芝麻组织培养研究进展

李红艳 孙亚楠

[摘 要] 本文主要论述目前芝麻组织培养的研究进展，主要包括以器官片段作为外植体的组织培养、体细胞胚胎发生、花药培养、幼胚及原生质培养等方面的研究，为今后芝麻组织培养工作的开展提供理论依据。

[关键词] 芝麻;组织培养;外植体;体细胞胚胎;花药

[中图分类号] S565.3 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2020）25-33-3

1 芝麻概况

芝麻（Sesamum indicum L.）是胡麻科（Pedeeliecease）芝麻属（Sesamum L.）一年生草本植物，在我国古代又称胡麻、巨胜、方茎、狗虱、交麻、白油麻和脂麻等。其茎直立，总状花序顶生，花单生，或两三朵簇生于叶腋，花冠圆筒状，唇形，淡红、紫、白色。因品种不同，蒴果的棱数有4、6、8不等。种子扁圆，有白、黄、灰、棕红和黑色等，浅色种子含油量较高，黑色的种子入药，味甘性平，有补肝益肾、润燥通便之功效。芝麻是我国重要的优质油料作物，种子含油量因品种和产地不同而不同，一般在40%～65%，芝麻油中蛋白质含量一般在20%～28%。芝麻油营养丰富，含有丰富的芝麻酚林、芝麻素、维生素E等天然的抗氧化类物质，是食品加工与烹调的较优用油。深色种皮的芝麻还有一些特殊作用，尤其是纯黑芝麻，补胃、乌发，还能预防感冒，是天然的滋补保健品。

芝麻是我国四大油料作物之一。我国芝麻常年种植面积在80万hm2左右，总产量约为75万t，居世界之首位。同时，芝麻是我国重要的出口创汇农产品。因此，发展芝麻生产具有重要的意义。但是，目前我国芝麻生产中存在许多急需解决的问题。首先，商品一致性差。我国芝麻种植主要以农户为单位，生产布局混乱，品种以地方品种为主，多、乱、杂，多种品种共同种植在一个自然村或同一地块，管理上缺乏科学的指导，最终导致商品一致性差，与市场需求不相适应。其次，芝麻产量不稳定。我国芝麻主要分布在河南、湖北、安徽三省，且多为麦茬夏芝麻，生育期短，一般在90 d左右，整个生育期间又易遭受湿涝害、病虫害的危害，但生产上又极度缺乏高抗病、耐渍新品种，造成各年份间芝麻产量波动幅度极大。最后，长期以来，我国主产区常因涝害和病害大发生而导致芝麻产量低、不稳定，严重影响着芝麻产业发展。应用抗病品种是病虫害防治最有效直接的方法，但在栽培种中尚未发现对枯萎病和茎点枯病免疫的品种，高抗品种也较少。因此，生产上迫切需求供应高度抗病、高产的新品种。而研究发现，目前我国芝麻生产上应用的栽培种来源比较单一，遗传基础相当狭窄，进一步通过品种杂交很难选育出抗病耐滞的理想品种。

近年来，随着生物技术的迅猛发展，组织培养、遗传转化等现代生物技术已经可以从基因水平定向改造植物的遗传性状，以提高育种的目的性和可操作性，扩展育种范围，丰富基因资源。当然，现代生物技术的发展为芝麻进行遗传改良、新种质创造及新品种培育提供了新途径。但截至目前，芝麻基础研究相对落后，芝麻雄性不育分子理论、芝麻组织培养及再生体系、芝麻抗病耐滞分子机理等技术研究刚刚有所发展，作为分子生物学研究基础的芝麻转基因体系在我国尚未建立，目前我国还没有芝麻转基因技术的成功报道，这在一定程度上制约了芝麻遗传育种及基因组学等相关研究的开展。

2 芝麻组织培养研究现状

植物组织培养即植物无菌培养技术，是根据植物细胞具有全能性的理论，在无菌条件下，利用植物体的器官（芽、根尖、茎尖等）、组织（形成层、表皮、皮层、髓部细胞、胚乳和花药组织）、细胞（体细胞、生殖细胞等）、胚胎（成熟或未成熟的胚）和原生质体等特定材料，在适当的人工培养基及光照、温度等人工条件下，诱发其产生愈伤组织或不定芽以形成完整的植株的技术。

与其他作物相比，芝麻属于较难进行组织培养的植物，这是由许多因素制约着芝麻植株再生所决定的。截至目前，我国开展芝麻组织培养技术研究已有20多年历史，并取得了一定的成果[1]。

2.1 器官片段作为外植体的组织培养

国内外研究报道表明，利用芝麻的子叶、茎段、下胚轴等特定器官已能成功建立芝麻组织培养技术体系。例如，陈占宽等利用豫芝4号子叶在培养基上直接诱导出丛生芽，并建立了无性繁殖系统[2]。石淑稳等利用刚果野芝麻茎节得到了再生植株[3]。George等以芝麻下胚轴为外植体进行组织培养，获得了极少量的芽，利用茎尖培养获得了再生植株[4]。Rao等取生长健壮、无病虫害的不同基因型芝麻供试材料在无菌条件下拨出茎尖接种，最终获得了正常的再生植株[5]。Gangopadhyay等取5个基因型芝麻的茎节在MS+BAP 8 mg/L+NAA 0.5 mg/L培养基上培养，均能不同程度地获得健康的无菌苗再生植株[6]。Sharma等探讨了利用芝麻不同外植体获得无菌苗再生植株[7]。

研究发现，不同材料的植株再生频率差异较大，其中子叶较易分化并获得再生植株。李宝平等研究表明以子叶和下胚轴为外植体得出芽的分化率在40%以上[8]。易永华等研究表明不同器官的分化率不同，子叶愈伤组织分化率低，下胚轴愈伤组织分化率为36%[9]。并木满夫[10]、Rao等[5]、Sharma等[7]、Singh等[11]和Seo等[12]分别以芝麻子叶作为外植体进行了研究，培养基分别为Murashige和Skoog's（MS）、Linsmaier和Skoog's、Gamborg's和L6，不定芽形成的最适培养基为Murashige和Skoog（MS）。Taskin研究表明子叶的愈伤分化率为100%[13]。郅玉宝等研究发现子叶直接分化率为83%[14]。Younghee研究发现子叶的愈伤分化率为10%[15]。Beatrice等研究发现最佳生长调节剂组合为20 μM TDZ和2.5 μM IAA，再生外植体的再生频率为63%，再生芽数为4.4个，外植体再生芽数和再生芽数的基因型差异均显著[16]。石淑稳等研究得出下胚轴仅在MS+6-BA 0.5 mg/L+NAA 0.1 mg/L培养基上愈伤分化出了芽[17]。李明军等研究了5种植物激素对芝麻下胚轴愈伤组织的形成和器官发生的影响，结果表明，2，4-D或NAA（1.0 mg/L）+BA或KT（0.5 mg/L），2，4-D（0.5～1.0 mg/L）和NAA（0.5～1.0 mg/）对愈伤组织的诱导率最高;BA或KT（0.5～1.0 mg/L）可促进下胚轴芽丛的形成;NAA（0.5～1.0 mg/L）、IAA（0.5～1.0 mg/L）和KT（0.5～1.0 mg/L）对下胚轴根的形成最有利[18]。Younghee研究表明下胚軸的愈伤分化率为25.8%[15]。余泽高等研究表明蔗糖浓度30 g/L对子叶、子叶节愈伤组织诱导较为有利，蔗糖浓度40 g/L对下胚轴愈伤组织诱导较为有利[19]。

2.2 體细胞胚胎发生研究

体细胞胚的发生是植物细胞全能性表达最完全的一种方式，与诱导器官分化相比，体细胞胚遗传性相对稳定，不易发生突变，在适宜的条件下易长成独立的植株，成苗率较高，这一现象可加快繁殖优良种质并保持其遗传性。但因为愈伤组织分化比较困难，因此芝麻体细胞胚发生方面的成功研究不多。

2.3 花药培养研究

植物花药培养是以获得单倍体植物为目的所采用的一种方法。通过花药的培养可以形成单倍体植株，快速获得纯系，还可用于创造突变体及其细胞工程研究，大大简化新品种的培育过程。在1980年国际芝麻会议上，专家们认为单倍体利用是芝麻育种的一条重要措施。1981年以来，国内外关于芝麻花药培养的研究大都处于愈伤组织阶段，有的获得了胚状体。石淑稳等[17]、刘满[20]对芝麻的花药培养开展了一定的研究，但未能获得单倍体再生植株;谢莉琴等在一定条件下得到花粉的萌发率，蔗糖对于芝麻花粉的萌发有重要作用，蔗糖浓度为35%时芝麻花粉内外的渗透压达到平衡，有利于花粉萌发;培养基内添加适量的硼酸和氯化钙能有效促进花粉萌发，但超过一定浓度时起抑制作用;培养基以35%蔗糖、40 mg/L硼酸、200 mg/L氯化钙为宜，花粉萌发率在58%左右;超声波处理功率、处理时间及处理次数对芝麻花粉的萌发率和破碎率有显著影响[21]。

2.4 幼胚及原生质培养研究

很多研究表明，幼胚培养技术在作物杂交育种中对于克服远缘杂交时的胚败育、缩短杂交育种的世代周期、加快育种速度是一种极其重要的手段，而关于芝麻幼胚培养的研究极少。上述研究都是人工取其幼胚进行接种获得再生植株，石淑稳等则直接通过幼蒴获得再生植株[22]。张海洋等对野芝麻远缘杂交杂种幼胚在1/2MS培养基上进行培养，形成了再生植株[23]。

原生质体培养则可以克服有性杂交不亲和性进而获得体细胞杂种，实现物种间的体细胞杂交，从而产生远缘杂交后代。原生质体是进行遗传操作与遗传转化较为理想的受体。然而，与其他作物相比，芝麻原生质体的培养难度较大，得到再生植株的报道也是至今未见。仅1989年Bapat等获得了原生质体的愈伤组织[24]。

3 结语

芝麻组织培养有一定困难，目前还未形成成熟的研究体系，今后的研究应侧重于不同基因型、植物生长调节剂的影响、物理因素等方面。全面系统地研究芝麻的组织培养，不仅要建立不同基因型的高效芝麻子叶直接诱导芽体系，而且要建立高效的愈伤组织诱导再生体系。

参考文献

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