瓜类蔬菜组织培养研究综述

2020-12-14穆丁郁张卫华

现代农业科技 2020年21期

穆丁郁张卫华

摘要建立高效的瓜类蔬菜离体培养再生体系是瓜类蔬菜遗传转化中的一项关键性基础工作。本文综述了瓜类蔬菜组织培养过程中基因型、外植体类型及生理状态、培养基、生长调节物质等主要因素对植株再生的影响，分析了目前瓜类蔬菜组织培养中存在的问题，并指出了今后的研究方向，以期为瓜类蔬菜组织培养提供参考。

关键词瓜类蔬菜;组织培养;外植体;培养基;生长调节物质

中图分类号 S642;Q943 文献标识码 A

文章编号 1007-5739（2020）21-0081-04 開放科学（资源服务）标识码（OSID）

A Review of Tissue Culture of Cucurbit Vegetables

MU Dingyu ZHANG Weihua *

（School of Horticulture and Landscape Architecture， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384）

Abstract It is a key basic work in the genetic transformation of cucurbit vegetables to establish an efficient in vitro culture and regeneration system of cucurbit vegetables. In this paper， the possible influencing factors in the process of tissue culture of cucurbit vegetables， such as genotype， explant type and physiological state， culture medium， growth regulators and other major factors on plant regeneration， were reviewed. The existing problems in the tissue culture of cucurbit vegetables were analyzed， and the research direction in the future was pointed out， so as to provide references for the tissue culture of cucurbit vegetables.

Keywords cucurbit vegetable; tissue culture; explant; culture medium; growth regulator

瓜类蔬菜是葫芦科（Cucurbitaceae）中以果实供人们食用的栽培蔬菜的总称，包括9个属15个种以及2个变种，为一年生或多年生攀缘性草本植物。其中，黄瓜（Cucumis sativus L.）、西瓜（Citrullus lanatus）和甜瓜（Cucumis melo L.）经济价值高，营养丰富，在世界范围内分布广泛，在我国各地均有栽培。

植物组织培养被广泛应用于脱毒快繁、育种及低温储存、建立种质资源库等生产实践的各个领域[1]。在瓜类蔬菜遗传转化研究过程中，建立高效的组织培养和植株再生体系是转化成功的关键性基础。近年来，组织培养技术越来越多地应用于瓜类蔬菜，在瓜类蔬菜品种改良中发挥了重要作用[2-4]。目前，瓜类蔬菜已能够通过器官发生途径获得再生植株，有的还建立了比较高效的再生体系[2-5]。本文综述了瓜类蔬菜组织培养方面的研究进展，以期为进一步开展相关研究提供借鉴。

1 基因型对瓜类蔬菜组织培养的影响

基因型是影响瓜类蔬菜组织培养成功与否的一个内部因素。孙治图等[6]对23种基因型的西瓜材料进行再生筛选发现，在相同的培养条件下，基因型不同的材料诱导效果差异明显。其他学者也有类似的研究结果报道[3，7-8]。付秋实等[9]对不同甜瓜品种再生体系进行比较，证实薄皮甜瓜诱导率明显高于厚皮甜瓜。陶兴林等[10]以6份厚皮甜瓜子叶为外植体材料，研究不同基因型甜瓜的离体培养植株再生能力，结果表明，绿宝石甜瓜的不定芽分化率最高，西域1号次之，白兰瓜最低。王蕾等[11]以新津11号、绿宝和金宝218等3个黄瓜品种为材料，研究影响黄瓜愈伤组织诱导的因素，结果表明，不同基因型的黄瓜在愈伤组织的形成时间以及激素的最佳浓度选择上呈现出明显的差异。赵秀娟等[12]以10个黄瓜材料为研究对象开展组织培养试验，结果发现，黄瓜不同基因型间再生能力差别较大，不定芽再生率变化范围为10%～80%。杜胜利等[13]用12个不同基因型的黄瓜品种开展组织培养试验，出芽率最高的可达73%，最低的只有 25%。由此可见，基因型对瓜类蔬菜组织培养再生频率影响较大，选择合适的基因型是组织培养顺利开展的保障。

2 外植体类型与部位对瓜类蔬菜组织培养的影响

在瓜类蔬菜组织培养研究中，外植体的种类很多，如子叶、子叶节、茎尖、下胚轴、真叶等，不同类型的外植体诱导不定芽的能力不同。西瓜最常用的外植体是子叶[14-18]。在甜瓜组织培养研究中，以不同基因型品种的子叶作为外植体，可得到较高频率的再生不定芽;以真叶、下胚轴、茎段和根尖等部位作为外植体，再生频率很低，甚至不能再生[19-24]。赵燕等[25]的研究结果表明，子叶、下胚轴均可作为甜瓜诱导愈伤组织的良好材料。在黄瓜组织培养过程中，使用最多的外植体是子叶和子叶节，子叶节具有较高的再生频率，但是容易出现假阳性植株[26]。李晓丹等[27]以黄瓜的子叶、真叶、下胚轴等作为试验材料开展组织培养，结果表明，带有叶柄的完整子叶不定芽诱导率最高。

同一外植体的不同部位不定芽诱导率也有差异。在西瓜组织培养过程中，完整子叶、1/2子叶基端、1/4子叶基端和子叶顶端作为外植体，均可获得较高的丛生芽诱导率[14-18]，大部分研究采用子叶近下胚轴端作为外植体，该部位的组织分化能力相对较强。万勇等[16]认为，完整子叶诱导西瓜不定芽的效果最好。毛娟等[22]研究发现，黄河蜜3号6 d苗龄的近轴端子叶能产生大量不定芽或愈伤组织，为最佳外植体。李晓慧等[20]研究表明，甜瓜组织再生培养以子叶近轴端为外植体较适宜，子叶近胚轴端为外植体诱导率最高，不定芽多发生在子叶与胚轴连接处;子叶远胚轴端为外植体子叶变黄老化，不定芽再生率低。马国斌等[28]研究表明，在西瓜和甜瓜组织培养中，子叶和真叶外植体切块形态学下端部位总是首先大量发生愈伤组织或分化出器官，而切块形态学上端部位很少或几乎不发生愈伤组织或器官。说明在瓜类蔬菜组织培养中，子叶的形态学下端与子叶节在离体培养中更容易诱导出芽，且诱导率较高。

3 外植体生理苗龄对瓜类蔬菜组织培养的影响

在瓜类蔬菜诱导不定芽的过程中，外植体的生理苗龄是重要的影响因素之一，不同苗龄的外植体分化能力差异很大。研究表明，大多数基因型的西瓜外植体在苗龄2～5 d时不定芽诱导率较高[29-32]，大多数基因型的甜瓜外植体在苗龄4～6 d时不定芽的诱导率最高[33-36]。田芳等[37]以黄旦子甜瓜子叶为外植体，研究子葉不同日龄对不定芽诱导的影响，其中日龄为2～8 d的子叶基部均能诱导出不定芽，最佳诱导时间为子叶在光照下培养2 d，诱导率可达到80%;随着日龄的增加，诱导率逐渐降低，日龄达到10 d时子叶则完全不能诱导产生不定芽。池慧芳等[38]以甜瓜品种红城 7 号为试验材料，种子消毒后接种于MS培养基上，在人工培养箱中暗培养3 d后，取子叶作为外植体进行组织培养，外植体不定芽分化率最高。众多研究结果表明，对于西瓜和甜瓜来说，由黄变绿时的子叶为最佳外植体，颜色发黄以及变为深绿色的子叶分化效果均不理想[14-15，17-18，37]。

4 培养基类型对瓜类蔬菜组织培养的影响

在瓜类蔬菜组织培养中，MS培养基最为常用，少数学者应用BS3、Miller等培养基。王爱玲等[39]以甜瓜品种红心脆和早皇后的子叶作为外植体进行组织培养，在1/2 MS培养基中均适宜生根，繁殖系数较高。张铁刚等[40]以厚皮甜瓜皇后为试验材料，以无菌苗作为外植体，研究发现，接种于MSB培养基中其丛生芽诱导率最高，达到86%。黄丹枫等[41]以网纹甜瓜夏七号无菌苗的子叶、胚轴等为试验材料，开展网纹甜瓜组织培养技术研究，发现其愈伤组织诱导和分化的最佳培养基为改良MS培养基。王建设等[42]报道，伊丽莎白甜瓜的子叶在BM3培养基中不定芽诱导率最高。盛慧等[43]以哈研3号薄皮甜瓜为试验材料，研究三倍体薄皮甜瓜高效再生体系，结果发现，外植体在含有Agr 1.0%的1/2 MS培养基中生根率最高。丁海涛等[44]以伽师瓜的子叶为外植体，以Miller培养基作为基本培养基，其丛生芽诱导率为40%～60%，再生苗的诱导率为90%。由此可见，在组织培养过程中，选择合适的培养基对于瓜类蔬菜高效再生体系的建立尤为重要。

5 生长调节物质对瓜类蔬菜组织培养的影响

生长调节剂的种类和配比是影响植物细胞脱分化和再分化的关键因素之一。不同植物组织内源激素水平的不同，导致其对外源激素的要求也不同。在瓜类蔬菜组织培养过程中，诱导不定芽常用的生长素类调节剂是 IAA、NAA和IBA，常用的细胞分裂素类调节剂是BA，也有部分研究应用ZT、KT和2，4-D等激素。

在西瓜的组织培养研究中，BA常用的浓度范围为1～10 mg/L，IAA、IBA、NAA等常用的浓度范围为0～3 mg/L[29，31]。郝诗璇等[45]选用小果型西瓜早佳8424的子叶节作为外植体，在MS+2.0 mg/L 2，4-D+1.0 mg/L 6-BA培养基上愈伤组织诱导效果最好。宣杨等[5]选用小果型西瓜自交品系L1为试验材料研究小果型西瓜快速繁殖技术，结果表明，子叶苗茎尖丛生芽诱导培养以MS+1.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA培养基的诱导效果较好，试管苗继代增殖最适培养基为MS+0.5 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA，诱导试管苗生根的最适培养基为1/2 MS+0.3 mg/L IBA。徐洪国等[46]以小果型西瓜自交品系K1为外植体进行小果型西瓜子叶节离体培养，结果表明，在1/8 MS培养基上，其萌发率最高，西瓜子叶节诱导不定芽的最佳培养基为MS+2.0 mg/L BA+0.1 mg/L NAA。

在甜瓜组织培养中，BA常用的浓度范围为0.2～1.2 mg/L，IAA、IBA、NAA等常用的浓度范围为0.01～1.00 mg/L[37，40，42，44]。王建设等[42]以伊丽莎白的子叶为外植体，接种于BM3+1.5 mg/L IAA+6.0 mg/L KT+1.0 mg/L CuSO4·5H2O诱导培养基中，其愈伤组织诱导率最高。池慧芳等[38]将苗龄为3 d的红城7号子叶接种于MS+2.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L 2，4-D培养基中，其子叶愈伤组织诱导率最高。丁海涛等[44]将甜瓜无菌苗的子叶接种于Miller+5.0 mg/L 6-BA+0.01 mg/L ZT+3%蔗糖培养基中，其愈伤组织诱导率最高。付秋实等[47]将薄皮甜瓜IVF05的子叶接种于MS+1.0 mg/L 6-BA+0.5 mg/L ABA诱导培养基中，产生的愈伤组织比较少，能正常分化的不定芽较多且明显伸长，不定芽生长较快。

王蕾等[11]以3个品种黄瓜无菌苗的子叶和下胚轴为外植体诱导愈伤组织，结果表明，IAA最佳激素水平范围为0.2～0.3 mg/L，6-BA最佳激素水平范围为1.2～3.0 mg/L。黄玉兰等[48]对以黄瓜津研4号子叶为外植体诱导的愈伤组织进行继代培养，结果表明，黄瓜愈伤组织继代培养的最佳培养基为MS+1.009 mg/L 6-BA+0.550 2 mg/L IAA+1.102 6 mg/L AgNO3。王萍等[49]以黄瓜津研4号的子叶节为外植体，将其接种在添加有6-BA、IAA、ABA、KT 4种植物激素的MS基本培养基中，结果表明，在MS培养基中添加4种激素中的任何3种均能诱导外植体形成愈伤组织，添加1～2 mg/L 6-BA+0.5 mg/L ABA+4 mg/L KT（0.050 mg/L IAA）有利于芽分化，添加2 mg/L 6-BA+0.025 mg/L IAA+4 mg/L KT可促进芽的伸长。赵隽等[50]认为，将BA和IAA按照一定的浓度组合对黄瓜子叶节进行培养，一段时间以后转到含有TDZ的培养基上，芽的诱导率最高。李建欣等[51]研究认为，黄瓜子叶再生苗诱导率较高的培养基为MS+1.0 mg/L BA+1.0 mg/L AgNO3，增殖芽数较多的培养基为MS+2.0 mg/L+1.0 mg/L AgNO3。

在组织培养中，不同瓜类之间、相同瓜类不同基因型之间以及同一基因型不同外植体之间，适宜的激素种类与浓度差异都很大。所以，不同基因型作物进行离体培养时，应设置不同激素种类、不同浓度梯度的研究，以筛选出最佳激素配比。

6 问题与展望

几十年来，我国瓜类蔬菜组织培养研究已经取得了很大进展，在遗传转化、品种改良、种质资源保存等方面应用广泛，但仍存在一些问题。一是瓜类蔬菜组织培养研究多集中在诱导愈伤组织、不定芽及不定根的分化等前期阶段，对炼苗移栽、再生植株生长状况等后续内容研究较少，导致再生率高而成活率低。今后应加强组培苗后续培養工作的研究，提高其应用范围。二是西瓜组织培养过程中玻璃化现象比较严重，严重影响组培苗的成活，玻璃化苗移栽后恢复成正常苗的概率小，阻碍遗传转化等后续研究工作的进行。培养基类型和所用激素配比、琼脂和蔗糖浓度、外源渗透调节物质、培养瓶的通气状况、外界培养条件的变化等均与玻璃化现象有关。但对于玻璃化现象出现的原因和有效降低玻璃化的措施等相关研究报道并不多。甜瓜组织培养过程中也同样存在玻璃化问题，相关研究也较少。今后研究工作应适当着手解决瓜类蔬菜组织培养玻璃化问题。三是瓜类蔬菜组织培养研究虽然已经取得了一定进展，但瓜类蔬菜离体再生体系仍需完善，对基因型、外植体、生长调节剂的控制仍需进行探索，以进一步降低繁殖成本，提高试管苗的繁殖系数和繁殖速率。

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