【word】 兰花离体开花的研究进展

【word】 兰花离体开花的研究进展 兰花离体开花的研究进展 北方园艺2010(24):215,218?专题综述? 兰花离体开花的研究进展 徐京,庞基良 (杭州师范大学生命与环境科学学院,浙江杭州310036) 摘要:从光周期,温度,植物激素,培养基成分,外植体种类等因素对兰花离体开花的影响 因素进行了概述,并对今后兰花花期调控的研究方向作了展望. 关键词:兰花;离体开花;花芽分化 中图分类号:S682.31文献标识码:A文章编号:1001--0009(2O1O)24—0215一O4 广义的兰花是整个兰科植物(Orchidaceae)的总称, 兰科是有花植物中最大的科之一,属于单子叶植物纲, 全世界约有800多属,2500030000种_1j.它广泛分 布于各种生态环境,以其高度特异的叶形,花形和花色 受到人们的喜爱,历来都是花卉市场的主流产品.可是 兰科植物的营养生长期较长,难以开花,这不但增加了 周年投入成本,也严重地限制了兰花产业的快速发展. 兰花的种属不同,其营养生长期的长短也不一样.例 如:兰属(Cymbidium)需3,7a;石斛属(Dendrobium)需 2,4a;蝴蝶兰属(Phalaenopsis)需1,2a;万代兰属 (Vanda)需2,3a;卡特兰属(Cattleya)需3,5a;文心兰 属(Oncidium)3~4a.因此,缩短兰科植物的营养生长 期,已成为植物生理学家与园艺学家的研究热点. 研究兰科植物的开花过程及调控机制,在理论上和 应用上都具有重要意义.理论上可以了解控制兰花开 花的各个过程的生理生化变化,最终揭示控制这些特定 第一作者简介:徐京(1985一),男,在读硕士,现从事植物基因工程 研究工作. 通讯作者:庞基良(1963一),男,教授,硕士生导师,现从事植物发育 生物学研究工作.E-mail:pangrenshuiliang@yahoo.com.cn. 基金项目:杭州市属高校重点实验室科技创新资助项目 (20070232H09). 收稿日期:2OlO一1O—O8 变化过程的机理.应用上研究影响兰花开花的因素,可 以对兰花的花期进行人工调控,缩短其营养生长期,减 少投入资本. 兰花离体开花系统的建立,为研究兰花从营养生长 向生殖生长的转变机制,花芽分化和发育提供了理想的 途径.在兰花组织培养中,已有许多离体开花现象的报 道【一].用离体培养的方法研究影响兰花花芽分化的因 素,可以随意对影响兰花花芽分化的特定因素进行人为 调控,这对于阐述其调控机理具有重要意义. 1光周期 光照是影响植物花芽分化的重要因素之一,日照长 度影响许多种植物的试管开花j,有些植物在短日照 或长日照条件处理下,其试管开花率有很大的差异. Vaz.APA等l_g将兰花P.pusilla4月龄幼苗进行Eo,6, 8,12,16,2O,22,24h,(254-2)?]不同光照处理,发现所 有处理组均有花芽出现,而且观察到花芽形成率与光周 期之间呈正相关,在长日照处理下花芽明显增多.但 是,每天给予20h或更长的光照时间会严重影响其花芽 分化,抑制开花并缩短其寿命.12h和16h的对于P. pusilla花的开放是十分适合的,黑暗条件下形成的花芽 则不能开放.朱国兵等..发现寒兰(Ckanran)在光照 时间从8h增加到16h时,8h的花芽诱导率最高,达 41.67,随着光照时间的增长,花芽诱导率先是降低而 4.5推进寒地浆果产业化经营,扩大优质果品出口 大力推进以树莓,蓝莓,蓝靛果等为代的寒地特 色小浆果产业开发,建成生产,加工,出口,技术推广服 务等功能完善的现代寒地浆果产业体系;充分发挥资源 优势和区域优势,合理利用资源,提高浆果市场竞争力, 建设开放式的寒地特色浆果产业,塑造品牌文化,增加 市场竞争力,开发系列产品,实现产业的持续快速发展. 各地扶持小浆果产业开发应通过重点扶持一批龙头企 业,以利益联结带动产业的全面发展,逐步形成”龙头企 业+科技园+农户”的产业化生产经营体系.同时,培 育果品营销主体,鼓励发展各类果品专业合作组织,购 销大户和农民经纪人,提高组织化程度;在重点地区建 立高效率的绿色通道,进一步改善果品的流通环境;加 强产地和销地批发市场的贮藏,运输,包装等方面配套 设施建设,改变目前果品市场运作手段落后的状况;拓 展国内,国际果品市场,加强与国外果品贸易企业在果 品基地建设和出口贸易方面的合作,实施外向牵动战 略,搞活市场流通. 215 ? 专题综述?北方园艺2010(24):215,218 后又升高,其中14h处理诱导率最低,仅为12.90;当 光照时间为16h时,花芽诱导率又有所升高,达 28.26,但所有花蕾都不开花. 有研究表明,碳水化合物的积累有利于花芽分化, 不同的光照强度和光照时间因能影响光合作用效率从 而影响到碳水化合物的积累,进而影响到花芽分化口. Vaz.APA等..也发现与短日照处理相比,长日照诱导 P.pusilla形成和积累的碳水化合物较多,而黑暗条件下 其花芽的形成可能是由于吸收培养基中糖分的结果. 虽然光周期对诱导兰花开花有很重要影响,但可能不是 开花诱导的主要因子.因为无论是实生苗还是组培苗, 在不同的条件下,都有试管成花的现象,这表明它们对 光周期无特定要求.一般认为,光照长度不会直接影响 兰花花芽的分化,但可能会通过影响植株的生长程度间 接影响花芽的形成. 2温度 温度也是影响植物从营养生长到生殖生长转变的 重要因素之一,诱导成花的温度类型主要有:低温,高 温,昼夜温差等,不同植物成花时对环境温度都有各自 一 定范围的需求ll. Duan等以25/20oC,25/15.C,25/10?3种昼夜 温度诱导蝴蝶兰花芽分化(光照/黑暗,12h/12h),结果 表明较低的夜温(15?,10?)推迟花芽的形成,尽管最后 夜温15?与25?处理的蝴蝶兰在120d后所形成的花 芽量相差无几.Vaz.APA等j以5种温度(22,25,27, 30,32~C)对兰花进行处理,发现27?对于其生长,叶数, 花芽的形成是最适合的,最高和最低的温度均明显影响 其生长和花芽形成. 一 些盆栽兰花经过低温诱导(15--20?)可明显促 进花芽形成[..],但低温对离体兰花花芽的形成却似乎 起抑制作用,这表明温度对兰花在试管内外花芽分化的 诱导可能存在差异.至于低温诱导兰花花芽分化的机 理,尚无相关研究,可能是通过植物内源激素起调节控 制作用的. 3植物激素 植物生理学和遗传学的研究表明,开花过程受到多 种因子的调控,影响植物开花的主要环境因子在很大程 度上均是通过影响植物的内源激素及同化产物合成及 流向而发生作用.植物激素在离体兰花的花芽形成 和发育过程中起到了重要作用,不同的兰花品种诱导花 芽形成所需的激素种类,浓度存在差异. 3.1细胞分裂素 3.1.16一BA对于诱导兰花离体开花所用的细胞分裂 素,6-BA的使用是较为普遍的.Go….研究了单茎型 杂种兰花(ArandaDeborah)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 216 芽发育成熟并开花;后来,Goh又报道6-BA促进杂种石 斛兰整体植株的花芽发端口.此后,在对Cymbidium ensifolium,Dendrobiumcn[,DeTMrobi” MadameThong-InE.Cymbidiumniveo-marginatum Mak,Cymbidiumgoeringii×C.hybridiumE.等兰花 品种研究时都发现,培养基中加入6-BA或辅以适当 NAA时,均可诱导植株开花.Duan等研究×Doriella Tiny(Doritispulcherrima×Kingtellaphilippinensis)的 试管开花时,把经6-BA诱导花芽的植株转瓶培养在含 6-BA的VacinWeni或HyPonex培养基中,花芽不能开 放,而转到无6-BA的Hyponex培养基中,花芽可以开 花.这表明6-BA可以诱导花芽分化,但抑制其正常开 花.陈肖英在对霍山石斛的研究中也发现,诱导的花芽 大多数不能正常开放,但如果将小苗在诱导花芽发生的 培养基培养一段时间后,再转入到无激素的MS培养基 中,可提高花芽的正常开放率引. 3.1.2TDZTDZ虽利于外植体开花,但也影响正常 的开花率.Chang等观察到TDZ可缩短Cymbidium sinenseWilld营养生长期2,3a[..王琳对金钗石斛 的研究发现,6一BA诱导金钗石斛的花芽形成率较低,若 单独用TDZ处理,花芽形成率最高可达34.3.而Ko— stenyukE胡等在Cymbidiumniveo-marginatumMak试管 开花研究中发现TDZ虽可以强烈的诱导花芽,但花芽 不久后干枯.王再花等[2在对细茎石斛的研究中也表 明TDZ预处理浓度增加,PP+TDZ诱导花芽分化率 和开花率下降,畸形花增加,根部褐化加剧. 3.1.32iP和ZTChang等发现2iP可诱导Cymbidi一 踟sinensevar.misericors根状茎花芽分化,并且其诱导 效果要好于6-BA_2.温云飞等..报道了霍山石斛从种 子到开花的整个生长过程,其诱导4月苗龄的组培苗花 芽分化所用的激素主要是6-BA和2,4一D,ZT.研究表 明,1mg/LZT+O.1mg/L2,4一D可诱导较多数目的花 芽,高浓度ZT(2mg/I)反而使诱导花芽数目减少. 3.2生长素 生长素与细胞分裂素的配合使用,可以促进兰花花 芽的形成,但是单独使用不能诱导开花.GobE在杂 种兰花Aranda与石斛兰上观察到IAA阻止花芽形成. 王熊将经诱导的Cymbidiumensifolium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. 王光远等l_对Dendrobiumcandidum的研究也发现单 加NAA抑制花的形成.Kostenyuk等在Cymbidium— niveo-rnarginatumMak试管开花研究中发现,尽管生长 素运输抑制剂2,3,5一三碘苯甲酸抑制开花,但NAA本 身不诱导开花[2. 3.3脱落酸和多胺 已有报道表明ABA可促进一些植物的开花[3.. 北方园艺2010(24):215,218?专题综述? 王光远等I一妇对Dendrobiumcandidum的研究发现ABA 对诱导其花芽形成有明显影响.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, 2Od,再转到6-BA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.多种 植物在逆境条件下开花,也可能与内源ABA的增加有 关.另外,研究也表明单独使用2mmol/L的亚精胺也 能形成31.6的成花频率,而过高和过低的亚精胺浓度 均难以成花.王再花等.在对细茎石斛的研究中表明 PK.+ABA预处理可明显增加P..+TDZ诱导花芽 分化率和开花率.王琳瞳在对金钗石斛的研究中也表 明PI)3..+ABA预处理可明显增加诱导花芽分化率,但 所形成花芽大多数不能正常开放. 4培养基成分 4.1糖源 糖类,作为培养基主要成分之一,除了提供植物生 长所需的碳源,又调节培养基中的渗透压,改善植物吸 收营养的环境条件,促进植物体内代谢,合成生长阶段 需求的各类物质.不同糖源和糖浓度对植物成花诱导 具有不同效果,选择适宜的糖源和适当的糖浓度有助于 植物提早开花. 王光远等在对Cymbidiumensifoloium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[3胡;对铁皮石斛的研究也表明,以6葡萄糖或 甘露醇为糖源加入培养基中,不但使花芽形成时间提 前,而且成花率也增加.Duan和Yazawal_2妇研究× DoriellaTiny的试管开花时,发现植株在无糖的Vacin Went培养基和Hyponex培养基上,6-BA均不能诱导其 花芽形成,这表明为了使6-BA诱导花芽形成,营养条件 必须满足.在培养基中(不含6-BA)加入25g/L的蔗 糖,不诱导花芽形成;在含6一BA的培养基中,糖浓度改 变为1O,80g/I,大多植株仍无花芽形成.这表明6-BA 诱导花芽形成时,糖浓度的大小是重要影响因素. 4.2营养元素水平 营养元素水平及之间的配比影响试管开花,其依据 主要是植物成花的C/N比学说.该学说认为植物之所 以由营养生长过渡到生殖生长,是受植物体内C/N控 制.当C/N比率小时,趋于营养生长;而当C/N比率大 时,趋于生殖生长. Duan和Yazawa~对2种兰花的研究表明,减少 MS培养基中氮的含量促进花芽形成,高水平的氮会抑 制花芽形成;高比值的NH-N/NOa—N有利于花芽形 成.王琳.在对金钗石斛的诱导花芽分化过程中,减少 培养基中氮的含量(1/10N),增加磷含量(5P),同时将糖 浓度增加到40g/L,可使TDZ诱导的花芽形成率明显 提高,最高约76.3.Tee等叫对DendrobiumSonia17 的研究也进一步表明了减少培养基中氮(1/5N)的含 量,增加磷(5P)的含量可使花芽分化率增加.Koste— nyukE胡对Cymbidiumniveo-marginatumMak试管开花 研究中发现仅调节氮,磷的含量,或只进行根修剪,并不 足以诱导其开花;单使用BA时其诱导开花率也仅仅 4O%;当调节BA,氮,磷和进行根修剪共同使用时,开花 率几乎达1009/6.这说明调节营养元素诱导兰花花芽 时,必须有相应的条件与之配合,如激素水平,糖的浓 度等. 5外植体种类 对于目前离体诱导兰花离体开花的外植体,不外乎 原球茎,无根小苗,完整植株3类,不同的外植体类型,花 芽形成率和花芽出现时间存在差异.王光远等__2妇以原 球茎为起始材料时,45d就可形成花芽;以无根小苗为 起始材料时,至少2个月才能形成花芽且花芽形成频率 略低于原球茎;以完整植株为起始材料时,形成花芽时 问最长且花芽形成频率最低.郑立明和庞基良?6以原 球茎,1,2cm和2,4cm幼苗为起始材料诱导花芽分 化时,也发现以1,2cm幼苗(尚无根形成)的诱花效果 最好.在Cymbidiumniveo-marginatumMak试管开花 研究中,当调节6-BA,P,N含量及根修剪联合应用时,几 乎100的植株开花(90d内);而不修剪根时,花芽分化 率明显下降.与有根植株相比,原球茎,无根小苗的 花芽诱导率明显要高得多,这表明根对兰花试管苗的花 芽分化可能存在抑制作用. 6前景与展望 兰花是经济价值极高的观赏性植物,主要用作切花 和盆栽,其贸易额在国际花卉市场中所占比例为1/lo, 并且逐年攀升,市场前景极为广阔.然而兰科植物的营 养生长期较一般花卉要长许多,从播种到开花,短则2a (如蝴蝶兰属),长则要7a之久(如国兰).这无疑极大 的限制了兰花产业的发展,也无形中增加了投资的成 本.因此,研究影响兰花花芽分化的因素,则显得尤为 重要. 目前对于诱导离体开花的兰花种类较多(如蝴蝶 兰,大花蕙兰,石斛兰,春兰,剑兰,文馨兰),但均局限于 试管研究,尚不能应用于大田栽培,对于影响花芽分化 的机制也不清楚.高等植物的成花诱导过程受自身遗 传因子和外界环境因素2个方面决定,是开花基因在时 间和空间上顺序表达的结果.外部温度,光照,激素等 条件都是作为诱导因子来刺激内源基因的表达,所以能 否从直接调节诱导花芽分化相关基因的表达方面来促 进花芽分化,Yu和Gohc.目从石斛兰’MadameThong-In’ 分离出的基因D0H1为该项研究带来了希望,它们将反 义D0H1mRNA转入石斛兰后,转基因植株形成较多 217 专题综述北方园艺2010(24):215,218 的茎尖分生组织并提前开花,这是首次通过调节花芽分 化相关基因的表达来促进兰花开花的例子. 在目前的兰花离体开花研究中,兰花的正常开放率 均明显低于花芽诱导率.诱导花芽分化只是实现其开 花的一部分,花器官分化后生长发育的适宜条件是什 么,如何调节营养生长与生殖生长的关系,这些都最终 影响花的品质.总之,开花是个综合的过程,由于植物 成花诱导的复杂性,只有在了解植物内源信号传导机制 后,再通过合理调节温度,光照,激素,营养条件等,刺激 开花基因的表达,才能最终实现控anddevelopmentinPhalaenopsis invitro[J].PlantCell,TissueandOrganCulture,1995,43:71—74. 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