傅聿峰

（河北省塞罕壩機(jī)械林場，河北 圍場 068450）

我國觀賞植物組織培養(yǎng)育種研究進(jìn)展

傅聿峰

（河北省塞罕壩機(jī)械林場，河北 圍場 068450）

現(xiàn)代組織培養(yǎng)育種技術(shù)主要包括單倍體育種、多倍體育種、原生質(zhì)體與體細(xì)胞雜交育種和胚挽救技術(shù)育種等4種。在對過去10a中觀賞植物組織培養(yǎng)育種的研究情況進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，對其發(fā)展進(jìn)度、應(yīng)用情況進(jìn)行了簡介，列出了試驗成功的主要觀賞植物種類，并對觀賞植物組織培養(yǎng)育種的材料進(jìn)行了綜述和分析，指出當(dāng)前階段存在的問題和不足，以期為今后觀賞植物組織培養(yǎng)育種提供參考。

觀賞植物；組織培養(yǎng)；育種；研究進(jìn)展

觀賞植物組織培養(yǎng)，就是通過無菌操作分離觀賞植物體的一部分，如花、莖尖、莖段、葉、幼胚等，并配合一定的營養(yǎng)、生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，通過嚴(yán)格控制溫度、光照等因素，使其迅速生長，能夠縮短其生長周期，獲得大量遺傳性狀一致的幼苗，又稱植物克隆育苗技術(shù)（Plant Gene Cloning）[1]。觀賞植物組織培養(yǎng)對新品種的選育，或者利用現(xiàn)代種質(zhì)資源及野生種質(zhì)資源進(jìn)行常規(guī)的雜交、倍性、輻射及基因工程育種具有重要意義，得到了廣泛應(yīng)用。蘭花（Cymbidium ssp.）、菊花（Chrysanthemum）、唐菖蒲（Gladiolus gandavensis Vaniot Houtt）、非洲紫羅蘭（Saintpaulia ionantha Wendl）、 水 仙（Narcissus tazettaL.var.chinensisRoem.）、 百 合（Lilium brownii var.viridulum Baker）、矮牽牛（Petunia hybrid Vilm）、鶴望蘭（Strelitzia reginae Aiton）等的主要繁殖方式就是組織培養(yǎng)。

現(xiàn)在除了常規(guī)方法外，在現(xiàn)代花卉新品種的選育中，植物組織培養(yǎng)技術(shù)參與輔助培育或直接培育的新品種所占比例超過80%，主要是通過倍性育種、細(xì)胞育種、原生質(zhì)體育種、胚挽救技術(shù)等來實現(xiàn)的。本文對10a來這4個方面的研究成果進(jìn)行討論。

1 單倍體育種

單倍體育種是利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體植株，再通過某種手段使染色體組加倍（如用秋水仙素處理），從而使植物恢復(fù)正常染色體數(shù)，具有高速、高效、基因型一次純合等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已作為一種嶄新的育種手段開始應(yīng)用。單倍體獲得途徑包括花粉培養(yǎng)、花藥培養(yǎng)、胚培養(yǎng)、子房培養(yǎng)等?；ㄋ?、花粉培養(yǎng)是在離體情況下培養(yǎng)成單倍體植株最常用的技術(shù)，是得到大量單倍體最有效的方法，可縮短育種年限，提高選擇效率，在很多觀賞植物上已經(jīng)獲得成功植株（表1）[2-22]。誘導(dǎo)花粉植株頻率低或不能誘導(dǎo)出花粉植株的種類，可通過培養(yǎng)未授精子房誘導(dǎo)單倍體植株。子房的人工培養(yǎng)，可有效解決受精后的發(fā)育障礙，使大量遠(yuǎn)緣雜交胚繼續(xù)發(fā)育成正常種子以加快育種進(jìn)程，縮短育種周期，同時可獲得大量的遠(yuǎn)緣雜交后代，創(chuàng)造新種質(zhì)。

花藥是植物雄性生殖器官，由2種不同倍性的細(xì)胞組成，藥壁和藥隔組織為二倍體細(xì)胞，雄性生殖細(xì)胞（花粉粒）為單倍體細(xì)胞。花藥和花粉培養(yǎng)是改變花粉原來的發(fā)育途徑，誘導(dǎo)花粉分裂增殖，形成愈傷組織，經(jīng)過再分化，發(fā)育成單倍體植株[23]。

1964年Guha和Maheshwari首次從曼佗羅花藥培養(yǎng)中誘導(dǎo)出單倍體。我國的花藥培養(yǎng)育種研究始于1972年，到現(xiàn)在為止，至少20個以上的花粉植株是我國學(xué)者首先完成的，居于世界領(lǐng)先地位。近10年來，我國觀賞植物的花粉培養(yǎng)主要是對花粉最佳萌發(fā)條件進(jìn)行研究，如茉莉（Jasminum sambac Aiton））、梅花（Prunus mume）、桔梗［Platycodon randiflorum（Jacq.）A.DC］、金花茶（Camellia nitidissima）、大葉相思花（Acacia auriculiformis）、宮粉羊蹄甲（Bauhinia variegate L.）、唐菖蒲、桃（Prunus persica（L.）Batsch）、無距蝦脊蘭（Calanthe tsoongiana T.Tang et F.T.Wang）、有斑百合（Lilium concolor var.pulchellum）[24-33]等。

表1 單倍體離體培養(yǎng)的主要觀賞植物科、屬、種類（2006~2016年）

2 多倍體育種

多倍體在自然界廣泛存在，具有植株巨型化、抗逆性增強(qiáng)、營養(yǎng)成分含量增加等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于育種研究中。被子植物的胚乳是雙受精的產(chǎn)物，屬于三倍體，通過被子植物的胚乳離體培養(yǎng)可以獲得三倍體植株，三倍體品種具有產(chǎn)量高、觀賞性強(qiáng)及不結(jié)實等優(yōu)勢而備受育種工作者的關(guān)注。而將三倍體植株通過染色體加倍，可以獲得六倍體植株，以解決三倍體不結(jié)實的問題，并用于培育多倍體新品種。多倍體生物一旦形成，它和原來的物種就發(fā)生生殖隔離，因而成了新種。

與組織培養(yǎng)相結(jié)合的多倍體誘導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今多倍體誘導(dǎo)的主要手段，能夠使人工誘導(dǎo)多倍體的成功率大大提高，獲得大量材料，提高誘導(dǎo)成功率，及時分離嵌合體。在組培上常用現(xiàn)代生物技術(shù)誘導(dǎo)多倍體，材料一般是種子、幼苗、生長點(diǎn)、莖尖、愈傷組織、胚狀體、懸浮細(xì)胞系、小孢子、原生質(zhì)體或單細(xì)胞等，誘變材料選取植株或組織分裂最旺盛的時期和部位。誘變劑種類一般選用秋水仙素或除草劑，或添加輔助劑，包括二甲基亞砜（DMSO）、甘油等。誘導(dǎo)方法主要有3種，即組織培養(yǎng)結(jié)合化學(xué)誘變、胚乳培養(yǎng)、原生質(zhì)體融合。近幾年來多倍體誘變結(jié)果見表2。利用秋水仙素處理組織培養(yǎng)過程中的叢生芽、原球莖、體細(xì)胞胚、種子萌發(fā)幼苗等是誘導(dǎo)觀賞植物多倍體的有效方法，目前已在百合、大巖桐等多種花卉上取得成功。胚乳是天然的三倍體組織，因此，胚乳培養(yǎng)可獲得三倍體植株，在盾葉薯蕷、烏桕中成功獲得植株[34-36]，花卉中應(yīng)用較少，再生植株多為非整倍體、混倍體，不穩(wěn)定。

雖然經(jīng)過處理后能夠得到大量多倍體，但是同時也得到大量的非整倍體和嵌合體，需要做后期鑒定。

表2 多倍體離體誘導(dǎo)的主要觀賞植物科、屬、種類（2006~2016年）

3 原生質(zhì)體育種與體細(xì)胞雜交育種

植物原生質(zhì)體（protoplast）是指除去細(xì)胞壁的，由質(zhì)膜包裹的裸露“細(xì)胞”，因為沒有細(xì)胞壁的束縛，無論親緣關(guān)系如何，都具有彼此融合的能力，實現(xiàn)遠(yuǎn)緣的植物細(xì)胞質(zhì)融合，體細(xì)胞雜交，是在離體條件下將同一物種或不同物種的原生質(zhì)體融合，培養(yǎng)并獲得再生植株。

融合方式常用的有對稱融合和不對稱融合兩種。植物的原生質(zhì)體培養(yǎng)及其體細(xì)胞雜交是創(chuàng)造新物種、克服不親和性的有效手段，可以利用其進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化，可以實現(xiàn)抗病性、抗逆性、細(xì)胞質(zhì)雄性不育和優(yōu)良品質(zhì)特性的有效轉(zhuǎn)移[51]。葉片、下胚軸、胚性愈傷組織、花粉等都是原生質(zhì)體的良好來源，再生途徑通常有3條：①經(jīng)細(xì)胞團(tuán)發(fā)育形成愈傷組織，再分化成芽長成植株。②直接形成胚狀體，再發(fā)育成植株。③先形成愈傷組織，再由愈傷組織分化形成胚狀體，最后發(fā)育成植株。

Carlson等在1972年首次成功運(yùn)用體細(xì)胞融合技術(shù)獲得煙草種間的體細(xì)胞雜種再生植株，自此越來越多的物種取得了進(jìn)展，現(xiàn)在很多觀賞植物懸浮細(xì)胞培養(yǎng)的體系都已經(jīng)建立，獲得多個種間、屬間和科間的體細(xì)胞雜種植株。研究成果見表3。

但是，利用原生質(zhì)體育種也有一定的不足。首先，雙親原生質(zhì)體融合時，有利基因連同不利基因可能一并融合到了雜種細(xì)胞中，若要去除攜帶的不利基因，則需通過傳統(tǒng)育種中的連續(xù)多次回交才有望實現(xiàn)，該操作耗費(fèi)精力頗多，且年限較長；其次，當(dāng)雙親的2個核不融合時，引發(fā)形成嵌合體，使得優(yōu)良性狀不能如期整合到雜種細(xì)胞中并遺傳到下一代[79]。

4 胚挽救技術(shù)

植物遠(yuǎn)緣雜交受精后，由于生理原因造成植物難以播種成苗或胚在發(fā)育早期階段敗育、退化，可在胚未完全敗育前進(jìn)行雜種胚的離體培養(yǎng)，用培養(yǎng)基來提供胚成長過程中需要的各類營養(yǎng)，從而使胚能夠正常生長并且發(fā)展成幼苗，這種方法稱之為胚挽救技術(shù)。此技術(shù)可以克服生殖隔離障礙，成功獲得遠(yuǎn)緣雜種植株，大大提高了成功率。胚挽救方式主要有子房切片培養(yǎng)、胚培養(yǎng)、胚珠培養(yǎng)等3種方式，雜種胚培養(yǎng)成功的關(guān)鍵，一是篩選適宜的培養(yǎng)基，二是選擇培養(yǎng)的適宜時期?，F(xiàn)在主要研究不同胚救方式、不同胚拯救時間、不同雜交組合對胚挽救結(jié)果的影響，在百合上發(fā)現(xiàn)通過胚培養(yǎng)方式進(jìn)行胚拯救獲得的萌發(fā)率、愈傷形成率和成苗率均要高于胚珠培養(yǎng)[80]，母本在石蒜屬植物育種中的選擇很關(guān)鍵，雜交自然結(jié)實率越高的組合胚拯救成功率越高[81]。

目前，已通過胚挽救的方法獲得了很多種間、甚至屬間的雜種植株，擴(kuò)大了雜種優(yōu)勢的利用范圍。在觀賞植物中，研究最多的是百合[82-84]，以及鳶尾屬[85]、牡丹[86]、石蒜[87]等。研究情況見表 4。

表3 細(xì)胞、原生質(zhì)體培養(yǎng)的主要觀賞植物科、屬、種類（2006~2016年）

表4 細(xì)胞、原生質(zhì)體培養(yǎng)的主要觀賞植物科、屬、種類（2006~2016年）

5 小結(jié)

目前，組織培養(yǎng)育種技術(shù)是今后發(fā)展的方向，培養(yǎng)體系越來越成熟，培育出了很多新品種，但是還存在諸多問題：（1）此技術(shù)必須建立在對某物種組培技術(shù)比較成熟的基礎(chǔ)上且培養(yǎng)體系探索過程很長。（2）在進(jìn)行多倍體誘導(dǎo)時獲得不定結(jié)果較多，還需做倍性鑒定。（3）沒有普遍性指導(dǎo)意義的結(jié)果。所以，組織培養(yǎng)育種技術(shù)有待于進(jìn)一步深入研究。

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Research Progress on Tissue Culture and Breeding of Ornamental Plants in China

FU Yu-feng
（The Forest Farm of Saihanba in Hebei，Weichang，Hebei 068450，China）

The modern organization culture breeding includes haploid breeding and polyploid breeding and protoplast and somatic hybridization and embryo rescue technology breeding.In the past 10 years，the development progress and its application of modern organization culture breeding were introduced，and the main ornamental plants types of successful test were listed，at the same time，the breeding material of ornamental plant tissue culture were summarized and analyzed.Finally this paper pointed out the existing problems and shortcomings in order to provide reference for breeding in future.

Ornamental plants；Tissue culture；Breeding；Research progress

S722.8

A

1002-3356（2017）04-0042-06

2017-11-22

傅聿峰（1968-），男，林業(yè)高級工程師，從事林業(yè)產(chǎn)業(yè)管理工作。