兰花试管开花研究进展

兰花试管开花研究进展 兰花试管开花研究进展 第12卷第4期华南热带农业大学 Vo1.12No.4JOURNALOFSOUTHCHINAUNIVERSITYOFTROPICALAGRICUIU RE 2006年12月 DeC.20o6 兰花试管开花研究进展 陈肖英徐明全郑平赵贵林 (深圳市农科植物克隆种苗有限公司广东深圳518040) 摘要阐述兰科植物试管开花研究的一些进展,着重介绍实生苗,组培苗以及环境, 营养条件,培养基附加成 分等因素对开花的影响. 关键词兰科植物试管开花研究进展 中图分类号S682.31 广义的兰花是兰科植物的总称,石斛兰,卡特 兰,蝴蝶兰,春兰等都属于兰科植物.兰花花色艳 丽,花姿优美,是花卉市场的主流产品,市场需求 量具大.兰科植物的营养生长期较长,营养生长期 的长短取决于不同的属,种或杂交种.例如: Aranda(蜘蛛兰属Arachnis×万代兰属Vanda)开花 需要3"5年;卡特兰属Cattleya和兰属Cymbidium 需3,4年;石斛属Dendrobium需2,3年;蝴蝶 兰属Phalaenopsis杂交种需1,2年.万代兰属 Vanda需2,3年.因此,缩短兰科植株的开花年 限,已成为植物生理学家的研究热点. 研究兰科植物的开花过程,阐明其调控机理, 无论在理论上还是在应用上都具有重要意义.理论 上,以便详细分析控制开花的各组成过程的生理生 化,最终目的是揭示控制这些特定过程的机制.应 用上,研究影响兰花开花的因素后,可以人工控制 其开花,缩短兰科植物的开花年限,提早开花. 试管兰花一年四季都有花蕾形成,用组织培养 研究诱导兰花花芽发端并发育成开花植株,有 助于进一步了解花的发育过程.最初,兰花试管开 花的研究工作是法国的JulienCostantin教授 (1857"---1936)进行的,他在研究中发现兰花在缺少 菌根时可以促进开花.随后,美国康奈尔大学植物 生理专家LewisKnudson教授(1884~1958),为了 研究植株试管开花,Knudson于1920年1O月2O 日,在培养瓶中播下Laeliocattleya(卡特兰属 Cattleya×蕾丽兰属Laelia)的种子,培养期间小苗 生长缓慢.直到1921年8月4日,小苗长出两片 叶子,并开始生根.此时,Knudson把小苗转瓶到 无糖的B培养基中.小苗依然生长的很慢.1923 年l2月22日,Knudson把2英寸高,有数片叶子 的单株小苗移至培养瓶中(容量为12公升的瓶中含 有4公升的1/2B培养液),放在温室培养.植株 生长良好.也无污染.到1927年6月时,小苗开 始受到污染,污染源主要是绿藻(Chlorellasp.), 苔藓和类似于青霉菌的污染物.据Knudson观察, 这些污染物不影响苗的生长,而且在1928年11 月,有两朵花正常开放.从播种到开花,共计8年 时间.整个过程不能确定开花是自发的生理现象, 还是某些物质诱导或促进的结果[1]. 本文将对兰科试管开花方面的一些研究成果作 一 简述. 1对不同类型兰花苗试管开花的研究 1.1实生苗 兰花试管开花的许多报道都是关于实生苗(在 培养基中播种,种子萌发而形成的苗).通常,大 多数用于种子萌发的培养基中只是含有矿质元素和 蔗糖有时偶尔会添加维生素,激素,和一些附加 物质(例:香蕉汁).这明兰花实生苗的试管开花 不是植物激素,维生素或植物生长物质诱导的结 果. 兰花实生苗试管开花具有偶然性,而不是由某 种特定因素而诱导.当然,NAA(或其它生长素), BA(或其它细胞分裂素),亚精胺(或其它多胺), ABA或乙烯可能对诱导开花有一定的作用.但是, 28华南热带农业大学第12卷 种子萌发和实生苗生长的培养基中几乎从不添加上 述的物质成分,而这些实生苗依然可以开花. 1.2组培苗 Morel(1960)利用植物组织培养技术将兰花分 生组织诱导形成原球茎并分化成植株,导致兰花栽 培技术变革,建立了兰花工业.王熊(上海植生所) 等人于1973~1974年用建兰(大一白)建立了快速 无性繁殖系,并发现试管幼苗开花现象[2].1979年 重新建立秋兰和春兰快速无性繁殖系,并探讨花芽 分化规律,已能诱导秋兰试管苗一年四季都有花蕾 形成.从植株形成到花朵开放最短只需两个月[3]. 这为我国"兰花工业"开辟了新的技术途径.1988 年,王熊等又成功诱导出素心建兰的试管开花[4]. 在此之前,用组织培养方法研究诱导兰花花芽分化 并发育成开花植株,尚未见报道.中国兰花的开花 问题更无研究. 试管开花的组培苗主要包括:(1)建兰 Cymbidiumensifolium,春兰Cymbidiumgoerirtgii (这些是最早关于兰花组培苗试管开花的报道,主 要从事此项研究工作的是上海植生所的王熊);(2) Doriella变种(五唇兰属Doritis和尖囊兰属Kingiella 的人工杂交种,常被认为是Doritaenopsis,因为 Kingiella与Phalaenopsis同义[5,.;(3)文心兰属 Oncidiumvariosum_7;(4)蝴蝶兰PhalaenopsiS杂 交种嘲;(5)石斛属DendrobiumSoniaE. 2植物生长调节剂对试管开花的影响研究 2.1细胞分裂素 Goh[10叫]研究了单茎型杂种兰花(Aranda Deborah)整体植株花芽诱导和发育的调节作用,观 察到6-BA不仅促进花芽发端而且促使花芽发育成 熟并开花;Goh和Yang[和Goh[.报道6一BA促进 石斛杂种兰花整体植株的花芽发端.铁皮石斛 Dendrobiumcandidum?,idium_3],Dendrobium MadameThong—In[9j,这些研究也发现培养基中加 BA时,可诱导植株开花.Dendrob/urnhuoshana~e1"I5]. 也系统地报道了种子到开花的整个生长过程,所用 的激素主要是BA和2,4一D,zT.将Phalaenopsis的 花茎节间的不定芽培养在含BA的Hyponex的培养 基中,后继代在含BA的Vacin—Went培养基中,苗 龄为9个月的小苗,70%以上有花芽形成,10%的 花芽开花[6]. Duan和YazawaI研究~DoriellaTiny(五唇兰 属Doritispulcherrima~Kingtellaphilippinensis)的试 管开花时,发现在下述两种培养条件下生长的植 株,BA均不能诱导其花芽形成.(1)在无糖的 VacinWent培养基;(2)Hyponex培养基.这表明 为了使BA诱导花芽形成,适宜的营养条件必须满 足.另外把经过BA诱导形成花芽的植株转瓶培养 在含BA的VacinWent或Hyponex培养基中,花芽 不能开放,而转到无BA的Hyponex培养基中,花 芽可以开花.这表明BA诱导花芽的形成,但抑制 其正常开花;(3)激动素,玉米素,2iP不能诱导 花芽形成.TDZ可缩短营养生长期2"-'3年[1. 2.2生长素和赤霉素. Goh_1"在杂种兰花Aranda与石斛兰花上观察 到IAA阻止花芽形成.王熊(1984)将经诱导的 Cymbidiumerl$ifolium小苗再转入含NAA的培养基 中生长,出现畸形花或花芽枯萎死亡.Cymbidium niveo—marginatumMak试管开花研究中发现,NAA 本身不诱导开花,而生长素抑制剂2,3,5一三碘苯 甲酸抑制开花[1.高浓度的GA延缓开花,PBZ(抗 GA剂)完全抑制细胞分裂素或根修剪诱导开花的作 用. 2.3ABA和乙烯 胁迫或生长抑制可能对于试管开花有影响.在 兰花的离体条件下,ABA对诱导花芽形成有明显影 响,经过适合的浓度及合适的时间预处理,再转入 含有6一BA的培养基上,对花芽诱导有促进作用n9]. 研究发现,如果先将铁皮石斛原球茎在加0.5, 1.5mg/LABA的培养基上培养15"-'20d,再转到 MSBA培养基上,可以得到很高的成花率(平均 82.8%,有些试验中达到100%).说明内源ABA的 增加在花诱导的早期阶段中可能起重要的作用[143. 用ABA和乙烯(与胁迫或生长抑制相关的激素)处理 石斛属Dendrobium和文心兰属Oncidium,加速了 营养生长向生殖生长的转变. 培养实生苗的容器中,测得乙烯含量增加.因 此,在某些情况下,可能是乙烯诱导植株试管开 花.乙烯促进开花植株衰老,通常在培养基中加入 第4期陈肖英等:兰花试管开花研究进展29 活性碳,通过活性碳的吸附作用减少乙烯含量. 3其它条件对试管开花的影响研究 3.1附加物 将椰子汁,香蕉汁,西红柿汁等其它附加成分 (可能含有生长调节物质)加入到种子萌发的培养基 中,但并不能说明这些附加成分就是诱导因子.因 为添加这些附加物后,小苗试管开花无明显提高[5]. 亚精胺["],赖氨酸[20],六氢吡啶羧酸和高铁 氰化物],都被报道有促进开花的作用,但这些物 质不能诱导Cymbidium开花[1.多胺与激素之间的 关系仍不清楚. 在研究其它植物中发现糖与诱导开花有关?], 观察发现糖可以促进戊糖磷酸途径的循环,这可能 也与光和春化作用相关.在种子萌发和小苗培养过 程中,培养基中都含有糖,通常使用的是蔗糖.蔗 糖经高压灭菌后分解,或被小苗分解成葡萄糖和果 糖.有时,也使用其它糖类,但比较少.在秋兰 (Cymbidiumellsifoloium)的研究中发现,改变糖源, 提高激素浓度能使根状茎上的营养芽变成花芽_l. 铁皮石斛离体开花研究中发现在培养基中加入葡萄 糖,使芽形成的时间提早,成花率增加[143.Duan 和Yazawa_5研究xDoriellaTiny时,在培养基中(不 含BA)加入25g/L的蔗糖,不诱导花芽形成;在含 BA的培养基中,改变糖浓度10g/L,80g/L,大多 植株仍无花芽形成.表明BA诱导花芽形成时,糖 浓度的大小是重要影响因子.因此,除了兰花中极 少数种,糖诱导开花具有普遍性. 3.2营养条件 营养水平及之间的配比影响试管开花.NH/NO. 的比值,营养成分的浓度(高盐的Murashige-Skoog medium与低盐的VacinandWent)对开花都有影 响.减少MS培养基中氮的含量促进花芽形成;高 比值的NH4一N/N03一N有利于花芽形成[5].培养基中 含高水平的氮,会抑制花芽形成[6].BA诱导开花的 百分率为40%(处理后90d内),当BA,调节氮, 磷和进行根修剪共同使用时,开花率高达97.5%. 但仅调节氮,磷的含量,或只进行根修剪,其诱导 开花的作用不明显n8_.表明植株的营养条件在很大 程度上影响着对开花机制的敏感性. 3.3根 不同的实验(原球茎,无根小苗,有根的 完整小植物),花芽形成存在差异.发现多数成花 实验中,根的形成完全或部分受到抑制.这不足以 说明根本身对花芽形成起抑制作用,而只能说明有 根的小植物作为一个完整的植物体,由于其自身的 调节作用,对外源激素处理的敏感性显然比原球茎 和无根小苗要低[1. 在对Cymbidiumniveo—marginatumMak试管开 花研究中,当6一BA,根修剪,增加P,减少N,这 些因子联合应用时,90d内,几乎100%的植株开 花.而不修剪根时,开花率明显下降.一些木本植 物中,根修剪可以促进开花.高等植物的根部是合 成细胞分裂素的部位,而烟草根部释放的信号物质 有抑制开花的作用.所以,单独使用根修剪时,诱 导开花的作用(虽然诱导率很低),但可以推测是由 于通过根修剪去除根部抑制开花的信号物质的结 果C. 3.4光周期 日照长度影响许多种植物的试管开花[24,25]o一 些兰花具有光周期现象,适宜的光周期会诱导这 些植物开花.Economou和Read[2报道光照直接或 间接地影响试管内植株的生长.Wang[糟,29]发现当 Phalaenopsis植株生长在低温条件下,适宜的光照 促进Phalaenopsis花茎抽出. 光周期很大程度上并不是开花的诱导因子.原 因如下:(1)全球范围内,数以百万计的实生苗和 组培苗生长在不同的光照和光周期环境下,若适 宜的光周期可以诱导开花,依次可推得,很多实生 苗和组培苗将会在试管开花.(2)在很多试管开花 的属,种间,种内杂交种里,石斛Dendrobium, Laeliocattleya(卡特兰属Cattleya×蕾丽兰属 Laelia),蝴蝶兰Phalaenopsis(包括种和杂交种)具 有光周期现象[26_.它们无论是实生苗还是组培苗, 在不同的条件下,都有试管开花的现象.这表明它 们对光周期无特定要求.对于Arethusabulbosa的 实生苗开花,光周期起一定的作用.因为把春化后 的球茎从黑暗处转移到光周期为16h的环境下, 发现在第6个节间处有花芽形成_3. 3.5温度 30华南热带农业大学第12卷 影响和/或诱导成花的温度条件类型有:低温(含 春化作用),高温(含热击处理),昼夜温差等.温 度对成花的诱导作用有时可为其它因子所替代, 如:光周期,GA,乙烯,缺氧,DNA甲基化抑制剂 等.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_32_. Arditti??蚓报道同一种的卡特兰的杂种兰花, 诱导其开花的光周期反应会因温度变化的影响而表 现不同.光周期或低温对兰花开花的诱导影响,可 能是通过植物内源激素起调节控制作用. 关于春化诱导其它植物开花的报道较多[23,35~. 即使春化诱导Arethusa_31]和Calypso哺]的实生苗开 花,而低温诱导组培苗试管开花的可能性很小,低 温不能诱导Phalaenopsis试管开花嘲.试管开花的 许多属64rethusa,Calypso,Cymbidium,Dendrobium, Oncidium,Phalaenopsis,Sarcochilus)包括一些具有 温周期的种,它们通常持续培养在高温,即无低温 的诱导作用. 3.6pH和螯合作用 其它植物的开花,PH值似乎对其有影响.例 如,十字花科的欧洲油菜Brassicanapus培养在含 有苯氨基嘌呤(BA,BAP)的培养基中,pH值为 3.9,4.6时,诱导开花率高陷. EDTA诱导一些植株的开花_2,种子萌发的培 养基中常含有EDTA,其作用主要是螫合离子.在 配置营养液时,用Fe—EDTA取代FeSO4?7H20_7]. 4结语 开花是植物发育过程中重要的阶段,人们对此 已经研究了近一个世纪.其中成花转变是复杂的生 理现象,即植物由营养生长状态转向生殖生长状 态,包括外界条件(光,温,水,肥等)及内部状况 (植物年龄,激素平衡等)的影响及其相互间的作 用.完成此转变后,当条件适宜时,花芽正常发 育.研究兰科植物的试管开花过程,阐明其调控机 理无论在理论上还是在应用上都具有重要意义.通 过兰花试管开花的研究,对影响兰花开花的各个影 响因子有较深入的了解,对于大田生产均有指导意 义. 参考文献 1KnudsonL.Floweringproductionbyorchidsgrownnon— symbiotically.Bot.Gaz.,1930,89:192,19 2王熊.建兰和秋兰原球茎的发生及其无性系的建立. 植物生理,1981,7:203,2O7 3王熊.兰花快速无性繁殖系的研究及花芽分化的探 讨.植物生理,1984,10:391,396 4王熊,张菊野,连宏坤,等.素心建兰无性繁殖系 的建立及其开花.园艺,1988.15(3):2O5,2O8 5DuanJX.YazawaS.Invitrofloraldevelopmentin× Dor/e//aTiny(Oor/t/spulche~ingiellaphilippinensis). 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Keywordsorchidflowerinvitro