十二卷屬多肉植物的組培快繁研究進展

任倩倩，張京偉，張英杰，劉學慶，孫紀霞*

(1.山東省煙臺市農業科學研究院，山東煙臺 265500；2.煙臺大學生命科學學院，山東煙臺 264005)

十二卷屬(HaworthiaDuval)是百合科的一種小型的多年生植物，全屬約有150余個種，大多生長在南非和西南非地區，它的名字是為了紀念一位英國的植物學家Adrian Hardn Haworth而得名；它還有另一個別名叫瓦葦屬[1]，但因與蕨類植物水龍骨科的瓦葦屬名稱一樣，容易混淆所以稱其為十二卷屬的人居多。十二卷屬下的多肉葉子呈披針形三角狀，葉肉飽滿有光澤，淺綠的葉子上會有彩色的條紋或者星狀斑點[2]。同時它還有硬葉和軟葉之分，硬葉類葉面常常伴有白色斑點，或結節成條狀和縞狀，如條紋十二卷。軟葉類葉子“窗”狀結構更明顯，葉肉看起來更加豐滿并且呈透明狀，邊緣會有毫毛，如姬玉露[3]。由于十二卷屬獨特的外形，植株嬌小可愛，在市面上廣受歡迎，深受大家的喜愛，常用于室內陳設，不僅讓人賞心悅目，而且可以凈化空氣環境，具有環保的功能[4-7]。

由于十二卷屬植物在亞洲分布較少，且存在繁殖率較低的問題，我國和韓國、日本等園藝研究者們一直從海外引進十二卷屬的優良品種，并在實現植株的快速繁殖方面進行了大量研究[8]。最初采用傳統葉插和底座繁殖等無性繁殖的方法，但是該方法繁殖系數低、速度慢，無法滿足市場的需求[9]，而且容易損害母本[10]。近幾年，園藝研究人員逐步開始采用組織培養的方法來實現優異品種的快速繁育，取得了顯著的效果，不但可以實現植株的快速繁殖，而且可以有效地保留良種的觀賞特性[11]。筆者概述了近年來十二卷屬的組織培養與快繁技術的研究進展，包括外植體、基本培養基、激素及其他添加物的選擇，外植體褐變的防治措施以及生根壯苗培養方法等，以期為十二卷屬的生產發展提供參考。

1 外植體的選擇

近幾年來，國內外關于多肉研究的文獻越來越多，文獻中研究者們采用各種外植體進行組織培養的試驗，如種子、新生側芽、花序 、葉片和子房等。研究表明，在十二卷屬植物的組織培養過程中，外植體選擇不同，愈傷組織的誘導率也有很大差異。起初是國外的Ogihara[12]采用花蕾作為外植體愈傷組織誘導成功，后來國外又有研究人員以完整葉片作為外植體也誘導成功[13]。隨之國內許繼勇等[14]在“高地”截形瓦葦組培快繁研究中以花葶作為外植體，實現了在不損害母本的情況下誘導成功。王泉等[15]在美吉壽組培快繁的試驗中以春生子房部位為外植體誘導成功，但是容易出現玻璃化現象。一般在組培快繁體系當中，多數植物組培試驗會使用花莖和子房作為常用的外植體。但是在十二卷屬的組培快繁體系當中使用幼嫩花莖或子房作為外植體卻存在著較大的局限性，母本植物開花具有季節性且需要生長到一定年限才能開花[16]。同時新生側芽、種子、花葶[6，17]、花序和葉片作為外植體也有報道，也都或多或少地存在著一些局限性，如新生芽發生在根部，滅菌效果差，容易污染；種子屬雜交產物，獲得的種苗與母本相比變異較大；葉片分生能力弱，分化周期長，但愈傷組織誘導率和分化培養率高，可以建立快繁體系；花序為最適外植體，取材方便，不傷害母本，滅菌效果好，愈傷組織誘導率和叢生芽分化率高，獲得的種苗完全保留了母本的優良性狀[18-19]。因此十二卷屬的組織培養通常以花序和葉片為外植體，且誘導成功率相對較高。

2 培養基的選擇

在組織培養中，培養基是植株生長分化所必需的基本營養物質。不同外植體和不同生長發育階段所需的培養基成分也不相同，如在誘導分化愈傷組織及不定芽、繼代培養和增殖培養等階段，對培養基的要求不盡相同[16]。在郭生虎等[8]玉露的組培快繁試驗中以花序為外植體，得出適合玉露離體快繁的技術體系中最佳愈傷組織誘導及分化培養基本培養基為MS，而生根階段最佳基本培養基為1/2MS。而在何佳越等[20]帝玉露組培快繁試驗中，利用不同成熟度葉片為外植體進行誘導、增殖和生根培養，與郭生虎等的結論基本一致。因此，十二卷屬植物的基本培養基以MS和1/2MS為最佳。

3 激素的應用

一般情況下，十二卷屬的外植體在基本培養基上就可以實現增殖和分化，但是激素及其他添加物的加入會促進這一進程的發展[21]。目前，在十二卷屬組織培養中常用的激素有KT、6-BA、NAA、IAA、IBA和AC等。由于植物生長調節物質在一定程度上可以直接或間接地調控植物生化過程甚至精確到每一步的發展。因此，對于植物生長調節物質的使用與添加必須謹慎[22]。

激素的種類和濃度的不同對外植體的誘導、分化、增殖、壯苗與生根的影響也不盡相同。郭生虎等[8]的多種玉露組培研究中表明，當選擇細胞分裂素(6-BA)為調節激素時，在愈傷組織的誘導過程中低濃度的生長素有助于叢生芽分化，而高濃度的生長激素則容易導致叢生芽玻璃化現象的發生；在壯苗與生根的過程中，對玉露的效果IBA優于NAA，如果同時添加IBA和NAA 2種生長激素時，IBA濃度為0.5 mg/L、NAA濃度為0.1 mg/L生根效果最好，同時與普通毛玉露相比“窗”面更大、更透。張景新等[23]研究證實，不同激素配比對冰燈玉露不定芽的伸長培養效果有所不同。植株莖的生長速度會隨著IAA濃度的增大而增大，當IAA濃度達0.5 mg/L時，莖高達到最大，隨著激素濃度的繼續增加，莖的生長速度逐漸下降，這時葉片的厚度也逐漸增加，并出現玻璃化現象，所以當IAA與BA配比值過大時不利于莖的快速、健壯生長。其次，采用固定量高濃度的BA與不同濃度的IAA 組合處理時，莖的生長速度和分化情況均不如低濃度BA處理。

張海龍等[24]研究不同激素對冰燈玉露形態建成的影響發現，組培苗在沒有任何添加MS培養基上基本無法正常長成，而添加一定量的生長激素IAA卻仍然改善這一狀況，反而導致組培苗出現肉質根現象，甚至導致組培苗的玻璃化；然而當添加一定量的BA后，情況發生轉變，組培苗開始朝正常生長。此試驗結論與以上郭生虎等[8]和張景新等[23]的試驗結論相一致，并確定了激素在組織培養過程中的價值和重要性。

4 培養條件

外界培養條件也是影響十二卷屬多肉植物的重要因素。光照強度對培養細胞的增殖和器官的分化具有明顯影響，一般來說光照強度較強，幼苗生長越粗壯，相反光照強度較弱時幼苗容易徒長。張海龍等[24]研究表明，不同光照強度條件下，組織培養中的幼苗生長速度和形態具有很大的變化；當光照強度達3 000 lx時，幼苗徒長狀況有所緩解，生長速度也有所加快；從形態恢復率來看，在光照強度為3 000 lx和溫度為20 ℃時效果最好，同時組培苗的生長速度也較快。

5 外植體褐變和玻璃化的預防措施

植物組織中含有的PPO，作用于酚類物質形成醌而引起外植體切口處出現褐變。因此，外植體褐變能否有效地控制是影響組培快繁成功的關鍵一步[25]。谷延澤等[26]研究認為，適當的遮光對抑制外植體褐變現象具有一定的效果，同時秦李緣等[27]研究得出，最大限度地減少外植體的切口面積，保持切口的平整也會在一定程度上減少褐變現象的發生。

在組織培養的誘導和分化過程中愈傷組織和叢生芽經常會出現玻璃化現象，進而導致組培快繁的失敗，這是組培過程中關鍵的第二步。玻璃化又稱過度水化[28]，與外植體的選擇、基本培養基的酸堿度、激素的選擇和濃度、外界培養條件中的光照條件和溫度等有關。細胞分裂素(6-BA)濃度較高時玻璃化現象較嚴重，當6-BA≤0.5 mg/L、NAA濃度調整為0.01 mg/L時，叢生芽基本能解決玻璃化問題，且叢生芽增殖效果較好，郭生虎等[8]在玉露組培快繁試驗中驗證了這個觀點。所以在組培過程中適當地優化調節劑的含量和配比可以有效減少玻璃化現象，有利于提高叢生芽的誘導和增殖率。

6 生根壯苗培養方法

當培養皿中的叢生芽生長成為正常植株以后，就要進入壯苗階段，這一階段的培養基配方會直接決定植株的生根多少，是決定植株移栽能否成活的關鍵因素。因此，壯苗生根培養基中激素種類和濃度成為業內研究的重點。目前，常用的激素種類主要有NAA、IBA和6-BA等。王婷等[29]研究認為，在以1/2MS為培養基的基礎上，添加2 mg/L IBA，最有利于姬玉露愈傷芽生根。而李媛等[30]通過試驗證實，萬象生根培養試驗中最佳培養基為1/2MS+NAA 0.5 mg/L，同樣，張景新等[23]的冰燈玉露的不定根形成試驗中也發現，最佳生根培養基為MS+NAA 0.2 mg/L+蔗糖20 g/L，在培養基上培養30 d后，生根率達100%，單株平均生根數最高，根系粗壯。不過，在郭生虎等[8]的玉露壯苗生根試驗中，得出IBA對玉露的生根效果優于NAA，并且IBA濃度為0.5 mg/L、NAA濃度為0.1 mg/L時生根效果最好，這一結果支持了王婷等[29]的研究結論，但也肯定了李媛等[30]和張景新等[23]的研究結果。至于具體的十二卷屬植物種或品種在這一階段中需要哪種激素及濃度，還需要在今后的試驗中加以證實。

7 組織培養存在的問題及發展前景

近年來，雖然國內外十二卷屬組培快繁方面的研究越來越多，同時也取得了一定的成績，但是十二卷屬植物的諸多品種尚未突破品種快繁的瓶頸問題，繁殖率低、玻璃化和褐化等問題仍然沒有得到很好的解決。而且由于研究的品種、外植體、生長調節激素、其他添加物的選擇以及外界培養條件等影響因素太多，導致研究的方向和結果有很多差異。在一定程度上反映了不同品種及外植體對培養基和培養條件的要求不盡相同[22]，因此需要對這方面進行更加細致的研究，以期能夠建立更加完善的科學理論體系，更好地實現十二卷屬稀有品種的大量優質繁殖，從而使得十二卷屬的原生種及豐富的品種資源得到很好的維持和保護[31]。此外，近幾年雖然關于十二卷屬的組培快繁和栽培生理的研究較多，但有關新品種的選育研究卻很少，品種選育仍未突破傳統的雜交方式的束縛，導致我國十二卷屬植物大多新品種主要是從國外引進，品種選擇受制于人。因此有必要加強十二卷屬的育種工作，尤其是采用誘變育種、分子標記育種等新型育種方式，培育觀賞性強、生長快且易于栽培的新品種。

與傳統的分株繁殖方式相比，組培快繁突破了自然條件的限制，使多肉植物能夠不受季節和氣候的影響，在最短的時間內提高繁殖系數，加快繁殖速度[32]。全年都可以高效、節能地繁殖出品種優良的植株?？梢院芎玫馗纳剖韺僦械南∮衅贩N滅絕隱患和無法滿足市場需求的問題。通過組織培養，能使多肉植物進行產業化生產，具有較好的經濟效益和市場前景[33]，能很好地滿足當前快速高效發展的農業現代化對種苗大批量和高質量的要求，為未來多肉植物的繁殖指引了新的方向[34-35]。同時在保存多肉植物優良的種質資源、繁殖名優珍稀品種、快速繁殖出口方面具有重要的實踐意義[22]。