我国观赏植物组织培养育种研究进展

傅聿峰

（河北省塞罕坝机械林场，河北 围场 068450）

我国观赏植物组织培养育种研究进展

傅聿峰

（河北省塞罕坝机械林场，河北 围场 068450）

现代组织培养育种技术主要包括单倍体育种、多倍体育种、原生质体与体细胞杂交育种和胚挽救技术育种等4种。在对过去10a中观赏植物组织培养育种的研究情况进行总结的基础上，对其发展进度、应用情况进行了简介，列出了试验成功的主要观赏植物种类，并对观赏植物组织培养育种的材料进行了综述和分析，指出当前阶段存在的问题和不足，以期为今后观赏植物组织培养育种提供参考。

观赏植物；组织培养；育种；研究进展

观赏植物组织培养，就是通过无菌操作分离观赏植物体的一部分，如花、茎尖、茎段、叶、幼胚等，并配合一定的营养、生长调节物质，通过严格控制温度、光照等因素，使其迅速生长，能够缩短其生长周期，获得大量遗传性状一致的幼苗，又称植物克隆育苗技术（Plant Gene Cloning）[1]。观赏植物组织培养对新品种的选育，或者利用现代种质资源及野生种质资源进行常规的杂交、倍性、辐射及基因工程育种具有重要意义，得到了广泛应用。兰花（Cymbidium ssp.）、菊花（Chrysanthemum）、唐菖蒲（Gladiolus gandavensis Vaniot Houtt）、非洲紫罗兰（Saintpaulia ionantha Wendl）、 水 仙（Narcissus tazettaL.var.chinensisRoem.）、 百 合（Lilium brownii var.viridulum Baker）、矮牵牛（Petunia hybrid Vilm）、鹤望兰（Strelitzia reginae Aiton）等的主要繁殖方式就是组织培养。

现在除了常规方法外，在现代花卉新品种的选育中，植物组织培养技术参与辅助培育或直接培育的新品种所占比例超过80%，主要是通过倍性育种、细胞育种、原生质体育种、胚挽救技术等来实现的。本文对10a来这4个方面的研究成果进行讨论。

1 单倍体育种

单倍体育种是利用植物组织培养技术诱导产生单倍体植株，再通过某种手段使染色体组加倍（如用秋水仙素处理），从而使植物恢复正常染色体数，具有高速、高效、基因型一次纯合等优点，现已作为一种崭新的育种手段开始应用。单倍体获得途径包括花粉培养、花药培养、胚培养、子房培养等。花药、花粉培养是在离体情况下培养成单倍体植株最常用的技术，是得到大量单倍体最有效的方法，可缩短育种年限，提高选择效率，在很多观赏植物上已经获得成功植株（表1）[2-22]。诱导花粉植株频率低或不能诱导出花粉植株的种类，可通过培养未授精子房诱导单倍体植株。子房的人工培养，可有效解决受精后的发育障碍，使大量远缘杂交胚继续发育成正常种子以加快育种进程，缩短育种周期，同时可获得大量的远缘杂交后代，创造新种质。

花药是植物雄性生殖器官，由2种不同倍性的细胞组成，药壁和药隔组织为二倍体细胞，雄性生殖细胞（花粉粒）为单倍体细胞。花药和花粉培养是改变花粉原来的发育途径，诱导花粉分裂增殖，形成愈伤组织，经过再分化，发育成单倍体植株[23]。

1964年Guha和Maheshwari首次从曼佗罗花药培养中诱导出单倍体。我国的花药培养育种研究始于1972年，到现在为止，至少20个以上的花粉植株是我国学者首先完成的，居于世界领先地位。近10年来，我国观赏植物的花粉培养主要是对花粉最佳萌发条件进行研究，如茉莉（Jasminum sambac Aiton））、梅花（Prunus mume）、桔梗［Platycodon randiflorum（Jacq.）A.DC］、金花茶（Camellia nitidissima）、大叶相思花（Acacia auriculiformis）、宫粉羊蹄甲（Bauhinia variegate L.）、唐菖蒲、桃（Prunus persica（L.）Batsch）、无距虾脊兰（Calanthe tsoongiana T.Tang et F.T.Wang）、有斑百合（Lilium concolor var.pulchellum）[24-33]等。

表1 单倍体离体培养的主要观赏植物科、属、种类（2006~2016年）

2 多倍体育种

多倍体在自然界广泛存在，具有植株巨型化、抗逆性增强、营养成分含量增加等特点，被广泛应用于育种研究中。被子植物的胚乳是双受精的产物，属于三倍体，通过被子植物的胚乳离体培养可以获得三倍体植株，三倍体品种具有产量高、观赏性强及不结实等优势而备受育种工作者的关注。而将三倍体植株通过染色体加倍，可以获得六倍体植株，以解决三倍体不结实的问题，并用于培育多倍体新品种。多倍体生物一旦形成，它和原来的物种就发生生殖隔离，因而成了新种。

与组织培养相结合的多倍体诱导技术已经成为当今多倍体诱导的主要手段，能够使人工诱导多倍体的成功率大大提高，获得大量材料，提高诱导成功率，及时分离嵌合体。在组培上常用现代生物技术诱导多倍体，材料一般是种子、幼苗、生长点、茎尖、愈伤组织、胚状体、悬浮细胞系、小孢子、原生质体或单细胞等，诱变材料选取植株或组织分裂最旺盛的时期和部位。诱变剂种类一般选用秋水仙素或除草剂，或添加辅助剂，包括二甲基亚砜（DMSO）、甘油等。诱导方法主要有3种，即组织培养结合化学诱变、胚乳培养、原生质体融合。近几年来多倍体诱变结果见表2。利用秋水仙素处理组织培养过程中的丛生芽、原球茎、体细胞胚、种子萌发幼苗等是诱导观赏植物多倍体的有效方法，目前已在百合、大岩桐等多种花卉上取得成功。胚乳是天然的三倍体组织，因此，胚乳培养可获得三倍体植株，在盾叶薯蓣、乌桕中成功获得植株[34-36]，花卉中应用较少，再生植株多为非整倍体、混倍体，不稳定。

虽然经过处理后能够得到大量多倍体，但是同时也得到大量的非整倍体和嵌合体，需要做后期鉴定。

表2 多倍体离体诱导的主要观赏植物科、属、种类（2006~2016年）

3 原生质体育种与体细胞杂交育种

植物原生质体（protoplast）是指除去细胞壁的，由质膜包裹的裸露“细胞”，因为没有细胞壁的束缚，无论亲缘关系如何，都具有彼此融合的能力，实现远缘的植物细胞质融合，体细胞杂交，是在离体条件下将同一物种或不同物种的原生质体融合，培养并获得再生植株。

融合方式常用的有对称融合和不对称融合两种。植物的原生质体培养及其体细胞杂交是创造新物种、克服不亲和性的有效手段，可以利用其进行遗传转化，可以实现抗病性、抗逆性、细胞质雄性不育和优良品质特性的有效转移[51]。叶片、下胚轴、胚性愈伤组织、花粉等都是原生质体的良好来源，再生途径通常有3条：①经细胞团发育形成愈伤组织，再分化成芽长成植株。②直接形成胚状体，再发育成植株。③先形成愈伤组织，再由愈伤组织分化形成胚状体，最后发育成植株。

Carlson等在1972年首次成功运用体细胞融合技术获得烟草种间的体细胞杂种再生植株，自此越来越多的物种取得了进展，现在很多观赏植物悬浮细胞培养的体系都已经建立，获得多个种间、属间和科间的体细胞杂种植株。研究成果见表3。

但是，利用原生质体育种也有一定的不足。首先，双亲原生质体融合时，有利基因连同不利基因可能一并融合到了杂种细胞中，若要去除携带的不利基因，则需通过传统育种中的连续多次回交才有望实现，该操作耗费精力颇多，且年限较长；其次，当双亲的2个核不融合时，引发形成嵌合体，使得优良性状不能如期整合到杂种细胞中并遗传到下一代[79]。

4 胚挽救技术

植物远缘杂交受精后，由于生理原因造成植物难以播种成苗或胚在发育早期阶段败育、退化，可在胚未完全败育前进行杂种胚的离体培养，用培养基来提供胚成长过程中需要的各类营养，从而使胚能够正常生长并且发展成幼苗，这种方法称之为胚挽救技术。此技术可以克服生殖隔离障碍，成功获得远缘杂种植株，大大提高了成功率。胚挽救方式主要有子房切片培养、胚培养、胚珠培养等3种方式，杂种胚培养成功的关键，一是筛选适宜的培养基，二是选择培养的适宜时期。现在主要研究不同胚救方式、不同胚拯救时间、不同杂交组合对胚挽救结果的影响，在百合上发现通过胚培养方式进行胚拯救获得的萌发率、愈伤形成率和成苗率均要高于胚珠培养[80]，母本在石蒜属植物育种中的选择很关键，杂交自然结实率越高的组合胚拯救成功率越高[81]。

目前，已通过胚挽救的方法获得了很多种间、甚至属间的杂种植株，扩大了杂种优势的利用范围。在观赏植物中，研究最多的是百合[82-84]，以及鸢尾属[85]、牡丹[86]、石蒜[87]等。研究情况见表 4。

表3 细胞、原生质体培养的主要观赏植物科、属、种类（2006~2016年）

表4 细胞、原生质体培养的主要观赏植物科、属、种类（2006~2016年）

5 小结

目前，组织培养育种技术是今后发展的方向，培养体系越来越成熟，培育出了很多新品种，但是还存在诸多问题：（1）此技术必须建立在对某物种组培技术比较成熟的基础上且培养体系探索过程很长。（2）在进行多倍体诱导时获得不定结果较多，还需做倍性鉴定。（3）没有普遍性指导意义的结果。所以，组织培养育种技术有待于进一步深入研究。

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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，林业高级工程师，从事林业产业管理工作。