植物组织培养技术在园林植物育种中的应用进展
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[摘要]组织培养作为常用技术在园林植物育种中发挥了重要的作用。通过对组织培养技术在园林植物育种中研究现状进行了全面综述，并对未来应用前景进行展望，以期为今后园林植物育种工作提供更多的参考。
[关键词]组织培养;园林植物;生物育种
[中图分类号]S603 [文献标识码]A
植物组织培养（Plant tissue culture），简称植物组培，即通过体外无菌操作，分离植物细胞、组织或器官等植物体的一部分，配合一定营养及生长调节剂，通过控制合适的光照、温度等因素实现植株再生或快速繁殖。植物组织培养最早源自于1902年，由德国科学院的植物生理学家Gottlieb Haberlandt提出的可以由单细胞诱导培养重获完整个体的可能性假说。随后，逐步发展起来了以茎、叶、根尖、胚芽、形成层等组织器官诱导获得新植株的技术。组培技术的本质就是利用细胞全能性。理论上，来源于同一个体的所有细胞均具有相同的遗传信息，通过诱导脱分化，可以重新分化成各种器官和完整植株。从上个世纪30年代开始到目前为止，组培技术已经逐步完善，已成功在包含番茄、大丽花、兰花、烟草等上千种植物中应用。
随着组培技术的广泛应用，该技术不仅可以有效用于植物脱毒，防止品种的退化，也能通过无性繁殖的方式短时间内获得大量性状稳定的植株，因此为经济作物商业化推广提供了有力的技术保障，同时也为濒危珍稀物种的保护做出了巨大贡献。随后发展起来的基于组培系统构建的遗传转化系统在基因功能的研究和分子育种方面发挥了极其重要的作用。
园林植物在城市绿化、生活环境改善等方面发挥了不可或缺的作用。随着社会的快速发展，一方面由于环境破坏造成的生物多样性的丧失问题日趋严重，另一方面人们对生活品质的追求则日益增加。因此如何开发挖掘并培育更多新奇园林植物品种以满足人们的需求，已成为解决这一矛盾的关键，因此组培技术未来还有极为广阔的前景。尽管组培技术在园林植物中应用广泛，但目前尚缺少全面系统的文章对其总结。本文通过大量文献检索，对现有常见园林植物的组培现状进行了综述，以期为相关研究人员全面了解该领域研究现状提供参考，也为今后相关园林植物育种提供借鉴。
1 园林植物组培技术常规手段
植物组培过程相对比较固定，一般包含外植体的选择、外植体消毒、诱导培养、增殖培养、生根培养、炼苗、移栽等阶段，园林植物组培也基本都遵守此步骤进行。尽管过程看似簡单，但实际操作中每一步都需要根据不同材料进行相应调整与优化。由于物种间的差异，基本不存在统一的培养配方。已有研究表明，不同科属，甚至同一属下不同种之间，适用的外植体材料、消毒的方法，以及培养基中激素类型与浓度都存在一定的差异。
根据现有的成功经验，外植体材料选择和诱导培养是影响园林植物组培成败的两个关键环节。外植体的选择一般选取幼嫩的叶片、芽或茎段，针对一些表皮毛较多的外植体，前期通常需要添加洗涤精进行浸泡，然后自来水冲洗，以充分去除表面残留的细菌。而对于一些过于嫩脆的特殊材料，常规消毒极易造成材料坏死的情况，一般会选择用种子，经消毒后播种在无菌培养基中，待长出无菌小苗后，选取其叶片或茎段作为外植体，如此可以大大提高成功率。
诱导培养通常是决定组培成败的瓶颈。诱导培养基一般是在基本培养基中添加不同类型和一定浓度的生长调节剂。基本培养基比较固定，通常为MS（Murashige & Skoog），但也有少数植物使用了其他基本培养基，如杜鹃花科植物，除了MS外，针对不同的品种还分别使用了Aderson、WPM（woody plant medium）及Read 培养基。而在一些特殊植物类群中，如兰花，普遍需要在基本培养基中添加天然提取物如蛋白胨、胡萝卜汁、番茄汁、牛肉膏、土豆匀浆、椰子汁、香蕉匀浆等。生长调节剂主要包括生长素和细胞分裂素两大类。常用的细胞分裂类主要包含 6-BA（6-Benzylaminopurine，6-苄氨基嘌呤）、2，4-D（2，4-二氯苯氧乙酸）、ZT（Zeatin，玉米素）、KT（Kinetin，激动素）、TDZ（Thidiazuron， 噻苯隆），2iP（6-（g，g-dimethylallylamino purine），N6异戊烯基腺嘌呤），生长素类主要有NAA（1-Naphthyl acetic acid，1-萘乙酸）、IBA（3-indolebutyric acid，4-（indol-3-yl） butyric acid，吲哚丁酸）、IAA（indole-3-acetic acid，吲哚-3-乙酸）。其中6-BA与NAA使用频率最高，大多数的园林植物仅使用这二种生长调节剂便可以成功诱导分化出愈伤组织或直接成苗。2-iP 和 TDZ近几年也应用于杜鹃组织培养中，而在木犀科植物中TDZ的使用频率也较高。一旦外植体被成功诱导，后续的增殖及生根等培养则相对容易。
2 园林草本花卉育种研究进展
组培技术在草本植物的应用较为广泛，据不完全统计，目前至少有上千种草本植物已经成功建立组培体系，对于一些名贵及商品化的花卉品种，研究就更加深入。兰科（orchidaceae）植物、报春花（Primula malacoides）、长寿花（Kalanchoe blossfeldiana）、大岩桐（Sinningia speciosa）、倒挂金钟（Fuchsia hybrida）、风信子（Hyacinthus orientalis）、鸡冠花（Celosia cristata）、金鱼草（Antirrhinum majus）、三色堇（Viola tricolor）、绣球花（Hoya carnosa）、胭脂花（Primula maximowiczii）、酢浆草（Oxalis corniculata）、天南星科（Araceae）植物以及世界五大鲜切花（香石竹（Dianthus caryophyllus）、月季（Rosa hybrida）、郁金香（Tulipa gesneriana）、菊花（Dendranthema morifolium）、非洲菊（Gerbera hybrida））等上百种常见的园艺观赏花卉组培体系已经相当成熟。以下选择有代表性的几个重要科属植物进行介绍： 2.1 兰科
兰科植物（兰花）在我国具有悠久的培育历史。兰花素而不艳，高品质的兰花更是稀缺而昂贵。由于兰花种子胚小无子叶提供营养，无法通过常规的种子繁殖，因此传统的兰花繁育方式主要通过分株或野外采集，远远达不到商品化的需求。组培技术完美解决了这一难题。目前常见的几种兰花，如蝴蝶兰（Phalaenopsis aphrodite）、春兰（Cymbidium goeringii）、蕙兰（Cymbidium faberi）、石斛兰（Dendrobium spp）、建兰（Cymbidium ensifolium）、文心兰（Oncidium hybridum）、莲瓣兰（Cymbidium tortisepalum）、火焰兰（Renanthera imschootiana）、万代兰（Vanda coerulea）、卡特兰（Cattleya hybrida）、金线莲（Anoectochilus roxburghii）、鹤顶兰（Phaius tankervilleae）、香子兰（Vanilla fragrans）、竹叶兰（Arundina graminifolia）、指甲兰（Aerides falcata）等均建立了成熟组培体系。
2.2 报春花科
报春花属（Primula）是报春花科中观赏价值较高的属，该属植物大多早春开花，花色丰富艳丽，被列于世界三大高山花卉和中国三大天然名花之一。截至目前，已经有翠南报春（P. sieboldii）、报春花（P. malacoides）、小报春（P. forbesii）、鄂报春（P. obconica）等至少16种以上的报春花属植物已建立组培体系。
2.3 百合科
百合科（Liliaceae）全球有280属、4000种，我国有62属600种，分布遍及全国各地。该科很多类群具有较高的观赏价值。百合（Lilium brownii）、郁金香（Tulipa gesneriana）、风信子（Hyacinthus orientalis）便是其典型代表。研究表明，目前至少有50种以上百合科植物已建立组培体系，其中百合、玉簪（Hosta plantaginea）、郁金香、芦荟（Aloe vera）、万年青（Rohdea Roth）等已经建立了工厂化繁殖体系，相比之下，无叶莲属（Petrosavia）、白絲草属（Chionographis）等植物组培技术还不够完善。
3 园林木本育种研究进展
与草本相比，木本植物由于木质化的外植体诱导能力相对较差，此外很多种类在培养过程中容易出现褐化，生长周期也普遍比较长，因此组培成功的数量总体上较草本的要少。尽管如此，目前在一些重要的木本园林植物如木兰科（Magnoliaceae）、槭树科（Aceraceae）、悬铃木科（Platanaceae）、山茶科（Theaceae）、蔷薇科（Rosaceae）、苏木科（Caesalpiniaceae）、木犀科 （Oleaceae ）、杜鹃花科（Ericaceae）等科属植物上还是有了突破。
3.1 木兰科
木兰科植物广泛利用有木兰属（Magnolia）、含笑属（Michelia）和木莲属（Manglietia），由于其观赏价值较高、适应性强，受到越来越多的重视，在城市园林绿化中应用越来越广泛。目前已经有鹅掌楸（Liriodendron chinense）、深山含笑（Michelia maudiae）、醉香含笑（M. macclurei）、紫花含笑（M. crassipes）、红花山玉兰（Magnolia delavayi 'Rubra'）、白玉兰（Michelia alba）等多个种的组培体系。
3.2 槭树科
槭树科槭属大多数种类极具观赏价值，是温带最重要的观赏树木，也是国外重要的行道树种。全世界槭树植物有199种，我国是槭树种类最多的国家，现已发现155余种。槭树独树一帜，形态优美，叶色丰富多彩，古往今来一直是世界闻名的观赏植物，历代文人墨客对其青睐有佳，描绘的诗文也屡见不鲜。目前已有血皮槭（Acer griseum）、挪威槭（A.platanoides）、红翅槭（A.fabri）、拿大红枫（A.rubrum）、茶条槭（A.ginnala）等多种槭树科植物被报道。
3.3 木犀科
木犀科植物全球约有29属600余种，广布于温带、亚热带及热带地区。中国有12属200种左右，南北各省区都有分布。该科植物有不少种类为观赏树。目前通过对该科的桂花（Osmanthus fragrans）、对节白蜡（Fraxinus hupehensis）、连翘（Forsythia suspensa）、紫丁香（Syringa oblata）、水曲柳（Fraxinus mandshurica）、雪柳（Fontanesia fortunei）、绒毛白蜡（Fraxinus velutina）、贯叶连翘（Hypericum perforatum）等植物的带芽茎段的组培材料均得到了各自的再生植株。
3.4 杜鹃花科
杜鹃花科共50属，约1300种，主产南非和中国西南及西部，中国有14属，718种。其中杜鹃花属900多种，我国约530种。杜鹃花属植物有着非常广泛的应用，可用于园林庭院种植，也可盆栽供屋前或厅室内美化等。目前已建立完善组培体系的有高山杜鹃（Rhododendron lapponicum）、喇叭杜鹃（R.discolor）、大白杜鹃（R.decorum）和美容杜鹃（R.calophytum）、牛皮杜鹃（R.aureum）、毛叶杜鹃（R.radendum）、大白杜鹃（R.decorum）、大萼杜鹃（R.megacalyx）、西洋杜鹃（R.hybridum）、红枫杜鹃（R.hybride）、春夏鹃（R. imsii）、映山红（R. pulchrum）、迎红杜鹃（R. mucronulatum）等。 4 小结与展望
植物组培从上世纪初起步发展到现在，历时一个多世纪，已经取得了丰硕的成果。组培技术的成功不仅从理论上证实了细胞全能性的存在，推动了整个植物学科的进步，同时也为植物的繁育保护与产业化发展掀开了崭新的一页。该技术使植物繁殖不再完全依赖于空间、季节等传统农业生产所必需的条件，短时间内可培育出大量的种苗，加快了园林观赏植物的商业化进程，促进了园林产业的快速发展。现阶段组培已经应用十分广泛，技术也不断完善成熟，在处于当前自然环境恶化所带来的物种消亡加快的历史时期，该技术将在珍稀濒危植物的抢救性保育等方面焕发出新的生机。此外，隨着遗传学、分子生物学等学科的快速进步，以定向改良为目标的基因编辑等生物科技手段不断完善，培育更优良的园艺品种已经成为未来的一大趋势，因此依赖于组培的遗传转化系统需求也显得极为迫切。相信在不久的将来，组培技术在园林植物方面还将迎来新的春天。
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