植物试管苗开花诱导主要途径

分类：作物生产科学论文发表 时间：2020-06-30 11:05 关注：(1)

　　该文综述了植物试管苗开花诱导的6个主要途径：光周期、春花、激素、自我发育、基因和营养调控。

　　关键词：植物试管苗;开花;诱导

　　1990年，陈永宁先生查阅国内外文献，统计出试管苗开花品种达131种[1]。近年来，据不完全统计，我国植物组培业界在槭叶茑萝、铁皮石斛、龙葵等41个植物品种上获得了试管苗开花，这为试管苗开花机理的研究提供了很好的证据，也充分说明植物试管苗开花具有一定的普遍性。但是，如此之多的品种，其诱导开花机理仍尚在探索之中。本文就目前主要6种诱导途径研究现状进行了综述。

　　1光周期途径

　　光周期途径是植物开花的重要途径之一。研究表明，成熟的植物可以从根和茎的分生组织产生新的营养器官，然后在发育和环境信号的作用下，茎端就可以从营养模式转换成生殖模式。这种转换产生了花和配子。由此可见，植物的生殖细胞来源于原先产生营养细胞(体细胞)的分生组织。但在光周期条件下，叶是感受光周期信号导致植物开花的重要载体。嫁接实验证明，将光周期诱导的紫苏(Perilla)的叶片成功嫁接到几种营养生长植物的苗端，1片受光周期诱导的叶子就可以诱导7株营养生长植物开花。紫苏叶稳定促进开花的试验表明，至少在一些植物中叶可以植物的开花状态[2]。统计陈永宁先生用被子植物和裸子植物分类的试管苗开花品种131个植物中，有茎叶花芽被子植物占70.77%(裸子植物样本太小，不具有代表性);以双子叶和单子叶植物分类的试管苗开花植物33个品种中[3]，双子叶和单子叶植物中，有茎叶花芽试管苗开花植物均占66.67%。可见，叶在大多数试管苗开花培养中，感受光周期的刺激信号，起到了一定的诱导促进或决定作用。在光周期的诱导中，光照时间、光强、光质的研究是不可少缺的影响因素，在一定程度上影响着开花诱导率。凤尾鸡冠瓶苗开花技术的研究结果表明，光照强度为3000lx时，瓶苗开花率最高[4]。鸡冠花试管开花培养中，白色、粉色和红色3种鸡冠花的开花特性基本相同。随着光照强度的提高，鸡冠花试管苗初花期缩短，开花率上升，当光照强度3000lx时，开花率达66.67%，有利于鸡冠花试管苗开花的光质为红光，开花率达78.33%[5]。以窄头橐吾的培养中，每天光照10h有利于窄头橐吾试管开花[6]。在苋菜为材料进行试管开花研究中，不同单色光处理时，绿光与对照白光试管开花率差异不显著，蓝光、红光处理降低试管苗开花率。每天光照18h可促进苋菜试管开花，培养50~60d时开花率达59.52%[7]。以西洋杜鹃无菌试管苗为材料，光强强度3000lx，光照16h/黑暗8h的光照条件适合花芽的诱导培养[8]。以西洋杜鹃无菌试管苗为材料，茎尖分化的试管苗最适宜作花芽诱导材料，光强强度3000lx，光照16h/黑暗8h的光照条件适合花芽的诱导[9]。将培养于MS培养基上的青蒿试管苗置于光周期13h，光强6000lx，温度为26℃(昼)和22℃(夜)的条件下，成功地诱导其开花[10]。这些研究表明，不同的植物类型，需要的光周期、光质、光强是不同的，这可能植物叶片和其他器官感受光信号的敏感程度和需要的刺激积累量由一定的关系。

　　2春化途径

　　研究者通过模拟自然界植物春化作用途径，取得了一些试管苗开花成功的案例。有报道通过低温刺激促进铁皮石斛试管内高效开花[11]。在紫苏草离体试管开花体系，采用10℃低温处理2d对试管苗开花率有提高作用[12]。低温刺激可能引起植物体内能够有些化学物质的转变，从而刺激植物组培苗诱导开花。

　　3激素调控途径

　　激素调控途径是近年来的研究热点。以野生春兰为母本，大花蕙兰为父本进行杂交，其中1个杂种株系的原球茎继代培养2个月后，形成肉眼可见的花蕾。诱导花芽形成的最适激素组合为6-BA1.0mg/L+NAA0.1mg/L，总花芽形成率达31%[13]。在矮生杂交万寿菊组织培养研究中将带有2个腋芽和1个顶芽的茎段接种到MS+BA0.05mg/L+PP3330.4mg/L培养基上，20d后，就能培养出有花蕾、花朵的完整植株[14]。以铁皮石斛无根组培苗为试验材料，培养基中添加适量的Put和Spm可以提高开花率，当腐胺(Put)浓度为0.4mg/L时，铁皮石斛瓶内开花率最高，为30.47%;精胺(Spm)浓度为0.2mg/L时，铁皮石斛瓶内开花率最高，为22.26%[15]。在勋章菊的组培中，在一定的配比6-BA0.5mg/L+NAA0.10mg/L下，对勋章菊花芽分化有促进作用，60d花芽诱导率最高且为48.9%[16]。以单叶省藤萌蘖芽培养，在改良MS+6-BA4mg/L+IBA0.5mg/L+2，4-D0.4mg/L+AC0.2g/L培养基诱导花芽分化，并在试管内开花[17]。以千日红种子为外植体，无菌苗接种于改良MS+PP3335.0mg/L+蔗糖40g/L+亚精胺7，平均开花率达11.11%[18]。用黑玫瑰月季带芽茎段作外植体，研究不同激素对月季瓶内开花的影响，MS+ZT1.0mg/L+NAA0.1mg/L对月季瓶内成花效果最佳[19]。以凤尾鸡冠花带腋芽的茎段为材料，当培养基中含有6-BA0.8mg/L和NAA0.1mg/L时，开花率最高为60%[20]。用微型月季嫩茎切段为外植体，进行瓶内开花试验，试管嫩茎在MS+BA1mg/L+IAA0.2mg/L+GA0.3mg/L+ABA0.5mg/L+蔗糖40g/L上完成了瓶内花芽分化与开花，花芽分化率为80%[21]。以窄头橐吾为材料，KT1.0时，花芽诱导率最高，为53.33%。香槟月季的组织培养技术中，适宜诱导试管开花的培养基为MS+6-BA0.5mg/L+NAA0.1mg/L[22]。用月季茎段在培养基MS+NAA0.1mg/L+BA2.0mg/L中，大苗可以开花[23]。在五彩椒试管苗培养中，当用附加有0.3的PP333的培养基预培养30d后再转接到附加有1.0的KT的培养基上诱导培养，五彩椒花蕾形成株率最高可以达到93.33%[24]。以鸡冠花种子为外植体获得无菌苗进行试验，以6-BA1.0mg/L+NAA0.2mg/L为促进试管苗开花的最适激素浓度组合[25]。以黑龙江省肇州县龙葵种子作为试验材料，当6-BA浓度为0.5mg/L，试管开花率最高，可达30.55%[26]。诱导大岩桐试管内花芽分化的适宜培养基为：WPM+6-BA0.3mg/L+NAA0.2mg/L;诱导春石斛试管内花芽分化的适宜培养基为：1/2MS(50%KNO3+50%KH2PO4)+TDZ0.2mg/L+PP3332.0mg/L+5%蔗糖;诱导长寿花试管内花芽分化的适宜培养基为MS+NAA0.1mg/L+IBA0.1mg/L+6-BA1.0mg/L+6%蔗糖[27]。翠菊改良MS+PP3330.5mg/L+6-BA1.0mg/L培养基上培养，22～37d后即可开花[28]。以鸡冠花顶芽为外植体在改良MS+6-BA0.2mg/L+NAA0.01mg/L+PP3330.5mg/L诱导的花大且都集中在主茎上，花型紧凑美观，为最适的试管苗开花培养基[29]。以苋菜种子为材料，进行试管开花研究，单独添加NAA，可促进苋菜试管开花;苋菜试管开花对IBA的浓度变化较敏感;6-BA浓度1.0mg/L时试管苗开花率最高，培养50～60d时可达58.7%。以上研究表明，用植物激素单独或按最佳比例配合，可以诱导试管苗开花，这也是近年来许多学者研究的主要热点方向。

　　4自主发育周期调控途径

　　作者在组培试验、生产中所做的102个品种中，目标生产为组培种苗，也未作试管苗开花诱导相关研究，但就有黑果枸杞在组培生根培养2个月以上就有开花现象;万寿菊组培生根培养60d就有开花现象;向日葵生根培养15d后就具有普遍开花现象。但其他品种无论培养方式如何，培养时间长短，均未见试管苗开花现象。为筛选适宜诱导试管花的月季品种，选用的春石斛3年苗龄的组培苗不适宜做为试管花诱导的初始材料，花芽诱导率低[30]。以苋菜种子为材料，不继代连续培养90d以上，苋菜试管苗开花率达95%以上[31]。麻竹试管苗经3年在高浓度BA的培养基中培养，保存下来的16个无性系都出现开花现象，开花迟早与无性系的繁芽能力有关，繁芽能力强的无性系较早开花，繁芽能力弱的无性系较迟开花[32]。以土人参的花梗、茎和叶片为外植体再生小植株在试管中继代2~3个月也可开花结实[33]。用雪柑早期尚未充分成熟的种子进行组织培养，历时6个月，不但在试管内长出具有根、茎、叶的丛状植株，而且还抽出花芽，开放畸形花[34]。石斛兰经过150d的培养后，在KC2.0mg/L+6-BA5.0mg/L+白糖40.0g/L培养基中，25.0%的无根小苗能够诱导开花，其花蕾正常[35]。这些试验研究充分说明，部分植物试管苗开花途径也受自主发育周期调控途径的影响。

　　5基因调控途径

　　以春石斛原球茎和霍山石斛试管苗为材料，比较春石斛不同基因型对其试管苗花芽诱导的影响，试验结果表明，de-miR167c可能会促进春石斛生长发育直至开花的整个过程，而de-miR167j的过量表达可能会抑制春石斛试管开花，de-miR169a在春石斛离体培养过程中的总体表达趋势为：降低-再降低-升高-降低-升高，通过分析发现它可能会抑制春石斛诱导期和花芽正常开放的进程，导致花芽诱导时间的延长以及花蕾不能正常开放的现象。de-miR1在花芽诱导期和花蕾期的低表达，可能对春石斛花芽的诱导及花蕾的形成有一定的促进作用。随后，对de-miR3的表达模式分析发现，de-miR3在春石斛离体培养过程中的低水平表达，其对应的靶基因的高度表达，说明其可能对春石斛试管苗提早开花具有很好的促进作用，与调控春石斛叶的形态建成、环境信号应答及试管开花等存在密切的相关性[36]。该研究比较系统地阐述了试管苗诱导开花与基因控制的相互关系，为今后开展试管苗诱导开花提供帮助。

　　6养分调节途径

　　模拟自然界中养分控制诱导试管苗开花，也是比较常用的手段之一。在凤尾鸡冠瓶苗开花的研究中，适当减少MS培养基中氮的含量，能提高凤尾鸡冠瓶苗的开花率，光照强度为3000lx时，瓶苗开花率最高[37]。以茶花凤仙种子为外植体，获得瓶内开花实验结果表明，经过壮苗后的植株在MS(1/3NH4NO3)+6-BA0.6mg/L+NAA0.3mg/L+PP3330.75mg/L培养基上培养，开花率最好，达58%[38]。在诱导槭叶茑萝组培苗开花结果表明，1/2MS+KT2.0mg/L+IBA0.2mg/L+4%蔗糖培养基最适合槭叶茑萝管苗离体开花诱导，培养60左右，槭叶茑萝试管苗形成花芽并在试管内开花，花芽诱导率可达100%，开花率可达60%以上[39]。以千日红组培苗为试验材料，研究培养基中氮形态及含量对千日红试管苗生长和开花诱导的影响。结果表明，千日红试管苗开花率在培养基中氮总量为5MMOL/L、NO3-/NH4+为4/1时达到最大值39.95%[40]。在鸡冠花试管开花的试验中，铵态氮/硝态氮比值低时有利于鸡冠花试管开花，铵态氮/硝态氮比值高时对鸡冠花试管开花不利，甚至会造成植物铵中毒[41]。以西洋杜鹃无菌试管苗为材料，低盐量、低硝酸盐的1/2READ培养基较适合西洋杜鹃花芽的诱导，平均诱导率为34.44%[42]。在诱导何氏凤仙试管内开花时，培养基中N的含量对开花有一定的影响，在培养基中的相对N含量为61.8‰时，有利于开花[43]。以春石斛(玫瑰红)试管苗为材料，增加磷含量到原来5倍时，春石斛试管苗的花芽诱导率最高，为32.14%。通过上述改变基本培养基成分，增加有利于诱导开花的元素，或改变相应N的含量或配比，在一定程度上就能诱导部分试管苗开花。

　　7结语

　　近年来，人们研究出多种植物试管苗有开花现象，开花的启动代表了植物生活周期的一个重要转换，这个转换受到环境因素、生理变化和基因表达改变的调控。在模式植物中，学者们已经分离鉴定出许多参与诱导开花的基因，如MADS盒基因在被子植物中是保守的，它们控制着花器官的特征模式[44]。本文就近年来通过光周期、春花调控、自我发育调控、激素调控、基因调控、营养调控的研究就行了综述。但在实践中，还应根据试管苗的培养状态，综合考虑采用多种诱导调控方式，可能效果会更好，有利于缩短试管苗诱导开花时间，提高诱导率。

　　作者：胡相伟