组织培养技术在园林植物育种中研究现状,植物学论文.docx

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1、组织培养技术在园林植物育种中研究现在状况,植物学论文内容摘要：组织培养作为常用技术在园林植物育种中发挥了重要的作用。通过对组织培养技术在园林植物育种中研究现在状况进行了全面综述， 并对将来应用前景进行瞻望， 以期为今后园林植物育种工作提供更多的参考。 本文关键词语：组织培养； 园林植物； 生物育种； 植物组织培养 Plant tissue culture , 简称植物组培， 即通过体外无菌操作， 分离植物细胞、组织或器官等植物体的一部分， 配合一定营养及生长调节剂， 通过控制适宜的光照、温度等因素实现植株再生或快速繁衍。植物组织培养最早源自于1902年， 由德国科学院的植物生理学家Gottli

2、eb Haberlandt提出的能够由单细胞诱导培养重获完好个体的可能性假讲。随后， 逐步发展起来了以茎、叶、根尖、胚芽、构成层等组织器官诱导获得新植株的技术。组培技术的本质就是利用细胞全能性。理论上， 来源于同一个体的所有细胞均具有一样的遗传信息， 通过诱导脱分化， 能够重新分化成各种器官和完好植株。从上个世纪30年代开场到当前为止， 组培技术已经逐步完善， 已成功在包含番茄、大丽花、兰花、烟草等上千种植物中应用。 随着组培技术的广泛应用， 该技术不仅能够有效用于植物脱毒， 防止品种的退化， 也能通过无性繁衍的方式短时间内获得大量性状稳定的植株， 因而为经济作物商业化推广提供了有力的技术保障

3、， 同时也为濒危珍稀物种的保卫做出了宏大奉献。随后发展起来的基于组培系统构建的遗传转化系统在基因功能的研究和分子育种方面发挥了极其重要的作用。 园林植物在城市绿化、生活环境改善等方面发挥了不可或缺的作用。随着社会的快速发展， 一方面由于环境毁坏造成的生物多样性的丧失问题日趋严重， 另一方面人们对生活品质的追求则日益增加。因而怎样开发挖掘并培育更多新奇园林植物品种以知足人们的需求， 已成为解决这一矛盾的关键， 因而组培技术将来还有极为广阔的前景。尽管组培技术在园林植物中应用广泛， 但当前尚缺少全面系统的文章对其总结。本文通过大量文献检索， 对现有常见园林植物的组培现在状况进行了综述， 以期为相关

4、研究人员全面了解该领域研究现在状况提供参考， 也为今后相关园林植物育种提供借鉴。 1 园林植物组培技术常规手段 植物组培经过相比照较固定， 一般包含外植体的选择、外植体消毒、诱导培养、增殖培养、生根培养、炼苗、移栽等阶段， 园林植物组培也基本都遵守此步骤进行。尽管经过看似简单， 但实际操作中每一步都需要根据不同材料进行相应调整与优化。由于物种间的差异， 基本不存在统一的培养配方。已有研究表示清楚， 不同科属， 甚至同一属下不同种之间， 适用的外植体材料、消毒的方式方法， 以及培养基中激素类型与浓度都存在一定的差异。 根据现有的成功经历体验， 外植体材料选择和诱导培养是影响园林植物组培成败的两个

5、关键环节。外植体的选择一般选取幼嫩的叶片、芽或茎段， 针对一些表皮毛较多的外植体， 前期通常需要添加洗涤精进行浸泡， 然后自来水冲洗， 以充分去除外表残留的细菌。而对于一些过于嫩脆的特殊材料， 常规消毒极易造成材料坏死的情况， 一般会选择用种子， 经消毒后播种在无菌培养基中， 待长出无菌小苗后， 选取其叶片或茎段作为外植体， 如此能够大大提高成功率。 诱导培养通常是决定组培成败的瓶颈。诱导培养基一般是在基本培养基中添加不同类型和一定浓度的生长调节剂。基本培养基比拟固定， 通常为MS Murashige Skoog , 但也有少数植物使用了其他基本培养基， 如杜鹃花科植物， 除了MS外， 针对不

6、同的品种还分别使用了Aderson、WPM woody plant medium 及Read培养基。而在一些特殊植物类群中， 如兰花， 普遍需要在基本培养基中添加天然提取物如蛋白胨、胡萝卜汁、番茄汁、牛肉膏、土豆匀浆、椰子汁、香蕉匀浆等。生长调节剂主要包括生长素和细胞分裂素两大类。常用的细胞分裂类主要包含6-BA 6-Benzylaminopurine, 6-苄氨基嘌呤 、2, 4-D 2, 4-二氯苯氧乙酸 、ZT Zeatin, 玉米素 、KT Kinetin, 冲动素 、TDZ Thidiazuron, 噻苯隆 , 2iP 6- g, g-dimethylallylamino purin

7、e , N6异戊烯基腺嘌呤 , 生长素类主要有NAA 1-Naphthyl acetic acid, 1-萘乙酸 、IBA 3-indolebutyric acid, 4- indol-3-yl butyric acid, 吲哚丁酸 、IAA indole-3-acetic acid, 吲哚-3-乙酸 .华而不实6-BA与NAA使用频率最高， 大多数的园林植物仅使用这二种生长调节剂便能够成功诱导分化出愈伤组织或直接成苗。2-iP和TDZ最近几年也应用于杜鹃组织培养中， 而在木犀科植物中TDZ的使用频率也较高。一旦外植体被成功诱导， 后续的增殖及生根等培养则相对容易。 2 园林草本花卉育种研究进

8、展 组培技术在草本植物的应用较为广泛， 据不完全统计， 当前至少有上千种草本植物已经成功建立组培体系， 对于一些珍贵及商品化的花卉品种， 研究就愈加深切进入。兰科 orchidaceae 植物、报春花 Primula malacoides 、长寿花 Kalanchoe blossfeldiana 、大岩桐 Sinningia speciosa 、倒挂金钟 Fuchsia hybrida 、风信子 Hyacinthus orientalis 、鸡冠花 Celosia cristata 、金鱼草 Antirrhinum majus 、三色堇 Viola tricolor 、绣球花 Hoya car

9、nosa 、胭脂花 Primula maximowiczii 、酢浆草 Oxalis corniculata 、天南星科 Araceae 植物以及世界五大鲜切花 香石竹 Dianthus caryophyllus 、月季 Rosa hybrida 、郁金香 Tulipa gesneriana 、菊花 Dendranthema morifolium 、非洲菊 Gerbera hybrida 等上百种常见的园艺观赏花卉组培体系已经相当成熟。下面选择有代表性的几个重要科属植物进行介绍： 2.1 兰科 兰科植物 兰花 在我们国家具有悠久的培育历史。兰花素而不艳， 高品质的兰花更是稀缺而昂贵。由于兰花种

10、子胚小无子叶提供营养， 无法通过常规的种子繁衍， 因而传统的兰花繁育方式主要通过分株或野外采集， 远远达不到商品化的需求。组培技术完美解决了这一难题。当前常见的几种兰花， 如蝴蝶兰 Phalaenopsis aphrodite 、春兰 Cymbidium goeringii 、蕙兰 Cymbidium faberi 、石斛兰 Dendrobium spp 、建兰 Cymbidium ensifolium 、文心兰 Oncidium hybridum 、莲瓣兰 Cymbidium tortisepalum 、火焰兰 Renanthera imschootiana 、万代兰 Vanda coeru

11、lea 、卡特兰 Cattleya hybrida 、金线莲 Anoectochilus roxburghii 、鹤顶兰 Phaius tankervilleae 、香子兰 Vanilla fragrans 、竹叶兰 Arundina graminifolia 、指甲兰 Aerides falcata 等均建立了成熟组培体系。 2.2 报春花科 报春花属 Primula 是报春花科中观赏价值较高的属， 该属植物大多早春开花， 花色丰富艳丽， 被列于世界三大高山花卉和中国三大天然名花之一。截至当前， 已经有翠南报春 P.sieboldii 、报春花 P.malacoides 、小报春 P.for

12、besii 、鄂报春 P.obconica 等至少16种以上的报春花属植物已建立组培体系。 2.3 百合科 百合科 Liliaceae 全球有280属、4000种， 我们国家有62属600种， 分布普遍达到全国各地。该科很多类群具有较高的观赏价值。百合 Lilium brownii 、郁金香 Tulipa gesneriana 、风信子 Hyacinthus orientalis 便是其典型代表。研究表示清楚， 当前至少有50种以上百合科植物已建立组培体系， 华而不实百合、玉簪 Hosta plantaginea 、郁金香、芦荟 Aloe vera 、万年青 Rohdea Roth 等已经建立

13、了工厂化繁衍体系， 相比之下， 无叶莲属 Petrosavia 、白丝草属 Chionographis 等植物组培技术还不够完善。 3 园林木本育种研究进展 与草本相比， 木本植物由于木质化的外植体诱导能力相对较差， 除此之外很多种类在培养经过中容易出现褐化， 生长周期也普遍比拟长， 因而组培成功的数量总体上较草本的要少。尽管如此， 当前在一些重要的木本园林植物如木兰科 Magnoliaceae 、槭树科 Aceraceae 、悬铃木科 Platanaceae 、山茶科 Theaceae 、蔷薇科 Rosaceae 、苏木科 Caesalpiniaceae 、木犀科 Oleaceae 、杜鹃花

14、科 Ericaceae 等科属植物上还是有了突破。 3.1 木兰科 木兰科植物广泛利用有木兰属 Magnolia 、含笑属 Michelia 和木莲属 Manglietia , 由于其观赏价值较高、适应性强， 遭到越来越多的重视， 在城市园林绿化中应用越来越广泛。当前已经有鹅掌楸 Liriodendron chinense 、深山含笑 Michelia maudiae 、醉香含笑 M.macclurei 、紫花含笑 M.crassipes 、红花山玉兰 Magnolia delavayi Rubra 、白玉兰 Michelia alba 等多个种的组培体系。 3.2 槭树科 槭树科槭属大多数种

15、类极具观赏价值， 是温带最重要的观赏树木， 也是国外重要的行道树种。全世界槭树植物有199种， 我们国家是槭树种类最多的国家， 现已发现155余种。槭树独树一帜， 形态优美， 叶色丰富多彩， 古往今来一直是世界出名的观赏植物， 历代文人墨客对其青睐有佳， 描绘的诗文也屡见不鲜。当前已有血皮槭 Acer griseum 、挪威槭 A.platanoides 、红翅槭 A.fabri 、拿大红枫 A.rubrum 、茶条槭 A.ginnala 等多种槭树科植物被报道。 3.3 木犀科 木犀科植物全球约有29属600余种， 广布于温带、亚热带及热带地区。中国有12属200种左右， 南北各省区都有分布

16、。该科植物有不少种类为观赏树。当前通过对该科的桂花 Osmanthus fragrans 、对节白蜡 Fraxinus hupehensis 、连翘 Forsythia suspensa 、紫丁香 Syringa oblata 、水曲柳 Fraxinus mandshurica 、雪柳 Fontanesia fortunei 、绒毛白蜡 Fraxinus velutina 、贯叶连翘 Hypericum perforatum 等植物的带芽茎段的组培材料均得到了各自的再生植株。 3.4 杜鹃花科 杜鹃花科共50属， 约1300种， 主产南非和中国西南及西部， 中国有14属， 718种。华而不实杜

17、鹃花属900多种， 我们国家约530种。杜鹃花属植物有着非常广泛的应用， 可用于园林庭院种植， 可以盆栽供屋前或厅室内美化等。当前已建立完善组培体系的有高山杜鹃 Rhododendron lapponicum 、喇叭杜鹃 R.discolor 、大白杜鹃 R.decorum 和美容杜鹃 R.calophytum 、牛皮杜鹃 R.aureum 、毛叶杜鹃 R.radendum 、大白杜鹃 R.decorum 、大萼杜鹃 R.megacalyx 、西洋杜鹃 R.hybridum 、红枫杜鹃 R.hybride 、春夏鹃 R.imsii 、映山红 R.pulchrum 、迎红杜鹃 R.mucronu

18、latum 等。 4 小结与瞻望 植物组培从上世纪初起步发展到如今， 历时一个多世纪， 已经获得了丰富的成果。组培技术的成功不仅从理论上证实了细胞全能性的存在， 推动了整个植物学科的进步， 同时也为植物的繁育保卫与产业化发展掀开了崭新的一页。该技术使植物繁衍不再完全依靠于空间、季节等传统农业生产所必需的条件， 短时间内可培育出大量的种苗， 加快了园林观赏植物的商业化进程， 促进了园林产业的快速发展。现前阶段组培已经应用特别广泛， 技术也不断完善成熟， 在处于当下自然环境恶化所带来的物种消亡加快的历史时期， 该技术将在珍稀濒危植物的抢救性保育等方面焕发出新的生机。除此之外， 随着遗传学、分子生物

19、学等学科的快速进步， 以定向改进为目的的基因编辑等生物科技手段不断完善， 培育更优良的园艺品种已经成为将来的一大趋势， 因而依靠于组培的遗传转化系统需求也显得极为迫切。相信在不久的将来， 组培技术在园林植物方面还将迎来新的春天。 以下为参考文献 1Haberlandt G.Kulturversuche mit isolierten Pflanzenzellen.Sitzungsber.d.Akad.d.WissenschJ.Wien, math.-naturw.Klasse, 1902, 111:1913-1921. 2Thorpe TA.History of plant tissue cul

20、tureJ.Molecular biotechnology, 2007, 37 2 :169-180. 3李慧敏。兰花组培快繁研究进展J.农业研究与应用， 2020 01 :53-56. 4游晓会， 马玉磊， 李小远， 等。报春花属植物组织培养研究进展 综述 J.亚热带植物科学， 2020, 41 1 :73-78. 5丁晓霞。菊花组培再生体系研究进展J.辽宁林业科技， 2021 04 :64-65, 68. 6蓝伟根， 白宇清， 谢利娟。杜鹃组织培养研究进展J.南方林业科学， 2021, 44 04 :25-28. 7周欢， 谢磊， 郭和蓉， 等。百合科植物组织培养的研究进展J.湖北农业科学， 2018, 49 05 :1232-1237. 8高柱， 王小玲， 唐军荣， 等。我们国家木兰科植物组培快繁研究进展J.江西科学， 2020, 31 1 :53-57. 9张春艳， 吴瑜。我们国家槭树科组织培养研究进展J.北方园艺， 2020 07 :181-184. 10胡海波， 黄丹， 许岳香。木犀科植物组织培养研究综述J.林业科技开发， 2018, 23 3 :5-8.