全 文 ：南瓜属蔬菜细胞与组织培养研究进展
徐恒 戬
(山东理工大学生命科学院 ,淄博 255049)
中图分类号:S642.103.6 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2006)06-0127-03
南瓜属(Cucurbita)蔬菜是葫芦科的重要作物 ,主要包括南
瓜(C.moschata Duch)、西葫芦(C.pepo L.)、笋瓜(C.maxima
Duch)和黑籽南瓜(C.ficifolia Bouch), 除黑籽南瓜外 ,都是传
统蔬菜 ,特别是中国南瓜曾是粮食短缺时期的重要补充食品 ,
但是对南瓜属蔬菜的研究相对滞后。近几年来 ,随着南瓜属蔬
菜在营养和保健方面[ 1] 、医疗方面的美好前景[ 2]以及特有的观
赏价值[ 3]等方面的突出进展 ,以及含有抗病性基因资源[ 4] ,受
到越来越多的关注 ,在南瓜栽培和常规蔬菜育种[ 5]等方面取得
较大进展。但南瓜的常规育种无法满足生产需求 ,许多南瓜的
优良基因资源得不到利用 ,特别是在抗性育种等方面。生物技
术的快速进展 ,为南瓜基因资源的利用和育种提供了较好的途
径, 但相关研究还较少。组织与细胞培养技术是现代生物技术
的重要组成部分, 在多数情况下 ,也是进一步进行基因工程的
重要基础。现对研究南瓜属蔬菜作物方面的成果进行概述 ,为
南瓜属蔬菜的未来科研和育种提供参考。
1 南瓜属蔬菜的离体快繁和器官再生研究
器官离体再生是植物组织培养的重要内容 , 在黄瓜 、西
瓜 、甜瓜 、葫芦等作物上非常成功 ,但在南瓜方面则困难较大 ,
进展一直缓慢。从现有的研究结果看 ,影响南瓜离体快繁和
器官再生的因素主要有以下几个方面。
1.1 基因型
基因型是影响植物组织培养成功与否的重要因素。目前
已经建立的再生体系并不多。表 1 列出了部分成功培养的基
因型。对于许多基因型 , 还无法获得再生植株。 在成功的基
因型中 ,再生情况差异也较大。Abrie et al(2001)利用西葫和
笋瓜品种获得了高效的再生植株 , 但有 3 个品种在任何培养
基上都没有形成再生器官 ,但是 , 笋瓜品种 Chicago Warted 却
发生了胚胎途径的再生。Hales Best 36 品种在所有的含有细
胞分裂素的培养基上都能形成芽 ,表现了较强的基因型差异。
1.2 培养基
在组织培养和器官再生的过程中 , 培养基起关键作用。
在器官再生时 ,基本培养基是以 MS 培养基为主要培养基 ,间
或出现改良型 MS 培养基。 培养基的重点在激素配方上 , 其
中 6-BA 是使用频率最高的细胞分裂素类激素 ,诱导器官再
生的有效范围在 1.0～ 6.0 mg/ L 之间[ 7](Lee et al , 2002;赵建
萍 , 1999), 在西葫芦离体培养开花上 , KT1.0 mg/ L为最优的
激素配方[ 12] 。在生长素类激素中 , 在不同的试验中分别应用
了 IAA、NAA 、IBA等 , 范围在 0.05 ～ 1.0 mg/ L 之间。
＊基金项目:山东理工大学博士基金项目 ,编号:4041404012
收稿日期:2006-07-10
表 1 部分成功进行组织培养和器官再生的南瓜属蔬菜
基因型 组织培养目的 参考文献
“艾西丝” 快繁
“艾西丝” 离体再生 [ 7]
京乐 101 植株再生 [ 8]
赖皮南瓜 快繁 [ 9]
无蔓一号南瓜 快繁 [ 10]
黄狼 离体再生 [ 11]
西葫芦 离体开花 [ 12]
笋瓜 离体再生 [ 13]
西葫 离体再生
笋瓜 离体再生
西葫 离体再生 [ 14]
1.3 外植体类型
组织培养的外植体类型是影响培养成功与否的重要因
子。在现有的研究中 , 以快繁为目的的组培 , 茎尖为主要的培
养外植体 , 月增殖系数为 3.3 ～ 5[ 9 , 10 , 15] 。
在进行离体再生的研究中 , 外植体以子叶为主要类
型[ 7 , 8 , 13] 。
子叶的不同部位 , 再生能力有着极大差异。取相同日龄
的子叶 , 先横切为 3 , 将其分为顶 、中 、基 3 部分 , 然后再分别
切成带中脉和不带中脉 2 种类型 , 将 6 种不同的大小均为
0.5 cm2的切块分别接种到培养基上 , 统计结果表明 , 子叶不
同部位的切块均能诱导出愈伤组织 , 诱导率为 73%～ 100%。
但不定芽的分化结果却有显著差别:带中脉的中部 、基部子叶
块均有较高的不定芽诱导率 , 分别为 37%和 44% ,不带中脉
的基部子叶块也有一定的不定芽分化 , 诱导率为 12%, 而其
他部位的子叶均未能诱导出不定芽[ 8] 。这表明子叶基部的细
胞具有较大的再生能力 。在`艾西丝 南瓜子叶作外植体离体
培养中 , 子叶基部是唯一能诱导芽分化的部位[ 7] 。笋瓜 、西葫
芦也具有类似特点[ 13 , 14] 。
外植体的苗龄和大小也影响着器官再生的频率。在南瓜
中 , 刚转绿的南瓜子叶是诱导愈伤的最适外植体[ 11] 。但在研
究西葫的离体培养开花系统中 ,取西葫芦一片真叶期幼苗上
的子叶为外植体最为适合[ 12] 。笋瓜则是以 4 d 子叶为最
好[ 13] ;另外 , 外植体的大小也显著影响着不定芽的分化再生 ,
以 1/2 的子叶为最好 , 小于 1/4 的子叶 , 芽分化率显著下
降[ 13] 。
当一步诱导器官发生有困难时 , 可以对外植体进行二步
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诱导 , 即先诱导愈伤组织 , 再对愈伤组织进行不定芽分化诱
导。对南瓜的胚根 、胚轴和子叶分别进行愈伤组织的诱导 ,可
以直接看出不同外植体对愈伤发生情况的影响不同。子叶是
南瓜诱导愈伤的最适外植体 , 胚根次之 , 胚轴的诱导效果最
差;但不同位置来源的愈伤组织之间 , 芽的诱导分化是否有差
异 ,没有报道[ 11] 。
1.4 培养过程中的生理生化变化
在组培过程中外植体的褐化 ,是经常遇见的问题 , 关于褐
化的原因尚有许多未知之处 ,多数归结于分类物质氧化 ,蛋白
质在这个过程中的作用则少见报道。 Fujita et al从笋瓜的愈
伤组织中分离出了褐色的蛋白 ,分子量约 38 kd , 等电点 4.6。
该蛋白受到高浓度的 2 , 4-D(180 μM)的诱导 ,经鉴定可能是
硫氧还蛋白 h ,但也不排除是一种新蛋白的可能性 , 有待进一
步确定[ 16] 。温度在组培过程中也发挥重要作用。对离体培
养的西葫芦子叶 ,采用 33 ～ 35 ℃的热激 , 有利于 BA 发挥生
理效应。但这方面的研究还非常匮乏。
2 组织培养获得单倍体
单倍体在植物育种中的作用非常重要 , 在南瓜上发表的
研究报告还很少。
2.1 花药培养
在西葫的花药培养中 ,单核期的花药为适宜时期 , 单倍体
的发生受到蔗糖和 2 , 4-D 的强烈影响 , 而且对愈伤组织的
诱导与对成苗的影响不同 ,较低浓度的蔗糖(90 g/ L )和 2 , 4
-D(1 mg/ L)有利于愈伤组织的发生 , 而较高浓度(150 g/ L
的蔗糖 , 5 mg/ L的 2 , 4-D)成苗率最高。
2.2 子房培养
在子房培养中 ,西葫的子房发育时期对愈伤组织诱导和
植株再生非常关键 ,当日开花的未受精子房 , 愈伤诱导率最高
达 14.2%,开花前 3 日的子房也能够达到 10.5%的愈伤率 ,
而开花后两天的子房的愈伤率迅速下降到 4.4%。预培养能
极大提高愈伤率。发现在 0.8%琼脂和 2%蔗糖组合的芽分
化培养基上 , 25 d后 , 个别未授粉胚珠愈伤组织块有绿色芽点
状突起 ,并有嫩芽发生 , 其芽诱导率最高 , 达 15.6%。 在诱根
培养基中添加高浓度的 NO3-有利于不定芽根的形成 , 但其
作用机理尚不清楚[ 17] 。
2.3 胚培养
通过被射线辐照的花粉诱导子房产生单倍体胚 ,也获得
了成功。Kur tar 利用被射线辐照的花粉进行受精 , 获得了西
葫芦的单倍体胚和植株。研究表明 , γ射线的剂量 、基因型和
胚胎发育时期 , 对植株再生有着重要影响。 25 Gy 和 50 Gy
的γ-射线对孤雌生殖具有较好的诱导效应;虽然发育成各
个时期的胚胎都能形成单倍体植株 , 但只有 53.8%鱼雷胚和
23.1%心型胚可以发育成单倍体植株 ,与其它葫芦科植物相
比还较低[ 18] 。胚胎挽救技术在许多作物上进行了成功的应
用 ,是一条很有前途的育种途径。把南瓜与西葫芦的有性杂
交后代进行培养 , 其中 Piramoita品种的南瓜杂种 , 没有培养
成功 ,但另一个品种 duda 成功了 ,杂种后代表现可育 , 取得了
成功的经验[ 19] 。
3 体细胞胚胎发生途径获得南瓜的再生植株
在植物的离体培养再生过程中 ,除了器官再生途径外 ,胚
胎发生途径是另一个重要途径 , 在南瓜的离体再生研究中也
有发现。
3.1 基因型和激素对胚胎发生的影响
南瓜离体培养过程中 , NAA 、2 , 4-D都能诱导胚胎发生 ,
但所需激素水平 , 较愈伤组织诱导要低。利用西葫芦的子叶
诱导胚胎发生 , 11.6 μM 要比 26.85 μM 更有效;同时也受到
基因型的影响 , 在试验的 16 个品种里 , 只有 7 个品种能形成
胚性愈伤组织[ 20] 。采用 KT 对外植体进行预处理 , 对西葫芦
的胚胎发生具有促进作用。但也有报道 2 , 4-D 抑制西葫芦
胚胎的成熟 , 要得到再生的植株 ,就必须去掉 2 , 4-D ,在添加
IAA 和高浓度蔗糖的培养基上进行培养[ 21] 。
3.2 培养基对胚胎再生的影响
同器官发生一样 , 胚胎发生也受到培养基成分的影响。
对南瓜的研究表明 , 以还原态氮的 NH4Cl为唯一氮源时 , 体
细胞胚将停留在球形胚阶段 , 直到采用含有铵态氮和硝态氮
的复合氮源培养基上 , 球形胚才进一步发育成熟[ 22] 。进一步
研究表明 , 在含有 2 , 4-D 和 NH4CL 的培养基上 , 细胞胚胎
发生的初期 , 伴随着大量 DNA 的甲基化 ,随着胚的成熟 , 甲基
化程度降低[ 21] 。这表明胚发育的停止可能是由于大量 DNA
甲基化妨碍了相关基因的表达。
4 细胞与原生质体培养
原生质体的培养与融合的研究在南瓜上较少。郭德章等
(2004)采用电融合技术对黄瓜和黑籽南瓜的子叶原生质体进
行了融合 , 并对电场条件进行了优化 ,得到了融合细胞的愈伤
组织 , 但没能得到再生植株[ 23] 。
利用笋瓜的愈伤组织和细胞悬浮培养生产葫芦素 ,也获
得了成功。悬浮培养的接种量 、培养基的磷含量也影响着葫
芦素的产量 , 且在一定范围内成正相关。
5 问题与展望
伴随着饮食习惯由温饱型向营养型转变 , 由于保健和医
疗方面的作用 , 南瓜属蔬菜的地位将越来越重要。同其它瓜
类相比 , 南瓜属蔬菜的研究尽管取得了一些进展 , 还是相对落
后 ,细胞和组织培养的成功离子相对较少 , 特别是国内的研
究 , 显得更少。今后应当加强在南瓜属蔬菜的组培研究 , 扩大
离体再生的范围;在细胞培养方面 ,国内还未见报道 , 南瓜属
蔬菜所含有的一些有益物质 , 是否可以通过细胞培养进行大
量生产 , 将是重要研究方面。
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·生物技术· 北方园艺 2006(6):127～ 129
山区生态果园栽培
李 生 杰
(黑龙江省勃利县农业技术推广中心 ,154500)
所谓山区果树生态栽培是指在山区果树生产中 , 把果树
对地理气候环境的适应性作为制定 、实施果树栽培管理技术
的立足点 ,提高水 、光 、气 、热等资源利用率 , 建立起一个有机
结合 、相互协调 、相互制约的果园生态系统 , 以促进果树的丰
产 、稳产 、优质 、低耗 、高效 ,并在果树持续性生产中 , 促进果园
生态环境的逐步优化。
根据当地的气候条件和果树栽培区划的要求 , 选择交通
便利 、近于水源 、光照充足 、土层深厚的低丘缓坡地段建园 ,一
般果园的山体坡度宜在 25 度以下 , 地下水位在 2 m 以上 , 做
到宜果则果 ,适地适树。
果树是多年生作物 , 一经栽植 , 更不能轻易更换。因此 ,
各地在选择栽培品种时 ,必须结合本地的果树栽培区划 ,并根
据当地的气候条件 、自然状况 、交通运输条件和不同时期的需
要等 ,选择主栽品种和辅栽品种 , 更不要贪大求新 、赶时髦 ,要
根据各地的气候条件适时栽植 ,以免越区栽植 , 给生产造成不
必要的损失。
根据果园规模和立地条件 ,在园地周围配置防护林 ,以协
调果园生态环境。一般在相对高度较高的山体上建园 , 应在
园地顶部保存涵养林 ,不宜全面开发 , 在园地迎风面需设置防
风林带 ,以减轻强风对果园的侵害。
采取大穴 、大肥 、大苗定植 , 并逐年扩穴改土 , 以便为果树
根系向深度和广度伸展创造一个疏松 、肥沃的土壤环境。幼
龄果园套种绿肥 , 培植有机肥源 ,这有利于提高果园光能和土
地资源利用率 , 调节园内的生态环境 , 防止水土流失 , 改良熟
化土壤。
根据果树的生长发育特性和立地条件 ,因树因地制宜 , 科
学整形修剪 , 培养通风透光 、层次分明 、立体化结构的丰产树
形 , 改变重冬剪轻夏剪的思想 ,采取冬季修剪和夏季修剪相结
合的修剪方法。采取疏花疏果 、果实套袋等技术措施 , 调节生
长结果的关系 , 谨防掠夺性生产 , 通过促进合理挂果 , 以达到
优质稳产的栽培目的。
改变传统清耕法 , 推行计划生草栽培和旱季树盘覆盖。
一般在雨季前放任杂草生长 , 在雨季即将结束时再结合施肥
压埋杂草;在雨季结束后干旱来临前的土壤湿润期采用稻草 、
杂草等进行树盘覆盖 ,以降低土温 ,减少土壤水分蒸发 ,提高
土壤含水量。
根据果树的生长发育规律和需肥特性 , 以及肥对品质的
影响和肥效的持续性等 , 因地因树制宜 , 适时适量施肥 ,配方
施肥。注重肥料的配比使用以及有机质肥料和微量元素肥料
的施用。
认真地贯彻“预防为主 ,综合防治”的植保方针。在综合
防治中要以农业防治为基础 ,因地制宜 , 合理使用农药 ,利用
生物防治 、物理防治等综合技术措施 , 经济 、安全 、有效地控制
病虫害 , 以达到提高苹果产量 、质量 , 保护生态环境和人们的
身体健康的目的。提倡发展禽畜养殖业 ,实行种养并举 , 通过
在种果业和养殖业之间建立起良性生态循环必定会有利于促
进果业生产的蓬勃发展 。
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