天南星科觀賞植物組織培養(yǎng)研究進展

周怡璇

（魯東大學農林工程研究院，山東煙臺 264000）

天南星科是單子葉植物綱、天南星科目中的一科，其種類繁多，目前世界已知的有110 余屬2000 余種[1]，主要分布在熱帶、溫帶和亞熱帶地區(qū)，其中熱帶分布占90%以上。隨著人們對生活品質和家居環(huán)境要求的提升，室內綠植需求量急劇增加，天南星科植物因其葉姿和葉色優(yōu)雅多變，花姿花色獨特精巧而深受人們青睞[2]，在市場上長期占據重要地位。目前，市場上的種類多為引進的熱帶庭園觀賞植物。天南星科觀葉植物主要分為2 大類，一類是常綠的，如龜背竹、花葉萬年青、綠蘿等；另一類是休眠期葉子枯萎的，如馬蹄蓮、花葉芋等[3]。

天南星科觀賞植物需求量巨大，而常規(guī)的依靠分株法進行繁殖，因其繁殖系數低、速度慢等因素的制約，難以滿足日益增長的市場需求。以組織培養(yǎng)為基礎的工廠化生產是解決該困境的有效策略。植物組織培養(yǎng)技術可以在保持母本優(yōu)良性狀的前提下實現快速繁殖，從而獲得大量的幼苗。此外，組織培養(yǎng)環(huán)境條件可控，獲得的組培苗在分子育種、植物基因工程等領域也發(fā)揮著重要作用[4]。為此，綜述了天南星科觀賞植物組織培養(yǎng)的現狀，分析了存在的問題，并提出了進一步研究的方向，旨在促進天南星科觀賞植物組織培養(yǎng)技術進一步發(fā)展。

1 天南星科觀賞植物組培現狀

植物組織培養(yǎng)是指在無菌的培養(yǎng)條件下，將植物組織、器官、原生質體和細胞等在含有各種植物激素和營養(yǎng)物質的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，同時給予合適的培養(yǎng)條件，使其成長為完整的植株的技術[5]。廣義的植物組織培養(yǎng)包括組織培養(yǎng)、器官培養(yǎng)、胚胎培養(yǎng)、原生質體培養(yǎng)、細胞培養(yǎng)等；狹義的植物組織培養(yǎng)是指離體組織快繁技術即試管繁殖技術或微型繁殖（Micro-propagation）[6]。

近年來，植物組織培養(yǎng)工廠化生產具有保持植物優(yōu)良性狀和快速擴繁等工業(yè)化特點，是一種新興的生產技術手段，在園藝植物的工廠化生產領域發(fā)展迅速[7]。自20 世紀70 年代以來，我國對植物組織培養(yǎng)商業(yè)化應用的研究取得了顯著進展。楊樹、馬尾松、泡桐、落葉松、火炬松、竹子和桑樹等樹種從器官、莖尖、熟胚、花藥和愈傷組織誘導成苗[8]。然而，植物組織培養(yǎng)工廠化生產也存在一定的困難，首先，繁殖效率和商品需求量不平衡，有些植物因技術問題，無法滿足工廠化生產的需要；其次，大部分植物組織培養(yǎng)工廠化生產成本較高，無法大規(guī)模工廠化生產。

2 天南星科觀賞植物組培的影響因素

建立天南星科植物高效快繁體系需要考慮很多因素，包括合適的快繁途徑、外植體類型、基本培養(yǎng)基類型、植物生長調節(jié)劑類型、培養(yǎng)條件的控制等，近些年的研究也主要集中在這些方面。

2.1 外植體的選擇

選擇合適的外植體是植物組織培養(yǎng)的首要步驟，也是最重要的一步，不同類型的外植體對植物組織培養(yǎng)的效果有很大的影響。一般來說，植物的組織、器官、原生質體和細胞等都可以用于組織培養(yǎng)，但許多研究表明，植物器官或組織及其生理狀態(tài)或發(fā)育階段不同，其在成長為完整植株的能力上存在較大差異。在采集外植體時，應根據植物的生態(tài)習性、組織培養(yǎng)目的和快繁方式來選擇合適的外植體，一般選擇幼嫩的器官或組織，如葉片、葉柄、頂芽、側芽、莖段等。

邱鴻步等[9]選用匙鞘萬年青的莖段進行組織培養(yǎng)研究發(fā)現，試管苗成活率為95%以上，年繁殖系數達到53.1 倍，并且組培苗性狀穩(wěn)定。朱根發(fā)等[10]選用莖段側芽作外植體進行組織培養(yǎng)研究發(fā)現，雖然部分品種的增殖率較低，但所有品種的母株性狀在再生植株中均能穩(wěn)定保持，結果表明花葉萬年青莖段側芽是合適的組培快繁生產的外植體。

2.2 培養(yǎng)基的影響

現在植物組織培養(yǎng)中使用的基本培養(yǎng)基大多是MS、B5、WPM 和White 培養(yǎng)基，每種培養(yǎng)基的無機鹽含量或其他營養(yǎng)成分都不相同。在組織培養(yǎng)中，培養(yǎng)基中的蔗糖為幼苗提供了碳源，并能防止幼苗玻璃化。此外，較高的糖濃度對誘導愈傷組織是必要的，但并不是越高越好，高濃度糖誘導的愈傷組織在繼代培養(yǎng)中容易發(fā)生褐變和死亡現象。在植物組織培養(yǎng)中，外植體在培養(yǎng)基上附著，并從中吸收各種營養(yǎng)物質。不同的培養(yǎng)基對于有目的的組織培養(yǎng)是非常重要的，培養(yǎng)基的組成直接影響著外植體的生長發(fā)育。近年來，國內大多數研究人員采用MS 培養(yǎng)基作為天南星科植物的基本培養(yǎng)基[11-13]。MS 培養(yǎng)基最早是應用于煙草的組織培養(yǎng)，后來應用于其他植物的組織培養(yǎng)[14]。

2.3 植物生長調節(jié)劑的影響

植物生長調節(jié)劑是指能夠調節(jié)植物生長、增殖和分化的化學物質，其主要由人工合成。植物組織培養(yǎng)過程中，除了基本培養(yǎng)基的基本組成外，培養(yǎng)基中添加植物生長調節(jié)劑的種類、比例等對外植體生長發(fā)育的影響也不盡相同[15]。在天南星科植物組織培養(yǎng)中，常用的生長調節(jié)劑包括萘乙酸（NAA）、6 芐氨基嘌呤（6-BA）、噻二唑苯基脲（TDZ）、吲哚乙酸（IAA）、吲哚丁酸（IBA）、赤霉素（GA3）、2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）等。

2.4 培養(yǎng)條件的影響

除了以上這些因素外，植物組織培養(yǎng)的溫度、光照、濕度等條件也是保證培養(yǎng)順利進行的重要因素[16]。在大部分的天南星科植物組織培養(yǎng)研究中，培養(yǎng)溫度基本維持在（26±2）℃，培養(yǎng)光照時間為（10±2）h/d，培養(yǎng)光照基本保持在1000～2000Lx[11-12,17]。植物組織培養(yǎng)中溫度、光照度等對苗的生長發(fā)育有著十分重要的影響。因此，在天南星科植物組織培養(yǎng)的過程中，要多注意培養(yǎng)過程中光照和溫度等條件。

3 天南星科觀賞植物組培中常見的問題及處理

3.1 褐化現象

褐化是由于植物組織中的多酚氧化酶被激活，導致酚類化合物在細胞中集聚成深色大分子，從而導致培養(yǎng)基的逐漸褐變，進而導致外植體的褐化甚至死亡。外植體的褐化不僅降低外植體生長發(fā)育的速度，影響外植體愈后的形態(tài)學觀察和分析，同時，褐化外植體也給植物組織培養(yǎng)帶來很大困難。外植體的褐化程度受外植體大小、植物種類、起始培養(yǎng)基種類以及培養(yǎng)溫度等因素的影響。植物組織培養(yǎng)褐化會對外植體的脫分化和再分化等進程有嚴重影響，是組織培養(yǎng)過程中亟待解決的問題，并且關系天南星科觀葉植物組織培養(yǎng)的成功與否。在培養(yǎng)基中加入抗壞血酸（Vc），可有效地防止褐化，因為它不僅能抑制多酚氧化酶的活性，而且能在多酚氧化酶的催化作用下消耗溶解氧氣，使酚類化合物因缺氧而不能氧化[18]。除此之外，多胺、蛋白水解產物等物質也可有效地防止褐化[19]。

3.2 污染現象

污染是指在植物組織培養(yǎng)中，培養(yǎng)材料、培養(yǎng)基生出雜菌，造成整個培養(yǎng)實驗失敗，這是一個非常常見的現象。在植物的組織中，通常存在2 種污染方式：一種是無菌操作不規(guī)范以及外植體消毒不徹底引起的污染；另一種是由細菌和真菌引起的內源菌污染[20]。外植體攜帶的細菌與采樣季節(jié)、外植體類型、處理方法有很大的關系。真菌污染是由霉菌引起的，一般在接種2～10d 后，培養(yǎng)基就會出現各種顏色的霉菌。為防止污染，樣品應取自健康、無蟲害的材料，并盡可能取自生長在溫室和人工氣候條件下的植物。在接種培養(yǎng)過程中，應及時更換用于切割外植體的無菌盤，并使用多套手術刀和鑷子來減少交叉污染的機會和提高接種效率。

3.3 玻璃化現象

玻璃化是指在組織培養(yǎng)過程中苗呈半透明狀、組織結構發(fā)育畸形的現象，是一種生理失調或生理病變，又稱為超水化。此外，發(fā)生玻璃化的苗具有很低的分化能力，易造成植株死亡，且移栽成活困難。玻璃化的成因較復雜，目前主要采取以下措施來預防：一是選擇對逆境耐受能力較強的外植體，一般來說，頂芽部位有利于降低玻璃化苗的發(fā)生概率[21]；二是降低培養(yǎng)基的水勢，選用含灰量低的瓊脂粉來增加瓊脂濃度[22]；三是適當調整培養(yǎng)基中植物生長調節(jié)劑的類型和比例，激素以及生長素和細胞分裂素的配合使用會影響玻璃化的發(fā)生機率[23]；四是適當通氣，改善CO2和O2的供應狀況，保持適宜的空氣濕度；五是適當增加光照時間和光照強度，研究發(fā)現，幼苗曝露在自然光照幾天后，其玻璃化現象就會逐漸消失[24]。

4 展望

目前，越來越多的天南星科植物已經建立組織培養(yǎng)快繁體系，植物組織培養(yǎng)不僅加速了一些工廠化生產的進程，其和誘變育種技術、基因編輯技術相結合，還為新品種的培育提供重要基礎，加速新品種培育進程。但是，組織培養(yǎng)過程中仍會出現褐化、污染等問題，從而增加組織培養(yǎng)的成本，并且影響組織培養(yǎng)技術的進一步推廣，制約著產業(yè)發(fā)展。因此，今后應加大科研投入，加強基礎研究的深度以及理論體系的構建，擴大研究范圍，注重組織培養(yǎng)的開發(fā)和市場化的應用等，從而使該技術更好地為科學研究和生產實踐服務。相信在未來的幾十年內，組織培養(yǎng)技術必將為社會創(chuàng)造更大的價值和效益。