蔷薇科植物组培快繁研究进展

摘要：蔷薇科植物兼具重要经济价值和观赏价值，是园艺产业发展的核心类群之一。近年来，该科植物在离体再生与基因工程领域有较大进展，在苹果、桃等主要经济作物中广泛研究。然而，现有研究多聚焦于简单的组培快繁，针对离体再生机制关键影响因子仍缺乏系统分析。针对上述问题，本研究从外植体类型及灭菌策略的优化、培养基配方的筛选、生根植株驯化技术等方面，系统梳理了蔷薇科植物快繁体系的关键技术进展，并对未来研究趋势进行了展望。

关键词：蔷薇科、组培快繁、遗传转化、研究进展

植物组织培养（plant tissue culture）是指在离体条件下，利用植物体离体器官，组织、胚胎、细胞和原生质体在人工控制的无菌环境下，诱发愈伤组织或潜在芽进行繁殖，其繁殖速度快，故称之为“快繁”。该技术占地空间小，繁育周期短等优势，不仅能够有效打破地域和季节限制，还能保持亲本优良遗传性状的稳定。在种质资源离体资源保存、植物脱毒苗培育及高效快繁体系等方面有广泛应用。高效再生系统的构建是实现种苗脱毒与规模化繁殖的核心技术，同时也是开展遗传转化研究的重要基础。基于成熟高效的遗传转化体系开展转基因研究，对于基因功能检测、系统揭示植物生长发育的分子调控机制等研究有重要的意义。通过植物组织培养及离体快繁技术，能够精准调控目标性状表达，大幅提升了新品种选育效率，更为现代分子农业提供重要技术支撑。

蔷薇科（Rosaceae），为双子叶植物，全球约124属，3300余种，我国大约存在着50属，1000种，广泛分布于全国各地。该科植物油突出的园林观赏性。该科许多种类富于经济价值，例如梨树、苹果树、桃树、山楂树、杏树等重要果树作物；其药用价值同样显著，龙芽草、地榆等植物常被用作药材。该科木本植物材质大多为坚硬，如梨木凭借致密纹理成为雕刻良材，桃木、樱桃木等因坚实耐用常被用于工具手柄制作；观赏应用方面，蔷薇科植物展现出多样化的美学价值使其成为全球园林设计中不可或缺的植物材料，在世界各地的庭院景观中占据重要地位。

蔷薇科植物以其丰富的种质资源和优异的生物学特性，已成为现代园林设计与景观营造中的重要植物类群，并形成具有显著经济效益的产业体系。基因工程技术因其独特的优势在该科植物遗传改良中展现出广阔应用前景。其中，基于体细胞的组织培养体系建立及其遗传转化平台的构建，是开展基因工程育种不可或缺的技术基础。本研究系统综述近年来该领域的研究进展，旨在为蔷薇科植物遗传改良技术的优化与创新提供理论依据和技术参考。

1蔷薇科植物组培快繁技术研究进展

1.1外植体与灭菌方式的选择

蔷薇科植物的组织培养效果在很大程度上取决于外植体的筛选和灭菌方式的优化。该科植物离体再生体系的研究显示，器官发生途径在多数物种中占据主导地位，其中叶片常被优先选作培养材料，既可采用直接诱导不定芽策略，也可通过愈伤组织间接分化实现再生。在桃和枇杷等器官再生难度较大的物种，对于体细胞胚胎发生途径，其应用多集中于花药、胚性组织等特定外植体类型。在规模化种植的蔷薇科物种中，不同属间再生特性差异显著。苹果属植物多采用叶盘法，再生体系成熟且生长周期短，但其愈伤组织再生体系仍存在操作周期长、重复性差等问题。草莓属和梨属植物其愈伤组织具备较强再分化潜能，研究者多采用不定芽再生途径。李属果树的再生体系建立较为困难，无论是直接诱导或间接诱导不定芽都较为困难，这促使学者转向体细胞胚再生体系探索。Gao等以梅的多个品种未成熟的子叶作为外植体，成功获得再生苗。而桃的再生体系建立，多利用诱导愈伤组织和体细胞胚胎发生两条途径。

在蔷薇科植物离体培养体系中，外植体预处理的关键环节在于建立科学灭菌流程。有学者利用草樱、尾叶樱、华中樱和染井吉野樱等植物的一年生枝条嫩茎和种胚等材料作为外植体，使用不同的酒精消毒时间和不同浓度次氯酸钠进行实验，验证得到了最适的消毒浓度。利用酒精和升汞对以福建山樱花实生苗顶芽和白玉吉野嫩枝进行消毒，获得较高成活率的生根苗并实现了根系增殖。以台湾牡丹樱花当年新生枝条的腋芽为外植体，培养出生长健壮的生根苗，并在室外进行驯化，75%酒精浸泡1min与0.1%升汞消毒11min是最适合的灭菌方式。对于贴梗海棠茎尖进行外植体消毒，发现茎尖的最佳消毒方式为75%乙醇消毒10 s，结合2%次氯酸钠浸泡。

1.2 培养基的选择

培养基选择是植物离体再生体系构建的核心要素，现有研究表明基础培养基类型与植物激素配比直接影响外植体分化效率。在诱导培养基的选择中，MS培养基在蔷薇科植物的侧芽诱导中表现突出。例如，Matta等对比WPM、MS、1/2MS和B5培养基时发现，MS培养基的外植体成活率和侧芽诱导数均显著优于其他类型，最优配方为MS+6-BA 3mg/L+NAA 0.2mg/L，诱导率达85%。类似地，张灵灵等在日本晚樱的启动培养中采用MS+6-BA 1.0mg/L+NAA 0.1mg/L，腋芽萌发率最高达80%。部分研究则针对特定植物调整基础培养基浓度。张蕾蕾等在粉彩樱的愈伤组织诱导中采用1/4 MS培养基，显著提高了愈伤形成速度。也有研究利用激素来优化培养基配比。以细胞分裂素与生长素的协同作用为主。MS+6-BA 1.0mg/L+NAA 0.05mg/L对微毛樱的不定芽诱导效果最佳，在垂枝早樱中进一步证实，BA与NAA的配比可提高芽诱导率至80%。

在生根培养基的筛选中，1/2MS和WPM培养基在生根阶段应用广泛，IBA和NAA是生根诱导的主要生长素。有学者在1/2MS+IBA 0.5mg/L中实现微毛樱100%生根率。0.2-0.5 mg/L NAA或IAA可使欧李生根率达83.3-100%，但高浓度IBA易引发幼苗黄化。庄丽娟系统比较了IAA、NAA、IBA的剂量效应，发现0.5 mg/L IAA既能维持83.3%生根率又可避免愈伤过度形成，而NAA虽提高生根率却导致根系粗短。张建英通过含激素到无激素的两阶段培养来减少愈伤生成，优化欧李生根效果。在“农大4号”欧李的研究中，1/2MS为基本培养基加入生长素成功诱导了无菌苗生根；在日本晚樱当中，1/2WPM+IBA 1.0mg/L+NAA 0.5mg/L诱导生根后，转接至无激素培养基，生根率超90%。

愈伤组织诱导与再生培养基则呈现更复杂的调控机制。Rout等证实2，4-D是`Landora'愈伤诱导的必要因子（诱导频率92%），但需配合低浓度BAP（0.1-0.5 mg/L）才能维持正常形态发生。Van der Salm等在蔷薇属研究中进一步验证了2，4-D的核心作用。而Tweddle等和Rosu等发现BA与NAA组合可诱导愈伤直接再生芽体，暗示不同物种对激素类型的响应存在特异性。值得注意的还有硝酸银的拮抗乙烯效应及GA3促进芽体伸长的功能，这些辅助因子在特定培养阶段具有重要调控价值。

1.3组培苗的移栽

组培苗具有一定的光合能力，但长期处于高湿、弱光、低CO2、恒温、异养条件下生长，组织结构分化滞后，光合自养能力弱，适应性差，气孔多而且不易关闭、叶绿体发育不全及根毛稀疏，炼苗过程梯度调节组培苗生长条件，逐步促使其组织发育完全，从而增强其对外界环境的适应性。

南程慧等发现迎春樱生根能力较强，生根培养不定根良好，采用直接移栽法较传统开瓶炼苗5天法，缓苗期缩短40%，且污染率降低至5%以下，最终成活率提高23%。徐楠对福建山樱花组织培养技术进行研究，基于土壤孔隙度分析筛选出了适合福建山樱花移栽基质为黄心土：蛭石=1：1为最适基质，其保水性与透气性平衡使成活率达75％。李水根证实草炭：珍珠岩=1：1，可提供最佳离子环境，促进根系钾离子吸收，成活率高达92%。而李勇等在福建山樱花生根苗基质中，采用3种不同基质进行培养试验，移栽基质为泥炭土∶杉木树皮∶谷壳=5∶4∶1时，移栽成活率高达89%。

2 讨论与展望

2.1讨论

组织培养过程中无菌体系的建立，包括蔷薇科植物外植体的最佳取材部位、最佳取材时期、最佳灭菌方法的建立。现有研究表明，蔷薇科植物组培使用的外植体较多为幼嫩的茎段，因其种子较小，在用种胚作外植体时，难以取出完整的种胚，如若采用种子为外植体，可在灭菌后去除外种皮，直接放置在培养基上进行培养。当前植物组织培养中的常见污染具体分为病毒、真菌以及细菌污染，相对应我们不仅要对外植体进行灭菌，还要对环境进行污染防控。

组培过程中诱导外植体生长分化的方法，其本身具有易成功、变异小，性状均一的特点，是最能保持无性系后代品种特性的一种繁殖方式，且繁殖速度快。在诱导外植体时，通常会出现褐化和玻璃化的现象，外植体发生褐化是由于组织中的酚氧化酶被激活后不断产生醌类物质所导致，玻璃化现象指在培养过程中材料呈半透明状、组织结构发育畸形的现象。在培养基中加入活性炭、维生素C等可以有效缓解褐化，在培养基中适当增加琼脂、蔗糖和Ca2+的浓度可较好缓解玻璃化。

移栽使组培苗的营养方式由异养变为自养，培养条件由无菌变为有菌，培养环境从恒温、高湿、弱光向变温、低湿、强光过渡，移栽过程直接关系到组培苗的成活和质量。不同试验条件下所培养的组培苗适应外界环境的能力都不同，组培苗移栽时温度、时间、基质、方法的选择都极为重要，应采用保水保肥力效果好和透气性好的移栽基质。

蔷薇科植物转基因技术难点的突破需要从两个方面入手。第一是再生体系优化层面，需建立外植体-植物生长调节剂的筛选模型，明确物种转基因的关键技术难点。例如杏的转基因难题可以利用体细胞胚发生途径解决；第二是外源基因导入增效层面，要首先确认合适的农杆菌菌株和侵染条件，同时重视品种筛选和再生途径选择，也需就外植体类型、培养基类型和植物生长调节剂等方面进行综合优化；特别对桃、李等多环节受限物种，需采用全流程优化。同时，也可以尝试采用基因枪法等非农杆菌介导的方式，推动蔷薇科分子设计育种平台建设。

2.2展望

目前，蔷薇科植物的组培快繁技术仍处于探索阶段，主要集中在对外植体、灭菌方式、培养基、移栽基质的选择方面，而对于其体细胞胚的诱导、细胞悬浮培养、原生质体培养、突变体筛选、遗传转化等方面鲜有研究。综合目前已有的研究表明，樱花的组培快繁应用多集中于福建山樱花、垂枝樱花、东京樱花，日后可结合我国丰富的野生樱花资源，选取性状良好、易于推广的樱花品种，加以组培扩繁，以此丰富我国樱花的应用市场。转基因技术在蔷薇科植物研究中，多集中于基因功能分析及植物分子育种等价值，然而商业化品种培育面临显著技术瓶颈。当前研究正通过植物基因瞬时过表达、表观调控剂处理等技术解决植物细胞全能性，结合靶向编辑技术破解基因型壁垒；外植体预处理技术的革新亦取得进展。随着单细胞测序与染色质可及性分析技术的整合应用，植物离体再生和遗传转化相关基础理论研究的不断推进，相信能够推动蔷薇科分子育种向实用化阶段跨越式发展。

资助项目：宁波城市职业技术学院大学生科技创新资助项目，樱花开放式组培快繁一体化技术研究，课题编号：046001811。

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