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三角梅优秀园艺品种“水红”组织培养体系构建
编者按：为实现优秀三角梅园艺品种“水红”的规模化生产，促进其产业化发展，建立高效的再生体系，明确其生根机理。选用多种植物生长调节剂，建立完整组培扩繁体系，通过形态及解剖学观察探讨不定根发生类型及过程，测定酶活性及各内源激素含量变化趋势分析其生根过程中内部生理生化的动态变化与外部生根的联系。本研究为“水红”三角梅规模化扩繁提供关键的技术途径，并为不定根发生提供重要的理论指导，有助于试管苗更好地生根和商品化生产，进一步推广三角梅在园林造景、生态调控及医疗保健等方面的应用。
一、“水红”三角梅的地位和重要性
据悉，三角梅属(Bougainvillea)植物具有重要的观赏和文化价值，在改善生态环境、杀菌和药物抗病毒等方面有着广泛应用。三角梅在中国大规模的栽培开始于上世纪80年代，因其出众的观赏价值及环境适应力，现有22个地区将三角梅作为当地的代表花卉，成为珠海、深圳、厦门等多地的市花。在大量优秀园艺品种中，自然杂交种“水红”三角梅，源于菲律宾马尼拉，由一位名叫玛丽(Mary)的女士采集种子并培育，由夏威夷檀香山植物园主任Paul R. Weissich命名，并于1959年由菲律宾拉古纳农业学院教授Juan V. Pancho和Eliseo A. Bardenas在杂志Baileya第七期“菲律宾的三角梅”专栏中收录并首次公布名称，2006年获英国皇家园艺学会花园植物优异奖。“水红”具有玫瑰红色的花苞片，开花期长，花朵密集且花量丰富，枝条长势稳健、耐修剪，整个枝条均有花序，盛开时形成花瀑状，常年开花，在园林绿化中表现优异，成为了极受欢迎的品种之一。
二、组培扩繁体系的现存问题
植物组织培养技术的建立使得人们能在植物育种、工业生产、种质保护和遗传工程等领域开展更深入研究，是植物脱毒与扩繁的重要方法，同时减少对野生植物资源的依赖。在应用植物组织培养技术过程中，根培养是指无根试管苗生根的过程，目的是使生出的不定根浓密而粗壮，决定了是否能够成苗。特别在木本植物培养中，其培养周期长, 成年型外植体难以生根，致使很多植物在组织培养时停留在诱导及增殖阶段。因此，启动率低、增殖系数小、生根难和移栽成活率不高是限制木本植物利用组织培养技术进行产业化推广面临的几大难题。
三、攻克问题的核心内容
三角梅属植物因花管很小而难完成授精过程等原因，造成常规繁殖系数小、生根时间长、受环境温度限制等问题。三角梅众多优秀的园艺品种普遍存在扦插生根困难，在“水红”三角梅扦插繁殖研究中也发现生根率较低，利用组织培养的快速繁殖、克服杂交不亲和等优点无疑可以让“水红”三角梅属植物得到很好的推广及应用。上世纪开始便有学者开始探索三角梅组培体系的建立，近年来随着三角梅的广泛应用，国内学者也逐渐从外植体选择、培养基及激素配比等方面进行了探索，但品种间仍然存在较大差异，且普遍存在激素使用单一、实验设计不合理等问题，同时，有关三角梅的生根机理尚不清楚。在“水红”三角梅的组培体系研究中，获得了较低增殖率以及生根率，并不能满足“水红”三角梅在我国的工厂化技术需求，也缺少生根机理上的理论指导。因此，获得高效的启动率、增殖率、生根率和移栽成活率来构建“水红”三角梅组织培养扩繁体系是攻克其组培繁殖的关键，在组培体系建立的基础上，对“水红”三角梅组培生根的形态学、解剖学和生理生化研究来探讨生根机理是攻克根发生形成过程的关键。
课题组选择茎段作为外植体，选用6-BA、KT和ZT等三种细胞分裂素，NAA、IAA和IBA等三种生长素作植物生长调节剂，探讨了不同浓度生长调节剂对茎段腋芽分化、增殖效果和生根状态的影响，包括无菌体系建立、初代培养、继代培养、生根培养到炼苗移栽的完整流程，成功获得了高效组培扩繁体系，相较以往研究在启动率、增殖率、生根率及移栽成活率等方面存在巨大进步。研究将为“水红”三角梅的规模化生产、促进其产业化发展提供重要的技术途径，且为有效的再生体系建立奠定基础。
作为水分、无机盐吸收以及同化物存储的重要器官，不定根的发生不仅是园艺、林木植物移栽、扦插、组织培养和工厂化育苗成功的关键，而且在提高植物抗逆性方面具有重要作用。成功的根发生诱导，不仅使得三角梅可以得到基本观赏配置等应用，从可以用作医疗、化学等方面，研究表明从三角梅根组织中可以分离出两种新的黄酮类化合物（Bougainvinones N–O）；能够干扰体外蛋白质合成的抗病毒蛋白（BAP1）；用作传统医学中治疗氧化损伤/氧化应激和炎症的天然治疗剂的水醇和乙醇提取物；用于分离和抗高血糖的筛选来治疗糖尿病；包含罕见的磷酸甘油、植物醇和一种新的不饱和脂肪酸等，可见三角梅的生根研究具有十分重要的理论指导价值。
四、生根机理成果简介和价值
在前期建立的组培体系基础上，课题组通过形态学、解剖学以及酶活性和内源激素含量的测定研究不定根发生的发生机理，期望为三角梅的规模生产提供理论指导和技术支撑。研究发现，“水红”三角梅组培生根为诱导型中的愈伤生根型，包括愈伤组织形成及薄壁细胞活跃期（5~10d），不定根原基形成期（10~15d）和不定根形成期（15d之后）。通过生理生化指标测定，发现高POD和PPO活性有利于愈伤组织和根原基发生，高IAAO活性有利于愈伤组织形成，低IAAO活性有利于不定根原基的发生；高ZR和GA3含量有利于愈伤组织和根原基发生，而高IAA含量抑制愈伤组织形成，高ABA抑制不定根原基发生形成，IAA/ABA、ABA/GA3和IAA/ZR比值也影响着三角梅的不定根原基和不定根形成。研究将有助于试管苗更好地生根和商品化生产，进一步为难生根三角梅品种的生根提供参考。
本研究将为“水红”三角梅的规模化生产、促进其产业化发展提供重要的技术途径，且为有效的再生体系建立奠定基础。同时，弥补三角梅在不定根发生过程中的研究空缺，分析三角梅组培苗不定根发生机理，这有助于三角梅更好地生根并形成生产商业化，并为其他木本植物生根提供了理论基础。本研究一共发表5篇论文，包括3篇中文核心，1篇二区和1篇三区SCI，总影响因子10.152。
致谢：感谢祝遵凌教授和圣倩倩副教授的指导与帮助。
感谢国家自然科学基金、江苏省自然科学基金的资助。
作者：黄 涛
指导老师：祝遵凌；圣倩倩
本期编辑：李青青