十二卷属多肉植物的组培快繁研究进展

任倩倩，张京伟，张英杰，刘学庆，孙纪霞*

(1.山东省烟台市农业科学研究院，山东烟台 265500；2.烟台大学生命科学学院，山东烟台 264005)

十二卷属(HaworthiaDuval)是百合科的一种小型的多年生植物，全属约有150余个种，大多生长在南非和西南非地区，它的名字是为了纪念一位英国的植物学家Adrian Hardn Haworth而得名；它还有另一个别名叫瓦苇属[1]，但因与蕨类植物水龙骨科的瓦苇属名称一样，容易混淆所以称其为十二卷属的人居多。十二卷属下的多肉叶子呈披针形三角状，叶肉饱满有光泽，浅绿的叶子上会有彩色的条纹或者星状斑点[2]。同时它还有硬叶和软叶之分，硬叶类叶面常常伴有白色斑点，或结节成条状和缟状，如条纹十二卷。软叶类叶子“窗”状结构更明显，叶肉看起来更加丰满并且呈透明状，边缘会有毫毛，如姬玉露[3]。由于十二卷属独特的外形，植株娇小可爱，在市面上广受欢迎，深受大家的喜爱，常用于室内陈设，不仅让人赏心悦目，而且可以净化空气环境，具有环保的功能[4-7]。

由于十二卷属植物在亚洲分布较少，且存在繁殖率较低的问题，我国和韩国、日本等园艺研究者们一直从海外引进十二卷属的优良品种，并在实现植株的快速繁殖方面进行了大量研究[8]。最初采用传统叶插和底座繁殖等无性繁殖的方法，但是该方法繁殖系数低、速度慢，无法满足市场的需求[9]，而且容易损害母本[10]。近几年，园艺研究人员逐步开始采用组织培养的方法来实现优异品种的快速繁育，取得了显著的效果，不但可以实现植株的快速繁殖，而且可以有效地保留良种的观赏特性[11]。笔者概述了近年来十二卷属的组织培养与快繁技术的研究进展，包括外植体、基本培养基、激素及其他添加物的选择，外植体褐变的防治措施以及生根壮苗培养方法等，以期为十二卷属的生产发展提供参考。

1 外植体的选择

近几年来，国内外关于多肉研究的文献越来越多，文献中研究者们采用各种外植体进行组织培养的试验，如种子、新生侧芽、花序 、叶片和子房等。研究表明，在十二卷属植物的组织培养过程中，外植体选择不同，愈伤组织的诱导率也有很大差异。起初是国外的Ogihara[12]采用花蕾作为外植体愈伤组织诱导成功，后来国外又有研究人员以完整叶片作为外植体也诱导成功[13]。随之国内许继勇等[14]在“高地”截形瓦苇组培快繁研究中以花葶作为外植体，实现了在不损害母本的情况下诱导成功。王泉等[15]在美吉寿组培快繁的试验中以春生子房部位为外植体诱导成功，但是容易出现玻璃化现象。一般在组培快繁体系当中，多数植物组培试验会使用花茎和子房作为常用的外植体。但是在十二卷属的组培快繁体系当中使用幼嫩花茎或子房作为外植体却存在着较大的局限性，母本植物开花具有季节性且需要生长到一定年限才能开花[16]。同时新生侧芽、种子、花葶[6，17]、花序和叶片作为外植体也有报道，也都或多或少地存在着一些局限性，如新生芽发生在根部，灭菌效果差，容易污染；种子属杂交产物，获得的种苗与母本相比变异较大；叶片分生能力弱，分化周期长，但愈伤组织诱导率和分化培养率高，可以建立快繁体系；花序为最适外植体，取材方便，不伤害母本，灭菌效果好，愈伤组织诱导率和丛生芽分化率高，获得的种苗完全保留了母本的优良性状[18-19]。因此十二卷属的组织培养通常以花序和叶片为外植体，且诱导成功率相对较高。

2 培养基的选择

在组织培养中，培养基是植株生长分化所必需的基本营养物质。不同外植体和不同生长发育阶段所需的培养基成分也不相同，如在诱导分化愈伤组织及不定芽、继代培养和增殖培养等阶段，对培养基的要求不尽相同[16]。在郭生虎等[8]玉露的组培快繁试验中以花序为外植体，得出适合玉露离体快繁的技术体系中最佳愈伤组织诱导及分化培养基本培养基为MS，而生根阶段最佳基本培养基为1/2MS。而在何佳越等[20]帝玉露组培快繁试验中，利用不同成熟度叶片为外植体进行诱导、增殖和生根培养，与郭生虎等的结论基本一致。因此，十二卷属植物的基本培养基以MS和1/2MS为最佳。

3 激素的应用

一般情况下，十二卷属的外植体在基本培养基上就可以实现增殖和分化，但是激素及其他添加物的加入会促进这一进程的发展[21]。目前，在十二卷属组织培养中常用的激素有KT、6-BA、NAA、IAA、IBA和AC等。由于植物生长调节物质在一定程度上可以直接或间接地调控植物生化过程甚至精确到每一步的发展。因此，对于植物生长调节物质的使用与添加必须谨慎[22]。

激素的种类和浓度的不同对外植体的诱导、分化、增殖、壮苗与生根的影响也不尽相同。郭生虎等[8]的多种玉露组培研究中表明，当选择细胞分裂素(6-BA)为调节激素时，在愈伤组织的诱导过程中低浓度的生长素有助于丛生芽分化，而高浓度的生长激素则容易导致丛生芽玻璃化现象的发生；在壮苗与生根的过程中，对玉露的效果IBA优于NAA，如果同时添加IBA和NAA 2种生长激素时，IBA浓度为0.5 mg/L、NAA浓度为0.1 mg/L生根效果最好，同时与普通毛玉露相比“窗”面更大、更透。张景新等[23]研究证实，不同激素配比对冰灯玉露不定芽的伸长培养效果有所不同。植株茎的生长速度会随着IAA浓度的增大而增大，当IAA浓度达0.5 mg/L时，茎高达到最大，随着激素浓度的继续增加，茎的生长速度逐渐下降，这时叶片的厚度也逐渐增加，并出现玻璃化现象，所以当IAA与BA配比值过大时不利于茎的快速、健壮生长。其次，采用固定量高浓度的BA与不同浓度的IAA 组合处理时，茎的生长速度和分化情况均不如低浓度BA处理。

张海龙等[24]研究不同激素对冰灯玉露形态建成的影响发现，组培苗在没有任何添加MS培养基上基本无法正常长成，而添加一定量的生长激素IAA却仍然改善这一状况，反而导致组培苗出现肉质根现象，甚至导致组培苗的玻璃化；然而当添加一定量的BA后，情况发生转变，组培苗开始朝正常生长。此试验结论与以上郭生虎等[8]和张景新等[23]的试验结论相一致，并确定了激素在组织培养过程中的价值和重要性。

4 培养条件

外界培养条件也是影响十二卷属多肉植物的重要因素。光照强度对培养细胞的增殖和器官的分化具有明显影响，一般来说光照强度较强，幼苗生长越粗壮，相反光照强度较弱时幼苗容易徒长。张海龙等[24]研究表明，不同光照强度条件下，组织培养中的幼苗生长速度和形态具有很大的变化；当光照强度达3 000 lx时，幼苗徒长状况有所缓解，生长速度也有所加快；从形态恢复率来看，在光照强度为3 000 lx和温度为20 ℃时效果最好，同时组培苗的生长速度也较快。

5 外植体褐变和玻璃化的预防措施

植物组织中含有的PPO，作用于酚类物质形成醌而引起外植体切口处出现褐变。因此，外植体褐变能否有效地控制是影响组培快繁成功的关键一步[25]。谷延泽等[26]研究认为，适当的遮光对抑制外植体褐变现象具有一定的效果，同时秦李缘等[27]研究得出，最大限度地减少外植体的切口面积，保持切口的平整也会在一定程度上减少褐变现象的发生。

在组织培养的诱导和分化过程中愈伤组织和丛生芽经常会出现玻璃化现象，进而导致组培快繁的失败，这是组培过程中关键的第二步。玻璃化又称过度水化[28]，与外植体的选择、基本培养基的酸碱度、激素的选择和浓度、外界培养条件中的光照条件和温度等有关。细胞分裂素(6-BA)浓度较高时玻璃化现象较严重，当6-BA≤0.5 mg/L、NAA浓度调整为0.01 mg/L时，丛生芽基本能解决玻璃化问题，且丛生芽增殖效果较好，郭生虎等[8]在玉露组培快繁试验中验证了这个观点。所以在组培过程中适当地优化调节剂的含量和配比可以有效减少玻璃化现象，有利于提高丛生芽的诱导和增殖率。

6 生根壮苗培养方法

当培养皿中的丛生芽生长成为正常植株以后，就要进入壮苗阶段，这一阶段的培养基配方会直接决定植株的生根多少，是决定植株移栽能否成活的关键因素。因此，壮苗生根培养基中激素种类和浓度成为业内研究的重点。目前，常用的激素种类主要有NAA、IBA和6-BA等。王婷等[29]研究认为，在以1/2MS为培养基的基础上，添加2 mg/L IBA，最有利于姬玉露愈伤芽生根。而李媛等[30]通过试验证实，万象生根培养试验中最佳培养基为1/2MS+NAA 0.5 mg/L，同样，张景新等[23]的冰灯玉露的不定根形成试验中也发现，最佳生根培养基为MS+NAA 0.2 mg/L+蔗糖20 g/L，在培养基上培养30 d后，生根率达100%，单株平均生根数最高，根系粗壮。不过，在郭生虎等[8]的玉露壮苗生根试验中，得出IBA对玉露的生根效果优于NAA，并且IBA浓度为0.5 mg/L、NAA浓度为0.1 mg/L时生根效果最好，这一结果支持了王婷等[29]的研究结论，但也肯定了李媛等[30]和张景新等[23]的研究结果。至于具体的十二卷属植物种或品种在这一阶段中需要哪种激素及浓度，还需要在今后的试验中加以证实。

7 组织培养存在的问题及发展前景

近年来，虽然国内外十二卷属组培快繁方面的研究越来越多，同时也取得了一定的成绩，但是十二卷属植物的诸多品种尚未突破品种快繁的瓶颈问题，繁殖率低、玻璃化和褐化等问题仍然没有得到很好的解决。而且由于研究的品种、外植体、生长调节激素、其他添加物的选择以及外界培养条件等影响因素太多，导致研究的方向和结果有很多差异。在一定程度上反映了不同品种及外植体对培养基和培养条件的要求不尽相同[22]，因此需要对这方面进行更加细致的研究，以期能够建立更加完善的科学理论体系，更好地实现十二卷属稀有品种的大量优质繁殖，从而使得十二卷属的原生种及丰富的品种资源得到很好的维持和保护[31]。此外，近几年虽然关于十二卷属的组培快繁和栽培生理的研究较多，但有关新品种的选育研究却很少，品种选育仍未突破传统的杂交方式的束缚，导致我国十二卷属植物大多新品种主要是从国外引进，品种选择受制于人。因此有必要加强十二卷属的育种工作，尤其是采用诱变育种、分子标记育种等新型育种方式，培育观赏性强、生长快且易于栽培的新品种。

与传统的分株繁殖方式相比，组培快繁突破了自然条件的限制，使多肉植物能够不受季节和气候的影响，在最短的时间内提高繁殖系数，加快繁殖速度[32]。全年都可以高效、节能地繁殖出品种优良的植株。可以很好地改善十二卷属中的稀有品种灭绝隐患和无法满足市场需求的问题。通过组织培养，能使多肉植物进行产业化生产，具有较好的经济效益和市场前景[33]，能很好地满足当前快速高效发展的农业现代化对种苗大批量和高质量的要求，为未来多肉植物的繁殖指引了新的方向[34-35]。同时在保存多肉植物优良的种质资源、繁殖名优珍稀品种、快速繁殖出口方面具有重要的实践意义[22]。