木本观赏植物组织培养及植株再生体系建立研究进展

木本观赏植物组织培养及植株再生体系建立研究进展

本研究中的观赏植物包括对茎尖、茎段、胚胎、胚胎轴、叶片、未授粉的子房或卵子、授粉的子房或卵子、花瓣、花药、叶片和游离细胞和原生质体的培养。由于木本观赏植物生长周期长,而且在自然界中往往在遗传性上是高度杂合的,因此通过组织培养获得各种树种的优良品种或纯系,以及用组织培养技术进行优良树种的快速繁殖、突变的诱发、细胞融合和进行细胞工程、染色体工程及基因工程操作所带来的好处,要比草本植物更为明显。就植物总体而言,木本植物的离体培养难于草本植物,因此,木本植物组织培养成功的种类也少于草本植物。而围绕木本植物组织培养研究工作开展较多的是果树、经济类树种及少部分林木。对于木本观赏植物的离体培养仍是植物组织培养工作的薄弱环节,尤其是彩叶木本观赏植物。近10a来,植物组织培养技术有了极大的进展,其中木本观赏植物的组织培养也取得了巨大的成就,无论花药培养、茎尖与嫩叶培养、幼胚培养、胚乳培养、子房培养、悬浮细胞培养及原生质体培养,进展都十分迅速。本文对木本观赏植物植株再生的研究进展作了一个综合性的概述。1木本观赏植物的离体培养现状木本观赏植物的组织培养始于60多年以前,法国学者Gautherct在1934年曾就树木组织培养进行过最早的研究。从80年代起,国外就开始对木本观赏植物的组织培养进行了大量的研究。Mathes利用三倍体美洲山杨(Populustremuloides)的茎作外植体培养出愈伤组织,并诱导出根和茎。木本观赏植物花药培养最早是波兰学者Zenkteler在灌木茄科植物滨藜叶枸杞(Lyciumhalimifolum)中获得成功的。我国对木本观赏植物离体培养工作始于70年代,最初的注意力集中在花药培养上,后来才发展到以体细胞组织为材料的离体培养。近年来,木本观赏植物原生质体游离、培养及融合的研究已涉及到近30个属。在这些研究中,绝大部分局限于原生质体游离的研究。在胚乳培养方面,迄今为止,已有10多种木本观赏植物先后获得了胚乳植株,但均停留在愈伤组织、胚状体或只分化出根等阶段。以体细胞组织为材料的离体培养也取得了较大进展,对外植体的选用和高效培养基的改良应用都已达到一定水平。植物幼株的诱导也已在许多木本观赏植物上获得了成功。20世纪90年代应用组织培养技术进行离体快繁的木本观赏植物,主要分布在蔷薇科、豆科、木犀科、桑科、松科、杉科、牡丹科、鼠李科、大戟科、紫茉莉科、棕榈科等,约近100种。常见的木本观赏植物大约有1000种,能通过组培快繁的种类约占总数的10%左右,可见,能通过组培快繁的树木种类还只有很少一部分。到目前为止,木本观赏植物的组织培养已经取得了重大进展。从裸子植物的苏铁、银杏、华北落叶松、西加云杉、侧柏等,到被子植物的桉树、连翘、广玉兰、金花茶、榆叶梅、合欢等,乃至禾本科唯一可以作为木本植物的竹子都有研究报道。许多稀有的植物种类,如:阿月浑子、华腺萼木、四合木等也有研究。而且,一些优良树种如桉树、火炬树、樱花的离体快繁系已经相当完善,已应用于苗木大规模生产中。由于近几年来,彩叶木本观赏植物的行情走俏,需求日益增大,彩叶木本观赏植物的离体快繁也取得了一定的发展(见附表)。3循环体系的研究木本观赏植物的植株再生的研究通常包括外植体、培养基的选择和改进、激素和其它培养物的添加、植株再生及其它条件等方面。3.1木本观赏植物的组培外植体的选择是组织培养中一个非常重要的问题。从理论上讲,植物细胞具有全能性,所以无论选用植物的哪一部分作外植体都能诱导成株。但是研究表明,一株树木的不同组织或部位在器官发生能力上有相当大的差别。木本观赏植物组培所用的外植体,通常是树木的幼年组织,如胚、子叶、实生苗嫩茎等等。杨树的组织培养,多数是选用芽作外植体。Whitehead和Giles曾利用腋芽作为外植体培养3种杨树。Christie也应用大致同样的方法,成功的繁殖了银白杨、欧洲山杨、美洲山杨、灰杨及银白杨与腺杨的杂种。木本观赏植物的外植体初分化率一般较低,需要选择生理活性旺盛的春季进行培养。傅萼辉等以梅花早春萌动的腋芽为外植体,在自制的WB培养基上,实现了梅花的离体快速繁殖。Fontanel等从银杏雌配子体中诱导胚状体的发生,指出诱导的最佳时期是授粉后8～10周。段祖安等用金脉连翘的母树嫩茎段作外植体诱导率高,分化增殖系数大。3.2采用不同的培养基选用适宜的培养基是组织培养成功的关键问题之一。根据不同的培养目的(诱导愈伤组织、不定芽、分化、生根),所选用的培养基亦应有所不同。用于木本观赏植物组培快繁的培养基有MS、WPM、SH、CM、改良的Nitsch等基本培养基。其中大多数采用的是经过改良的MS培养基。英国人Wolter改良了基本培养基,成功的诱导出美洲山杨的茎。Lioyp和Mccown在MS培养基的基础上,针对木本植物的特点,曾创出一种专门用于木本植物的培养基WPM(WoodyPlantMedium),其中许多成份较之MS都有一定的改变。Arrillaga.I等把刺槐子叶接种在木本培养基上,不仅芽长高,而且诱导出新芽。郑均宝等采用松科植物专用的NH培养基进行腊梅嫩茎段的离体快繁,获得成功。杜盛等在脱皮榆离体培养中采用全量和大量减半的MS培养基两种无机盐浓度进行不定根诱导。结果表明,在丛生芽诱导时期全量MS培养基优于大量减半的MS培养基,但大量减半的MS培养基却利于不定根的诱导。3.3生长素对愈伤组织的影响木本观赏植物组织培养中常用的植物激素包括IAA、NAA、2,4-D等生长素,赤霉素GA和BA、KT、ZT等细胞分裂素。其中BA、ZT、2,4-D多用于丛生芽或愈伤组织的增殖过程;IAA、NAA、IBA等多用于生根培养。有时还添加肌醇、环烷酸钠、LH、Vc、ABT等其它物质,促进离体培养材料的生长发育。木本观赏植物组织培养中外植体的诱导及增殖不仅与植物生长调节剂的种类有关,而且还与它的组合及浓度有关。在观赏植物组培中,为避免发生变异,大多希望较少产生愈伤组织,能尽快出苗。因此,生长素用量宜适当控制。吴丽圆等以蓝桉的芽器官作为外植体,在2,4-D的作用下,经过脱分化过程较易引起染色体变异,而且愈伤组织多次继代培养后易丧失分化能力。生长素对组培中外植体不定根的诱导有着比较显著的作用。通过对不同生长素作用效果差异的研究发现,多数种类中IBA不仅促进生根效果好,而且根的进一步生长较正常。在一些种类中,IAA和NAA也被广泛应用。一般认为生长素在较低浓度对发根有利。细胞分裂素对组培中不定芽的分化及增殖有着显著的作用,不同种类的细胞分裂素对不同的材料作用差异较大,但大多数种类以BA最为有效。汪景山在山楂的组织培养当中发现,低浓度的BA可促进不定芽的分化,提高浓度则产生丛生芽,并抑制节间生长;低浓度的ZT可促进芽的分化,但不及BA产生的芽多。细胞分类素对愈伤组织的形成也有明显作用。WooJH等认为在含有BA的MS培养基上,茎培养比其它器官培养产生较多的愈伤组织。刘鹏等在研究外源激素对七子花幼叶愈伤组织影响时发现,低浓度的ZT能有效地促进愈伤组织的分化与生长。木本观赏植物组织培养中,还经常加入其它的有机物。Civinova-B在研究树木茎段培养时发现,加入天冬酰胺和谷氨酰胺能提高愈伤组织分化为芽的比率。刘青林等将梅花愈伤组织转接在含有CH的MS培养基上,调查愈伤组织的增殖系数,结果表明,CH对梅花愈伤组织的生长、增殖有很好的促进作用。3.4再生培养的方式木本观赏植物离体快繁的程序因植物种类、外植体类型与发生途径而有所不同。以顶芽或腋芽为外植体,通过器官型发生途径增殖的,一般分为两步、三步或四步培养。其中多数是三步培养,依次是启动培养、增殖培养与生根培养,如对节白蜡、广玉兰、叶子花、黑木相思、麻竹等。四步培养,即在增殖后生根前经过一步壮苗培养,如互叶白千层、变叶木、合欢等。少数是两步培养,即将启动培养和增殖培养合二为一,如绒毛皂荚、腊梅等。如果发生途径是器官发生型,即由愈伤组织经过诱导芽体或胚状体形成再生植株,一般是四步培养,如华北落叶松、毛叶枣等。也有三步培养,即将愈伤组织的诱导与分化合二为一,如雪柳等。4组培苗的选择和栽植木本观赏植物的组织培养虽然已经得到了广泛的重视,但在目前生产中仍然存在着一定的问题。木本观赏