周怡璇

（魯東大學(xué)農(nóng)林工程研究院，山東煙臺(tái) 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(duì)生活品質(zhì)和家居環(huán)境要求的提升，室內(nèi)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(dú)特精巧而深受人們青睞[2]，在市場(chǎng)上長(zhǎng)期占據(jù)重要地位。目前，市場(chǎng)上的種類多為引進(jìn)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(wàn)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(jìn)行繁殖，因其繁殖系數(shù)低、速度慢等因素的制約，難以滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。以組織培養(yǎng)為基礎(chǔ)的工廠化生產(chǎn)是解決該困境的有效策略。植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以在保持母本優(yōu)良性狀的前提下實(shí)現(xiàn)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(lǐng)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(xiàn)狀，分析了存在的問(wèn)題，并提出了進(jìn)一步研究的方向，旨在促進(jìn)天南星科觀賞植物組織培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

1 天南星科觀賞植物組培現(xiàn)狀

植物組織培養(yǎng)是指在無(wú)菌的培養(yǎng)條件下，將植物組織、器官、原生質(zhì)體和細(xì)胞等在含有各種植物激素和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，同時(shí)給予合適的培養(yǎng)條件，使其成長(zhǎng)為完整的植株的技術(shù)[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(zhì)體培養(yǎng)、細(xì)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(shù)即試管繁殖技術(shù)或微型繁殖（Micro-propagation）[6]。

近年來(lái)，植物組織培養(yǎng)工廠化生產(chǎn)具有保持植物優(yōu)良性狀和快速擴(kuò)繁等工業(yè)化特點(diǎn)，是一種新興的生產(chǎn)技術(shù)手段，在園藝植物的工廠化生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)展迅速[7]。自20 世紀(jì)70 年代以來(lái)，我國(guó)對(duì)植物組織培養(yǎng)商業(yè)化應(yīng)用的研究取得了顯著進(jìn)展。楊樹(shù)、馬尾松、泡桐、落葉松、火炬松、竹子和桑樹(shù)等樹(shù)種從器官、莖尖、熟胚、花藥和愈傷組織誘導(dǎo)成苗[8]。然而，植物組織培養(yǎng)工廠化生產(chǎn)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(shù)問(wèn)題，無(wú)法滿足工廠化生產(chǎn)的需要；其次，大部分植物組織培養(yǎng)工廠化生產(chǎn)成本較高，無(wú)法大規(guī)模工廠化生產(chǎn)。

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(zhǎng)調(diào)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(duì)植物組織培養(yǎng)的效果有很大的影響。一般來(lái)說(shuō)，植物的組織、器官、原生質(zhì)體和細(xì)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(zhǎng)為完整植株的能力上存在較大差異。在采集外植體時(shí)，應(yīng)根據(jù)植物的生態(tài)習(xí)性、組織培養(yǎng)目的和快繁方式來(lái)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(cè)芽、莖段等。

邱鴻步等[9]選用匙鞘萬(wàn)年青的莖段進(jìn)行組織培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)，試管苗成活率為95%以上，年繁殖系數(shù)達(dá)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(cè)芽作外植體進(jìn)行組織培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)，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(jié)果表明花葉萬(wàn)年青莖段側(cè)芽是合適的組培快繁生產(chǎn)的外植體。

2.2 培養(yǎng)基的影響

現(xiàn)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(wú)機(jī)鹽含量或其他營(yíng)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(duì)誘導(dǎo)愈傷組織是必要的，但并不是越高越好，高濃度糖誘導(dǎo)的愈傷組織在繼代培養(yǎng)中容易發(fā)生褐變和死亡現(xiàn)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。不同的培養(yǎng)基對(duì)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(zhǎng)發(fā)育。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)大多數(shù)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(yīng)用于煙草的組織培養(yǎng)，后來(lái)應(yīng)用于其他植物的組織培養(yǎng)[14]。

2.3 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的影響

植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是指能夠調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)、增殖和分化的化學(xué)物質(zhì)，其主要由人工合成。植物組織培養(yǎng)過(guò)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(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的種類、比例等對(duì)外植體生長(zhǎng)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(zhǎng)調(diào)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(jìn)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(shí)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(duì)苗的生長(zhǎng)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(guò)程中，要多注意培養(yǎng)過(guò)程中光照和溫度等條件。

3 天南星科觀賞植物組培中常見(jiàn)的問(wèn)題及處理

3.1 褐化現(xiàn)象

褐化是由于植物組織中的多酚氧化酶被激活，導(dǎo)致酚類化合物在細(xì)胞中集聚成深色大分子，從而導(dǎo)致培養(yǎng)基的逐漸褐變，進(jìn)而導(dǎo)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(zhǎng)發(fā)育的速度，影響外植體愈后的形態(tài)學(xué)觀察和分析，同時(shí)，褐化外植體也給植物組織培養(yǎng)帶來(lái)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(huì)對(duì)外植體的脫分化和再分化等進(jìn)程有嚴(yán)重影響，是組織培養(yǎng)過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題，并且關(guān)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?yàn)樗粌H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(chǎn)物等物質(zhì)也可有效地防止褐化[19]。

3.2 污染現(xiàn)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(gè)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)失敗，這是一個(gè)非常常見(jiàn)的現(xiàn)象。在植物的組織中，通常存在2 種污染方式：一種是無(wú)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(xì)菌和真菌引起的內(nèi)源菌污染[20]。外植體攜帶的細(xì)菌與采樣季節(jié)、外植體類型、處理方法有很大的關(guān)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(huì)出現(xiàn)各種顏色的霉菌。為防止污染，樣品應(yīng)取自健康、無(wú)蟲(chóng)害的材料，并盡可能取自生長(zhǎng)在溫室和人工氣候條件下的植物。在接種培養(yǎng)過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)更換用于切割外植體的無(wú)菌盤，并使用多套手術(shù)刀和鑷子來(lái)減少交叉污染的機(jī)會(huì)和提高接種效率。

3.3 玻璃化現(xiàn)象

玻璃化是指在組織培養(yǎng)過(guò)程中苗呈半透明狀、組織結(jié)構(gòu)發(fā)育畸形的現(xiàn)象，是一種生理失調(diào)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(fù)雜，目前主要采取以下措施來(lái)預(yù)防：一是選擇對(duì)逆境耐受能力較強(qiáng)的外植體，一般來(lái)說(shuō)，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(shì)，選用含灰量低的瓊脂粉來(lái)增加瓊脂濃度[22]；三是適當(dāng)調(diào)整培養(yǎng)基中植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的類型和比例，激素以及生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的配合使用會(huì)影響玻璃化的發(fā)生機(jī)率[23]；四是適當(dāng)通氣，改善CO2和O2的供應(yīng)狀況，保持適宜的空氣濕度；五是適當(dāng)增加光照時(shí)間和光照強(qiáng)度，研究發(fā)現(xiàn)，幼苗曝露在自然光照幾天后，其玻璃化現(xiàn)象就會(huì)逐漸消失[24]。

4 展望

目前，越來(lái)越多的天南星科植物已經(jīng)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(chǎn)的進(jìn)程，其和誘變育種技術(shù)、基因編輯技術(shù)相結(jié)合，還為新品種的培育提供重要基礎(chǔ)，加速新品種培育進(jìn)程。但是，組織培養(yǎng)過(guò)程中仍會(huì)出現(xiàn)褐化、污染等問(wèn)題，從而增加組織培養(yǎng)的成本，并且影響組織培養(yǎng)技術(shù)的進(jìn)一步推廣，制約著產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，今后應(yīng)加大科研投入，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的深度以及理論體系的構(gòu)建，擴(kuò)大研究范圍，注重組織培養(yǎng)的開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)化的應(yīng)用等，從而使該技術(shù)更好地為科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐服務(wù)。相信在未來(lái)的幾十年內(nèi)，組織培養(yǎng)技術(shù)必將為社會(huì)創(chuàng)造更大的價(jià)值和效益。