试管开花研究进展

试管开花研究进展陈岱第-1-页12/17/2019-1-试管开花研究进展任课老师：王正加姓名：陈岱学院：林业与生物技术学院学号：200901180322专业班级：生物科学0912010-12-24试管开花研究进展陈岱第-2-页12/17/2019-2-试管开花研究进展摘要：对影响试管开花的许多有关因素，本文主要从不同外植体，外源植物激素，营养水平和环境因素等4个方面的因素说明对植物试管开花的影响及其研究进展。关键词：试管开花；植物；因素Abstract:Invitrofloweringoftheplanttissuecultureispaidmoreandmoreattention.Advanceofstudiesandeffectsonfloweringinvitroofplantssuchasdifferentplantlets，planthoremones，nutritionalrequirement，conditionalfactorsarereviewedinthispaper.Keywords:floweringinvitroplanteffects试管开花是指用组织培养的方法，使植物开花的过程在培养容器中完成。关于试管开花国内外都有报道。迄今从已发表的试管开花植物来看，共约有35个科、100多种植物。研究的对象包括园艺作物，药用植物和田间杂草等，其中以花卉研究得最多[1~4]。一般情况下，植物必须达到某种成熟阶段时才能开花。虽然对于花芽的焕醒及开花诱导已进行了不少研究，但至今对其机理还不是很清楚。自1946年罗士韦在对菟丝子茎尖培养时发现了花器官的形成后，植物组织培养技术已用于植物离体开花的研究。由于组织培养技术研究开花，具有操作简便、易控制、重复性强等优点，不受一般的季节和地域的限制，为研究植物开花的分子生物学机制提供了一个理想的实验系统。另外，与大田植株开花相比，试管开花植株形体小，但花的形状和颜色不变，具有一定的观赏价值，也可作为微型盆景应用于花卉生产。开花诱导是通过控制培养条件和培养基组成，研究外部因子对外植体花芽分化的影响，诱导处于营养生长期或生殖生长期的植物开花。组织培养条件下成花一般有3种方式：(1)外植体直接分化形成花芽；(2)外植体形成愈伤组织后，再由愈伤组织直接分化形成花芽；(3)外植体再生营养枝(苗)后，再生枝在试管内再形成花芽[5]。1.不同外植体对试管开花的影响（内因）在诱导花器官过程中，外植体的取材部位、年龄以及生理状态这3个因素虽然不是外部因素，但有必要强调一下，因其在试管开花研究中是极为重要的。已经报道能够形成花芽的外植体类型有：营养芽(顶芽、侧芽)，茎段，叶柄，叶片，子叶，幼花芽，花器(花萼、花瓣)，花梗，花序苞叶，小叶，薄细胞层等。不同外植体，其生理状态很不相同，对诱导开花的影响有很大差异[6]。1.1外植体的取材部位试管开花研究进展陈岱第-3-页12/17/2019-3-如烟草茎段外植体，靠近顶端区比近基部的外植体更容易分化出花；沿茎基部向上，分化根芽能力不断下降，而分化成花芽能力不断上升，这可能是成花物质积累程度不同所致。再如石竹植株茎段在试管中能否开花，主要由茎段本身的生理状态决定，且上部茎段比下部茎段形成花芽的频率高[7]。说明同一茎段的顶芽比下部芽容易诱导花芽形成，开花频率高[8~9]。这是因为来自顶芽和上部茎段的芽积累的成花物质多于下部茎段的芽，即在植物体内自上而下存在成花梯度的现象。1.2外植体的年龄取菊苣(CichoriumintybusL.)100d以后的根作为外植体，可以不经春化作用就能开花；而取100d以前的根作为外植体，需要经过4周低温处理才能诱导开花[10]。开花率与外植体的继代年龄也密切相关。1981年孙文全指出，植物必须完成产期达到性成熟后才能形成花芽。成年植株的外植体要比幼年的外植体更易分化花芽。植物种子萌发以后，植株从幼年营养生长阶段逐步发育过渡到能进行开花结实的生殖生长阶段。对同一器官和组织来说，成年植株的外植体要比幼年的外植体更容易分化花芽。1.3外植体的生理状态王光远等[11]试验发现3种不同外植体材料的花芽形成频率依次强弱为：原球茎无根小苗完整小植株，而且原球茎仅在45d就可以形成花芽。2.外源植物激素对试管开花的影响2.1细胞分裂素类细胞分裂素对基因表达具有调控作用，不仅调节基因的活性，促进RNA合成，而且，促进蛋白质的生物合成。在离体培养条件下，一定浓度的细胞分裂素可以促进外植体营养芽分化，所以，在试管开花的研究过程中，细胞分裂素使用的浓度对外植体成花诱导具有重要作用。WangGY[12]等指出细胞激动素对大多数植物的试管开花具有关键作用。细胞分裂素主要是使用6-BA，高浓度的6-BA可以使外植体提早开花，但是，也促进营养芽的繁殖，容易使营养芽生长旺盛而造成开花不利的现象[13.14~17]。在试管开花的过程中，为改善花的质量，常将6-BA与其他激素配合使用。TDZ是另一类对试管开花具有促进作用的细胞分裂素类物质。TDZ有利于外植体花芽形成，但是，也存在着正常的开花率低的现象。不同植物对TDZ的敏感程度不同，高浓度的TDZ虽然可以促进植物提前开花，但是，畸形花的比率也随之增加，花芽诱导率降低[18~19]。不同植物对细胞分裂素的种类和使用浓度需求不同，在试管开花的研究过程中，根据植物本身的特性，选择适宜的细胞分裂素和适当的使用浓度。此外，由试管开花研究进展陈岱第-4-页12/17/2019-4-于植物生理状态和成花营养物质积累不同，在植物生长的不同时期使用细胞分裂素对试管开花具有一定的影响[20~21]。所以，要在适宜的时期使用细胞分裂素，这样不仅可以使植物提早开花，还可以改善花的质量。2.2ABA、乙烯有实验证明[22]，植物激素ABA在组织培养中能对花芽形成影响。兰花在离体条件下，ABA对花芽诱导有明显影响，经过合适的浓度及合适的时间预处理，再转入含有6-BA的培养基上，对花芽诱导有促进作用。研究发现，铁皮石斛在加有ABA浓度为0.5mg/L时，效果最佳，随着ABA浓度的增加，花芽形成明显受到抑制。在某些情况下，乙烯同样能够促进花芽的分化。乙烯促进开花植物衰老，通常在培养基中加入活性碳，通过活性碳的吸附作用减少乙烯含量。碳的提高一般通过增加培养基中蔗糖的浓度来实现，在一定范围内，培养基的糖浓度越高，开花率越高。2.3生长素、赤霉素生长素本身不能诱导成花，单独使用不能促使花芽的形成，但是，通过与细胞分裂素的配合使用，可以促进花芽的形成[23~25]。生长素对植物开花的抑制作用随着使用浓度的增加，表现越明显[26~27]。但是，生长素并不是对所有的植物开花具有抑制作用，有些植物则具有促进作用[28~29]。自然条件下，赤霉素可以代替低温或长日照诱导植物开花。离体条件下，不同植物对赤霉素的反应程度不同，所以，对植物花芽诱导的效果也不同。部分植物在进行试管开花的过程中需要经过赤霉素处理期，从而调节其生长周期[30~32]。罗鹏[33]用赤霉素处理诸葛菜，经过处理的材料都能够开花。对于紫雪花[34]、荔枝[35]和Pharbitisnil[36]等来说，赤霉素对其试管开花却具有抑制作用。3.营养水平对试管开花的影响有报道认为开花可能依赖于植物本身碳水化合物的高水平积累。碳的提高一般通过增加培养基中蔗糖的浓度来实现，在一定范围内，培养基的糖浓度越高，开花率越高。如YongsakK等把糖的含量提高到5%和7%时，在8周内荞麦(FagopyrumesculentumL.)开花率达到100%。但含糖量过高也会抑制植物开花，可能是因为糖含量过高引起培养基的渗透压过高，而抑制了植物开花。另外，C/N比还会影响植物开花的性别。SWang等报道，提高蔗糖的浓度，可促进苦瓜开花，并且促进雄花的形成；降低氮的含量时，促进雄花的形成。虽然C/N比值高促进植物开花，但也抑制了植物的营养生长[37~38]。许多报道认为，低氮浓度有利于促进开花，而高氮浓度抑制开花。氮源的不同对开花诱导和促进有着不同的影响。在氮的总量不变的情况下，硝酸盐和铵盐试管开花研究进展陈岱第-5-页12/17/2019-5-的含量比不同，开花率也不同；硝酸盐中的氮与铵盐中的氮含量比越高，成花率也越高[39]。4.环境因素对试管开花的影响4.1低温与试管成花近年来分子机制研究表明，低温可以改变基因表达，导致DNA去甲基化而开花。而国内外都有研究表明，组培苗不经低温条件在试管内开花[40-41]温度处理对成花的诱导和促进效应即使在形态上已有所反应，在一定外界条件影响下仍然可被消除或逆转[42]，可见温度在某种意义上并不是决定开花的主要因素。4.2光周期、光照强度、光质与试管成花虽然许多报道指出，光周期影响着许多植物的试管成花，但是在不同地域环境下植物会改变这种光周期性质，可能光周期并不是试管开花决定因素。如陈肖英等也提出光周期很大程度上并不是开花的诱导因子[43-44]；青蒿随着光照强度的提高，有利于试管苗开花，花色鲜艳[45]。可见适当加大光照强度有利于开花，提高花的质量。有研究指出光强度会通过影响其他物质，间接影响植物的生长以及开花；光质不同，对植物影响也不同。单色光对叶绿素合成有抑制作用，叶绿素的合成需要在复合光条件下完成[46]。4.3水分及pH值、O2、CO2在培养基中保持一定湿度有利于开花，这不仅因为水有利于物质的吸收和运输，还因为它有利于成花物质的运输和一些营养物质的溶解，但水分亦不可过多，否则影响花芽形成；开花的培养基要求偏酸性或酸性条件，酸性pH能促进开花，可能是因为它能保持一些金属离子。如十字花科的欧洲油菜Brassicanapus，pH值为3.9~4.6时，诱导开花率高[47]；O2供植物呼吸，有利于植物的生长发育，使植物成熟而开花；CO2为植物光合作用提供碳源，有利于光合物质积累，促进开花，适当提高CO2浓度有利于花芽的形成。4.4菌类法国的JulienCostantin教授在研究中发现，兰花在缺少菌根时可以促进试管开花。潘超美等研究表明，植物不同发育阶段可能需要与不同的真菌共生[48]。郭顺星等发现其真菌诱导子对铁皮石斛组织培养物生长有不同程度地促进作用[49]。5.结语研究植物的试管开花，探讨花芽分化规律，阐明开花调控机理无论在理论上还是在应用上都有重要的意义。由于试管内开花不受季节限制，可以随时诱导从而大大缩短从瓶苗到成花的时间，对降低栽培设施的投入和生产管理费用，具有十分重要的意义。试管开花研究进展陈岱第-6-页12/17/2019-6-总之，与正常植物开花相比，离体条件下研究花芽分化易于控制条件，也容易探索成花机理。由于试管开花周期缩短，且没有季节的限制，又可以在试管中进行杂交育种，能够用工业化手段大量生产种子，满足农业生产的需要。同时，试管开花也为人们日益增长的鲜花需求开辟了广阔的市场前景。参考文献[1]陈永宁.试管开花植物名录(续编)[J].植物生理学通讯，1995.31(4)：318~320。[2]陈永宁.未来植物开花研究之管见[J].植物生理学通讯，1995.31(5)：375~384。[3]张相岐，王献平，安利佳等.土人参的组织和单细胞培养及试管苗开花结实[J].西北植物学报，1996.16(7)：1~7。[4]谢容荣.白蓝试管内成花与结实[J].植物生理学通讯，2004.40(5)：587~591。[5]许智宏主编.植物生物技术[M].上海科学技术出版社，1998(19)：144~163。[6]李兴国.风信子花被外植体年龄对花器官分化的影响[J].植物学通报，1999，16(4)：433~438。[7]陈利萍.石竹植物组织培养与细胞工程[J].细胞生物学杂志，2005.27(3)：545~548。[8]唐定台.石竹试管花的诱导及其影响因子的研究.园艺学报，1996.23(3)：277~280。[9]郑丽屏.重瓣丝石竹试管花的诱导.西南农业学报，2004.17(增刊)：58~61。[10]MACDemeulemeester.MPDe