NAA+1.5 mg/L IBA+0.1 mg/L多效唑（PP333）分蘗洋蔥組培苗生根率最高，表明低濃度NAA和一定濃度配比IBA、PP333的組合最有利于分蘗洋蔥組培苗的生根[47]。在韭菜植株生根培養中發現，與MS培養基相比，在1/2MS培養基中生根較早，當采用NAA和IAA作為外源激素添加時，在含NAA的培養基中，韭菜根系均呈現短粗狀態，而在含IAA的培養基中，植株進行生根的條數與形態最佳[56]。

5 煉苗移栽

煉苗和移栽是影響組培苗成活率的關鍵因素，種苗大小、育苗基質等都影響組培苗的成活率。楊瑤君等[58]在細香蔥幼苗移栽前，先煉苗7 d，然后在適宜溫度和時間內移入珍珠巖中;利用生根粉150 mg/L+細土100 g/L的溶液進行移栽，移栽后7 d內進行50%～70%遮陰;緩苗后定期追施1/2MS大量元素的水溶液，移栽成活率可達90%以上。在大蒜的組培苗煉苗移栽過程中，可將再生的小鱗莖在24 ℃和80%相對濕度的生長室條件下馴化7 d后轉移至溫室中含有泥炭蘚的盆中能獲得較好的成活率[50]。不同基質及其組合對再生植株的生長也有不同程度的影響。胡永軍等[59]在壽光馬藺韭再生苗移栽的研究中將園田土分別與河沙、蛭石、棉籽皮混合配制成混合基質，結果發現獲得的再生植株中，以移栽在園田土中或園田土與河沙混配的基質中長勢最好。也可采用草炭及田土處作為混合育苗基質，同時進行覆膜保濕，能有效提高分蘗洋蔥組培苗的成活率至95%以上[60]。在對野韭試管生根苗移栽研究中，以泥炭、珍珠巖、園田土、棉籽皮、進口泥炭土為基質，同時進行單一基質和混合基質試驗，發現如果采用單一基質，則園田土最佳，如果采用混合基質，則泥炭土2份+珍珠巖1份處理最佳[61]。

6 展望

蔥屬類植物在農業生產中發揮著較大作用，如在養殖業中可以作為飼料添加劑，可以與其他植物合理套作提高農作物產量，還有些蔥屬物種可以藥用。采用分子生物學手段對蔥屬植物進行遺傳轉化和分子育種研究，更有利于對其優良性狀的深度發掘和優良品種的選育。因而，建立和優化科學合理的組織培養體系對于其產業化培養和分子生物學研究是十分必要的。但目前，通過組織和器官培養技術，僅在少數幾種蔥屬植物上建立起了離體再生體系，所以對蔥屬植物組培快繁體系還需進行更加廣泛且深入的研究。

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