山藥組織培養研究進展

蒙真鋮++蘇翠++楊曦++孔得信

摘 要 介紹了山藥組織培養的國內外研究進展，包括山藥組織培養的莖尖培養、零余子培養、愈傷組織培養等方法；總結山藥組織培養的條件和目前存在的問題，并對今后的發展作出預測。

關鍵詞 山藥 ；組織培養 ；研究綜述

中圖分類號 S632.1 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.07.017

Research Advances in Tissuce Culture of Chinese Yam

MENG Zhencheng SU Cui YANG Xi KONG Dexin

（Honghe Research Institute of Tropical Agriculture， Hekou Yunnan 661300）

Abstract The research activities and progresses made in tissue culture of Chinese yam were introduced， including yam stem tip culture， bulbil culture and callus culture. The conditions and current problems of yam tissue culture were summarized， and the prospect of tissue culture was put forward.

Keywords Chinese yam ； tissue culture ； research review

山藥，又名薯蕷（Dioscorea opposita Thunb），為薯蕷科（Dioscoreaceae）薯蕷屬（Dioscorea L.）一年生或多年生纏繞性藤本植物。山藥主要產于中國，以及印度、緬甸、朝鮮和日本等東南亞一帶。中國栽培山藥的時間較長，主產地為河南、湖南、湖北、山西、云南、河北、陜西、江浙、江西、貴州、四川[1]等?。▍^）。山藥按形狀可分為三大類型，分別為長山藥、扁山藥和圓山藥；蔡金輝、黃曉輝等[2]將中國山藥資源分為2個種，5個變種以及10個品種種群。山藥地下肉質塊莖營養成分豐富，除了含有脂肪、糖類、蛋白質、維生素、膽堿和淀粉酶等成分，還含有鈣、碘、磷和鐵等人體不可缺少的無機鹽和微量元素[3]。山藥具有較高的食用和藥用價值，對慢性腸炎、腎脾病、糖尿病等人體疾病有輔助療效，也是重要的出口特產蔬菜之一[4]，還可以制作罐頭，做成飲料，醬油及各種保健品[5]。它與懷地黃、懷牛膝、懷菊花、合稱“四大懷藥”[6]。

中國是山藥重要的原產地和馴化中心，已有2 500 a的栽培歷史，除西藏和東北等少數地區外，其他各地均有栽培種植[4]。近年來，隨著生活水平的提高，山藥食用及藥用價值越來越受到人們的重視，其需求量不斷增長，嚴重出現了供不應求的現象，而且長期傳統育種，容易造成品質退化，產量降低甚至品種變異，且抗病抗蟲能力降低，導致某些優良品種趨于滅絕[7-8]，限制了山藥的種植和產業發展。

以組織培養技術為基礎的離體快速繁殖是應用最廣泛和最有效的一種育苗技術。植物組織培養是利用植物細胞的全能性，在無菌條件下，把離體的植物器官誘導并產生愈傷組織、不定芽或不定根，最后形成完整植株的一種技術。筆者通過對近年來國內外研究學者在山藥組織培養方面的研究成果進行了總結，希望能為此領域未來的研究提供一些參考。

1 山藥外植體培養

山藥組織培養技術所使用的外植體包括莖段（帶頂芽和腋芽）、葉片、零余子和塊莖等。

1.1 莖段

通過利用山藥莖段作為外植體進行組織培養，可以快速獲得優質無菌種苗。馬林等[9]通過采用黃山藥的帶芽莖段為外植體，建立了黃山藥的組培快繁技術體系。蔡建榮等[10]采用長山藥莖段作為外植體，組培出了生長健壯的長山藥無菌幼苗植株；趙艷紅等[11]以‘桂淮2號，‘桂淮5號和野生種‘GY483個不同山藥品種的莖段為材料，研究培養基及培養條件對這3個品種愈傷組織誘導的影響，發現以MS為基本培養基，添加6-BA 2.0 mg/L 和NAA 2.0 mg/L的組合是誘導愈傷組織較好的培養基，而光照的強弱對這3個山藥品種愈傷組織的誘導沒有影響；劉金英等[12]以佛手山藥莖段為外植體，發現MS+6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.5 mg/L是誘導愈傷組織較好的培養基，誘導率為36.5%；初代培養以MS+6-BA 0.5 mg/L+NAA 0.1 mg/L或MS+6-BA 1.0 mg/L +NAA 0.1 mg/L效果較好；繼代培養以MS+6-BA 0.5 mg/L+NAA 0.1 mg/L效果最好；生根以1/2MS+NAA 0.5 mg/L，附加0.06%活性炭，生根率達87.4%。王碧琴、韓曉勇等[13-14]分別以紫山藥莖段為材料，發現隨著6-BA濃度的增加，不定芽增殖率出現先低后高，再降低的現象；MS+6-BA 0.5 mg/L～1.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L的培養基對不定芽有較高的分化率和增殖率；韓曉勇等[15]發現，MS+6-BA 0.5 mg/L+NAA 0.1 mg/L的培養基對鐵棍山藥莖段的誘導效果較好；MS+6-BA 1.5 mg/L最適合其增殖，生根培養基為1/2MS+6-BA 0.2 mg/L+NAA 1.0 mg/L+0.02%活性炭；平阿敏[16]則認為，適合鐵棍山藥生根培養基為1/2MS+NAA 0.05 mg/L。蔡建榮[17]發現，MS+6-BA 0.5 mg/L+NAA 0.1-0.5 mg/L的培養基較適合寸金薯莖段的誘導，且不定芽成苗時間較短，數量較多，芽體健壯飽滿。蔡月琴[18]發現，改良MS+TDZ 0.1 mg/L+NAA 0.1 mg/L更適合漳州云霄毛山藥莖段的增殖，增殖系數為8.56，且植株生長健壯。

1.2 零余子

李明軍[19]研究了光照條件對山藥零余子愈傷組織誘導的影響，發現在暗培養條件下更有利于其愈傷組織的誘導。郭君麗[20]研究了不同光照條件和不同激素配比對長山藥零余子脫分化和再分化的影響，得出在6-BA 2 mg/L+NAA 2 mg/L和6-BA 2 mg/L+4 mg/L 的2種培養基上，其愈傷組織誘導率最高；白光和紅光更有利于愈傷組織的誘導，而藍光更有利于愈傷組織的分化。張志勇等[21]采用龍巖寸金薯，龍巖大池淮山以及練成宣和千金薯等零余子為研究材料發現，這幾個品種無菌苗形成時間較短，約 4～5周；山藥苗的組培快繁以MS+6-BA 3 mg/L+NAA 0.3 mg/L+0.5%活性炭為宜，生長速度快，較健壯。

1.3 塊莖

由于部分薯蕷屬植物莖的結構比較特殊，造成組培過程中無菌苗生根比較困難，因此，通過誘導微塊莖的形成也是一種較為理想和快捷的途徑。培養條件（如周光期、光照長度、溫度等）和培養基（如蔗糖濃度、氮源、植物生長激素等）因素對微塊莖的形成、數量、大小以及形成正常無菌苗的比例有著重要的影響[22]。Martine等[23]在塊莖切段培養時發現，生長素的提高有利于愈傷組織的形成；朱海萍[24]利用紫色薯蕷塊莖培養，發現較低濃度的激素組合，其誘導率和分化率都較高；劉金英[14]采用佛手山藥塊莖為材料，在MS+6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L培養基中愈傷組織誘導率較高，誘導率可達53.6%。

1.4 葉片

劉金英等[14]采用佛手山藥葉片進行組織培養研究，發現只有少數葉片形成愈傷組織，誘導率并不高。梁方剛等[28]發現，懷山藥葉片雖然能形成愈傷組織，但不能形成苗。胡選萍等[25]研究山藥葉片愈傷組織的形成過程發現，其出愈速度較快，愈傷組織顏色、質地比較好。Hiroyuki等[26]以山藥未成熟的葉子，通過誘導形成不定芽，不定芽經過6個月的繼代培養，無菌植株產生了數量較多的微型塊莖。

1.5 培養條件

山藥組培苗的誘導，分化和增殖生長不僅受植物生長激素的影響，還與溫度、光照、培養基蔗糖濃度等培養條件有關。李明軍等[19]研究發現光、暗條件的不同對山藥愈傷組織的誘導效果也不同，其生長和發育也會受到光質的影響。蔗糖作為山藥組培的主要碳源，是組織培養的重要組成部分。蔡國紅等[27]發現，淮山薯無菌芽的誘導率和芽的數量都隨著蔗糖濃度的提高而有所增加，認為蔗糖對某些重要酶的基因表達以及某種貯藏蛋白的積累有一定的影響。Edison等[28]認為，無菌苗葉片的數量與蔗糖濃度緊密相關，蔗糖使用濃度以3%～5%為宜。嚴華兵等[29]認為，蔗糖通過提供代謝產物和調節培養基溶液的滲透壓，從而影響山薯組培苗的形態發生途徑，但其影響具有一定的閥值效應。在一定的濃度范圍內，適當提高蔗糖的使用濃度有利于山藥微型塊莖的誘導[30]。

2 存在問題

2.1 污染

植物組培中所造成的污染可歸類為外源性污染和內源性污染。外源性污染一般比較容易控制，如操作過程中嚴格要求得當，環境條件嚴格控制；而內源性污染由于植物材料各異復雜，是最難控制的污染源，主要從外植體的選取以及消毒等方面進行控制[31]。除此以外，造成組培污染的病原菌主要分為細菌和真菌。一般來說，接種1～5 d后就可以發現有沒細菌污染；而真菌污染則發現時間稍晚，一般在接種 3～15 d后才可能被發現[32]。外植體是否可以正常生長，在接種2個星期左右方可判斷。外植體消毒所使用的消毒劑比較常用的有氯化汞、次氯酸鈉、漂白水等[33]。

在組培過程中，如果發現污染物是從外植體周圍長起，則可能是由于植物材料本身帶菌引起的，也有可能是在接種過程中外植體被污染或是鑷子、手術刀等接種工具滅菌不徹底導致；如果污染物是在培養基以上部分長起，就可以認為是外植體本身的內生菌所導致的污染。如果污染是從培養基內部產生，并且有從里向外發展的趨勢，就說明是外植體切口引起的污染，原因可能是因為外植體滅菌消毒之后沒有剪去切口；或雖剪去，但器具本身帶菌[34]。

2.2 褐化

褐化在植物組織培養中是經常容易出現的現象。褐化是指在植物組培過程中，外植體材料的器官和組織被切割損傷或是在接種繁殖時，損傷細胞中的酚類物質（底物）在酚氧化酶的作用下與氧氣聚合而發生氧化反應，形成有毒的醌類物質，從而使外植體切面迅速變成棕褐色或暗褐色，并逐步擴散到培養基中，抑制其它酶的活性，從而導致植物組織代謝紊亂，生長受到抑制，最終導致外植體的死亡[35-37]。隨著研究學者對植物褐化的重視，在培養中抑制植物褐變的方法也有很多，比如選擇適宜的外植體、改變培養條件（如溫度，光照，pH），在培養基中添加抗氧化劑，如抗壞血酸（Vc）、亞硫酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等[38]；山藥組培快繁過程中容易發生褐化現象，也受到越來越多的重視，目前，一些學者在山藥培養中短期抑制褐化方面做了些試驗探討，也取得了一些階段性的成果[39-41]；雖然通過使用一定濃度的防褐化劑可以在一定程度上減輕褐化對植物生長的影響，但對于一些容易褐化且褐化比較嚴重的外植體則效果不是很明顯；若是能夠從植物生理生化，遺傳等方面的知識領域對山藥褐化現象發生的原因以及形成規律進行進一步深入的研究分析，從根本上解決褐化現象，對山藥的種質資源和品種保存以及規?；a和推廣則是很有價值的。

3 展望

植物組織培養技術的發展在生物技術科學研究和應用中發揮著越來越重要的作用，也在山藥的種質資源保存、繁育和生產推廣上得到廣泛的應用和研究。山藥離體培養技術體系的迅速發展和不斷完善，必將會大大提高山藥的育種效率，加快山藥品種保存，改良、推進和擴大山藥產業化的進程。

針對山藥組織培養中存在的問題，雖然中國學者研究不少，也取得了一定的成果，但還需加大力度重視山藥的組織培養技術研究體系；建立和完善不同山藥品種的實用、高效、標準的組織培養快繁技術體系。結合基因工程技術培育出具有高產優質、營養價值高、抗病能力強等優良性狀的山藥新品種，以滿足人們日益增長的需求。

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