木兰科植物组织培养技术研究进展

摘要  对木兰科植物的组织培养技术研究现状进行了概述，包括外植体的选择、培养基的选择、继代增殖培养、生根培养及体细胞胚的诱导5个方面，并分析了木兰科植物组培过程中遇到的难题及未来努力的方向，为木兰科植物利用组培快繁技术来获取优质种苗提供参考。

关键词  木兰科；组织培养；濒危植物

中图分类号  Q943.1  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）05-0011-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.003

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research Progress of Tissue Culture of Magnoliaceae Plants

WANG Shan1，FU Fu-xing1，BAO Hua-peng2 et al

（1.Jiangsu Engineering and Technology Center for Modern Horticulture，Jiangsu Vocational College of Agriculture and Forestry，Zhenjiang，Jiangsu 212400；2.Jiangsu Hemu Agricultural Expo Park，Zhenjiang，Jiangsu 212400）

Abstract  The research status of tissue culture technology of Magnoliaceae plants was summarized，including the selection of explants，selection of medium，subculture proliferation culture，rooting culture and induction of somatic embryos.The problems encountered in the process of tissue culture of Magnoliaceae plants and the direction of future efforts were analyzed，providing reference for Magnoliaceae plants to use tissue culture and rapid propagation technology to obtain high-quality seedlings.

Key words  Magnoliaceae;Tissue culture;Endangered plant

基金项目  江苏农林职业技术学院2021年大学生创新创业训练计划项目（202113103003y）；江苏省高等学校自然科学研究面上项目（20KJB220002）。

作者简介  王 姗（1985—），女，安徽宿州人，讲师，博士，从事林木种苗应用研究。

收稿日期  2023-03-20；修回日期  2023-04-24

木兰科（Magnoliaceae）共18属，约335种。我国现有木兰科植物中的14属，大约165种。木兰科的分布地区集中在亚洲地区的东南部地区、南部地区及北美的东南部地区，而亚洲的北部地区较少，南美、中美的北部及中部分布均较少，在我国主要分布于东南部至西南部地区，中部地区少量分布［1］。木兰科植物大部分种观赏价值都比较高，有些种具有较高的药用价值。木兰科植物外形优美，四季可观赏，部分种香味浓郁，园林应用价值高，应当加大开发利用价值。木兰科植物是现存被子植物中较原始的类群，在研究被子植物起源和系统发育进化中具有重要的科学价值［2］。

木兰科植物具有很高的观赏价值和药用价值，但由于人为破坏以及木兰科植物自身繁殖障碍的存在，导致这种原始被子植物逐渐衰落，种群逐渐减少［3］。最新研究表明，木兰科是当前被子植物中受威胁程度最高的一科，受威胁物种比例高达67.3%。其中仅生存于江苏句容宝华山的宝华玉兰已经被列为极度威胁物种（CR）［4］。国内目前已有许多有关木兰科植物播种繁殖、扦插繁殖和嫁接繁殖的报道［5-7］，而对其组织培养的研究则起步较晚。

在当前的生物技术研究领域，植物组织培养技术是目前较为完善且应用范围最广的一个领域，为蔬果花及农作物等植物的快速繁殖、新品种培育、植物脱毒、细胞培养、转基因、次生代谢产物的生产以及种质资源离体保存等方面做出了突出的贡献［8］。植物组织培养就是基于细胞全能型理论，利用植物离体器官、组织、细胞或原生质体，在无菌条件下，给予合适的人工培养条件，诱导产生愈伤组织、不定根及不定芽，最后形成完整植株的生物技术［9］。目前，组培技术不仅应用于大量草本植物，还应用到很多木本植物中。植物组织培养技术在苗木无性繁殖过程中发挥了极其重要的作用，也一步步地在科学研究以及生产应用上开辟了越来越多的新型领域，并对现代农业以及现代生物医学等领域均产生了全面而深刻的影响。

近年来，国内已就云南拟单性木兰、乐东拟单性木兰、深山含笑等木兰科植物开展了组织培养技术研究，选用的外植体包括枝条、嫩芽、实生苗、种胚等［10-11］，针对木兰科植物易污染褐化、增殖率不高、生根较为困难等难题开展了大量研究，并取得了较多的研究成果［12-15］。该研究对木兰科植物组织培养技术研究现状进行了系统总结，分别从无菌苗的诱导、继代增殖培养、生根壮苗培养及体细胞胚培养等几个方面，为获取木兰科植物优质种苗提供了参考价值。

1  外植体的选择

在组织培养过程中，再生芽的诱导非常关键，如何选择合适的外植体，什么季节选择外植体，对成功诱导出再生芽是非常重要的。从理论上来说，植物体的任何一部分组织或器官都可以在人工诱导条件下再生出植株，然而在实际操作中，不光同科不同属、不同种的植物，还有同种植物不同取材部位、不同的取材时间等都会对初代培养的诱导过程产生一定的影响，更会直接决定初代诱导的成功率。因此，如何选择最适合的外植体是任何一种植物组培快繁体系建立的尤为重要的一步。

目前应用于木兰科植物组织培养的外植体主要有种胚、顶芽、茎段、叶片、雌蕊、花被片、花托及叶芽，不同种适合的外植体也不相同［16-18］。谭泽芳等［19］以广玉兰的叶、花、雄蕊等为外植体，诱导愈伤组织，进一步诱导分化出胚状体， 2 周后诱导率可以达到70%，由愈伤组织诱导出胚状体比率较高，但从胚状体进一步分化为苗的效率较低，难度较大。王琪等［20］ 研究发现，以荷花山玉兰的叶芽或花托为外植体，最容易产生愈伤组织，生长调节剂2，4-D 对荷花山玉兰的愈伤组织的诱导有明显的促进作用。徐石等［21］发现，天女木兰的侧芽褐化率最低，而顶芽的褐化率较多，外植体的取材部位与其褐化的程度是息息相关的。研究认为，天女木兰侧芽褐化率较低，顶芽次之，带芽茎段褐化率最高。

外植体的选择虽然很重要，但也要根据具体的种选择合适的外植体采集时期，采集时间不合适，会导致严重的褐化现象。唐军荣等［22］研究表明，6月取材的红花山玉兰（M.delavayi）外植体污染率较12月低。高红兵等［23］研究表明，采条季节与外植体褐化息息相关，采集外植体褐化最严重为夏季，尤其以 7、8 月份严重。周丽艳等［12］以白玉兰的嫩芽为外植体，发现春季和冬季取材时，外植体褐化率较低，而夏季取材时褐化率明显升高。木兰科绝大部分植物都是早春萌芽，此时的温度相对较低，植物刚刚从冬季的休眠期逐渐恢复，植物体内的代谢活动也相对较弱，且此时植物体内的内生菌也较少，这时采集外植体进行初代培养更容易获得成功。

2  培养基的选择

外植体的选择固然重要，植物生长所依赖的培养基会直接影响培养效果，一个是基本培养基的类型，另一个是培养基中所添加的生长调节剂的类型和浓度。在木兰科植物的组织培养中多以MS和B5为基本培养基，同时添加不同种类和浓度的生长调节剂等。陆秀君等［16］在对天女木兰的幼胚离体培养中，从无菌体系建立到增殖继代培养均获得了较为成熟的技术，筛选出较为适合的培养基是B5培养基，其次是WPM培养基，研究发现，天女木兰的幼胚在离体生长过程中需要大量和微量元素，以Ca2+和K+为主。杜凤国等［15］在天女木兰组培快繁体系的建立中发现，最适宜的继代增殖培养基为MS+ZT 0.4 mg/L+ 2，4-D 2.5 mg/L，最适宜的分化培养基为MS+GA3 0.5 mg/L+6-BA 0.6 mg/L。孙铭鸿等［17］在对天女木兰的研究中发现，以其实生苗带芽茎段为外植体，以White为基本培养基，褐化严重，侧芽萌发晚，以B5为培养基的生长状况较好。研究认为，适宜的基本培养基对提高其再生芽的生长效果有着显著的影响。王欢等［13］在对天女木兰组培培养基的筛选过程中发现，在MS培养基中褐化现象严重，而在B5培养基中抑制外植体褐化效果最佳。

3  继代增殖培养

对于木兰科植物而言，不同种的木兰科植物增殖分化难易程度也不相同。在继代增殖过程中受到的影响因素很多，再生芽的数量和质量、增殖系数都将直接影响继代增殖培养的成功率和总体效果。孟雪［24］对白玉兰增殖培养的研究表明，6-BA的浓度大于0.2 mg/L时，芽褐化严重，随着激素浓度的增高，褐化出现的时间也提前。李艳等［25］研究发现，不同种在相同培养基培养表现差异大，在相同培养基条件下，白玉兰与紫玉兰的增殖率只有49%和40%，而二乔玉兰增殖率则能高达80%。周丽华等［26］研究发现，当6-BA浓度达到2 mg/L时，紫玉兰的继代增殖苗的芽的节间会比对照缩短。王奇等［27］在对红花山玉兰进行组培快繁体系建立时发现，红花山玉兰再生芽的最适宜继代培养基配方为MS+6-BA 0.50 mg/L+NAA 0.01 mg/L，再生芽接入 21 d后，分化出4个大于0.5 cm的不定芽。徐棉芬［28］研究发现，最适合二乔玉兰的继代增殖培养基为MS+6-BA 0.5 mg/L+NAA 0.5 mg/L+KT 1.0 mg/L，增殖系数可达6，增殖芽苗生长状况好，生长健壮，叶片颜色嫩绿，芽苗质量较高。褚建民等［29］则认为，白玉兰的最适宜的增殖培养激素为6-BA和NAA。

4  生根培养

木兰科的大部分植物在组培过程中生根都较为困难，通过筛选不同类型的培养基、不同的激素种类以及浓度，添加不同的添加物等方式可提高其生根率。陈金慧等［30］研究表明，较低的矿质元素含量和蔗糖浓度对鹅掌楸生根非常有利，以 1/2 MS 为基本培养基，添加浓度为0.1 mg/L的IBA，有利于鹅掌楸的组培苗生根。周丽华等［26］在对紫玉兰组培快繁技术研究时发现，紫玉兰在生根培养阶段，在培养基中添加NAA 0.2 mg/L和IBA 2.0 mg/L，紫玉兰的生根率能够达到90%以上；除此之外，培养条件对紫玉兰的生根率也产生了明显的影响，通过增加光照强度，能够明显提高紫玉兰的生根率。李纪元等［31］认为，杂交鹅掌楸的最适合生根培养基为1/2MS+NAA 1.5 mg/L 。陈颖等［32］诱导北美鹅掌楸组培芽苗生根时，则认为最适合培养基为1/2 MS+ IBA 0.5 mg/L+NAA 0.1 mg/L，生根率最高达 66.7%。孟雪［24］研究表明，诱导白玉兰生根的培养基为 1/2 MS+IBA 0.2 mg/L或1/4 MS+IBA 0.5 mg/L ，生根率可以超过80%。李艳等［25］研究发现，适合诱导白玉兰、二乔玉兰和紫玉兰3种植物生根的培养基为1/2 MS+NAA 1.0 mg/L ，3种玉兰的生根率分别为 68%、81%、43%。