全 文 ：植物生理学通讯 第 43卷 第 3期，2007年 6月 599
收稿 2007-03-26 修定　 2007-04-26
资助 国家自然科学基金(30270909)
* 通讯作者(E-mai l：jshca o@zju .edu.cn；Tel：057 1-
8 6 9 7 1 7 2 2 )。
南瓜属植物再生体系的建立及其应用
张亚锋，曹家树 *，武涛
浙江大学蔬菜研究所，杭州 310029
Establishment of Regeneration System and Its Applications in Squashes (Cucurbita)
ZHANG Ya-Feng, CAO Jia-Shu*, WU Tao
Institute of Vegetable Science, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China
提要：对南瓜属植物再生体系的研究及其应用作了介绍，并对存在问题和改进措施进行了分析讨论。
关键词：南瓜属；再生体系；体细胞胚途径；器官发生途径；遗传转化
葫芦科(Cucurtbitaceae)南瓜属(Cucurbita)共有
13个种，包括 5个主要栽培种：美洲南瓜(西葫
芦，C. pepo L.)、印度南瓜(笋瓜，C. maxima
Duch.)、中国南瓜(南瓜，C. moschata Duch.)、
灰籽南瓜(C. mixta Pang.)和黑籽南瓜(C. ficifolia
Bouché) (Nee 1990)。栽培南瓜及其野生近缘种均
起源于美洲，广泛分布于世界各地 ( 林德佩
2000)。我国栽培的南瓜属植物主要有美洲南瓜
种、印度南瓜种和中国南瓜种(林德佩 2000)。这
些南瓜属植物不但是人们的家常蔬菜，并且随着
生活水平的提高，其保健和观赏功能也已开发，
于是南瓜属植物越来越受到人们的重视。
南瓜属包括一些经济价值较高的品种，如：
‘艾西丝’南瓜(C. moschata)、日本迷你南瓜(C.
pepo)等。由于这些南瓜许多靠进口，种子比较
昂贵，生产成本很高，制约了其在我国的推广和
发展。如果采取组织培养来进行快速繁殖，便有
可能有效解决种苗问题，取得较好的经济价值(赵
建萍等 2000；褚剑锋等 2004)。另一方面，在
世界范围内，由于病害比较严重，以致南瓜属植
物的产量和质量受到很大影响(Fuchs等 1998)，培
育出具有相应抗病性的新品种是解决此问题的有效
途径之一。尽管常规育种在南瓜属植物育种中所
占的比重仍很大，但由于其周期长、遗传性状不
稳定等原因(雷逢进和卫爱兰 2003)，人们逐渐尝
试通过转基因手段获得新品种，使以再生体系为
基础的生物技术育种在近年来取得较大发展。因
此，建立高效的南瓜属植物再生体系对南瓜优良
品种的快速繁殖及其分子育种都有意义。
从 Schroeder (1968)开始研究南瓜属植物再生
体系至今，国内外对南瓜属植物再生体系的研究
取得了很大进展，已分别通过体细胞胚发生途径
(Biserka和 Sibila 1991；谢冰等 2006)和器官发生
途径(Ananthakrishnan等 2003；赵建萍 1999)获得
再生植株，并对影响再生的各种因素进行了大量
研究，形成了较为成熟的方法。在此基础上，人
们将一些抗性基因，如抗黄瓜花叶病毒和南瓜黄
叶病毒的外壳蛋白基因，转入南瓜属植物体内，
提高了抗病害的能力，而且经济价值较高(Fuchs
等1998)。本文就南瓜属植物再生体系及其应用作
一综述。
1 体细胞胚发生途径
体细胞胚发生途径可分为直接发生途径和间
接发生途径。后者需要先从外植体诱导胚性愈伤
组织，再由愈伤组织分化产生胚状体，南瓜属植
物体胚途径大多是以这种方式进行的(Schroeder
1968；Gonsalves等 1995)。前者不需诱导愈伤组
织而可直接产生胚状体(Jelaska 1972；Abrie和van
Staden 2001)。
在体细胞胚发生途径中，体细胞发育所需要
经历的形态阶段与合子胚发育所经历的阶段相似。
不同之处是体细胞需先在外界条件诱导下形成胚状
植物生理学与农业及生产应用 Plant Physiology and Agriculture and Applications
植物生理学通讯 第 43卷 第 3期，2007年 6月600
体，而合子胚则不需要经过此阶段(de J ong等
1993；Toonen等 1994)。可以诱导体细胞成为胚
状体的因素有 pH 值、热激和不同化学物质处理
(Decout等 1994；Leljak-Levanic等 2004)。在合理
调控生长条件时，如适当改变生长调节物质的种类
和浓度、培养基的渗透压以及 pH 值等(Leljak-
Levanic等 2004)，胚状体便可正常生长发育。研究
南瓜属植物体细胞胚途径时关注最多的是外源生长
调节物质的作用(Paula 1991，1992)。影响南瓜属
植物体细胞胚途径的因素主要包括以下几个方面。
1.1 外植体 采用的外植体有，新鲜的果皮壁
(Schroeder 1968)、胚珠(谢冰等 2006)、子叶
(Gonsalves等 1995)、茎尖(Paula 1991)、胚乳
(Paula 1992)和叶片(Kintzios等2002)等。在这些外
植体中，胚乳和子叶效果最好。G ons a l ve s 等
(1995)在研究美洲南瓜不同品种的体细胞胚途径
中，用胚乳和子叶为外植体，在相同条件下所有
品种均实现再生。外植体苗龄也很重要。Kwack
和 Fujieda (1988)以中国南瓜胚珠为外植体，于开
花期和花后分别取材，结果花期胚珠所获得的再
生频率明显高于花后。谢冰等(2006)在美洲南瓜
胚珠培养中也获得相似的结果。总之，在材料选
择中应尽量选择生长活跃和分化能力强的外植体。
1.2 生长调节物质 体细胞胚途径多是在不同生长
调节物质诱导下进行的。在体细胞胚途径研究中
应注意生长调节物质类型和浓度的选择以及确切的
诱导时间(Debeaujon和 Branchard 1993)。植物生
长调节物质中，以生长素与体细胞胚途径的关系
最大，报道也最多。
体细胞胚途径一般分 2个阶段：胚状体诱导
阶段和胚状体发育成熟阶段。在南瓜属植物中，
前一阶段往往需要有生长素，后阶段对生长调节
物质要求不严格——有无生长调节物质胚状体都可
以发育成熟(Metwally等 1998a，b)。
胚状体大多是用生长素诱导产生的，包括
IAA (Schroeder 1968)、IBA (Biserka和 Sibila
1991)、2,4-D (Gonsalves 1995)、NAA (Urbanek
等 2004)或者生长素和细胞分裂素结合使用(Paula
1991；Kintzios等 2002)。生长素浓度对胚状体诱
导有很大影响。一般情况下，较高浓度的生长素
适合于诱导胚状体，在低浓度生长素下——一般
与细胞分裂素结合使用，这比较适合于不定芽的
诱导，但生长素浓度过高就会抑制胚状体分化和
发育(Debeaujon和 Branchard 1993)。Jelaska等以
美洲南瓜为材料，分别用NAA、IBA和 2,4-D诱
导胚状体的结果表明，NAA和 IBA诱导产生的胚
状体可以正常发育成熟，而 2,4-D诱导产生的胚
状体大部分不能通过球形胚阶段(Debeaujon和
Branchard 1993；Jelaska等 1985)。有报道，上
述情况与分化培养基中 2,4-D浓度有关，分化培
养基中 2,4-D浓度过高(一般大于 7 mg·L-1)时，诱
导产生的大多为畸形胚(Debeaujon和 Branchard
1993)。这可能是因为 2,4-D的存在既可以诱导一
些特异性多肽或者蛋白质生成——这些物质的形成
与胚状体的发生和发育密切相关，同时也会使细
胞核DNA甲基化(nucleus DNA methylation)。当
2,4-D浓度适当时，虽然存在核DNA甲基化，但
是程度较低，与胚状体分化相关的基因可以正常
表达，胚状体的分化和发育不会受到影响；2,4-
D浓度过高时，细胞核DNA甲基化程度升高，导
致相关基因表达活性下降，从而抑制胚状体的分
化和发育(崔凯荣和戴若兰 2000)。
体细胞胚途径中，诱导分化时间对胚状体的
发育成熟也有很大影响。Gonsalves等(1995)发现
胚状体诱导的时间与尔后它能否正常生长发育有联
系。他研究美洲南瓜 2个品种最佳胚状体分化时
间的结果表明，它们的最佳分化时间分别为 15周
和 13周，如果诱导分化时间过长或者过短都不利
于胚状体的发育成熟。
生长调节物质预处理外植体可以显著提高再
生频率。Kintzios等(2002)在美洲南瓜叶片分化前
用 42 mg·L-1 KT溶液浸泡 48 h后，所得到的再生
频率比不经预处理的高出143%。这可能是由于在
直接体胚途径中，胚状体由外植体胚性定向细胞
(embryogenic-determined cells)分化产生，使用细
胞分裂素预处理外植体后，其胚性定向细胞分裂
增殖，因此外植体的再生频率也就提高。
一般情况下，葫芦科中很多植物由体细胞分
化产生的胚状体在不含生长调节物质的培养基中可
以正常发育成熟(Debeaujon和 Branchard 1993；
Urbanek等 2004)。美洲南瓜产生的胚状体只有在
含 N A A 的成熟培养基中才可以正常发育成熟
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(Debeaujon和 Branchard 1993)。此后许多南瓜属
植物体细胞胚途径的研究都是在成熟培养基中加入
不同生长调节物质，以此法得到的胚状体才可以
正常发育成熟(Biserka和 Sibila 1991；Urbanek等
2004)。
1.3 基因型和其他因素 遗传因素对体细胞胚途径
也有影响 ( Debeaujon和 Br ancha r d 1 993 )。
Gonsalves等(1995)研究美洲南瓜 6个品种的结果
表明，在相同条件下不同基因型外植体的再生频
率存在很大差异，适合不同基因型的最适再生条
件也有较大差别。
有人在以胚珠为外植体构建再生体系过程
中，用冷处理方法研究其对南瓜属植物再生频率
的影响。Kwack和 Fujieda (1988)以中国南瓜胚珠
为外植体研究体细胞胚途径时发现，胚珠用 5 ℃
冷处理 2 h后，其再生频率提高。Metwally等
(1998a)在美洲南瓜胚珠再生的研究中得到相反的
结果。低温预处理外植体会降低再生频率，而不
经冷处理的再生频率最高。这种矛盾的结果，显
然是基因型差异所造成的。同时，Metwally等
(1998b)在以美洲南瓜花药为外植体研究体胚途径
再生时发现，培养基中蔗糖含量为 150 g·L-1时获
得的再生频率最高。这说明培养基中蔗糖含量多
少也是影响体细胞胚途径再生频率的因素。此
外，有人报道材料的栽培季节对外植体再生也有
影响(谢冰等 2006)。
2 器官发生途径
早在1974年，Jelaska便开始研究南瓜属植物
器官发生途径。但在以后几十年中进展缓慢，直
到1995年，才陆续有人重新开始这方面的研究(赵
建萍等 1995)。与体胚途径相比，器官发生途径
周期短，而且再生频率高(Lee等 2003)，因此越
来越多的人试图通过器官发生途径实现南瓜属的植
物再生。
植物的器官发生途径也分间接和直接两种。
直接器官发生途径缺少间接途径所需的诱导愈伤组
织阶段，再生周期和程序也缩短，因此现在研究
南瓜属植物器官发生途径较多是采用由外植体直接
诱导不定芽的方法。直接器官发生途径一般经过
不定芽分化、不定芽伸长以及生根培养 3个阶段。
决定外植体直接不定芽分化和生长发育主要
有外植体和生长调节物质等因素。
2.1 外植体 外植体对南瓜属植物再生的影响具有
决定性，主要表现在以下几个方面。
(1)苗龄。苗龄对不定芽分化的影响表现不一
致。研究 2个印度南瓜品种在 4、6和 9 d苗龄的
子叶诱导再生芽频率的结果表明，4 d苗龄子叶的
再生频率最高，苗龄大于 4 d时，再生芽分化能
力显著下降(Lee等 2003)。赵建萍等(1995)在中国
南瓜再生体系的研究中也发现，用 4~5 d苗龄的
子叶可以获得最高的再生频率，苗龄增加或者减
少时，不定芽的分化率都会迅速下降。但也有不
一致的报道。Ananthakrishnan等(2003)研究美洲
南瓜 3个品种的结果表明，5~9 d苗龄子叶为外植
体再生频率相差不大，认为苗龄对植株外植体再
生频率没有影响。
(2)外植体来源。在通过器官发生途径获得植
株再生中，子叶、胚轴、叶片、胚珠、茎尖和
根等均可用作为外植体。在葫芦科植物中，用这
些外植体都可成功实现植株再生(Niedz 等 1989；
Curuk等 2003；Wang等 2001；杨洪全等 1995；
陈学军等2000)。南瓜属植物器官发生途径中使用
最多的是带有子叶基部的外植体(耿新丽等 2006；
邹建等 2003)。在研究印度南瓜子叶基部、胚轴
和根的器官发生途径中，子叶基部再生频率最
高，而胚轴和根均无再生芽产生(Lee等 2003；李
贞霞等 2005)。
外植体大小对再生芽诱导频率也有影响。Lee
和 Chung (2002)比较带有胚轴的 1/8、1/4、1/2和
完整子叶诱导再生芽频率的结果表明，以带少量
胚轴的 1/2子叶为外植体获得再生频率最高。
Ananthakrishna等(2003)研究美洲南瓜子叶再生芽
的产生位置和再生所需最小子叶的结果表明，带
1 mm胚轴的 1/2子叶获得的再生频率最高。去除
胚轴和基部的子叶，只有营养生长而没有愈伤组
织和再生芽的产生；去除子叶及其基部的胚轴，
虽然有愈伤组织诱导产生，但没有再生芽产生。
另外，子叶的不同部位对再生频率也有影响。赵
建萍(1999)报道在中国南瓜的子叶顶、中和基部
中，只有基部临近下胚轴切口处有不定芽的分
化，而顶和中部都没有。这可能是由于可以分化
产生不定芽的细胞主要集中在子叶基部位置所致
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(Mante等 1989)。这些结果说明，对南瓜属植物
来说，子叶基部是诱导不定芽产生的关键部位，
去除子叶基部的子叶或胚轴难以诱导不定芽产生或
者获得的再生频率很低。
2.2 生长调节物质 不同类型生长调节物质及其组
合是诱导不定芽产生的必要条件，特别是细胞分
裂素和生长素的组合(崔凯荣和戴若兰 2000)。现
在南瓜属植物中用来诱导不定芽的多是单独使用细
胞分裂素(Ananthakrishna等 2003；Lee等 2003)或
将其与生长素结合使用(禇剑锋等2004；李贞霞等
2005)。
生长调节物质对南瓜属植物器官发生途径的
影响首先表现在对不定芽的诱导上。在南瓜属植
物的器官发生途径中，使用的细胞分裂素类物质
多是 6-BA (耿新丽等 2006；Ananthakrishna等
2003)。盛玉萍等(2002)比较 6-BA和KT诱导中国
南瓜不定芽效果的结果表明，前者的效果明显优
于后者。尽管单独使用6-BA便可以较好的诱导外
植体产生不定芽(Ananthakrishna等 2003；Lee等
2003)，但对有些品种，当将其与生长素结合使
用时，外植体的再生频率可明显提高(余义和等
2006)或其再生芽的质量得到明显改善(禇剑锋等
2004)。
在器官发生途径中，往往用伸长培养基使诱
导产生的不定芽生长和增殖。一般在伸长培养基
中只添加低浓度的 6-BA，或者与赤霉素或生长素
等结合使用。刘栓桃等(2004)在黑籽南瓜不定芽
的增殖实验中分别用1.0和3.0 mg·L-1 6-BA的结果
表明，虽然用 1.0 mg·L-1 6-BA得到的增殖系数较
低，但其再生芽较后者生长健壮，致使经过 2~3
次继代之后仍然可以健康生长。赵建萍等(2000)
的研究也发现，使用 0.25~4.0 mg·L-1的 6-BA进行
增殖时，随着 6-BA浓度的增大，虽然芽增殖系
数升高，但其质量却受到影响。这说明含有适当
低浓度的 6-BA对于再生芽生长和增殖效果较好。
Ananthakrishnan等(2003)采用0.1 mg·L-1 GA3和0.1
mg·L-1 6-BA结合使用的方法，所获得的再生芽比
单独使用 0.1 mg·L-1 6-BA的增加 55%。这与邹建
等(2 00 3)在中国南瓜中所获得的结果相似。此
外，有人认为，添加生长素也可以提高芽的增殖
系数(赵建萍等 2000)。
2.3 其他因素 此外，陈学军等(2000)报道，含较
低浓度蔗糖的分化培养基对再生芽的诱导效果优于
较高浓度的。这可能是由于蔗糖浓度降低后，培
养基中的渗透压也随之降低，因此再生频率得到
提高。
3 南瓜属植物再生体系的应用
3.1 遗传转化 将一些抗病毒病的基因转入南瓜属
植物体内，可以提高植物抵抗这些病害的能力，
这类研究在国外做得较多。现在世界上危害南瓜
属植物的病害主要有黄瓜花叶病毒(cucumber mo-
saic cucumovirus)、南瓜黄叶病毒(zucchini yellow
mosaic potyvirus)、西瓜花叶病毒(wartermelon
mosaic 2 potyvirus)和番木瓜环斑病毒西瓜株系
(papaya ringspot potyvirus type w) (Fuchs等 1998)。
培育抗这些病毒病的新品种是解决这类病害的一种
有效方法。对此，采用的主要策略是将相应病毒
的外壳蛋白基因插入到植物的基因组中，以类似
交叉保护的方式使转基因植物获得抗病性。
将目的基因转入植物体的方法主要是农杆菌
介导法，这一方法的关键在于将农杆菌导入外植
体。同时，进行转化时还需建立在高频率的再生
体系基础之上，一般再生频率需要达到 60%。转
化效率与农杆菌种类和植物基因型等有关。
Katavic等(1991)比较2种农杆菌对美洲南瓜转化效
率的结果表明 8196系比 15834系的效率高。Toppi
等(1997)分别以美洲南瓜完整植株和子叶为外植
体，使用农杆菌 NCPPB 1855系进行遗传转化，
结果均获得了高效转化。他进一步研究农杆菌接
种时间和温度以及植株苗龄对转化效率的影响，
结果表明，温度为 25 ℃和接种时间为 48 h时，
可以获得最高的转化效率，提高接种温度或者延
长接种时间，转化效率都会显著下降，甚至不能
成功转化；苗龄为 2 周时获得的转化效率最高，
如果苗龄大于 2 周，则转化频率下降。
Fuchs等(1998)检测转入黄瓜花叶病毒、南瓜
黄叶病毒和西瓜花叶病毒外壳蛋白基因的美洲南瓜
田间性状的结果表明，转基因可以提高美洲南瓜
抵抗相应病害的能力，并且产量增加。通过基因
工程创造新品种的研究已成为南瓜属植物品种改良
的前沿领域。
3.2 其他 种间杂交所收获种子的胚往往很小，且
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缺乏营养，因此很难正常生长发育。但如果用组
织培养的方法便可以使这些种子获得再生。
Rakoczy-Trojanowska和Malepszy (1989)以印度南
瓜与美洲南瓜杂交后代F1和BC1所产生的难以正常
生长发育的胚为外植体使其大量繁殖，每个胚最
多可以再生 65棵正常植株。
单倍体对蔬菜植物的遗传改良也有意义，可
以用花药和胚珠离体培养方法得到单倍体植株，
经人工加倍后，获得纯合二倍体和多倍体等，这
样可以大大缩短选择和纯化的过程和时间，对植
物遗传育种有一定的理论和实际意义。在南瓜属
植物中，人们已经分别通过花药和胚珠的离体培
养获得美洲南瓜的再生(Metwally等 1998a，b)。
除了上述方方面面的应用之外，还可通过植物的
再生途径，使一些比较珍贵的南瓜属良种得到快
速繁殖和保存。
4 结束语
迄今，离体培养已较多地应用于南瓜属植物
的快速繁殖、品种改良以及遗传转化的研究，并
取得了一些结果。但也有许多问题尚未解决，
如：体细胞胚发生过程中畸形胚的发生还未找到
有效的控制方法；器官发生途径大多是通过带有
子叶基部的子叶或者胚轴获得再生植株，其他外
植体(如下胚轴和根等)是否也可以实现再生，还
有待研究；现在只通过体细胞胚途径获得转基因
成功，尚未见有通过器官发生途径获得转基因植
株的报道；有关分子育种，只在美洲南瓜中取得
成功，其他种还没见有成功的报道。针对以上问
题，我们认为今后可从以下几个方面开展工作：
(1)改变生长调节物质条件，如生长调节物质的种
类、浓度以及诱导分化时间等因素，以减少体细
胞胚途径中畸形胚的发生；(2)借鉴影响器官发生
途径的因素研究适合南瓜属不同基因型植物再生的
最佳条件；(3)继续开展南瓜属植物转基因研究以
提高适合于南瓜属植物的遗传转化条件，从而进
行品质改良以及相关的理论研究。相信通过这些
研究会大大促进南瓜属植物的遗传育种工作。
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