瓜類蔬菜組織培養(yǎng)研究綜述

穆丁郁 張衛(wèi)華

摘要? ? 建立高效的瓜類蔬菜離體培養(yǎng)再生體系是瓜類蔬菜遺傳轉(zhuǎn)化中的一項(xiàng)關(guān)鍵性基礎(chǔ)工作。本文綜述了瓜類蔬菜組織培養(yǎng)過(guò)程中基因型、外植體類型及生理狀態(tài)、培養(yǎng)基、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)等主要因素對(duì)植株再生的影響，分析了目前瓜類蔬菜組織培養(yǎng)中存在的問(wèn)題，并指出了今后的研究方向，以期為瓜類蔬菜組織培養(yǎng)提供參考。

關(guān)鍵詞? ? 瓜類蔬菜;組織培養(yǎng);外植體;培養(yǎng)基;生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)

中圖分類號(hào)? ? S642;Q943? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2020）21-0081-04? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

A? Review? of? Tissue? Culture? of? Cucurbit? Vegetables

MU Dingyu? ? ZHANG Weihua *

（School of Horticulture and Landscape Architecture， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384）

Abstract? ? It is a key basic work in the genetic transformation of cucurbit vegetables to establish an efficient in vitro culture and regeneration system of cucurbit vegetables. In this paper， the possible influencing factors in the process of tissue culture of cucurbit vegetables， such as genotype， explant type and physiological state， culture medium， growth regulators and other major factors on plant regeneration， were reviewed. The existing problems in the tissue culture of cucurbit vegetables were analyzed， and the research direction in the future was pointed out， so as to provide references for the tissue culture of cucurbit vegetables.

Keywords? ? cucurbit vegetable; tissue culture; explant; culture medium; growth regulator

瓜類蔬菜是葫蘆科（Cucurbitaceae）中以果實(shí)供人們食用的栽培蔬菜的總稱，包括9個(gè)屬15個(gè)種以及2個(gè)變種，為一年生或多年生攀緣性草本植物。其中，黃瓜（Cucumis sativus L.）、西瓜（Citrullus lanatus）和甜瓜（Cucumis melo L.）經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，營(yíng)養(yǎng)豐富，在世界范圍內(nèi)分布廣泛，在我國(guó)各地均有栽培。

植物組織培養(yǎng)被廣泛應(yīng)用于脫毒快繁、育種及低溫儲(chǔ)存、建立種質(zhì)資源庫(kù)等生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域[1]。在瓜類蔬菜遺傳轉(zhuǎn)化研究過(guò)程中，建立高效的組織培養(yǎng)和植株再生體系是轉(zhuǎn)化成功的關(guān)鍵性基礎(chǔ)。近年來(lái)，組織培養(yǎng)技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于瓜類蔬菜，在瓜類蔬菜品種改良中發(fā)揮了重要作用[2-4]。目前，瓜類蔬菜已能夠通過(guò)器官發(fā)生途徑獲得再生植株，有的還建立了比較高效的再生體系[2-5]。本文綜述了瓜類蔬菜組織培養(yǎng)方面的研究進(jìn)展，以期為進(jìn)一步開展相關(guān)研究提供借鑒。

1? ? 基因型對(duì)瓜類蔬菜組織培養(yǎng)的影響

基因型是影響瓜類蔬菜組織培養(yǎng)成功與否的一個(gè)內(nèi)部因素。孫治圖等[6]對(duì)23種基因型的西瓜材料進(jìn)行再生篩選發(fā)現(xiàn)，在相同的培養(yǎng)條件下，基因型不同的材料誘導(dǎo)效果差異明顯。其他學(xué)者也有類似的研究結(jié)果報(bào)道[3，7-8]。付秋實(shí)等[9]對(duì)不同甜瓜品種再生體系進(jìn)行比較，證實(shí)薄皮甜瓜誘導(dǎo)率明顯高于厚皮甜瓜。陶興林等[10]以6份厚皮甜瓜子葉為外植體材料，研究不同基因型甜瓜的離體培養(yǎng)植株再生能力，結(jié)果表明，綠寶石甜瓜的不定芽分化率最高，西域1號(hào)次之，白蘭瓜最低。王? 蕾等[11]以新津11號(hào)、綠寶和金寶218等3個(gè)黃瓜品種為材料，研究影響黃瓜愈傷組織誘導(dǎo)的因素，結(jié)果表明，不同基因型的黃瓜在愈傷組織的形成時(shí)間以及激素的最佳濃度選擇上呈現(xiàn)出明顯的差異。趙秀娟等[12]以10個(gè)黃瓜材料為研究對(duì)象開展組織培養(yǎng)試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，黃瓜不同基因型間再生能力差別較大，不定芽再生率變化范圍為10%～80%。杜勝利等[13]用12個(gè)不同基因型的黃瓜品種開展組織培養(yǎng)試驗(yàn)，出芽率最高的可達(dá)73%，最低的只有 25%。由此可見(jiàn)，基因型對(duì)瓜類蔬菜組織培養(yǎng)再生頻率影響較大，選擇合適的基因型是組織培養(yǎng)順利開展的保障。

2? ? 外植體類型與部位對(duì)瓜類蔬菜組織培養(yǎng)的影響

在瓜類蔬菜組織培養(yǎng)研究中，外植體的種類很多，如子葉、子葉節(jié)、莖尖、下胚軸、真葉等，不同類型的外植體誘導(dǎo)不定芽的能力不同。西瓜最常用的外植體是子葉[14-18]。在甜瓜組織培養(yǎng)研究中，以不同基因型品種的子葉作為外植體，可得到較高頻率的再生不定芽;以真葉、下胚軸、莖段和根尖等部位作為外植體，再生頻率很低，甚至不能再生[19-24]。趙? 燕等[25]的研究結(jié)果表明，子葉、下胚軸均可作為甜瓜誘導(dǎo)愈傷組織的良好材料。在黃瓜組織培養(yǎng)過(guò)程中，使用最多的外植體是子葉和子葉節(jié)，子葉節(jié)具有較高的再生頻率，但是容易出現(xiàn)假陽(yáng)性植株[26]。李曉丹等[27]以黃瓜的子葉、真葉、下胚軸等作為試驗(yàn)材料開展組織培養(yǎng)，結(jié)果表明，帶有葉柄的完整子葉不定芽誘導(dǎo)率最高。

同一外植體的不同部位不定芽誘導(dǎo)率也有差異。在西瓜組織培養(yǎng)過(guò)程中，完整子葉、1/2子葉基端、1/4子葉基端和子葉頂端作為外植體，均可獲得較高的叢生芽誘導(dǎo)率[14-18]，大部分研究采用子葉近下胚軸端作為外植體，該部位的組織分化能力相對(duì)較強(qiáng)。萬(wàn)? 勇等[16]認(rèn)為，完整子葉誘導(dǎo)西瓜不定芽的效果最好。毛? 娟等[22]研究發(fā)現(xiàn)，黃河蜜3號(hào)6 d苗齡的近軸端子葉能產(chǎn)生大量不定芽或愈傷組織，為最佳外植體。李曉慧等[20]研究表明，甜瓜組織再生培養(yǎng)以子葉近軸端為外植體較適宜，子葉近胚軸端為外植體誘導(dǎo)率最高，不定芽多發(fā)生在子葉與胚軸連接處;子葉遠(yuǎn)胚軸端為外植體子葉變黃老化，不定芽再生率低。馬國(guó)斌等[28]研究表明，在西瓜和甜瓜組織培養(yǎng)中，子葉和真葉外植體切塊形態(tài)學(xué)下端部位總是首先大量發(fā)生愈傷組織或分化出器官，而切塊形態(tài)學(xué)上端部位很少或幾乎不發(fā)生愈傷組織或器官。說(shuō)明在瓜類蔬菜組織培養(yǎng)中，子葉的形態(tài)學(xué)下端與子葉節(jié)在離體培養(yǎng)中更容易誘導(dǎo)出芽，且誘導(dǎo)率較高。

3? ? 外植體生理苗齡對(duì)瓜類蔬菜組織培養(yǎng)的影響

在瓜類蔬菜誘導(dǎo)不定芽的過(guò)程中，外植體的生理苗齡是重要的影響因素之一，不同苗齡的外植體分化能力差異很大。研究表明，大多數(shù)基因型的西瓜外植體在苗齡2～5 d時(shí)不定芽誘導(dǎo)率較高[29-32]，大多數(shù)基因型的甜瓜外植體在苗齡4～6 d時(shí)不定芽的誘導(dǎo)率最高[33-36]。田? 芳等[37]以黃旦子甜瓜子葉為外植體，研究子葉不同日齡對(duì)不定芽誘導(dǎo)的影響，其中日齡為2～8 d的子葉基部均能誘導(dǎo)出不定芽，最佳誘導(dǎo)時(shí)間為子葉在光照下培養(yǎng)2 d，誘導(dǎo)率可達(dá)到80%;隨著日齡的增加，誘導(dǎo)率逐漸降低，日齡達(dá)到10 d時(shí)子葉則完全不能誘導(dǎo)產(chǎn)生不定芽。池慧芳等[38]以甜瓜品種紅城 7 號(hào)為試驗(yàn)材料，種子消毒后接種于MS培養(yǎng)基上，在人工培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)3 d后，取子葉作為外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)，外植體不定芽分化率最高。眾多研究結(jié)果表明，對(duì)于西瓜和甜瓜來(lái)說(shuō)，由黃變綠時(shí)的子葉為最佳外植體，顏色發(fā)黃以及變?yōu)樯罹G色的子葉分化效果均不理想[14-15，17-18，37]。

4? ? 培養(yǎng)基類型對(duì)瓜類蔬菜組織培養(yǎng)的影響

在瓜類蔬菜組織培養(yǎng)中，MS培養(yǎng)基最為常用，少數(shù)學(xué)者應(yīng)用BS3、Miller等培養(yǎng)基。王愛(ài)玲等[39]以甜瓜品種紅心脆和早皇后的子葉作為外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)，在1/2 MS培養(yǎng)基中均適宜生根，繁殖系數(shù)較高。張鐵剛等[40]以厚皮甜瓜皇后為試驗(yàn)材料，以無(wú)菌苗作為外植體，研究發(fā)現(xiàn)，接種于MSB培養(yǎng)基中其叢生芽誘導(dǎo)率最高，達(dá)到86%。黃丹楓等[41]以網(wǎng)紋甜瓜夏七號(hào)無(wú)菌苗的子葉、胚軸等為試驗(yàn)材料，開展網(wǎng)紋甜瓜組織培養(yǎng)技術(shù)研究，發(fā)現(xiàn)其愈傷組織誘導(dǎo)和分化的最佳培養(yǎng)基為改良MS培養(yǎng)基。王建設(shè)等[42]報(bào)道，伊麗莎白甜瓜的子葉在BM3培養(yǎng)基中不定芽誘導(dǎo)率最高。盛? 慧等[43]以哈研3號(hào)薄皮甜瓜為試驗(yàn)材料，研究三倍體薄皮甜瓜高效再生體系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，外植體在含有Agr 1.0%的1/2 MS培養(yǎng)基中生根率最高。丁海濤等[44]以伽師瓜的子葉為外植體，以Miller培養(yǎng)基作為基本培養(yǎng)基，其叢生芽誘導(dǎo)率為40%～60%，再生苗的誘導(dǎo)率為90%。由此可見(jiàn)，在組織培養(yǎng)過(guò)程中，選擇合適的培養(yǎng)基對(duì)于瓜類蔬菜高效再生體系的建立尤為重要。

5? ? 生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)瓜類蔬菜組織培養(yǎng)的影響

生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的種類和配比是影響植物細(xì)胞脫分化和再分化的關(guān)鍵因素之一。不同植物組織內(nèi)源激素水平的不同，導(dǎo)致其對(duì)外源激素的要求也不同。在瓜類蔬菜組織培養(yǎng)過(guò)程中，誘導(dǎo)不定芽常用的生長(zhǎng)素類調(diào)節(jié)劑是 IAA、NAA和IBA，常用的細(xì)胞分裂素類調(diào)節(jié)劑是BA，也有部分研究應(yīng)用ZT、KT和2，4-D等激素。

在西瓜的組織培養(yǎng)研究中，BA常用的濃度范圍為1～10 mg/L，IAA、IBA、NAA等常用的濃度范圍為0～3 mg/L[29，31]。郝詩(shī)璇等[45]選用小果型西瓜早佳8424的子葉節(jié)作為外植體，在MS+2.0 mg/L 2，4-D+1.0 mg/L 6-BA培養(yǎng)基上愈傷組織誘導(dǎo)效果最好。宣 楊等[5]選用小果型西瓜自交品系L1為試驗(yàn)材料研究小果型西瓜快速繁殖技術(shù)，結(jié)果表明，子葉苗莖尖叢生芽誘導(dǎo)培養(yǎng)以MS+1.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA培養(yǎng)基的誘導(dǎo)效果較好，試管苗繼代增殖最適培養(yǎng)基為MS+0.5 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA，誘導(dǎo)試管苗生根的最適培養(yǎng)基為1/2 MS+0.3 mg/L IBA。徐洪國(guó)等[46]以小果型西瓜自交品系K1為外植體進(jìn)行小果型西瓜子葉節(jié)離體培養(yǎng)，結(jié)果表明，在1/8 MS培養(yǎng)基上，其萌發(fā)率最高，西瓜子葉節(jié)誘導(dǎo)不定芽的最佳培養(yǎng)基為MS+2.0 mg/L BA+0.1 mg/L NAA。

在甜瓜組織培養(yǎng)中，BA常用的濃度范圍為0.2～1.2 mg/L，IAA、IBA、NAA等常用的濃度范圍為0.01～1.00 mg/L[37，40，42，44]。王建設(shè)等[42]以伊麗莎白的子葉為外植體，接種于BM3+1.5 mg/L IAA+6.0 mg/L KT+1.0 mg/L CuSO4·5H2O誘導(dǎo)培養(yǎng)基中，其愈傷組織誘導(dǎo)率最高。池慧芳等[38]將苗齡為3 d的紅城7號(hào)子葉接種于MS+2.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L 2，4-D培養(yǎng)基中，其子葉愈傷組織誘導(dǎo)率最高。丁海濤等[44]將甜瓜無(wú)菌苗的子葉接種于Miller+5.0 mg/L 6-BA+0.01 mg/L ZT+3%蔗糖培養(yǎng)基中，其愈傷組織誘導(dǎo)率最高。付秋實(shí)等[47]將薄皮甜瓜IVF05的子葉接種于MS+1.0 mg/L 6-BA+0.5 mg/L ABA誘導(dǎo)培養(yǎng)基中，產(chǎn)生的愈傷組織比較少，能正常分化的不定芽較多且明顯伸長(zhǎng)，不定芽生長(zhǎng)較快。

王? 蕾等[11]以3個(gè)品種黃瓜無(wú)菌苗的子葉和下胚軸為外植體誘導(dǎo)愈傷組織，結(jié)果表明，IAA最佳激素水平范圍為0.2～0.3 mg/L，6-BA最佳激素水平范圍為1.2～3.0 mg/L。黃玉蘭等[48]對(duì)以黃瓜津研4號(hào)子葉為外植體誘導(dǎo)的愈傷組織進(jìn)行繼代培養(yǎng)，結(jié)果表明，黃瓜愈傷組織繼代培養(yǎng)的最佳培養(yǎng)基為MS+1.009 mg/L 6-BA+0.550 2 mg/L IAA+1.102 6 mg/L AgNO3。王? 萍等[49]以黃瓜津研4號(hào)的子葉節(jié)為外植體，將其接種在添加有6-BA、IAA、ABA、KT 4種植物激素的MS基本培養(yǎng)基中，結(jié)果表明，在MS培養(yǎng)基中添加4種激素中的任何3種均能誘導(dǎo)外植體形成愈傷組織，添加1～2 mg/L 6-BA+0.5 mg/L ABA+4 mg/L KT（0.050 mg/L IAA）有利于芽分化，添加2 mg/L 6-BA+0.025 mg/L IAA+4 mg/L KT可促進(jìn)芽的伸長(zhǎng)。趙? 雋等[50]認(rèn)為，將BA和IAA按照一定的濃度組合對(duì)黃瓜子葉節(jié)進(jìn)行培養(yǎng)，一段時(shí)間以后轉(zhuǎn)到含有TDZ的培養(yǎng)基上，芽的誘導(dǎo)率最高。李建欣等[51]研究認(rèn)為，黃瓜子葉再生苗誘導(dǎo)率較高的培養(yǎng)基為MS+1.0 mg/L BA+1.0 mg/L AgNO3，增殖芽數(shù)較多的培養(yǎng)基為MS+2.0 mg/L+1.0 mg/L AgNO3。

在組織培養(yǎng)中，不同瓜類之間、相同瓜類不同基因型之間以及同一基因型不同外植體之間，適宜的激素種類與濃度差異都很大。所以，不同基因型作物進(jìn)行離體培養(yǎng)時(shí)，應(yīng)設(shè)置不同激素種類、不同濃度梯度的研究，以篩選出最佳激素配比。

6? ? 問(wèn)題與展望

幾十年來(lái)，我國(guó)瓜類蔬菜組織培養(yǎng)研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，在遺傳轉(zhuǎn)化、品種改良、種質(zhì)資源保存等方面應(yīng)用廣泛，但仍存在一些問(wèn)題。一是瓜類蔬菜組織培養(yǎng)研究多集中在誘導(dǎo)愈傷組織、不定芽及不定根的分化等前期階段，對(duì)煉苗移栽、再生植株生長(zhǎng)狀況等后續(xù)內(nèi)容研究較少，導(dǎo)致再生率高而成活率低。今后應(yīng)加強(qiáng)組培苗后續(xù)培養(yǎng)工作的研究，提高其應(yīng)用范圍。二是西瓜組織培養(yǎng)過(guò)程中玻璃化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，嚴(yán)重影響組培苗的成活，玻璃化苗移栽后恢復(fù)成正常苗的概率小，阻礙遺傳轉(zhuǎn)化等后續(xù)研究工作的進(jìn)行。培養(yǎng)基類型和所用激素配比、瓊脂和蔗糖濃度、外源滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、培養(yǎng)瓶的通氣狀況、外界培養(yǎng)條件的變化等均與玻璃化現(xiàn)象有關(guān)。但對(duì)于玻璃化現(xiàn)象出現(xiàn)的原因和有效降低玻璃化的措施等相關(guān)研究報(bào)道并不多。甜瓜組織培養(yǎng)過(guò)程中也同樣存在玻璃化問(wèn)題，相關(guān)研究也較少。今后研究工作應(yīng)適當(dāng)著手解決瓜類蔬菜組織培養(yǎng)玻璃化問(wèn)題。三是瓜類蔬菜組織培養(yǎng)研究雖然已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但瓜類蔬菜離體再生體系仍需完善，對(duì)基因型、外植體、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的控制仍需進(jìn)行探索，以進(jìn)一步降低繁殖成本，提高試管苗的繁殖系數(shù)和繁殖速率。

7? ? 參考文獻(xiàn)

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通信作者

收稿日期? ?2020-06-02