非洲菊(Aspilia africana)直接体细胞胚胎发生体系的建立及其再生植株遗传稳定性与生理特性研究

本研究针对药用植物非洲菊(Aspilia africana)野生资源枯竭问题，建立了高效的直接体细胞胚胎发生体系。韩国科学技术院(UST)与韩国韩医药研究院(KIOM)的研究团队通过优化植物生长调节剂(PGRs)组合，首次实现非洲菊叶片外植体100%体胚诱导率(9.50±0.29个/外植体)，并证实再生植株基因组大小稳定(2C=6.25pg)，光合特性与合子苗无差异。该成果为非洲菊种质保存、人工种子生产和遗传改良提供了关键技术。

　　

在非洲传统医学中，非洲菊(Aspilia africana)被称为"野生向日葵"，是治疗伤口、疟疾、糖尿病等多种疾病的重要药用植物。然而随着人口增长和气候变化，这种珍贵药用植物的野生种群正急剧减少。更棘手的是，非洲菊种子自然萌发率极低(仅11.67-15.67%)，传统繁殖方式难以满足需求。虽然此前已有通过器官发生途径的离体繁殖研究，但体细胞胚胎发生这种能保持遗传稳定性、适合大规模克隆繁殖的技术体系尚未建立。

韩国科学技术院(University of Science and Technology, UST)和韩国韩医药研究院(Korea Institute of Oriental Medicine, KIOM)的研究团队在《Scientific Reports》发表重要成果，首次建立了非洲菊直接体细胞胚胎发生的高效体系。研究人员采用叶片外植体，通过系统优化植物生长调节剂组合，实现了从体胚诱导、分化成熟到植株再生的完整技术流程。特别值得关注的是，该体系避免了中间愈伤阶段，直接由体细胞形成胚胎，不仅提高了繁殖效率，更保证了遗传稳定性。

研究采用了多学科技术方法：通过组织培养技术筛选最佳体胚诱导条件；组织切片观察体胚发育过程；流式细胞术检测基因组稳定性；SPAD叶绿素仪和FluorPen荧光仪比较光合特性。所有实验材料均来自乌干达Gulu地区采集并经无菌培养的种子苗。

【体胚诱导与增殖】研究发现MS培养基添加1.0 mg/L BAP(6-苄氨基嘌呤)和3.472×10^-2 mg/L AMP(腺苷单磷酸)时效果最佳，体胚诱导率达100%，平均每个外植体产生9.50±0.29个体胚。有趣的是，添加AMP使体胚出现时间从28天缩短至24天。相比之下，单独使用BAP时体胚数量(5.75±0.48个)和诱导率(91.67%)略低，而添加IAA(吲哚-3-乙酸)等生长素反而会抑制体胚形成。

【体胚分化与成熟】在成熟阶段，0.5 mg/L ABA(脱落酸)与6.634×10^-2 mg/L NAD(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)组合效果最佳。当配合9 g/L Gelrite(结冷胶)制造渗透胁迫时，每个外植体可产生4.73±0.41个子叶期体胚，显著高于非胁迫条件的3.20±0.35个。组织学观察显示，体胚发育经历了典型的球形期、心形期、鱼雷期和子叶期，且维管系统与母体组织无连接，证实是真正的体细胞胚胎发生。

【体胚萌发与植株再生】1/2MS培养基添加0.5 mg/L GA₃(赤霉素)和0.1 mg/L NAA(萘乙酸)时萌发率达31%。4℃低温层积处理可进一步提高萌发率至60%，转化植株率达26.67%。驯化5周后，再生植株成活率达75%。

【遗传与生理特性】流式细胞术分析显示，体胚植株(2C=6.25 pg/6,113 Mbp)与合子苗(2C=6.33 pg/6,190 Mbp)基因组大小无显著差异。叶绿素含量测定发现，虽然初期体胚植株叶绿素值(29.5±0.35)低于合子苗(35.06±0.30)，但3周后即达到相同水平(约40 SPAD值)。光合参数F_v/F_m(PSII最大光化学效率)也显示两组植株无差异(0.76-0.83)，表明再生植株生理功能完整。

这项研究首次建立了非洲菊直接体细胞胚胎发生体系，解决了该物种繁殖效率低下的难题。与器官发生途径相比，体胚发生具有三大优势：单细胞起源降低嵌合体风险；双极性结构省去生根步骤；更适合自动化大规模生产。研究还创新性地发现AMP和NAD对体胚发生的关键作用，为其他难繁殖药用植物提供了技术参考。该体系不仅可用于种质保存和人工种子生产，其建立的同步发育系统更为研究体胚发生的分子机制提供了理想模型。正如作者指出，未来通过组学技术解析AMP等代谢物的作用机制，有望进一步提高体胚发生效率和同步性，推动这一珍稀药用植物的可持续利用。