《Plant Breeding》：In Vivo Propagation of Root Explants of the Dandelion Species Taraxacum kok-saghyz, Taraxacum officinale and Their Interspecific Hybrids
编辑推荐：
这篇研究报道了一种针对蒲公英属植物，特别是橡胶草（Taraxacum kok-saghyz, TKS）和西洋蒲公英（Taraxacum officinale, TO）及其种间杂交种，建立的一种低成本、简单高效的活体繁殖（in vivo）方法。该方法利用根段作为外植体，在培养皿或Jiffy育苗盆中成功再生出克隆植株，为育种项目中目标基因型的快速扩繁与保存提供了一种可靠的技术途径，是组织培养（in vitro）的有力替代方案。
蒲公英活体繁殖技术的开发与应用
天然橡胶（NR）是现代工业和农业不可或缺的战略资源，其主要商业来源三叶橡胶树（Hevea brasiliensis）因病害、地域限制等问题面临挑战。因此，寻找能在温带气候生产的替代橡胶来源至关重要。橡胶草（Taraxacum kok-saghyz, TKS）因其能够生产与三叶橡胶树质量相当的天然橡胶，并适应欧洲和北美的温带气候，被视为一种极具潜力的新兴作物。然而，将其从野生种培育为高产作物，需要高效的育种程序，而基因型的快速繁殖与保存是其中的关键环节。组织培养（in vitro）虽是常用方法，但其成本高、技术复杂且存在污染风险。相比之下，活体繁殖（in vivo）是一种更简单、更经济的方法，但在蒲公英属植物中的应用缺乏系统的数据支持。
研究材料与方法
本研究选取了包括TKS、西洋蒲公英（Taraxacum officinale, TO）及其种间杂交种在内的19个不同基因型。首先，从12周龄的土壤种植植株上获取根段外植体（长约1.5厘米，直径≥0.1厘米）。这些根段被分为三个部分：上部（近基部）、中部和下部（近根尖）。外植体的再生采用了两种实验方案。
实验方案A：将来自每株植物三个根段的代表性外植体置于培养皿中，萌发后移栽到土壤中培养12周，并与由种子长成的植株比较生物量积累。
实验方案B：将所有剩余的根段外植体置于培养皿中，记录其萌发时间，萌发后移栽到土壤中培养4周，评估不同基因型的萌发能力和存活率。
此外，研究还评估了使用Jiffy育苗盆和低温条件（4°C和8°C）对根段再生的影响，通过对一个三倍体TO基因型（B23-352）进行不同采收时间和温度适应期的测试，并利用表型评分量表量化其再生过程。
研究结果
种子生长与离体植株生长对比
对12周龄的种子植株进行分析发现，在根和地上部生物量方面，TKS基因型显著低于TO和杂交种。例如，TKS的平均根重为2.75克，而TO和杂交种分别为8.02克和8.30克。由种子长成的植株根生物量普遍高于由根段外植体再生的植株。然而，地上部生物量在两种繁殖方式间没有显著差异。
值得注意的是，再生植株的根系直径通常更细。
根段位置对再生的影响
研究发现，根段在根上的位置显著影响其萌发和存活能力。从根部基部到根尖，萌发能力逐渐下降：8周后，基部外植体萌发率为83.0%，中部为66.0%，根尖部为57.4%。后续12周的存活率也呈现相同趋势：基部存活率最高（63.8%），根尖部最低（44.7%）。这表明，具有较大直径的基部根段具有更强的再生潜力。
不同基因型的萌发与存活表现
在实验方案B中，总计2708个根段外植体在培养皿中培养8周后，整体萌发率为39.1%。在不同分类中，TKS基因型的萌发能力最高（约45.1%），TO为40.0%，种间杂交种为37.5%。然而，在移栽到土壤4周后，杂交种的存活率最高（91.4%），TO次之（90.6%），TKS最低（79.5%）。值得注意的是，每株植物能够产生萌发根段的数量，杂交种最高（平均13.3个），TO次之（10.5个），TKS最低（8.1个）。
Jiffy育苗盆与低温条件的影响
使用Jiffy育苗盆显著提高了根段的再生率，特别是在根尖部外植体中效果最为明显。整体来看，在Jiffy育苗盆中，基部、中部和根尖部外植体的平均存活率分别为70%、80%和85%，均优于培养皿中的对应结果。研究还发现，将植株从低温环境（约1°C）转移到温和的温室条件（8°C）并进行更长时间（从1天延长到2周以上）的适应，可以显著提高根段外植体的再生率和植株生长速度。这表明，适当的温度是影响活体繁殖成功的关键环境因素之一。
研究讨论
活体繁殖与组织培养的优劣对比
相比于组织培养，活体繁殖的主要优势在于成本低廉、操作简单、无需严格的无菌环境，并且能够在数周内获得具有初始叶片的克隆植株，大大缩短了繁殖周期。然而，活体繁殖的植株在早期可能表现出更少的侧根，这或许限制了其早期的养分吸收和根系生长，导致根生物量低于种子植株。不过，这种差异是否会随着生长时间的延长而消失，仍需进一步研究。虽然培养皿中的外植体会在约4周后出现藻类和真菌污染，但由于大多数外植体在2-4周内已开始萌发，此问题影响有限。而使用Jiffy育苗盆则有效避免了真菌污染，并促进了根的生长和植株建立。
繁殖方法对基因型评价稳定性的影响
研究通过基因型排名分析发现，繁殖方法（种子 vs. 活体）并未改变TKS、TO和杂交种在根重和地上部重性状上的相对排名顺序。这表明两种繁殖方法都能为育种项目提供稳定的表型评价结果，有利于对目标基因型进行可靠筛选。
基因型与生长条件的作用
不同基因型（如地理来源不同的两个TKS种质资源TKS-35165和TKS-35159）在生物量积累和萌发能力上存在差异，说明基因型对活体繁殖效果有重要影响。高天然橡胶含量（>7%）的TKS_NR基因型与低含量种质的再生能力相当，表明天然橡胶含量本身可能不是影响再生的主要因素。倍性水平（如TO组中四倍体萌发能力最高）的影响趋势在杂交种中并不一致，其系统影响尚不明确。
研究结论
本研究成功建立了一种适用于TKS、TO及其杂交种的简单、低成本活体繁殖方案，利用根段外植体实现了克隆植株的快速再生。该方法在速度上优于传统的组织培养技术，为育种项目中目标基因型的扩繁和保存提供了一种实用的替代方案。关键的优化措施包括：使用Jiffy育苗盆可以提高所有根段，特别是根尖部的再生率；确保植物材料在切割前经过充分的温度适应（从低温过渡到温和条件）对于再生成功至关重要；基部根段通常表现出最佳的再生和生物量积累潜力。该方法不影响基因型间的相对表现排名，保证了育种筛选的可靠性。通过活体繁殖实现基因型的大规模克隆，有助于产生遗传背景一致的后代，加速杂交亲本筛选，并为特定杂交组合提高种子产量，是推动橡胶草等新兴作物育种进程的重要工具。未来的研究可进一步探索光照强度、湿度等其他环境因素对活体繁殖方法的优化作用。
