秋水仙碱诱导药用植物多倍体的研究进展

刘露颖　赵喜亭　李明军

摘要：本文对秋水仙碱诱导药用植物多倍体的诱导方法、影响多倍体诱导效果的因素及目前存在的问题进行了综述，为进一步开展秋水仙碱诱导药用植物提供依据。

关键词：秋水仙碱；药用植物；多倍体；研究进展

中图分类号： S567.035.2 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）04-0178-03

收稿日期：2013-08-20

基金项目：中国博士后科学基金（编号：2011M500457）；中央高校基本科研业务费专项资金（编号：2011JS076）；河南省教育厅自然科学研究计划（编号：2010A180015）。

作者简介：刘露颖（1988—），女，河南信阳人，硕士研究生，主要从事药用植物生物技术研究。E-mail：liuluying2007@163.com。

通信作者：李明军，博士，教授。E-mail：limingjun2002@263.net。多倍体植物是指具有3套或3套以上完整染色体组的个体[1]。由于其染色体数目加倍，个体常表现出营养器官变大、抗逆能力增强等特征，在生物进化与育种上具有重要意义。人们从植物资源中获取食品、药物及其他多种工业原料。目前世界各国对天然药物需求和开发的不断增加，使药用植物面临着日益严重的资源危机，尤其是以营养器官为药材的药用植物资源危机更为严重。因此在有限的资源条件下，如何增加以收获营养器官为主的药用植物的产量就成为研究的重点。多倍体药用植物的获得就成为主要途径，因为多倍体的营养器官较正常植株大，且染色体是在原来基础上整套加倍，不会造成原有药用化学成分的丢失，相反会使原有药用化学成分显著增加[2-3]。多倍体诱导常用化学方法，所用的化学药剂主要有秋水仙碱、水合三氯乙醛、笑气、富民隆等。其中秋水仙碱只阻碍细胞分裂中期纺锤丝的形成，使细胞中与微管相关的功能受到阻碍和丧失，使有丝分裂被迫中断[4]，但细胞和细胞质并不分离从而导致同源染色体数目加倍，形成同源多倍体，其对染色体的结构并无太大影响，在遗传上也很少出现其他不利的变异[1]。因此秋水仙碱被广泛应用，其诱导效果也较其他化学药剂好。因此本文对近年来秋水仙碱在诱导药用植物多倍体上的应用进展进行综述。

1秋水仙碱诱导方法

秋水仙碱诱导药用植物多倍体的方法有活体诱导法和离体诱导法两种。

1.1活体诱导

活体诱导一般有浸种法、生长点滴定法、涂抹法3种方法。近十年来秋水仙碱活体诱导药用植物的例子见表1。

1.1.1浸种法浸种法，就是将植物种子完全浸入到适当浓度的秋水仙碱溶液中，在适宜温度下处理适宜时间获得多倍体植株的方法。这种方法适用于以种子为繁殖材料的药用植物，已在甘草种子[5]、菘蓝种子[6]、牛蒡种子[7]、罗汉果种子[8]、新疆雪莲种子[9]上进行了研究（表1）。研究发现此法虽然简单易操作，但诱导率低，变异植株出现嵌合体的现象较严重，如甘草种子经0.20%秋水仙碱处理24 h，诱导率仅为3.33%，且获得的变异植株均为四倍体的嵌合体[5]；菘蓝种子和牛蒡种子经适当浓度的秋水仙碱处理适宜时间后，虽然能获得较高的诱导率（菘蓝种子为37.5%、牛蒡种子为400%），但获得的多倍体植株也均为嵌合体[6-7]。另外，这种方法使植物种子直接暴露在秋水仙碱溶液中，因此加大了秋水仙碱对植株的毒性作用，造成种子萌发和根系生长困难，且死亡率高，罗汉果种子用0.1%的秋水仙碱浸泡48 h后就开始出现毒害现象[8]；用秋水仙碱浸泡新疆雪莲种子获得的绝大部分变异植株，其根系在生长后期因秋水仙碱的毒害作用而受损，无法吸收营养，最终导致死亡[9]。

2.1外植体

外植体的来源是影响秋水仙碱诱导效果的一个很重要的因素。在秋水仙碱处理植物体细胞染色体加倍试验中，外植体一般为愈伤组织、种子、芽、胚状体、茎尖分生组织、试管苗及由花柄、叶片、花茎组织培养所得的原球茎[35]。此外，也有花粉[36]。不同植物诱导多倍体的适宜外植体不同[35]。天山雪莲的适宜外植体为无菌苗[24]；南丹参的适宜外植体为叶片，诱导率可达33.33%[29]。在对百合的研究中发现，与鳞片[37]、无菌试管苗[38]、丛生芽[23]相比，不定芽是最为适宜的外植体，诱变率达50.0%[39]。另外，随着研究的深入，人们发现外植体的发育时期也是影响诱导效果的一个重要因素。种子和芽可以在休眠状态或代谢旺盛时期进行处理，但生长点处理时期越早，获得的多倍体数目愈多，处理时间愈晚，则大多数出现嵌合体[40]。

2.2秋水仙碱浓度及处理时间

秋水仙碱的浓度和处理时间是影响染色体加倍的最重要的外在条件。用秋水仙碱处理时，植物种类不同，其浓度和处理时间的最佳组合不同[41]。以浸泡法为例，非洲菊染色体加倍的适宜浓度和时间组合是0.1%、8 h[42]；毛泡桐染色体加倍的适宜浓度和时间组合是0.05%、48 h[43]；长春花染色体加倍的适宜浓度和时间组合是0.2%、24 h[44]；桉树染色体加倍的适宜浓度和时间组合是0.21%、26.2 h[45]；盾叶薯蓣微块茎加倍的适宜浓度和时间组合是0.15%、24 h[46]；怀地黄染色体加倍的适宜浓度和时间组合是0.1%、24 h[27]。菊花脑种子进行染色体加倍诱导的适宜浓度和时间组合是 50 mg/L、48 h[40]；药用百合丛生芽进行染色体加倍诱导的适宜浓度和时间组合是0.1%、72 h[23]；库拉索芦荟试管苗进行多倍体诱导的适宜浓度和时间组合是0.06%、12 h，而对其茎段、叶片进行秋水仙碱棉球覆盖处理时，0.02%的秋水仙碱处理48 h为最适宜的浓度和时间组合[25]。这可能是由于不同来源的外植体对秋水仙碱的反应、耐受能力及敏感程度不同所致。

3存在问题与展望

虽然在细胞有丝分裂过程中，秋水仙碱能够阻止纺锤体的形成而使染色体加倍，但随着研究的进一步深入，用秋水仙碱诱导药用植株染色体加倍还存在着一些亟待解决的问题。endprint

首先，毒害问题。秋水仙碱对药用植株的毒害作用主要表现在：抑制种子的萌发、根的生长和不定芽的分化，甚至使材料在处理过程中死亡，另外处理后外植体在继代培养中也容易褐化死亡。因此在处理药用植物材料过程中筛选出最适宜的秋水仙碱浓度及处理时间显得尤为关键，在保证诱导效果的情况下应尽量减少秋水仙碱用量，缩短材料与秋水仙碱的接触时间。

其次，嵌合体现象。由于分生组织细胞分裂的不同步性，用秋水仙碱处理后并不是所有细胞都可以加倍为多倍体，染色体未加倍的细胞与加倍的细胞嵌合在一起就形成了嵌合体。由于嵌合体现象严重，使得真正同一倍性的多倍体频率过低，严重制约了药用植物多倍体育种的发展。要从嵌合体中筛选出多倍体，可从形态上筛选出与正常植株有显著差异的多倍体叶片等材料，通过组培手段获得再生植株；或对其植株进行分离繁殖、多次继代培养等方法消除嵌合体；也可直接将嵌合体解离为单个细胞，进行单细胞培养，再将判定为多倍体的单细胞挑出后直接再生形成植株。

因为多倍体的产生受外植体的生长状态、倍性水平，以及秋水仙碱的处理时间、浓度、温度和渗透剂等因素的影响，要使秋水仙碱诱导成为药用植物多倍体育种的一项成熟技术，还需要在更多的药用植物上开展广泛的研究。

尽管秋水仙碱在药用植物多倍体诱导上还存在一些问题，但其在药用植物的多倍体育种工作中也取得了较大的进展，获得了一些抗逆性强、品质优的多倍体新品种[12-14]。随着秋水仙碱诱导多倍体方法的成熟，以及与现代生物技术相结合，其在缓解药用植物种质退化、培育优质药用植物品种等方面将会发挥更大的作用。

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