韭菜組織培養(yǎng)研究進(jìn)展

1、韭菜組織培養(yǎng)研究進(jìn)展論文摘要：本文對韭菜組織培養(yǎng)中如何選擇外植體及影響組織培養(yǎng)的主要因子進(jìn)行了綜述，對韭菜組織培養(yǎng)的開展前景作了展望。論文關(guān)鍵詞：韭菜,組織培養(yǎng),外植體韭菜(Alliumtuberosum.Rottl)別名草鐘乳、起陽草,為百合科蔥屬多年生宿根草本植物。我國作為韭菜生產(chǎn)大國，常規(guī)育種方法諸如雜交育種、優(yōu)勢育種等因育種周期過長、品種間雜種優(yōu)勢不明顯等，已不能滿足韭菜生產(chǎn)需要。組織培養(yǎng)作為遺傳工程中的一項(xiàng)綜合性技術(shù)，能有效獲得育種中間材料，為韭菜育種提供理想的外源受體，促進(jìn)了基因工程在韭菜遺傳改進(jìn)上的應(yīng)用，在韭菜育種中發(fā)揮出顯著作用。早在1977年Zee等就已培養(yǎng)韭菜無菌苗幼葉獲得

2、了再生苗，但植物的再生頻率較低。近年來，隨著國內(nèi)外對韭菜組織培養(yǎng)研究的增多，現(xiàn)已建立了高頻韭菜植株再生體系，因此，采用組織培養(yǎng)方法加快育種進(jìn)程是可行且必要的。同時(shí)，韭菜原種、原原種擴(kuò)繁也需要對韭菜組織培養(yǎng)進(jìn)行深入的研究。本文對近幾年來韭菜組織培養(yǎng)的研究成果做一綜述，以期加快韭菜育種進(jìn)程。收稿日期：接受日期：河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)工程1.韭菜不同外植體誘導(dǎo)成再生植株的差異1.1韭菜花器官的組織培養(yǎng)韭菜花器官的不同部位分化能力有很大差異。王明耀等人采用MS培養(yǎng)基，對韭菜花莖(韭薹)、花盤、花柄和花蕾進(jìn)行培養(yǎng)，結(jié)果顯示花盤切塊容易分化出新植株，花蕾和花柄受培養(yǎng)基中添加的植物激素影響較大，花莖不能分化出新

3、植株。從而證實(shí)了韭菜花器官的不同部位雖然具有相同的遺傳根底，但在組織培養(yǎng)誘導(dǎo)再生植株的表現(xiàn)上卻各有不同，這可能與特定器官自身在植株生長發(fā)育過程中擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧妥饔糜嘘P(guān)，生長發(fā)育較為旺盛的器官更容易經(jīng)過組織培養(yǎng)而分化出新植株。郝建平等將韭薹未張開的花序培養(yǎng)在不同種類的培養(yǎng)基上，證實(shí)了植株激素對器官的分化有重要的影響。但是，愈傷組織對激素的種類和濃度要求并不十分嚴(yán)格，從而認(rèn)為遺傳性及生理狀態(tài)在形態(tài)發(fā)生過程中所起的作用可能比激素更為關(guān)鍵。Nair等對山韭花蕾進(jìn)行誘導(dǎo)，也得到了能夠成活的再生植株。李勇等人采用花托進(jìn)行組織培養(yǎng)，研究發(fā)現(xiàn)在MS培養(yǎng)基中參加不同種類的植物激素對增殖率和生根速率有較大的影響，在

4、適宜的條件下組培苗的成活率可到達(dá)95%以上。1.2韭菜莖尖的組織培養(yǎng)莖尖是韭菜脫毒組織培養(yǎng)中利用的外植體。饒?jiān)螺x等人對韭菜品種791進(jìn)行莖尖離體培養(yǎng)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)韭菜莖尖長度影響愈傷組織的轉(zhuǎn)化，莖尖越小(0.4-0.1mm)，愈傷化程度越高，同時(shí)成苗所需時(shí)間越長，甚至難成苗。在MS培養(yǎng)基中，切取莖尖大小以0.2-0.4mm較適宜，脫毒效果也較理想。秦波等利用圣堂野生大葉韭菜的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)，在MS培養(yǎng)基中添加不同的植物激素，經(jīng)過愈傷組織誘導(dǎo)和芽分化、增殖培養(yǎng)和生根培養(yǎng)階段，獲得了大量生根苗，且每一小苗可長出3-5條根。1.3韭菜根尖的組織培養(yǎng)Shuto等利用韭菜的根尖0.2-0.3mm進(jìn)行組

5、織培養(yǎng)，在MS培養(yǎng)基中經(jīng)過誘導(dǎo)愈傷組織和芽和根的分化形成了再生植株，證明了韭菜根尖是培養(yǎng)植株再生的優(yōu)良外植體。張松等人的研究證明，韭菜根尖在MS+NAA1mg/L+BA2mg/L培養(yǎng)基上可一次成芽，芽分化頻率高達(dá)65.4%-83.7%，出芽數(shù)達(dá)40.1-46.7個(gè)。該研究還對品種、苗齡等影響因子進(jìn)行了比擬，找到了愈傷組織和不定芽的分化頻率較高的品種，還發(fā)現(xiàn)7-10日苗齡的根尖外植體最適于脫分化和再分化。王桂英以韭菜種子萌發(fā)后根尖及繼代組培苗根尖材料為外植體，以MS為根本培養(yǎng)基同時(shí)附加不同種類和濃度的植物激素進(jìn)行組織培養(yǎng)，研究說明BA、KT和NAA配合使用利于根尖材料芽分化，種子根尖比繼代組培苗

6、根尖誘導(dǎo)愈傷形成及芽分化相對容易。屈二軍利用韭菜種子胚根為外植體誘導(dǎo)獲得愈傷組織，并驗(yàn)證了在MS+NAA(1mg/L)+6-BA2mg/L的培養(yǎng)基上愈傷組織形成率最高，這點(diǎn)與張松等人的研究一致。1.4其他外植體的組織培養(yǎng)利用韭菜鱗莖及未傳粉子房進(jìn)行組織培養(yǎng)的研究也已有報(bào)告，賈芬等利用韭菜幼苗的鱗莖在MS培養(yǎng)基中誘導(dǎo)培養(yǎng)出愈傷組織，并進(jìn)一步分化出芽和白色不定根，成為完整植株。田惠橋等用韭菜未傳粉子房在改善的MS培養(yǎng)基中從胚囊中誘導(dǎo)出單倍體植株，同時(shí)還證明韭菜反足細(xì)胞的胚胎發(fā)生頻率高于卵細(xì)胞。2.影響韭菜組織培養(yǎng)的因素2.1影響韭菜組織培養(yǎng)的內(nèi)因植物細(xì)胞的全能性是韭菜組織培養(yǎng)的根底，遺傳性及生理狀

7、態(tài)在形態(tài)發(fā)生過程中起著重要的作用，不同品種和植株不同器官的轉(zhuǎn)化率和轉(zhuǎn)化時(shí)間存在較大的差異，因此基因型和器官的生理狀態(tài)是影響韭菜組織培養(yǎng)的內(nèi)因。張松等人采用14份材料研究了不同基因型不定芽分化的差異，結(jié)果顯示所有材料的根尖外植體均能產(chǎn)生愈傷組織和分化不定芽，但是培養(yǎng)時(shí)間、愈傷組織的分化頻率、出芽率和不定芽分化數(shù)目均有差異，其中91-8品種的愈傷組織和芽的分化頻率最高，均到達(dá)83.7%，出芽數(shù)也最多，平均為46.7個(gè)。這就說明要提高韭菜的再生頻率，選擇適宜的品種也相當(dāng)重要。從韭菜不同器官或相同器官不同部位產(chǎn)生再生植株的難易程度，可以看出器官的生理狀態(tài)影響組織培養(yǎng)，生長活潑的器官易于培養(yǎng)。王明耀等人

8、的研究顯示，同為花器官不同部位的分化難易表現(xiàn)為：花莖花柄花蕾花盤。前人的研究也證明了莖尖、根尖等生長點(diǎn)的分化較容易，而葉片的轉(zhuǎn)化率較低。饒?jiān)螺x等人的研究顯示，在進(jìn)行莖尖培養(yǎng)時(shí)莖尖的長度越小愈傷化程度越高，這可能也與外植體的生理狀態(tài)有關(guān)，因?yàn)樵娇拷o尖頂端生長就越活潑，脫分化的能力也就越強(qiáng)。張松等人發(fā)現(xiàn)隨苗齡增加，芽分化頻率和平均出芽數(shù)呈下降趨勢。苗齡對不定芽分化的影響可能也與外植體的生理狀態(tài)有關(guān)，隨苗齡的增加外植體脫分化的能力減弱。2.2影響韭菜組織培養(yǎng)的外因影響韭菜組織培養(yǎng)的外因主要包括培養(yǎng)基種類、外源激素和抗生素。饒?jiān)螺x比擬了MS、WH、LS、N6和SH五種培養(yǎng)基對韭菜莖尖培養(yǎng)的影響，五種

9、培養(yǎng)基上的韭菜莖尖均能成活，成苗率在48%以上，其中MS培養(yǎng)基到達(dá)78%，且成苗時(shí)間短，莖葉粗壯，生長旺。因此，MS培養(yǎng)基為韭菜組織培養(yǎng)的最適根本培養(yǎng)基。激素的影響主要表現(xiàn)在對愈傷組織和芽及根的分化上。在對花蕾材料的研究中發(fā)現(xiàn)，添加NAA和BA，NAA、BA和KT兩種激素組合對愈傷組織的誘導(dǎo)效果明顯，花器官其它部位出愈率主要與生長素和細(xì)胞分裂素這兩類激素的種類和比例有關(guān)。在韭菜根尖培養(yǎng)研究中發(fā)現(xiàn)，NAA和BA對韭菜組織培養(yǎng)作用顯著，在MS+NAA1mg/L+BA2mg/L培養(yǎng)基上，產(chǎn)生愈傷組織的頻率和不定芽誘導(dǎo)頻率均最高，到達(dá)80.6%。在韭菜莖尖培養(yǎng)研究中發(fā)現(xiàn)，在NAA濃度相同情況下，6-B

10、A從0.1mg/L上升到1.0mg/L，芽的增殖數(shù)量呈增加趨勢，但到2.0mg/L時(shí)，6-BA有抑制作用；在6-BA濃度相同情況下，NAA濃度在一定范圍內(nèi)(0.1-1.0mg/L)升高對芽的誘導(dǎo)也有促進(jìn)作用；其中NAA和6-BA的濃度均為1.0mg/L的處理組合芽誘導(dǎo)數(shù)到達(dá)最高。IAA和NAA均能影響再生苗的生根數(shù)和根的生長速度，其中無激素的MS培養(yǎng)基生根數(shù)最多，生長速度最快，更有利于韭菜組織培養(yǎng)過程中的生根培養(yǎng)。張松的研究發(fā)現(xiàn)，卡那霉素(Km)羧芐青霉素(Carb)和噻孢霉素(Cef)對韭菜根尖培養(yǎng)有抑制作用，表現(xiàn)為隨著抗生素濃度的提高，愈傷組織和芽的分化頻率逐漸降低；在濃度范圍為100-5

11、00mg/L時(shí)，Timentin對韭菜根尖培養(yǎng)中愈傷組織的誘導(dǎo)和芽分化影響不大，但是出芽數(shù)量隨Timentin濃度的升高而有所下降。3.韭菜組織培養(yǎng)的研究與應(yīng)用展望目前,韭菜(同源四倍體)育種中面臨一個(gè)嚴(yán)重的問題,即育種周期過長。韭菜在一般條件下需3年完成一個(gè)有性生殖循環(huán)。選育一個(gè)自交系或一個(gè)常規(guī)品種,需要10-15年時(shí)間。另外,韭菜產(chǎn)量及品質(zhì)多年來處于徘徊狀態(tài),韭菜雖為異花授粉蔬菜,利用雜種優(yōu)勢是最有效途徑之一,但韭菜品種間的雜種優(yōu)勢效果不明顯。韭菜組織培養(yǎng)作為基因工程技術(shù)，與常規(guī)農(nóng)業(yè)育種技術(shù)結(jié)合，在愈傷組織培養(yǎng)過程中易產(chǎn)生遺傳性變異，較大的遺傳變異是選育新品種的根底，特別是染色體倍性的變化

12、，為改進(jìn)品種提供了新途徑；同時(shí)伴隨組織培養(yǎng)技術(shù)的日趨完善，可以將植物組培技術(shù)與分子生物學(xué)方法結(jié)合起來，在細(xì)胞水平上進(jìn)行遺傳修飾，重組，以改進(jìn)韭菜品種；還可以通過胚培養(yǎng)途徑將諸如山韭具有花期長、抗真菌細(xì)菌性病害等的優(yōu)良性狀輸入栽培種，以擴(kuò)大栽培種的基因庫；與韭菜同屬的洋蔥是農(nóng)桿菌的天然寄主，當(dāng)酚類物質(zhì)如乙酰丁香酮在農(nóng)桿菌侵染中的作用被發(fā)現(xiàn)后，利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將外源基因?qū)雴巫尤~植物成為可能，目前，我國韭菜的轉(zhuǎn)基因工作也正在進(jìn)行之中，韭菜高頻植株再生體系可作為基因轉(zhuǎn)移的受體系統(tǒng)，因此，加強(qiáng)韭菜組織培養(yǎng)技術(shù)的研究和開發(fā)，必將為轉(zhuǎn)基因韭菜的研發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的根底。隨著生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化開展的日益加快，植物組織

13、培養(yǎng)技術(shù)必將成熟完善，進(jìn)而為韭菜加快育種進(jìn)程，縮短育種周期，提高育種效益提供有效的技術(shù)支撐。參考文獻(xiàn)2 ZEE S Y. Tissue culture and differentiation of Chinese chive. Hort Science,1977,12(3):264.6 Nair AS and Seo BB. Plantlet regeneration from callus initiated from flower buds in thewild species allium senescens var. minor.Plant Cell Tissue and Organ Culture,1993,34:205-207.10 Shuto H,Abe T,Yamagata