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苔藓植物组织培养繁殖技术及其应用前景
:综述了苔藓植物组织培养的主要繁殖技术和研究进展,并介绍展望了其在生态保护、医药和园艺等方面的广阔应用价值和前景,为植物资源的可持续利用提供科学信息
关键词:苔藓植物;组织培养;应用
中图分类号Q945文献标识码A文章编号
苔藓植物是现存陆生植物中重要的类群之一,隶属于高等植物中孢子植物,全世界约有余2300[1],种数仅次于被子植物苔藓植物在生态保护中起着重要的作用,包括水土保持、涵养水源、营养物质的循环与贮存和森林更新等方面[2].由于苔藓有较多的生物活性物质,有些具有抑菌和抗癌作用,是有应用开发前景的药用植物资源,苔藓植物在园艺、环境指示等方面也有广泛应用然而,在应用开发苔藓植物时,必须首先解决培养和繁殖问题本文综述了苔藓组织培养繁殖的材料、消毒方法、培养基质、添加物和环境影响因素等繁殖技术进展,并介绍了其广阔应用前景,为进一步推广应用培养技术提供新信息,以促进苔藓植物资源的可持续利用.1研究简史
植物的组织培养首先是以苔薄植物为材料开始的[3].Gobel[4]早在1905年就已开始此项研究,并预言苔藓植物的组织培养不但可以用到与苔藓相关的植物上,也可用到其他高等植物上苔藓植物愈伤组织是1957年由Allsopp[5]从苔类植物的小叶苔(Fossombronia和石地钱(Rebouliahemisphaerica的孢子培养后首次获得,并转移.Ward[6]1960次报(Polytrichum和波叶仙鹤藓(Atrichumundulatum的孢子接在含蔗糖、乳酪氨基酸、椰乳的培养基中,2个月后产生了愈伤组织块.根据OhtaHirose[7]的统计,截至1982,人们已先后从57科的15种藓类和415种苔类中获得了愈伤组织.1997Kowalczyk[8]也报道从苔类的大萼苔(Cephaloziabiscupidata诱导形成愈伤组织,且再生出配子体,1982,包文美和陈发生[9]直接将地钱(Marchantiapolymorpha)的配子体培养在花盆或木箱中,观察其生活史中各个阶段的形态结构随后又有人就葫芦藓的孢子在液体或琼胶培养基上的形态发生[10]、白齿泥炭藓(Sphagnumgirgensohnii孢子的培养及其原丝体的发育[11]以及钙离子浓度对几种喜钙藓类的孢子萌发和原丝体生长的影响[12]等问题进行了研究.2常用的培养材料及基质
进行苔藓植物组织培养时,可选择苔藓的孢子或新藓的孢子体、配子体、芽孢、丝体或生殖器官,甚至可以取游离的细胞或原生质体做为材料.1960Mard[13]报道在小叶苔(Fossombronia的孢子萌发培养基中加入0.2%的酵母提取液时,在无机盐培养基上能够正常发育的孢子形成一个大的直径在以上并且有疣状突起的球状物.高谦[14]对真藓亚纲(Bryidae9个种的孢子萌发和原丝体发育进行了研究.赵建成等[15]对河北
[16]
产的10种藓类植物的孢子萌发和原丝体发育类型进行了初步研究.刘保东经过630个对照实验筛选出波叶仙鹤藓孢子萌发的最佳培养基配方和培养条件.ChopraRashid[17]报道了关于丛本藓(Anoectangium原丝体的培养.Schweend[18]等研究了小立碗藓(Physcomitrellapatens原生质体的培养条件.匡翠璧[19]对曲柄藓(Campylopus(BryumargenteumHed..[20](Plagiomniumacutum.Taya[21](Marchantiapaleaceavar.diptera进行了培养.
苔藓植物很容易在琼脂、玻璃纤维、珍珠岩等基质上进行培养[22].Proskauer曾在玻璃皿中铺上蛙石来培养苔藓,还可用经过消毒的石英砂来代替蛙石[23].吴跃开[20]5

种不同的基质来培养尖叶走灯藓,结果发现在草木灰土的基质上的生长量最高.Sokal[24]用两种不同类型的培养基和作试验时发现,添加的无机元素和维生素类比MS少得,甚至是根本不添加的培养基对苔藓的培养最适合.Martin[25]报道,对大多数种类的苔藓植物来讲,培养基浓度降为原来的对于其生长速度和形态几乎没有影响在培养过程中常添加一些营养物来促进苔藓的生长,如酵母提取液、酪蛋白水解物、椰乳和各种人工化合物,在培养基中加入225mg/L尿嘧啶会抑制泥炭藓直立叶状枝的发育[3].MS培养基中添加30%的蔗糖有利于牛角藓(Cratoneutonfilicinum愈伤组织细胞的培养[26]
.在培养喜钙苔藓植物时,当培养基中钙离子的浓度达到一定量时它们才能生长良[12].Hole[27]等对小立碗藓进行了液体培养.Nehira[23]Knops液体培养基培养叶苔目(Jungermanniales植物.Takami[27]MSF培养基悬浮培养角苔(Anthocerospunctatus.此外,还可运用一些生物反应器来进行培养,Boyd[29]曾用气升式光反应器培养小立碗.
3消毒方法
消毒一般用,Clorox(7%,v/v和去垢剂(0.1%,w/v处理1min左右,然后用消毒的蒸馏水反复冲洗[30].不同的材料消毒的方法也不同,如孢子的消毒:将孢蒴剪下,装人离心管中,加人次氯酸钙的饱和液或5%次氯酸钠水溶液消毒10min,再用无菌水洗几次然后用玻璃棒将孢蒴捣碎,使孢子放出,加人少量无菌水制成孢子悬浮液,最后用消毒过的吸管或小喷雾器将孢子在无菌条件下接种到培养基上[31].Sokal等用酒精对几种藓类的外植体进行消毒,而后再用漂白粉饱和液与水1:11:3混合的消毒液消毒.果发现,消毒时间为0.5min,不能有效的杀死细菌,而当消毒时间提高到1min,大部分外植体都被杀死,外植体几乎完全褪色.Saboljevic[32]设置了12个次氯酸钙的浓度对孢子体和配子体进行消毒,发现当浓度为12.0%时孢子体的存活率最好,而配子体则在浓度为9.0%时最好.李文安[33]在对地钱进行消毒时使用的消毒剂为漂白精,度为3%,消毒时间为5-10min,其成活率提高到约50%左右.4组织培养的影响因素4.1植物激素
细胞分裂素6-BAKT促进葫芦藓芽的形成,而氯丙嗪抑制受其诱导的芽的形成[34].曾有报道用不同的植物激素诱导牛角藓的愈伤组织,GA32,4-D的诱导效果较好[35]
.IAA,GA3对苔藓的原丝体和葫柄的生长有促进效果[36].培养梨立蒴碗藓次原丝体时,添加细胞分裂素可促使无性繁殖[37].RANI[38]报道,浓度为10-7mol·L-1GA3最适合刺激小珠藓(Bartramidula形成配子囊.Sokal[24]报道,生长调节物质在愈伤组织的诱导中作用十分明显,MS培养基中添加1mg·L-12,4-DKT很快就能形成愈伤组.Selkirk[39]在培养钱苔(Ricciaduplex的试验中发现,2,4-D浓度为0.01mg·mL-1,叶状体在培养液的表面微微翘起;当浓度为1mg·mL-1,叶状体变得十分平直;度达到10mg·mL-1,形成小的、具有很多分枝的莲座状的外形,并且端部卷曲人培养液底部.4.2温度
一般说来,极地和温带地区苔藓植物的光合最适温度为520[30].而葫芦藓的配子囊只有在植物体处于温度为7℃中才能形成[40].连续光照条件下培养尖叶拟船叶藓(Dolichomitriopsisdiversifomis20℃的原丝体生长最快、分枝最早己[41].异毛(Anisothecium(Pohlia3500lx12,25,30℃种温度下培养,结果异毛藓的原丝体在25℃时生长良好,两种组织的发育也很好,原丝体呈绿色,分枝很多,培养15d后形成芽的数目最多,平均芽长度5.0mm.丝瓜藓原丝体的生长随温度的升高而减缓,芽在所有的温度中都能形成,25℃为最

[38].4.3光照
苔藓植物属于阴生植物,一般比其他高等植物需要的光照度低.Vashistha[42]5个光照度分别是700,1100,2200,35004500lx,25℃左右培养几种苔藓.结果光照度达到3500lx时全部原丝体开始生长,原丝体呈深绿色,分枝较多,气生组织和甸甸组织发育较好,光照度下的芽数最多丝瓜藓原丝体的培养也呈现出类似的情况而泥炭藓和其他藓类在8000lx的光照度下光合作用并不显示出饱和现象[3].Chopra25℃左右培养真藓,18002000lx时增长的生物量最高.20℃环境下培养尖叶拟船叶藓孢,光照的孢子萌发率达83.3%[41].在光照条件下黄丝瓜藓(Pohlianutans的原丝体本身形成的特殊形态分化物质反过来可促使其本身的形成,白色光照下也可促进芽的形成,红光效果最佳蓝光对植株的生长效果最好,但不形成芽,绿光最不利于生长[38].4.4PH
[44]
张朝晖报道短柄紫背苔(Plagiochasmasessillicephalum孢子萌发的PH值范围是6-10,直叶珠藓(BratramiaithyphyllaPH值范围是5-10,反纽藓(TimmiiellaanomalaPH值范围是6-10,贵州黄果树喀斯特区域和云台山喀斯特林区生长的苔藓植,(FunariahynariaHedw.var.calveacens的最适PH值为8[45],细枝赤齿藓圆条变种的最适值为8,反纽藓的的最适值为9,尖叶扭口藓的最适值为7[46],而在较酸环境条件下(如短柄紫背苔PH值<4,反纽藓PH值<5,直叶珠藓值PH6孢子则不能正常萌发.4.5水分和湿度
研究表明,大羽藓和垂藓在水分含量为一时生长良好湿地葡灯藓在水分含量为一时长势良好〔‘,」在相对湿度大于的环境条件下,每日日光,光照能使波叶仙鹤藓孢子萌发的最好‘’」应用与展望由于苔藓植物种类多、分布广,人类在生产和生活中对其应用探索了多种途径,积累了不少经验,归结起来可分为个方面生态保护苔藓植物在森林生态系统、高山草甸、苔原的荒漠等生态系统中所起的生态作用均不容忽视,在固定,水土保持和涵养水源,营养物质的循环与贮存和森林更新等方面也有重要的生态功能〕苔藓植物强大的储水能力是其他高等植物望尘莫及的,苔藓植物丰富的生境多样性在维持生态系统中水的平衡方面起到了关键作用〔‘吕苔藓层对提高土壤抗冲性具有极其显著的增强作用,且该作用随着苔葬层的厚度增加而增强,随着冲刷坡©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第期曹同,陈静文,娄玉霞苔藓植物组织培养繁殖技术及其应用前景用,从阻延径流的产流时间,减少水土流失等方面体现出其强化性£‘,经调查发现有种藓类植物有固沙作用〔,可通过培养使这些藓类快速繁殖以达到改善环境的作用〔’抑菌抗菌作用许多苔藓植物表现出抑菌性,苔类植物中的抗菌活性成分有异戊烯基联节、地钱素、酚基倍半菇、一、核子木素,及其衍生物、三裂鞭苔醇、、一等〔”泥炭藓对根霉,尖叶提灯藓对流行性感冒杆菌明二和破伤风杆菌具显著的抑菌作用悬浮培养卵叶羽苔孢子时得到种褐藻素复合物,均表现出抗菌性〔”在苔藓的化学研究过程中,遇到的一个主要问题就是不易收集到足够量的材料,这阻碍了研究工作的进行,同时也影响了生物活性的试验,组织培养可以克服这一困难药用价值我国自古就有用苔藓植物做药的记载,目前常用的药用苔藓约种,有主要功效为清热解毒的如小石藓俄、真薛、蛇苔叩等有镇惊安神类的如黄牛毛辞、大叶藓属、东亚小金发藓等有止血、消炎作用的如葫芦藓了、偏叶白齿藓、地钱等密叶绢藓呷还有利尿的作用列胞耳叶苔。。有清心明目的作用〔此外,石地钱、棕色曲尾藓刀加。、尖叶走灯辞、

毛梳辞一和大金发藓等对肿瘤有抑制作用”通过组织培养可大量繁殖这些有药用价值的苔藓,制成药物造福于人类实验材料地钱培养细胞叶绿体发育好,叶绿素含量高,是研究细胞生理生化特别是光合作用的一种好材料由于地钱细胞生长速度快,倍增时间短,可同步培养,而且是单倍体细胞,可以作为研究遗传特别是研究基因表达、调控的有用材料‘〕此外,小立碗藓基因同源重组频率较高,基因定点整合技术得到了成功应用,随着功能基因组学的起步和发展,可望成为一种新的分子生物学的模式植物,而且藓类植物被认为可能是探讨生物地理分化机制的理想材料〔”〕从苔藓植物组织培养中可以获得各个发育时期的单细胞,可为植物的形态构造、内部生理生化过程、染色体分析和遗传变异等研究提供材料五倍子蚜虫的生产五倍子除用以制药外,为重要的化工、石油和冶金等工业原料伽〕在我国秦岭以南地区特别是西南部山区,有将藓类植物作为五倍子蚜虫的冬寄主用于五倍子生产中的经验〔’然而,倍蚜虫冬寄主藓类植物矮小纤弱,分布零散,生长缓慢,远远不能满足五倍子生产由天然野生趋向集约化人工经营的发展需求采用组织培养就可在短期内生产出大量藓株,可加快其产业化的步伐武显维等介绍了五倍子冬寄主之一湿地甸灯藓的切茎繁殖技术〔网环境指示作用大多数苔藓植物结构简单,对环境反应敏感,被认为是理想的环境污染的指示植物之一苔藓植物指示的污染物主要有,氯化物,臭氧及一些金属离子等我国已经开始用苔藓作为指示植物对城市大气环境进行生态监测“〕藓袋〔苔袋〕是一种理想的环保型生物材料,曾被许多国家用来监测大气悬浮物的污染‘,可以通过组织培养来大量繁殖苔藓制成藓袋来监测环境黄韵珠等曾用亮叶绢藓挂袋法监测某氟化盐厂周围大气氟污染状况园艺方面的应用许多苔藓植物有一定的观赏价值,如白发藓、真藓、凤尾藓、树藓、塔辞脚、金发藓、走灯藓、灰藓等传统上,苔藓植物历来系苗木、花卉以至鱼苗输送的最佳材料,迄今尚未有更为优良的替代用品在美国西部,曾用多种苔藓植物包括摊石和‘如作蔬菜保藓多种白发藓、、和等在日本用于与沙和土壤相混合来栽植杜鹃花。苔藓植物本身也被用于作为花卉代用品以供人欣赏在中国,用苔藓植物中的真藓和青藓类植物作盒景覆盖物已是家喻户晓在日本也有同样习俗,更富有诗意的是京都地区的苔藓园已成为当地的一大旅游景点’”了可以预见,随着苔藓植物研究的不断深人,苔藓植物组织培养将会在更多的领域中得到应用参考文献仁胡人亮苔辞植物学仁〕上海高等教育出版社第一版,【〕吴玉环,程国栋,高谦苔辞植物的生态功能及在植被恢复与重建中的作用〔〕中国沙漠,,,竹盯钾〔,一川·〕嗯吧,二尹〔〕·,,,仁〕比〔〕,,一〔〕〔」,,,仁〕,朋。。心、,,一〕,,〔〕,,仁」包文美,陈发生地钱的培养与观察〔〕生物学通报,,一【〕包文美,陈发生葫芦藓的培养及生活史的观察【生物学通报,,一住仁川张钱白齿泥炭葬袍子萌发和原丝体发育的观察〔〕生物学通报,,一〔」陈蓉蓉,刘宁,杨松,等浓度对黔灵山喀斯特生境中苔辞植物生长的影响仁贵州师范大学学报自然科学版,,一〔〕吐〔可,,一仁高谦,张钱中国藓类植物袍子萌发和原丝体发育的初步研究仁〕武汉植物学研究,,一厂巧〕赵建成,李秀芹,张慧中十种辞类植物孢子萌发与原丝体发育的初步研究仁〕干旱区研究,,【〕刘保东,丛迎芝波叶仙鹤辞的袍子培养及发育生物学研究〔〕,植物研究,,巧一仁〕,一注咭一厂」,,一仁〕,,,,己罗,”尸仁」,,一的」匡翠璧辞类植物营养繁殖的观察研究〔」吉安师范专学报,,一〔〕吴跃开,普照,李晓红,等尖叶走灯辞在不同基质上的生长效果试验报告〔贵州林业科技,。以〕,,,,,,」·,【〕,,,,一〕凡,,,,,,©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第期曹同,陈静文,姿玉霞苔藓植物组织培养繁殖技术及其应用前景〔竹群巧叩仁叮,一〔〕高永超,薛红,沙伟蔗糖对牛角藓愈伤组织悬浮细胞的

生理学影响仁〕广西植物,,一〔,,,己脚脚”、己」卯,,一仁,,,哪尸〔,,一「〕施定基,冉亮,吴鹏程,等苔藓分子生物学的一些进展【〕贵州科学,,一〔〕吴鹏程苔藓植物生物学【〕北京科学出版社,一〔〕周云龙袍子植物实验及实习〔〕北京北京师范大学出版社,一仁〕曰,,,,由尸甲·巧,肠动,二尸鳍。尸肠〕,,科一〔李文安地钱在离体条件下的无性繁殖及脱分化与再分化的研究〔植物学报,,一〔〕刘晓红细胞分裂素、氮丙嗓对葫芦藓发育过程的影响〔」西南师范大学学报自然科学版,,〔〕高永超,沙伟,张晗不同植物生长物质对牛角藓愈伤组织诱导的影响〔」植物生理学通,,〔〕,即呷,,一叨〕,呷”〕,,一仁〕高永超,沙伟,张晗苔藓植物的组织培养〔〕植物生理学通讯,,印一〔〕耐〕,,,一〕伴伴罗。孚即叩叭。,,一〔」刘世彪,,李普,等光照和温度对尖叶拟船叶藓袍子萌发及原丝体发育的影响〔〕西北植物学,,,,,即〔,,一一,,钾哪,嗜〕,,,一科【科〕张朝晖,刘宁,钟本固,等培养基值对苔藓袍子萌发及原丝体生长的影响〔〕,,一一仁」王智慧,张朝晖,钟本固和钙离子浓度对葫芦辞暖地变种袍子萌发的影响〔〕贵州科学,,〔」陈蓉蓉,刘宁,杨松,等值对黔灵山喀斯特生境中几种苔辞植物生长的影响〔〕贵州环保科技,,一仁」刘应,朱杰英,陈军,等种辞类植物水分含量与光合作用、呼吸作用和水势的关系仁」武汉植物学研究,,一〔」朱瑞良,王幼芳,熊李虎苔藓植物研究进展我国苔辞植物研究现状与展望【〕西北植物学报,,今拼一,」曾信波苔藓层的蓄水保土功能研究〔水土保持学报,,一〔」徐杰,白学良,杨持,等固定沙丘结皮层辞类植物多样性及固沙作用研究〔〕植物生态学报,,一〔〕白学良,王瑶,徐杰,等沙坡头地区固定沙丘结皮层藓类植物的繁殖和生长特性研究〔中国沙漠,,一【」汪庆,罗宣苔辞植物的主要次生代,,©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net上海师范大学学报自然科学版年」巧,,,洋沮叩£,扣」叮,,一汇」衣艳君中国药用苔藓植物资源【」中草药,,一【」代朝嫂,熊源新贵州药用苔藓植物的主要化学成分及其应用〔贵州科学,,一〔」徐产兴地钱培养物及其叶绿体的研究【〕细胞生物学杂志,,一【」王先平,胡勇,何弈昆墓因定点整合技术及其在苔藓研究中的进展【〕植物学通报,,一「」,『脚场胡,,【〕,,一仁〕刘应迪,李普湘西五倍子蚜虫冬寄主辞类植物资源「〕吉首大学学报自然科学版,,,「」武显维,丁朝华,康宁湿地旬灯辞切茎繁殖研究〔〕武汉植物学研究,,一〔〕尤力群利用苔藓、地衣对大气污染进行监测厂」生物学教学,,〔〕黄韵珠,王勋陵藓袋法监测某氟化盐厂大气氟污染〔」甘肃环境研究与监测,,,,,,甲。叩内伴勺沮砂一,,哪由以叮沮比


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