植物组培苗生根研究综述

摘要 植物组织培养技术已在花卉、中药材、木本植物中广泛应用，但植物组织培养受多重因素影响，特别是组培苗不定根的发生，造成一些植物组培苗存在生根难，生根质量差，移栽不易成活等问题。从基本培养基、植物生长调节剂、培养条件、培养方式4个方面综述了近年来植物组培苗生根的研究结果，总结提高组培苗生根率和生根质量的主要因素，为今后实践提供参考依据。

关键词 组培苗生根;基本培养基;植物生长调节剂;培养条件;培养方式

中图分类号 Q 943.1  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）17-0005-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.17.002

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Review on Rooting of Plant Tissue Culture Seedling

GONG Yong-fu1，2，3， CHEN Fang1，2，3，ZHANG Zhao-ping1，2，3 et al

（1.Gansu Academy of Agri-engineering Technology， Wuwei，Gansu 733006;2.Gansu Provincial Key Laboratory of Plant Germplasm Innovation and Safety Utilization of Special Drug Sources， Wuwei， Gansu 733006;3.Hexi Comprehensive Experimental Station of Industrial System for Chinese Herbal Medicine， Wuwei，Gansu 733006）

Abstract Plant tissue culture technology has been widely used in flowers， Chinese medicinal materials， and woody plants， but plant tissue culture is affected by multiple factors， especially the occurrence of adventitious roots in tissue culture seedlings， resulting in difficult rooting and poor rooting quality of some plant tissue culture seedlings， transplanting is not easy to survive and other problems.In this paper， the research results of plant tissue culture seedling rooting in recent years were reviewed from four aspects： basic medium， plant growth regulator， culture condition and culture method， and the main factors of improving rooting rate and rooting quality of tissue culture seedling were summarized， which could provide reference for future practice.

Key words Rooting of tissue culture seedling;Basic medium;Plant growth regulator;Culture conditions;Cultivation method

1902年，德国植物学家哈伯兰特首次成功地将多种植物叶肉细胞分离并在人工培养基进行培养，提出植物细胞全能性理论，即离体植物细胞具有发育成完整植株的能力，为植物组织培养奠定了基本理论[1]。近年来，组织培养技术得到快速发展，并广泛应用于植物快繁脱毒、植物育种、遗传工程及珍稀濒危植物资源离体保存[2]。然而，植物离体组织再生根是一个复杂的过程，在生根过程中存在着细胞脱分化难、对植物生长调节剂敏感性差、次生代谢物质抑制生长、污染率高等问题，导致部分植物组培苗生根率低、生根质量差或产生畸形苗，阻碍了一些生物技术在植物的应用，如基因编辑借助组织培养技术进行农杆菌介导的遗传转化，但获得的遗传转化植株数量少、苗弱、生根困难、移栽难以成活，从而造成阳性材料的浪费。因此，植物组培苗提高生根率，获得高质量的再生不定根已成为研究的热点。研究表明，植物组培苗生根受外植体本身基因型、生理生化状态、基础培养基类型和生长调节剂的影响，还与碳源浓度、光照、光质等紧密相关[3]。该研究从培养基（基本培养基类型、无机盐浓度、碳源浓度和种类、凝固剂）、植物生长调节剂（IAA、IBA、NAA）、培养条件（暗培养时间、光源、光质、活性炭）、培养方式（两步生根法、无糖组织培养生根法、瓶外生根法）进行归纳，分析影响植物组培苗生根的各方面因素，以期为今后实践提供参考依据。

1 基本培养基对组培苗生根的影响

培养基分为基本培养基和完全培养基。基本培养基包括无机盐、有机物、凝固剂、水等成分，为植物生长发育提供所需的各种养分。完全培养基在基本培养基的基础上，根据试验的不同目的，添加植物生长调节剂和其他有助于植物生长的物质。研究表明，基本培养基类型、无机盐浓度、碳源种类和浓度、凝固剂均会对组培苗的生根产生影响。

1.1 基本培养基类型

在植物离体培养条件下，只有满足组织细胞对营养的需求，才能更好地生长发育。科研人员对植物组培苗生根所需的基本培养基做了大量研究。不同植物组培苗诱导生根的基本培养基不同，罗汉果为B5培养基[4]、西洋参为MS培养基[5]、樟叶越橘为WPM培养基[6]、鹿茸草为DCR培养基[7]、杜梨组培苗为NN69[8]。同种植物不同基因型的基本培养基不同，西洋梨在MS培养基比QL更易于生根[9]，梨矮化砧木S2、S5分别以1/2QL、1/2MS培养基为最佳[10]。基本培养基不是一成不变的，为了获得最佳的生根效果，通常需要根据植物自身营养需求，调整基本培养基的营养成分及含量。

1.2 无机盐浓度

无机盐浓度对植物组培苗生根具有显著影响。在组培苗诱导生根时，通常需要降低基本培养基中无机盐浓度。韩如春等[11-12]研究表明，1/2MS培养基比MS培养基更有利于植物组培苗生根。喻娜[13]对1/4MS、1/2MS、MS、2MS培养基进行旱半夏组培苗生根研究时发现，1/2MS培养基生根率高、根粗壮、质量好，1/4MS培养基生虽然不定根数多，但根较细、出根时间慢，2MS培养基不定根数量少、根短粗，影响移栽后成活率。张琳娜等[14]在不同无机盐含量的培养基上诱导弥勒苣苔组培苗生根，发现1/2MS培养基生根率极显著或显著高于MS、1/4MS和1/10MS，且组培苗生长状况最佳，根系发达。智邵川等[15]、张春梅等[16]、吕德任等[17]分别在构树、非洲菊、花叶艳山姜组培苗生根的研究中发现1/2MS培养基为生根最适培养基。通过大量研究表明，低浓度的无机盐能促进植物组培苗生根，但浓度过低又会导致不定根比较细;高浓度的无机盐则不利于生根且不定根质量差;对于大多数植物而言，组培苗生根最适培养基为1/2MS培养基。

1.3 碳源浓度和种类

植物组织细胞需要碳水化合物提高能量才能正常生长，在培养基中添加的碳源是糖类，常用的有蔗糖、葡萄糖、果糖等。糖类为组培苗提供能源外，还具有维持培养基渗透势的作用，添加适量的糖是组培苗生根的关键。研究表明，不同植物组培苗生根所需的糖浓度不同，西洋参组培苗生根的最佳蔗糖浓度为30 g/L[5]，花叶艳山姜、沙枣为20 g/L[17-18]，天目杜鹃为5 g/L[19]。史华平等[20]对彩叶凤梨组培苗生根研究发现，生根率随着蔗糖浓度的升高呈现先增后减的趋势。一般情况下，蔗糖浓度过低，不能满足植物细胞营养、代谢的需要，浓度过高导致细胞渗透压升高，抑制组培苗生根。吕德任等[17]研究发现，不同种类的糖对花叶艳山姜组培苗生根诱导效果不同，含蔗糖的培养基诱导的根粗、长，明显优于麦芽糖和乳糖的培养基。这是因为蔗糖降解产物为葡萄糖和果糖，极易被植物利用。石丽敏等[21]研究发现，高浓度的蔗糖有利于生根壮苗和根数的增加。

1.4 凝固剂

凝固剂使组培苗在培养基上固定和生长，本身不提供任何营养成分。不同凝固剂的生根培养基组培苗生根效果不同。油菜组培苗生根采用加琼脂粉的MS培养基时，地上部分生长健壮，但根细弱、生长慢。郝梦宇等[22]将琼脂粉换成琼脂糖和植物凝胶后，生根质量显著改善，其中植物凝胶生根效果最好。还有人在培养基中不加凝固剂，采用液体培养基诱导组培苗生根。刘晓迪等[23]研究表明，液体培养能有效促进刺槐树冠上部枝条生根，所得组培苗根长且根毛多。张雪君等[24]对液体培养基和固体培养基进行比较，党参组培苗在液体培养基的不定根生物量显著增加，且组培苗生根培养时间由固体培养基的49 d缩短到24 d，培养周期大大缩短。这是因为液体培养基使外植体与培养基充分接触，更有利于植物组培苗吸收营养和水分，间接提高了生根效果。以上研究表明，凝固剂对组培苗生根存在一定影响，植物组培苗生根时应根据生根情况选择合适的凝固剂。

2 植物生长调节剂对组培苗生根的影响

植物生长调节剂是培养基中重要组成部分，与植物组织培养能否成功有直接关系。根据组织培养的目的，选择不同的植物生长调节剂和浓度是关键。植物生长调节包括生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸等。植物组培苗芽和根的分化主要受生长素和细胞分裂素比例的影响[1]。研究表明，单独使用生长素如IAA、IBA、NAA也能诱导生根。另外，同种植物不同品种生根对生长素需求不同。在草莓组培苗诱导生根中，隋珠品种在NAA浓度为0.1 mg/L时生根率为100%，生根质量最好;而红颜品种不添加生长素，生根率就能达到100%且生根质量好[11]。

2.1 IAA与IBA

生长素IAA（吲哚乙酸）在植物根原基形成过程中起着至关重要的作用，植物嫩芽产生的IAA通过向下极性运输到基部诱导生根。外源添加IAA，也会对植物生根产生影响。赵东利等[25]研究发现，大蒜根生长发育与IAA浓度有密切关系，生根率、平均根数随着IAA浓度的增加呈现先上升后下降的趋势。但IAA稳定性差，极易在培养基中氧化并被快速代谢[1]。IBA（吲哚丁酸）比IAA稳定，可以外施IBA刺激植物嫩芽产生IAA，从而促进生根[26]。目前，很多草本、木本植物组培苗采用IBA生根都取得了成功，如西洋参[5]、缬草[27]、青冈[28]、油茶[29]等。IBA和IAA也可以混合使用诱导组培苗生根。张延红等[30]研究表明，IBA在当归组培苗根状突起的诱导中起决定性作用，IAA促进根的进一步生长，IBA和IAA混合使用，诱导效果最佳。

2.2 NAA

NAA（萘乙酸）是人工合成的生长素，对不定芽的生根诱导有显著影响，通过促进植物组织中储存的淀粉分解为还原糖，为组培苗提供碳源，从而促进根的形成[31]。组培苗根的生长发育同样与NAA浓度密切相关。在一定范围内，随着NAA浓度增加，组培苗生根率、平均根数呈上升趋势，但超过最佳NAA浓度就会抑制生根[32]。在组培苗生根诱导中，NAA可以单独使用，也可以和IAA、IBA混合使用。孙大宽等[33]在木棉组培苗生根研究中发现，单独使用NAA生根率最高为19.66%，单独使用IBA为39.15%，生根率均较低，而将NAA和IBA混合使用时生根率到达了95.80%，效果显著。