枸杞属植物组织培养研究进展_马慧君.pdf

园林园艺 农业与技术 枸杞属植物组织培养研究进展 马慧君 姚洪军 赵惠恩 北京林业大学园林学院 花卉种质创新与分子育种北京市重点实验室 国家花卉工程技术研究中心 城乡生态环境北京实验室 北京 北京林业大学生物科学与技术学院 北京 摘 要 枸杞属是近年来备受关注的食药兼用型植物 发展前景广阔 然而枸杞属栽培过程中仍存在部分品种生 长时间长 移栽成活困难等问题 组织培养技术对解决这些问题提供了有效途径 本文阐述了外植体选择及预处 理方法 从直接生芽途径和间接诱导途径阐述了芽的培养 从取材部位和生长调节剂两方面阐述了愈伤组织的培 养 从材料 培养基类型 生长调节剂 继代培养及环境影响 方面分析了不定芽的诱导 阐述了生根培养的方 法 从品种研究 基质组合 培养环境 个角度梳理现存问题并提出解决建议及展望 以期为建立系统的枸杞属 植物再生体系与新品种应用 产业发展提供参考 关键词 枸杞属 组织培养 研究进展 中图分类号 文献标志码 收稿日期 基金项目 宁夏回族自治区重点研发计划 揭榜挂帅 课题基金 项目编号 作者简介 马慧君 女 硕士在读 研究方向 植物育种 姚洪军 男 博士 正高级实验师 研究方向 生物技术 通信作者赵惠恩 博士 教授 研究方向 种质资源创新 枸杞属 属于茄科 其中 红果枸杞 黑果枸杞是我国重要的药用观赏植物 在 盐碱 干旱地区造林中起重要作用 枸杞是世界性分 布植物 但仅在我国得到驯化 栽培和开发利用 在 我国 随着栽培面积和种植面积的扩大 枸杞已成为 宁夏 甘肃 新疆 内蒙古 青海 河北等地的重要 树种 枸杞种质资源的收集与保存是枸杞新品种培育的 基础性工程 常见的播种 扦插等方法繁殖效率不 高 时间久 无法满足现有繁殖需求 然而 组织培 养技术的运用与推广 可控性高 可高效完成整个繁 殖过程 极大缩短培育时间 加快枸杞属植物的规模 化 市场化发展进程 年 枸杞叶诱导出原生质体 进而产生了愈 伤组织 此后 关于枸杞属植物组织培养的研究逐 渐增多 浩仁塔本等 采用黑果枸杞的去叶嫩枝为外 植体 系统构建了枸杞组织培养的再生体系 移栽成 活率达 近年来 已建立黄果枸杞 宁夏枸 杞 黑果枸杞 等多个品种的组织培养体系 通过对枸杞属植物组织培养文献进行归纳总结 概括了外植体选择及预处理 直接生芽 间接诱导及 生根等方面的研究现状 利用组织培养技术 枸杞属 植物的繁育时间缩短 品种稳定性提高 有利于开展 枸杞属植物育种工作尤其是优良种质的选育 推动枸 杞产业高质量发展 外植体选择及预处理 外植体选择 黑果枸杞离体培养常选择种子作为外植体 戴 逢斌等 以枸杞种子为外植体开展研究 建立了枸杞 的组织培养和再生系统 于立霞等 选择野生黑果 枸杞种子为外植体 其胚处于萌动阶段 采用秋水仙 素浸种法进行染色体加倍 效果明显 效率高 见效 快 带芽茎段 叶片 茎节也是较为常见初代培养的 初始材料 茎段的出愈率最高 叶片的出愈时间最 短 王聪慧等 以带 个腋芽的黑果枸杞茎段为 外植体 以基础 培养基为依托 搭配不同生长调 节剂进行试验 探究不定芽诱导和生根培养条件 实 现了离体快繁 进行不同外植体的对比试验发现 相 比叶片 茎节分化的愈伤组织 以茎段为外植体分化 的愈伤组织较疏松 但出愈率最高 茎节的出愈率最 低 叶片形成愈伤组织的时间短 为 左右时愈伤组织增长速度最高 而此时叶柄 茎段刚 农业与技术 园林园艺 产生愈伤组织 格尔木 组织培养选取叶片 茎段两种外植体 此外 有学者认为 叶片和茎 段均适合黄果枸杞愈伤组织的诱导 因此 茎段和 叶片较适合作外植体 茎节较不适合 其他植物组织较少用来作外植体 张波等 选 用的外植体为 种枸杞新优品系的花药 段丽君等 选择的外植体为 宁杞 号 的花药 米佳丽等 利用胚乳为外植体建立了枸杞的再生体系 使不定芽 诱导率提高 马彦军等 以黄果枸杞水培的嫩枝为外 植体 而王方琳等 认为 子叶比茎段 胚轴更适 合作诱导愈伤组织的外植体 由此可见 大多数研究以种子 茎段 叶 茎节 等为枸杞组织培养的外植体 预处理方法 组织培养成功的关键是获得无菌外植体 外植体 不同 选用消毒剂也不同 常用的消毒剂之一是氯化汞溶液 也可用酒精进 行辅助消毒 的氯化汞溶液是枸杞的枝条 尤 其是嫩枝的常用消毒剂 同样适用于花药 胚 乳 的消毒 消毒时间对外植体的消毒效果有很大 影响 为了达到理想的效果 夏秋两季最长的消毒时 间可达 黑果枸杞的最佳茎段取样位置是枝 条顶端 最佳消毒试剂时间是酒精 和氯化汞溶液 也可以在稀释的 乙醇中浸泡 用 无菌水冲洗 次 继而在 氯化汞溶液中浸泡 用无菌水冲洗 次 张欣等 将宁夏枸 杞种子在 的酒精溶液中浸种 再用 氯化 汞溶液浸种 经无菌水冲洗 次后完成消 毒 次氯酸钠溶液也是一种常见的消毒剂 用 的次氯酸钠溶液将种子处理 消毒效果 较好 将野生黑果枸杞种子在 的酒精溶液中 浸种 再用无菌水泡洗冲洗 次 后用 的 次氯酸钠浸种 经无菌水冲洗 次后完成消 毒 也有学者采用次氯酸钙溶液和硫酸溶液进行消 毒 王聪慧等 建立了枸杞组织培养和再生系统 用 的乙醇对当年生嫩茎消毒 再用无菌 水清洗 次 用 次氯酸钙溶液消毒 王 静等 用 的氯化汞溶液消毒 无菌水冲洗 次后 加入 的硫酸溶液浸泡种子 直接生芽途径 直接出芽培养 樊映汉等 用 种诱导配方对含单核晚期花粉的 花药进行诱导 加 加 加 加 加 种配方均可 直接发育成幼苗 高思丹等 研究表明 加 是直接诱导黑果枸杞叶片产 生幼芽的最佳激素组合 诱导率为 直接出芽 途径的植株生根情况与愈伤组织诱导途径无显著差 异 遗传稳定性分析 再生植物的遗传稳定性是植物繁育成败的关键 组织培养的枸杞属植物稳定性高 移栽后更易获得性 状稳定的植株 扩增条带的 分子标记技术和检 测植物倍性的流式细胞仪是检测遗传稳定性的常用方 法 研究发现 直接再生植株与对照植株的遗传相似 系数在 平均遗传相似系数为 且获 得的植株均为二倍体 这表明直接诱导不定芽途径获 得的幼苗能较好地保持亲本的遗传性状 对组培 再生植株和亲本植株的 分子检测表明 遗传相 似系数在 平均遗传相似系数为 流式细胞仪检测证明再生植株没有发生倍性变化 说 明原生质体产生的幼苗具有较高的遗传稳定性 间接诱导途径 愈伤组织诱导培养 愈伤组织的诱导 增殖与取材部位 生长调节剂 种类和浓度等有关系 取材部位对愈伤组织诱导的影响 愈伤组织的诱导与外植体具有直接关系 诱导愈 伤组织多以叶片 茎段等幼嫩部位为材料 因衰老植株很难进行脱分化 通常采用枸杞幼嫩 组织诱导愈伤组织 裴小鹏等 用添加了 苄氨基腺嘌呤 和 萘乙酸 的培养基 诱导出西藏 青海 甘肃的黑 果枸杞愈伤组织 乔永旭 以枸杞的子叶 下胚轴 和胚根为外植体 在激素浓度 的 情况下 诱导率高达 孙晓红等 发现 当在 培养基中添加 和 时 诱导率达到 相同材料不同部位的培养基 配方不同 不同基因型枸杞茎段分化的最佳培养基 加 加 蔗糖加 琼 脂 适合于不同基因型的黑果枸杞叶片分化的培养基 加 加 加 蔗糖加 琼脂 生长调节剂对愈伤组织诱导的影响 孙晓红等与大多数学者所使用的 不 同 其采用 玉米素 成功诱导愈伤 园林园艺 农业与技术 组织 对于生长调节剂种类的探究是一个很好的开端 植物生长调节剂的浓度在诱导愈伤组织方面也起 着重要作用 许多研究表明 适合枸杞愈伤组织诱导 的 浓度为 枸杞愈伤组织 的生长状况随着 浓度的增加而逐渐向好 但在 浓度为 时 出现玻璃化现象 表 部分枸杞属植物愈伤组织诱导 植物材料外植体培养基配方 红果枸杞 叶片 叶柄 毒莠定 扁果枸杞 叶组织块 黑果枸杞 叶片 茎节 茎段 黑果枸杞 种子 黑果枸杞 叶片 格尔木 叶片 茎段 宁杞 号 花药 黑果枸杞 叶片 黄果枸杞 叶片 茎段 宁杞 号 叶片 茎段 黑果枸杞 子叶 茎段 胚轴 黑果枸杞 叶片 青杞 号 叶片 红果枸杞 枝条 不定芽诱导培养 材料对不定芽诱导的影响 不同品种的枸杞基因型不同 因此诱导出芽培养基 也不同 宁杞 号 培养基配方为 加 加 宁杞 号 培养基配方 为 加 加 在诱导再生芽形成方面 青海和西藏黑果枸杞的适宜 培养基为添加 加 的 培养基 甘肃黑果枸杞的适宜培养基为添加 加 的 培养基 再生芽率为 培养基类型对不定芽诱导的影响 基本培养基在不定芽培养中应用较广泛 但 也有研究表明 培养基具有同样的效果 此 种培养基适用于木本植物的组织培养 特别是在初代 培养过程中效果较好 对部分枸杞品种适用 在含有 的 培养基和不含生长调节 剂的 培养基上生长的枸杞 显示出良好的效果 最大再生率为 平 均芽长为 表 部分枸杞属植物不定芽诱导 植物材料外植体培养基配方 扁果枸杞 叶片愈伤 黑果枸杞 叶片愈伤 红果枸杞 叶片愈伤 黑果枸杞 茎段愈伤 黑果枸杞 叶片愈伤 格尔木 叶片愈伤 茎段愈伤 宁杞 号 花药愈伤 黑果枸杞 子叶 黑果枸杞 叶片愈伤 黑果枸杞 茎段 青杞 号 叶片愈伤 宁杞 号 茎段愈伤 农业与技术 园林园艺 生长调节剂对不定芽诱导的影响 通常情况 生长调节剂的种类及浓度对枸杞的出 芽有很大影响 王静等 研究发现 激素浓度过低 或过高都会抑制分化 即随着 浓度的增加 下 胚轴诱导的不定芽数量呈减少的趋势 最佳 浓度 为 而茎段 最佳浓度为 和叶片 最佳浓度为 诱导的不定芽数 量呈先增加后减少的趋势 乔永旭 以不同浓度的 和 组合为实验组 探究枸杞愈伤组织分化 情况 枸杞在培养 后开始形成芽 对比发现 和 组合时 芽形成的时间最早 且繁殖系数最高 是出芽的最佳组合 这与李媛媛 等 杨宁等 研究不定芽结果不一致 继代培养 在枸杞属植物的继代培养中 以 基础培养基 为基础 添加不同浓度的 和 居多 大多无 独立的继代培养基 与诱导培养基配方保持一致开展 继代 仅针对黑果枸杞有独立的继代培养基研 究 结果显示 生长调节剂的浓度与取材部位关系密 切 以幼嫩茎段为外植体 适宜黑果枸杞增殖培养基 为 加 加 适 合微枝增殖培养的培养基为 加 加 裴小鹏等 的研究表明 在 不含任何植物生长调节剂的 培养基上继代枸杞有 很好的效果 青海 甘肃 西藏 种黑果枸杞再生芽 的继代培养基均为 培养基 综上 考虑操作便捷 性 可优先选用不含抗生素的 培养基和直接采用 诱导培养基 若某些品种的继代效果不佳 再进行继 代培养基的配方试验 生根培养及移栽 生根培养 通常采用浸根或基质与抗生素结合的方法促进生 根 结果表明 不含抗生素的 培养基可用作生 根培养基 如 张虹等 在 培养基中诱导不 定芽生根 生根率为 添加了 蔗糖的 培养基观察到更高数量的根形成 也有研究者将 小芽接种于不添加抗生素的 培养基中生根 有研究表明 黑果枸杞组培苗生根常用的生长素 为吲哚丁酸 但也有少数研究通过加 和 的组合或只添加 来诱导不定根 多数研 究人员认为 添加 的 培 养基生根效果较好 杨宁等 研究了较低浓度生长素 对生根的影响 结果表明 生根率极 高 可达到 裴小鹏等 研究发现 适合生根 的培养基为 加 王方琳 等 向培养基中加入生根粉溶液 将 浸泡过的 不定芽转入进行培养 添加 壳聚糖的培养 基也被证明是非常有效的 获得了高生根率 和发育良好的植株 表 部分枸杞属植物根诱导 植物材料外植体培养基配方 扁果枸杞 不定芽 宁杞 号 试管苗 宁杞 号 试管苗 黑果枸杞 试管苗 格尔木 试管苗 黑果枸杞 试管苗 黑果枸杞 茎段 宁杞 号 不定芽 黑果枸杞 不定芽 黄果枸杞 不定芽 黑果枸杞 不定芽 黑果枸杞 叶片 黄果枸杞 茎段 黑果枸杞 不定芽 黑果枸杞 试管苗 黑果枸杞 不定芽 宁夏枸杞 不定芽 园林园艺 农业与技术 移栽处理 常温常光炼苗后的枸杞属植物移栽 除了常规水 肥管理外 需特别注意保湿 用保鲜膜覆盖 打开 一角 后再打开 继续等待 后揭开保鲜膜 运用此方法幼苗成活率超过 炼苗和覆膜保湿 均可明显提高组培苗成活率 最高可达 在 移栽过程中 当营养土 河沙 蛭石 时 移栽成活率达 先栽入腐殖土 沙土 的基质中 后移入田间 试管苗成活率达 结论与展望 结论 枸杞属作为常见的食用和药用植物 栽培历史悠 久 关于组织培养的研究集中于外植体选择及预处 理 不定芽培养 生根培养等方面 常用外植体为叶 片和种子 预处理试剂以氯化汞溶液和次氯酸钠消毒 及无菌水冲洗为主 不同生长过程的培养基配方有一 定的相似性 大多为基础培养基添加不同浓度的 一般采用幼嫩组织诱导愈伤组织成 功率可高达 配方多为 加 加 生芽配方多为 加 加 继代培 养基可选不加抗生素的 培养基或 加 生根培养基则以 培 养基为基础 常用的生长素为 或增加 添加 效果较好 问题及展望 虽然枸杞属组织培养研究取得了一定进展 但还 存在品种单一 基质组合局限 环境研究及应用匮乏 等问题 为此提出建议及展望 完善种质资源 系统开展品种研究 完善针对性研究 提高枸杞属种质资源的研究精 度 对种质资源的研究不深入 种植品种比较单一 目前研究材料以黑果枸杞 宁夏枸杞居多 其他一些 品种尚不明确 经过对西北地区的资源调查分析 宁 夏是我国枸杞产业的核心产区 系统整理种质资 源 通过分类 鉴定 筛选出性状优良 研究进展高 的品种 参考关鉴茹等 对中宁县 份枸杞种质分 析 继续有针对性地开展研究 提高品种研究的系统 性 为品种选育提供理论支持 参考模式植物 扩展基质组合范围 探索更多基质组合 加大枸杞属组织培养技术的 探究深度 相比其他属植物 关于枸杞属植物组织培 养的报道总数相对较少 其中大多数是在不同类型的 外植体中使用不同组合的基础培养基和不同的生长调 节剂进行浓度梯度实验 番茄是园艺研究的模式植 物 关于具体品种的组织培养体系已经建立 如 公 牛 建议尝试番茄等亲缘关系较近植物 的组织培养基质 挖掘培养效率更高的配方 融合 人工智能 进行培养环境研究 摸索组培苗培养环境研究 拓展枸杞属组织培养 应用的广度 枸杞属植物分布广泛 环境多样 尤其 是在荒漠化 盐碱化等自然条件恶劣地区可栽植 对 乡村振兴及生态文明建设贡献较大 但目前关于培养 环境的应用研究较少 建议未来在实验室环境的基础 上继续开展后续移栽等实地应用研究 为枸杞产业的 高质量发展作出贡献 如 结合数据模型 分析枸杞 适宜的水分调控水平和施氮水平 科学高效地提高枸 杞品种品质 参考文献 王益民 张宝琳 我国枸杞属物种资源及发展对策 世界 林业研究 胡博然 徐文彪 赵吉强 等 枸杞生物技术研究进展 西北植物学报 孙勇如 李文彬 黄美娟 等 枸杞的原生质体生成愈伤组织 浩仁塔本 赵颖 郭永盛 等 黑果枸杞的组织培养 植 物生理学通讯 马彦军 杨万鹏 杨坤 等 黄果枸杞愈伤组织诱导及快繁技 术研究 干旱区资源与环境 张欣 王鑫 刘辉鹏 等 宁夏枸杞雄性不育品系和可育品系 工厂化快繁体系的建立 分子植物育种 刁玄章 周玉丽 黑果枸杞组培快繁技术研究 安徽农业 科学 杨宁 李宜珅 陈霞 等 黑果枸杞的组织培养和快速繁殖 西北师范大学学报 自然科学版 戴逢斌 刘丽萍 李艾佳 等 多基因型黑果枸杞高效快繁体 系的建立 生物技术通报 于立霞 何丽君 刘嘉伟 等 内蒙古野生黑果枸杞四倍体 试管苗的创制与繁殖 干旱区资源与环境 王聪慧 王铁军 高芳 等 黑果枸杞离体快繁技术研究 森林工程 张虹 安迎瑞 张君 等 黑果枸杞高效植株再生与遗传转 化体系的建立 核农学报 曹君迈 马海军 谭亚萍 离体黑果枸杞再生途径的研究 干旱地区农业研究 孙晓红 位书磊 宋强 等 黑果枸杞的叶片分化与快速繁 殖 植物生理学报 宁晓春 高思丹 杨莉娜 等 黑果枸杞原生质体培养及植 农业与技术 园林园艺 株再生 西北植物学报 胡小柯 尉秋实 王祺 等 青海黑果枸杞 格尔木 无菌 培养体系的建立 中国水土保持 张波 曹有龙 付海辉 等 宁夏枸杞新优品系花药愈伤诱 导的影响因素 江苏农业科学 段丽君 曹有龙 枸杞花药离体培养技术体系的建立 江苏农业科学 米佳丽 曹有龙 王俊 枸杞胚乳离体培养技术体系的建立 江苏农业科学 王方琳 柴成武 魏小红 等 荒漠区药用植物黑果枸杞 的组织培养 干旱区资源与环境 李媛媛 赵红霞 赵学彩 等 黑果枸杞组培无菌体系获得 及组培快繁技术研究 山东林业科技 王静 赵百慧 姜牧炎 等 野生黑果枸杞快速繁殖体系 北方园艺 樊映汉 藏淑英 赵敬 宁夏枸杞研究 银川 宁夏人 民出版社 高思丹 王联星 郭佳磊 等 青海野生黑果枸杞再生体系 的建立及遗传稳定性分析 西北植物学报 裴小鹏 金芳 李文娟 等 三种黑果枸杞组织培养技术初 探 甘肃农业大学学报 乔永旭 黑果枸杞高频再生体系的建立 中药材 袁惠君 辛欣 赵冬苗 等 旱生经济灌木扁果枸杞叶组织 培养再生体系的建立 分子植物育种 王立科 毛善国 杨平 等 野生黑果枸杞组培快繁体系的 建立 分子植物育种 任重 黑果枸杞遗传多样性及快繁体系的初步研究 南 京 南京林业大学 徐蕊 于元元 石晶 等 宁杞 号 枸杞不同外植体愈伤 组织诱导 北方园艺 安焕霞 王占林 侯宪宽 不同激素对青杞 号枸杞叶片愈 伤组织诱导和生长的影响 江苏农业科学 曹有龙 许兴 宋玉霞 等 枸杞原生质体培养及高效成株 体系的建立 植物学通报 闫婷 乌日恒 鲁敏 等 基于高遗传转化率及低幼苗玻璃 化率的黑果枸杞叶片组合培养体系 西北植物学报 段丽君 曹有龙 枸杞花药培养研究 种子 陈晓丹 李爱民 张正海 等 苏枸杞快繁体系建立 特产研究 包振华 郭军战 周玮 等 枸杞组织培养再生体系优化 西北林学院学报 方伟敏 弓淑桦 何卜卜 等 胁迫对宁夏枸杞组培苗 抗氧化酶及相关基因表达模式的影响 江苏农业科学 乔永旭 张永平 张红心 等 宁夏枸杞再生体系的建立 江苏农业科学 马鹏生 朱溶月 白长财 等 宁夏枸杞植物资源及产业发 展调查 中成药 关鉴茹 吕小旭 崔贵娟 等 中宁县 份枸杞种质遗传多 样性 分析 时珍国医国药 王印 李娜 梅明川 等 牛心型番茄 公牛 的组培快繁 体系研究 上海农业科技 王伟杰 金宝霞 朱晓林 等 樱桃番茄材料 再生体 系的建立 北方园艺 张云亮 马彦麟 高亚林 等 基于模糊 组合模型的 枸杞品质水氮调控效应评价 干旱地区农业研究 责任编辑 王东印