半夏快速繁殖技術(shù)的研究進展

1、花卉中藥材快繁技術(shù)與生產(chǎn)課程論文半夏快速繁殖技術(shù)的研究進展院系：生命科技學院班級：生物103班：邢 鋒學號：半夏快速繁殖技術(shù)的研究進展摘要：現(xiàn)階段，藥用植物的研究發(fā)展快速，組織培養(yǎng)作為一個有效的技術(shù)手段可以解決草藥稀缺、次級代產(chǎn)物過少的問題，能夠顯著推動藥用植物的發(fā)展。半夏是一種常用中藥材，其相關(guān)的醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，導致野生資源儲量急劇減少。半夏種源缺乏，種質(zhì)退化是半夏無法形成規(guī)模化種植的原因。本文就對半夏在快繁領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢，存在問題等進行初步探討。 關(guān)鍵詞：半夏、快速繁殖、研究現(xiàn)狀、問題引言：半夏Pinellia ternate(Thunb.)Breit.是天南星科半夏屬多年生草

2、本植物，主要分布于中東、華北以及長江流域，為中國傳統(tǒng)常用藥材。半夏具有燥濕化痰、降逆止嘔、消腫散結(jié)、抗早孕、抗腫瘤、護肝等功效，在196個處方中出現(xiàn)頻率居于第22位，應用十分廣泛，具有重要藥用價值道。自然條件下，半夏生長于溪水旁、田間雜草或林木灌叢之中，主要靠珠芽、塊莖進行無性繁殖，繁殖系數(shù)低；另外，由于耕作制度的改革，尤其是旱改水和水旱輪 作制的實行以及化學除草劑的使用 ，半夏野生資源遭到嚴重侵蝕，另一方面由于種源缺乏、種質(zhì)退化及病蟲害等原因至今尚未形成規(guī)?；N植，導致半夏資源的嚴重匱乏，成為以半夏為原料的醫(yī)藥產(chǎn)品做大做強的瓶頸。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，植物組織培養(yǎng)技術(shù)日臻成熟，目前已在多種園林

3、、園藝及藥用植物上取得應用。由于半夏本身較高的市場價值，科研人員針對其快速繁殖與培養(yǎng)體系的建立方面展開了大量研究，并取得一系列成果，同時也存在一些亟待解決的問題。為此我以近年來有關(guān)文獻資料為據(jù)，對半夏組織培養(yǎng)和快速繁殖技術(shù)方面進行綜述，并就存在的問題進行初步探討。1 半夏的組織培養(yǎng)研究進展半夏組織培養(yǎng)報道始于1982年的中國植物生理學會第三次全國會議論文摘要匯編。1983年，任家惠利用半夏試管苗葉片、葉柄誘導出小植株。同年，日本的Shoyama通過塊莖培養(yǎng)也獲得成功。自此，國外專家展開了半夏的組織培養(yǎng)研究。近十年來許多學者圍繞于此做了大量工作，并在下述幾方面取中國移動農(nóng)信通得了一定進展。 11

4、 培養(yǎng)條件 培養(yǎng)基大多采用MS型瓊脂濃度06 08(有或 無 )；蔗糖濃度2 3；pH 58 6.0；培養(yǎng)溫度 22 30 ，以 25左右居多；濕度 70 80 ；光照強度1 500 2 000 Ix，日光燈和白熾燈均可 ，光照時間 1012 h，也有用自然散光的。一般來說 ，誘導愈傷組織 ，室散光下效果較好，而在分化苗期間，光的作用比較明顯。外植體塊莖、葉片、葉柄、珠芽均有。12 研究成果 運用葉片和葉柄作為外植體，任家惠在國最早進行了半夏組織培養(yǎng)的研究工作，經(jīng)2個月的時間，由愈傷組織得到大量完整的植株；與此同時，日本 Shoyama 通過塊莖培養(yǎng)，也獲得了成功 ；朱鵬飛則把外植體的圍擴大到

5、了珠芽；何奕昆在研究了半夏離體培養(yǎng)中小塊莖的形態(tài)發(fā)生特點之后 ，用它制作了人工種子，并實現(xiàn)了半夏的莖尖培養(yǎng)。利用半夏原生質(zhì)體也可再生出植株。宋佩倫、夏海武、曾令波等分別研究了半夏組織培養(yǎng)過程中各激素的種類、濃度不同對愈傷組織的誘導及其分化的影響，得到一些共識 ：誘導半夏愈傷組織的成和器官分化 ，單一使用生長素和細胞分裂素效果都不好，需二者適當搭配；生長素對愈傷組織形成起決定作用，2，4一D 的作用比NAA顯著 ，但適宜于較低濃度(05 20 mg·L )，與 Okazawa愈傷組織進一步發(fā)育為外源激素所促進 ，過高時則有抑制作用”的結(jié)論相符。細胞分裂素誘導愈傷組織能力較弱；生長素誘導

6、根的生成，細胞分裂素特別是高濃度時抑制根的生長 。生長素濃度 高時抑制芽的形成，細胞分裂素特別是6-BA促進芽的分化，但濃度不宜過高，滿足Skoog等提出的根芽分化理論。與其他植物一樣，半夏組織培養(yǎng)過程中植 株再生的途徑有2種：器官發(fā)生途徑：分直接發(fā)生和間接發(fā)生。直接發(fā)生途徑即從外植體直接分化出器官，見朱忠榮等“葉柄和塊莖切塊在培養(yǎng)過程中不出 現(xiàn)明顯的愈傷組織 ，而是直接從外植體表面產(chǎn)生多個球狀體，然后由球狀體上方長綠芽下方長出根 ；光勝等“塊莖 、珠芽經(jīng) 23周可長出許多圓形粒狀物，該過程無明顯的脫分化組織”以及何奕昆等“葉柄在分化培養(yǎng)基上可直接產(chǎn) 生小塊莖或小鱗莖。進而分化出完整植株”。而

7、較常見的是通過愈傷組織的間接發(fā)生途徑。在愈傷組織形成以后，視情況，可轉(zhuǎn)移到分化培養(yǎng)基進一步分化出根和芽，也可原培養(yǎng)基上分化，即通常所說的一次性成苗，在半夏一次性成苗過程中愈傷組織分的順序總是先根后芽，且與激素配比情況和外植體類型關(guān)系不 大； 胚狀途經(jīng)：也分為直接發(fā)生間接生途徑，這方面的研究較少。與固體培養(yǎng)相比，液體振蕩培養(yǎng)條件下，組織生長快，球狀體及根形成的時間均大大提前，每個外植體再生小植株數(shù)目明顯增加，從接種到出瓶移栽所需的時間也大大減少 。 1.3半夏人工種子的研究 人工種子，就是將細胞培養(yǎng)中形成的體細胞胚或不定芽包裹在能提供養(yǎng)分的膠囊中，再在膠囊外包上一層具有保護功能和防止機械損傷的外

8、膜，造成一種類似于天然種子的結(jié)構(gòu)。人工種子可在一定的條件下萌發(fā)生長并形成完整植株，為生產(chǎn)實踐提供方便，同時也是種質(zhì)資源保存的重要手段之一。植物人工種子的研制，是當前生物技術(shù)研究中活躍的領(lǐng)域之一。中國在“七五”期間開始對胡蘿卜、芹菜、西洋參、黃連、苜蓿、云杉、番木瓜等十幾種材料進行了人工種子的系統(tǒng)研究。其中胡蘿卜、黃連、苜蓿、甘薯已得到大量體細胞，制作的人工種子在無菌條件下可以轉(zhuǎn)換成苗。2001年，遺傳與發(fā)育生物學研究所研制出一種新的以罐式培養(yǎng)為核心的方法，進行馬鈴薯脫毒微型薯人工種子的生產(chǎn)。實驗結(jié)果表明該技術(shù)較常規(guī)法生產(chǎn)效率提高5倍，生產(chǎn)成本降低l/2，脫毒種薯較常規(guī)種薯增產(chǎn)40%以上，有較大

9、的經(jīng)濟和社會效益。半夏植株矮小，栽培密度大，如用試管苗移栽工作量很大，由此推動了半夏人工種子的研制。1997年，何弈昆等用4%海藻酸鈉包埋直徑為23 mm半夏組織培養(yǎng)的再生小塊莖制成人工種子，無菌條件下萌發(fā)率可達70%。人工種皮添加適當激素可促進萌發(fā)，適當?shù)拿撍欣谌斯しN子的貯藏。1998年，鋒以半夏珠芽生長的莖尖誘導出小塊莖并制成人工種子，成苗率98.4%；人工種子苗塊莖產(chǎn)量是栽培苗的2.02倍，是試管苗的1.33倍，生物堿含量是栽培苗的1.62倍，是試管苗的1.12倍，是野生苗的1.17倍。2000年以后，薛建平等進行了半夏人工種子制作技術(shù)及貯藏技術(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)以3%海藻酸鈉并附加部分殼

10、聚糖為種皮基質(zhì)，添加適量的GA3、苯甲酸鈉、多菌靈及鈷、銅、鎳等微量元素制得的復合型人工種皮可獲得較高的萌發(fā)率，并且在4下貯藏時間延長至30天。對半夏人工種子技術(shù)的探索除了上個世紀九十年代進行了部分相關(guān)工作，近幾年的研究報道較少，目前仍存在貯存時間短、萌發(fā)率較低及易感染病菌腐爛等問題，相關(guān)研究亟待開展。與天然種子相比，人工種子具有許多顯著優(yōu)勢：首先人工種子可以工廠化生產(chǎn)和貯存，具有增殖快、占地少、周期短的特點；一旦獲得優(yōu)良基因，可利用人工種子進行保存并多年使用，省去復雜繁瑣的育種程序；在種皮制作過程中可添加各種生長調(diào)節(jié)劑、殺菌劑、除草劑、肥料等，使萌發(fā)后的種苗健康成長并避免病蟲感染；保證種子出

11、苗整齊，成熟一致，利于管理和收獲等等。這種高效快速的繁殖方式可以在短時間獲得大量優(yōu)質(zhì)種源，即使長時間生產(chǎn)也不會導致種質(zhì)退化；而工廠化的生產(chǎn)可以降低人工種子的成本，從而提高其市場競爭力，為農(nóng)民帶來可觀的經(jīng)濟效益。隨著技術(shù)的不斷進步及生產(chǎn)規(guī)模的擴大，可以說人工種子將是解決半夏資源匱乏的首選辦法之一，甚至引發(fā)一場農(nóng)業(yè)技術(shù)的革命，為其他藥用植物及作物生產(chǎn)提供廣闊的發(fā)展空間天。2 存在的主要問題 2.1 污染 一是自身帶菌造成的污染。半夏栽培時本身的病蟲害很嚴重，在建立快繁體系過程中因為半夏本身帶菌導致的污染約占8O，有的甚至達到100。1997年4月經(jīng)省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所對采集的西和縣半夏病樣進

12、行鏡檢和分離，直接鏡檢半腐爛和腐爛塊莖，見大量腐生線蟲、少量寄生線蟲、害螨、根蛆及大量鐮刀菌小孢子，攜帶寄生線蟲、害螨和根蛆 的塊莖占所鏡檢塊莖的783 ；采用常規(guī)分離方法共分得真菌菌株28個，包括鐮刀菌、絲核菌、青霉菌、炭疽菌和交鏈孢菌等。這些病蟲害不但導致了半夏根腐病的嚴重發(fā)生，造成減產(chǎn)甚至絕收，而且給組培工作造成 了嚴重的影響。二是人為因素導致的污染。這種污染主要包括培養(yǎng)基滅菌不徹底；鑷子、剪刀、無菌水等消毒不嚴格；人工操作沒有嚴格按照操作規(guī)程進行等。人為因素造成的污染表現(xiàn)為污染類型一致，污染時間同步，而其原因往往是因為某個環(huán)節(jié)操作錯誤而導致全部污染。 2.2 退化 隨著繼代次數(shù)的增加不

13、但會造成生菌的污染，而且會導致組培苗嚴重退化。主要表現(xiàn)是：產(chǎn)生 大量的非胚性愈傷組織、玻璃化、褐化等，幼苗容易發(fā)黃、苗弱、分化率低等。如果將非胚性愈傷、玻璃化、褐化的愈傷組織轉(zhuǎn)接，會嚴重降低試管苗的分化率甚至導致污染。 2.3 倒苗 試管苗在移栽過程中，因其特別細嫩嬌弱，成型的小塊莖顆粒不多，如果操作不當極易造成倒苗，嚴重影響工廠化生產(chǎn)中小球莖的產(chǎn)出期限和產(chǎn)量，造成資源浪費和運作成本的增加。 2.4 病蟲害嚴重 半夏移栽到大田后易受病蟲為害。大田病害主要以莖腐病、縮葉病為主。莖腐病多在高溫多濕季節(jié)發(fā)生，危害地下塊莖，造成腐爛，隨即地上部分枯黃倒苗死亡?？s葉病是由病毒引起的一種病害，多在夏季發(fā)生

14、，發(fā)病后小葉皺縮扭曲，植株變矮、畸形。蟲害主要有蚜蟲、菜青蟲、紅天蛾等，對半夏的危害僅次于病害。這些病蟲害給組培塊莖和大田原種繁殖造成了很大的障礙，如果采取的防治措施不得當，將給以后的擴繁環(huán)節(jié)造成嚴重的影響。2.5兩種來源小塊莖的結(jié)構(gòu)差 何奕昆認為無論從愈傷組織還是從外植體直接形成植株，都是通過小塊莖途徑完成的并對小塊莖的形態(tài)建成進行了闡述。另外，從愈傷組織得來的小塊莖比從外植體直接得到的小塊莖分化出根和芽的時間較短，這表明兩種來源的小塊莖結(jié)構(gòu)上存在差異。 3 半夏在藥用方面的發(fā)展趨勢 中藥是祖國傳統(tǒng)醫(yī)藥的寶庫，在世界圍得到了普遍認可，特別是在抗癌、抗病毒方面具有獨特優(yōu)勢。市場對中藥的需求量與

15、日俱增。但是，天然藥物資源面臨著嚴重的枯竭問題，大面積無計劃的采挖，破壞自然環(huán)境，使一些藥用植物瀕危滅絕。中國植物紅皮書中收載398種瀕危植物，其中藥用植物168種，占42%。 這說明，藥用植物資源短缺已經(jīng)成為限制中草藥發(fā)展的主要因素。因此，植物組織培養(yǎng)技術(shù)就顯得非常重要，能夠利用藥用植物大規(guī)模繁殖，提取有效藥用成分。目前通過各種培養(yǎng)物中產(chǎn)生的藥用成分已600多種，其中40多種化合物在數(shù)量上超過或等于原植物中的含量。 然而，藥用植物組培研究仍存在許多問題，如有的單子葉植物和裸子植物發(fā)根難以誘導，生產(chǎn)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)相對獨立，沒有模式系統(tǒng)，高產(chǎn)細胞系穩(wěn)定性差。因此距離實現(xiàn)藥用植物次生代物產(chǎn)業(yè)化還有很長距

16、離。我個人認為，藥用植物的研究應該轉(zhuǎn)向植物組培新技術(shù)的方面，爭取借鑒組培新技術(shù)，例如開放培養(yǎng)和無糖培養(yǎng)，爭取實現(xiàn)低成本的工業(yè)化生產(chǎn)。發(fā)根難以誘導可以借鑒菌類誘導，生產(chǎn)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)則需要在植物藥物代生理的層面上研究。只有這樣多方面，共同應用物理、生物與化學的知識，才能夠?qū)⑺幱弥参锝M培更持久、有效地進行下去。 從20世紀60年代開始中國藥用植物離體培養(yǎng)和試管繁殖研究便取得了極顯著的成績，維倫在1990年根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計中國的快速繁殖植物達443種，其中中草藥植物達52種。大學從1986年開始從事細胞大量培養(yǎng)方面的研究，獲得的紫草培養(yǎng)細胞中紫草寧含量占干重14%，幾倍高于天然紫草根中該物質(zhì)的含量。中國藥

17、科大學成功進行了人參的l0L體積大規(guī)模培養(yǎng)，并對培養(yǎng)細胞進行化學成分(皂苷、灰分、金屬離子、氨基酸)和藥理活性(急性毒性，鎮(zhèn)靜作用，抗疲勞作用，抗高溫作用，吞噬機能)分析，結(jié)果與種植人參無明顯差異，目前已作為美容保健品投放市場。半夏作為一種中藥材，在以后的藥物研究方面具有很好的發(fā)展空間，它雖沒有人參、紫杉醇等這些被人眾所周知，但很值得學者去研究。參考文獻1高麗君，建華，風云等. 植物次生代物的應用和開發(fā)J.生物學通報，2004，39（7）15-172謙，永清. 利用藥用植物組織培養(yǎng)生產(chǎn)次生代產(chǎn)物的研究進展J. 齊魯藥事，2006，25（6）：350-3533瑋，莉霞活性碳對半夏組培苗的影響，農(nóng)

18、業(yè)，2005(5)：50 4龔成文半夏綜合栽培技術(shù)研究中國中藥雜志，2005，l6：124012425中國醫(yī)科學院藥物研究所。中藥志。第2冊第2版人民衛(wèi)生199338 6郭巧生半夏研究進展中藥研究與信息，2000，2(10)：15，46 7江年瓊半夏天南星：中國中醫(yī)藥，200127 8任家惠，克潤 ，徐瓊芳三葉半夏試管苗器官的誘導植物生理學通訊，1983，4：44 9Shoyama YClonal regeneration of Pinellia r，lnt口BreitPlan ta Med，1983，49(1)：14 10朱鵬飛，毛文岳組織培養(yǎng)獲得再生植株植物生理學通訊， 1985，3：2611朱忠榮，王永樹，業(yè)正三葉半夏組織培養(yǎng)快速繁殖研究農(nóng)學院學報 ，1991，10(1)：40 12光勝，志立，毛文岳，等 半夏組織培養(yǎng)育苗初報中藥材 ， 1992，15(7)：13 13吳愛民，朱寶成 ，慶余掌葉半夏懸浮培養(yǎng)下的體細胞胚胎發(fā)生的研究作 物學報，1996，22(1)：66 14萬美亮 ，宏康半夏組織培養(yǎng)與快速繁殖研究中國中藥雜志 ，1995，20(9)：526