全 文 ：育苗技术　Seedling Cultivation
PRACTICAL FORES TRY TECHNOLOGY 27　
二★一★年第八期　林业实用技术
木兰科植物组织培养研究进展＊
怀慧明　马履一　贾忠奎
(北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室　北京　100083)
[ 摘要] 　本文主要对木兰科属植物组织
培养的研究进展进行了综述 , 详细论述了
木兰科植物组织培养的研究意义 , 探讨其
国内外的研究历史 、进展和动态 , 并对木
兰科植物组织培养中的影响因素和主要
问题进行了初步讨论。
[ 关键字] 　木兰科植物　组织培养　苗
木繁育　研究进展
1　木兰科植物组织培养技术的研
究意义及现状
1.1　研究意义
木兰科(Magnoliaceae)是被子植物
中最原始的类群之一[ 1] , 属种资源非常丰
富。近 20 多年来 , 木兰科植物在系统分
类学 、形态解剖学 、植物化学 、古植物学 、
分子生物学等学科领域得到了广泛的多
学科综合研究[ 2] , 具有非常高的生态 、经
济 、学术和观赏价值 , 开发前景广阔。在
木兰科植物中 , 只有少数几个属(木兰属
和木莲属)的种子发芽率可达到 80%左
右 , 其他属种植物的种子发芽率都很低 ,
例如 , 鹅掌楸属的马褂木(L iriodendron
chinese)发芽率仅为 0～ 31.8%[ 3] 。此外 ,
木兰科植物雌雄异株 、雌雄花期不同 , 雄
蕊早落 , 这在很大程度上造成了自然结实
率低的现象 , 而通过离体培养将很好的解
决上述问题。国际植物园保护联盟(BG-
CI)指出 , 目前全球 131 种野生木兰科植
物都处于植物濒危物种名单之中。 我国
具有丰富的具有重大开发价值的木兰科
种质资源 , 但由于保护意识淡薄 , 植物分
布地域较狭窄 ,管理措施简陋等因素 , 使
＊国家林业局 2006重点项目(2006-39)、
国家科技攻关计划项目(2006BAD24B01)资助。
作者简介:怀慧明(1986-), 硕士研究生 ,
主要研究方向:木兰科植物研究。
通讯作者:马履一(1957-),博士 ,教授 ,主
要研究方向:苗木培育 ,城市林业 ,植被恢复。
有些具有很高应用价值的树种没有得到
很好的保护和利用。如华盖木(Mang lie-
tiastrum sinicum), 它是我国的特有珍稀
用材树种 , 据调查 , 在自然状态下分布的
华盖木仅有 6 株 , 林下自然更新极为困
难 ,如果对该物种在无菌的环境中进行组
织培养 ,完全可以解决该物种种质保存的
难题[ 4] 。因此 ,开展木兰科植物的组织培
养技术研究 , 不仅可以借助工厂化育苗提
供大量的园林绿化苗木 , 而且可以有效的
保护珍贵的种质资源 , 为木兰科植物潜在
价值的开发奠定基础。
1.2　国外研究历史及动态
人们对木兰科植物的扦插 、嫁接等无
性繁殖技术已有一定的研究 , 但对组织培
养技术的研究起步较晚 、相关的报道也不
多见 ,远远落后于其他科属的树种。国外
较早对木兰科植物进行组织培养研究的
是美国布鲁克林植物园 , 早在 1987 年 , 他
们就对玉兰属的伊丽莎白(MagnoliaE-
lizabeth)、黄鸟(MagnoliaYellow B ird)2
个品种和木兰属的星花木兰(Magnolia
stellata)做了离体培养研究 , 实验选择冬
芽为外植体 , 结果认为 MS 培养基比 AR
培养基以及改良 AR培养基(大量元素的
量低于配方用量)更适用于这些木兰科植
物。 NAA 生长素和 BA 分裂素的用量分
别在 1 ～ 5 mg/ L 和 5 ～ 15mg/ L 时 , 可获
得较高的愈伤诱导率[ 5] 。植物细胞和组
织在建立再生体系的过程中 , 可通过器官
发生和胚状体发生两种途径再生出新的
植株体。胚状体发生途径中形成的类胚
具有苗端和根端两种极性结构 , 可在培养
基中同时发展成带根苗 , 这可以很好的克
服有些木兰科植物生根难的障碍。 20 世
纪 90 年代初 , Merkle , S.A.等人[ 6-10] 在
通过体细胞胚培养途径进行木兰科植物
组织培养方面做了大量而深入的研究工
作 ,涵盖了木兰科多个属中的十几个品
种。他们用种子作为外植体 , 在黑暗条件
下成功诱导出了木兰科中多个树种的体
细胞胚 , 如北美鹅掌楸(Liriodendron tu-
lipi f era), 金字塔木兰(M. py ramidata
Bartram), 木兰柏(M. Virginiana L.),
弗雷泽木兰(M. f raseri Walt.), 黄瓜木
兰(M. acuminata var.cordata)等 , 为木
兰科植物体胚研究奠定了基础。 体细胞
胚诱导培养虽然可以避免器官发生途径
中生根困难的问题 , 但在 Merkle.S.A 的
实验中木兰科植物的体胚诱导率和分化
成苗率都很低。胚状体的诱导率不超过
10%, 有的树种(大叶木兰 M. macro-
phy lla Mich x)甚至只能用 90 粒种子成功
诱导 1 粒 , 在成功诱导出的体细胞胚中 ,
还有相当一部分是融合子叶的畸形胚 , 它
们将不能发育成苗 ,分化成苗率在 20%左
右。因此 ,木兰科植物通过胚状体发生途
径进行组织培养的方法还有待深入研究。
木兰科植物的属种丰富 、新变种也较多 ,
目前国外许多学者也加大了对濒危和稀
有的木兰科植株进行组织培养的研究力
度 ,以达到保存种质资源和保护濒危树种
的目的。如 Mar tin Ma ta-Rosas [ 11] 成功
诱导出了木兰荆红豆杉(Magnolia deal-
bata Z ucc.)的体胚 ,木兰荆红豆杉是墨西
哥一种特有的濒危树种 , 它具有安神的功
效 ,在医学上具有很大的开发价值。
1.3　国内研究现状
近十年来 ,国内关于木兰科植物组培
技术的探索也有了很大的进步和发展 , 尤
其是对常用的绿化观赏树种有较深入的
研究[ 12-22] , 如鹅掌楸属的杂交鹅掌楸
(L iriodend ron chinese × tulipi fera), 木
兰属的天女木兰(Miche lia sieboldii), 玉
兰亚属的白玉兰(Magnolia denudata)、
紫玉兰 , 含笑属的乐昌含笑(Michelia
chapensis)、 醉 香 含笑(Michelia mac-
clurei)等。这些树种在建立优良再生体
系方面取得了一定的进展 , 其中 , 对鹅掌
楸属和玉兰亚属植物的研究较透彻 , 建立
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了不同外植体(种子 、腋芽 、茎段)各自的
再生体系 , 而其他属的植物则只建立了一
种外植体的无菌再生体系 , 甚至未完成再
生体系的建立。与国外研究相比 , 国内的
研究多集中在通过诱导器官发生的途径
来建立再生体系 , 目前国内只有广玉兰在
体胚诱导中获得了成功 , 与 Merkle , S.A.
研究结果相比 , 谭泽芳[23] 等人实验结果
表明:广玉兰从愈伤组织诱导胚状体较容
易 , 诱导率可达到 70%, 但在胚状体分化
成苗时分化率很低 , 常有很多胚状体不能
启动。胚状体途径产生的不定芽增殖数
量比器官发生途径多 , 增殖率高 , 稳定性
好 , 而且胚状体既具胚芽又具胚根 , 可以
制成人工种子。因此 , 在未来的研究中 ,
国内应重视通过胚状体途径建立再生体
系的研究 , 以满足工厂化育苗和大面积造
林的需要。
2　影响木兰科植物组织培养的因素
2.1　植物的种类和品种
植物的种类和品种是影响外植体诱
导分化的关键的因子。 不同科植物的再
生能力有很大差异 , 即使同一个科 , 不同
种植物甚至不同的品种之间的差异也是
显著的。 S.A.Merkle 和 A.T.Wiecko 对
木兰科中木兰柏 、弗雷泽木兰和黄瓜木兰
三个树种进行体胚诱导时发现 ,木兰柏和
弗雷泽木兰较黄瓜木兰更易产生胚性愈
伤组织 , 他们认为木兰科植物属的不同可
以影响胚性愈伤组织的启动。王碧秦 ,余
发新[ 24]等人对木兰科的 7 种植物进行了
实验研究 , 结果表明杂种鹅掌楸和鹅掌楸
的增殖系数和再生能力明显高于其他的
几个木兰科树种。因此 , 植物本身的一些
特性决定了其再生能力的强弱 ,这是很难
改变的 , 所选植物的种类和品种在一定程
度上也决定了组织培养的难易程度。
2.2　外植体的类型
外植体的选择是组织培养技术的第
一步 , 是组培能否成功的关键所在。寻找
到植物的最佳外植体一直是研究者们首
要考虑的问题。谭泽芳等人对广玉兰的
叶芽 、花托 、花被 、雄蕊 、幼叶 5 种外植体
做了研究 , 以愈伤组织的诱导率和诱导速
表 1　7 种木兰科植物再生能力的比较
植物种类 金叶含笑 长蕊含笑 阔瓣含笑 峨眉含笑 乐东拟单性木兰
杂种
鹅掌楸 鹅掌楸
新生芽个数 3.0 3.5 2.8 3.8 2.5 5.0 5.0
　　注:数据引自《木兰科 7种植物的组织培养技术的研究》
度为标准挑选出广玉兰的最佳外植体为
叶芽和花托 , 王琪 , 王喆之[25] 等人的实验
也得到了相同的结论。 对于木本植物来
讲 , 位置效应也是一个不可忽视的细节 ,
因为位置效应可以影响植物的生理状态 ,
位于枝条顶部近于树冠的地方树木的生
理年龄较小 、物质代谢活跃 , 这对外植体
的再生能力和褐化问题会产生影响。徐
石[26] 等人对天女木兰的顶芽和侧芽进行
研究发现 , 侧芽的褐化较轻 , 当首选侧芽
为外植体建立再生体系。微观上分析还
认为位置效应和植物激素的分布梯度有
关 ,由于内源激素是不平衡分布的 , 致使
基因的表达不一致 , 从而形成不同的生长
状态。目前 ,关于木兰科外植体取材位置
的不同对诱导分化的影响还未见报道。
因此 ,在进行组织培养时 , 外植体的正确
选择对能否达到预期的效果产生着重大
的影响。
2.3　培养基的成分
培养基是植物组织培养的物质基础 ,
也是植物组织培养能否获得成功的重要
因素[ 27] 。组织培养中 , 有的时候还需要
根据植物本身的特性 , 减少或添加某种成
分 、加大某种元素使用量来对培养基进行
改良 , 以利于植物的生长。 Kamenicka ,
A.分别对飞碟玉兰(Magnolia x sou-
langiana)的最适培养基和最佳碳源做了
研究 ,结果表明改良的 Standa rdi-Catala-
no(1984)培养基(S-medium)比WPM 培
养基更利于飞碟玉兰腋芽的增殖 , 果糖 、
甘露醇和木糖比蔗糖更利于腋芽的增殖 ,
纤维素和木糖促进根的发生而山梨醇 、鼠
李糖 、树胶醛糖则抑制不定根的形成。刘
根林[12] 对杂交鹅掌楸最佳培养基进行研
究 , 认为改良的 Risser-White(1964)培
养基(Ca2+质量浓度减半 , VB5 1 mg/ L ,
Bio tion 0.01mg/ L)较适宜初始和继代培
养。依据植物材料的不同而选择和改良合
适的培养基是组织培养程序中的重要一
步 ,也为以后各步骤的开展奠定了基础。
2.4　培养的环境条件
环境条件(光照 、温度 、湿度等)可对
再生植株的形成和质量产生影响 , 如褐
化 、玻璃化 、水渍化等。光照包括光照强
度和光照周期两个因子 , 当光照大于 15 h
时 ,玻璃化苗的比例明显增加 , 增加自然
光后 ,紫外线能够促进试管苗成熟 , 加快
木质化 ,玻璃苗的茎 、叶变红 , 玻璃化逐渐
消失[ 28] 。周丽艳[ 29]在对白玉兰组织培养
中褐化机理的研究中发现 ,暗培养可以有
效的抑制褐化。张晓红 、经剑颖[ 30] 认为
低温可减少木本植物褐化的程度 ,合适的
温度和继代次数可以防止玻璃化的产生
和提高生根的质量。 由于木兰科植物组
织培养技术起步较晚 , 目前的研究只是初
步建立了植物的再生体系 ,关于环境条件
是如何影响木兰科植物再生苗质量的研
究还较少 , 在以后的工作中 , 我们应重视
环境对提高植株质量影响的研究 ,以期达
到降低工厂化育苗成本 , 科研和生产相接
轨的目标。
3　木兰科植物组织培养技术中存
在的问题
3.1　褐化
严重的褐化一直是困扰组培技术在
木兰科植物广泛应用的问题之一。褐化
按其机理可分为酶促褐化和非酶促褐化 ,
木兰科植物的褐化属于前者。引起植物
褐化的因素很多 ,在采取抑制措施时可以
从以下三方面来考虑 , 向培养基中添加防
褐剂 ,对外植体或母株进行选择和预处
理 ,另外还可以改变培养基和培养条件 ,
如降低无机盐浓度 、采用液体培养 、改变
激素的比例等。目前的研究中 , 主要使用
前两种方法来抑制木兰科植物褐化。褶
建民[ 17] 对白玉兰的褐化障碍化进行实
验 ,通过向继代培养基中添加不同浓度的
抗氧化添加剂来观察试管苗的增殖率变
化。研究认为 0.5 g/ L 的活性炭要优于
抗坏血酸起到抑制褐化的效果 , 经过此处
理的植株褐化轻 ,增殖率为 5.1 与对照组
4.7 的增殖率产生显著差异 。谭泽芳 , 洪
亚辉等在研究广玉兰时认为 0.8 g/ L 的
活性炭对广玉兰抑制褐化的效果最好 , 而
剂量过多的时候会阻碍愈伤组织的生长。
Iise E.G.Biederman[ 5] 将取材时间设置为
12 月至次年 3 月的冬芽萌动时期 ,在一定
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程度上减少了星花木兰等植株褐化的损
失。植物本身的内在因素和环境的条件
都对褐化产生影响 , 所以在解决这一问题
上没有统一的通式 , 只能根据实际情况来
采取相应的措施。
3.2　增殖率低
木兰科植物在愈伤组织诱导 、不定芽
的产生上都有较大的难度。 目前 , 木兰科
植物分化成苗一般采用以芽生芽的方式 ,
研究者多以顶芽或腋芽作为培养对象进
行单芽茎段培养或腋芽分枝 、丛生培养。
这种方法获得的再生苗不易受培养条件
的影响而产生基因型的变化 , 遗传稳定性
较好 , 但增殖率较低 , 材料受限制较大。
不定芽发生虽然较以芽生芽的方式诱导
难度大 , 但可选的外植体类型多样 , 来源
丰富 , 叶片 、叶柄 、茎 、根等都能进行切段
培养产生大量的不定芽 , 目前木兰科植物
中利用这种方式进行增殖的研究还很少 ,
只有曾宋君[ 31]等人用深山含笑的上胚轴
作为材料获得了成功 , 他们在 MS+2 , 4-
D2.0 mg/ L +BA3.0 mg/ L +NAA 0.2
mg/ L的培养基上诱导出了大量的不定
芽 , 增殖系数达到了 7.5。毕艳娟[ 32]通过
分段培养的方法提高了白玉兰的增殖系
数 , 所谓分段培养就是指在增殖培养基上
培养一段时间后再转移到另一种激素浓
度比例不同的培养基上 , 这种激素的变化
可能引起一些植物的增殖系数的提高。
总之 , 大多数木兰科植物的分化研究还是
处于初级阶段 , 如何通过调节激素 , 改变
增殖方式等来提高增殖率将成为以后研
究工作的又一重点。
3.3　生根困难
木兰科植物生根难易程度因树种而
异 , 有极少数树种在不加任何激素或只有
少量生长素的培养基上就可产生不定根 ,
如木兰荆红豆杉 、醉香含笑 , 生根率都在
90%以上 , 而对于大多数的木兰科植物来
说 , 生根还是较为困难。 王碧秦 、余发新
对 7 种木兰科植物(见表 1)进行诱导生根
都未获得成功。生长素的种类和浓度是
诱导生根的关键因子 , 孟雪[19] 在对白玉兰
进行快繁实验中发现向 1/2MS 培养基中
添加 0.2 mg/ L浓度的 IBA或向 1/ 4MS 添
加 0.5 mg/ L 浓度的 IBA 可以使白玉兰
的生根率达到 80%。 谭泽芳 , 胡超用广
玉兰的愈伤组织进行生根实验时发现少
量的 NAA 有助于根的诱导 , 但量不宜超
过 2 mg/ L 。影响植株生根的因素很多 ,
除了生长调节物发挥作用外 , 培养基中的
所有成分(包括基本的无机和有机成分 ,
也包括糖类 、琼脂 、等添加成分)甚至培养
基的 pH 值都可以直接影响植物生根 , 培
养微环境 、外植体类型也与生根有着密切
的关系。另外 ,国内外研究者都尝试通过
试管外生根的方式来进行生根 , 郭治
友[13] 在研究杂交鹅掌楸组织培养时利用
此方法 ,在有机腐质土基质上进行瓶外生
根获得成功 , 其生根率达到 83.3%以上。
总之 ,木兰科植物中只有少数树种的生根
获得成功 , 而且获得成功的结果有些都很
不一致 ,很难形成定论 , 生根困难仍然是
木兰科植物组织培养中的一个难题。
4　小结
随着生物技术的迅速发展 , 植物组织
培养技术作为一种重要的生物研究手段 ,
为人类的进步与发展提供了强有力支撑。
在近 20 年来 , 木兰科植物组织培养的技
术在国内外都有了较大的发展 , 但研究还
不够深入 , 一些重要问题(褐化 、生根困
难)还没有得到普遍解决 , 各项实验还都
只是停留在启动培养和植株再生体系建立
上,对于如何提高再生苗质量和更深层次上
的机理问题研究仍然是空白,这将成为后继
研究者们主要深入研究的方向之一。随着
人们对木兰科植物的潜在价值的日益重视,
这一技术将不仅局限于对木兰科植物的增
殖扩繁 ,而更多的是与生物基因等技术的结
合应用,在植物器官 、组织和细胞的代谢规
律、珍贵木兰科植物种质资源保存 、个体遗
传与突变性状的保存 、改良新品种 、新变种
等方面发挥更大的作用。
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(7 ～ 32 本刊略)★
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