1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一、半夏概述

半夏为天南星科多年生草本植物，为我国十分重要的中药材之一。全世界约有105属，3700多种[1]。主要分布在热带和亚热带地区。我国有26属200余种，种属数量都不多，但不少属如Pinellia、Arisaema、Remasatia和Colocasia等都是以中国为分化中心的[2]。在天南星科105属中，处于南星亚科的半夏属（Pinellia）为唯一的东南亚分布型,为该科中较进化的属。该属植物在中国目前发现的有10种，分别为滴水珠、石蜘蛛、掌叶半夏、盾叶半夏、半夏、大半夏、三裂叶半夏、五叶半夏等等[3]。

三叶半夏主产于四川、湖北、河南、贵州、安徽[4]，在海拔2500米以下的我国大部分地区都能生长，主要生于田野、溪边、阴湿山坡、林下等环境。半夏的块茎为贮存器官，其中75%左右为淀粉，还含有许多有用的药理学成分，如生物碱、半夏蛋白、氨基酸等。次黄嘌呤核苷为半夏药材的鉴别成分[5,6]。半夏的药用功能主要有燥湿化痰，降逆止呕，消痞散结，治湿痰冷饮，呕吐，反胃，咳喘痰多，胸膈胀满，痰厥头痛，头晕不眠，外消痈肿，也可用于痰多咳喘、痰饮眩悸、内痰眩晕、呕吐反胃、胸脘痞闷、梅核气症；生用外治痈肿痰核。姜半夏多用于降逆止呕等多种重要作用。

二、半夏生物学特性

1、半夏的生长环境

据研究表明：以块茎为目的的栽培条件则以土层深厚、肥沃，pH5.6-7.0的酸性土壤和砂壤土为佳，且含水量在20%-50%的土壤比较适合半夏的生长。生长发育和温度也有密不可分的关系。地温15摄氏度左右始苗，20-25度生长最快，26度以上则出现倒苗现象，入秋13度以下则枯草越冬。进入生长期以后，适度遮荫则有利于产量的提高和花径的形成。但是处于长期光照不足3000lx条件下，则会生长不良[7]。湿度是半夏的重要条件之一。半夏对土壤和空气的湿度要求较高，但是湿度过高可能会导致生长停滞、烂根、烂茎等现象[8]。因而研究半夏最适宜的温度、湿度、光照是重中之中。

2. 半夏的繁殖方式

半夏主要是以株芽和块茎进行无性繁殖。株芽发生在叶的基部。一般情况下，一枚叶就能发生1个株芽，有时还会产生2个，亦即产生1-2个无性繁殖的植株[9]。无论从外部形态，还是从内部解剖结构来看，株芽和块茎两者十分相似，顾德兴等研究表明株芽是块茎的母体。在同一年份内没有休眠期的株芽其世代数远远超过果实，因此株芽繁殖对半夏十分重要，它弥补了在种质繁衍上有性繁殖时的诸多缺陷。但是，除了少数个个体能偶然产生块茎外，一般都是无子块茎产生。因此，块茎与其说是无性繁殖器官，倒不如说是抵御恶劣环境、保存种质的营养器官。但是对半夏来说，块茎繁殖并无新的个体产生，所以块茎繁殖远不如株芽繁殖重要[10-12]。

半夏可产生两种后代：一是与母株基因型一致，由株芽发育而成的新个体；另一个是与母株有程度不同的差异，由果实内种子发育而成的新个体。观察表明，半夏的种子、株芽和块茎均无生理休眠特性，只要环境条件适应就能够萌发。

三、生物反应器

1. 生物反应器的研究进展

目前在植物组织培养领域，培养方式主要是在培养瓶中以琼脂作为支持物的固体或半固体培养。这种培养方式需要耗费大量琼脂，且灌装及清洗时需处理大量容器，耗费大量劳动力，导致生产成本居高不下。液体培养方式虽然具有容易更新培养液、无需换容器、方便过滤灭菌、清洗方便、便于大型容器应用和减少转苗时间等优点，但液体培养的缺点也较多，如容易缺氧、长期浸没于液体中植物器官易玻璃化、植物器官对搅拌力敏感以及需要复杂的设备等。

2、生物反应器的种类

针对植物组织培养的特点，经过多年的简化和完善，出现了多种专门用于植物组织培养的生物反应器，如气升式搅拌反应器、喷淋反应器、径向流反应器、筏式生物反应器、喷雾式生物反应器等，但至今尚无简单、实用性强、易工业化的培养反应器及相应的自动化装置。

关于植物组织培养反应器的研究的诸多方面中，间歇浸没反应器体现出了较好的优势。此类反应器主要利用培养液对植物组织的间歇浸没进行培养，浸没时供给植物营养，间歇时提供植物足够的氧气。由于该培养方式较好的解决了玻璃化的问题，并且营养物质随着对植物组织的浸没可以得到很好的传递，因此间歇浸没培养可以很好的解决植物组织培养中的各种难题，得到了广泛应用，其中间歇浸没培养主要包括完全浸没间歇培养和半浸没间歇培养。

3、间歇浸没反应器应用于植物培养

间歇浸没反应器的主要代表有（1）APCS间歇完全浸没培养系统（2）蠕动泵驱动间歇半浸没培养系统（3）气泵驱动RITAreg;间歇浸没式生物反应器（4）BITreg;间歇浸没式生物反应器。现已有许多植物利用不同的培养系统进行了培养，涉及的方面有芽增殖扩繁，体胚的诱导及增殖等。利用间歇浸没反应器进行培养，一般具有自动化程度高、增殖倍数高、无玻璃化和体胚诱导比率高于常规培养等优点；而且得到的苗生长健壮、状态良好，从而更能适应外界环境。下面就对各种不同的植物以及利用的不同的培养系统做一个系统的总结（见表1.1）[13-19]。

表1.1 间歇浸没培养快繁研究总结

Tab 1.1 Summary of Micropropagation by intermittent submerged culture

参考文献

[1] 王意成.观叶植物养护与欣赏【M】.南京：江苏科学出版社.2002.

[2] 李恒.从生态地理探索天南星科的起源【J】.云南植物研究.1996:18（1）：14~42.

[3] 王伟，赵南先.中国天南星科花粉形态的研究【J】.植物分类学报.2002,40（6）：517~529.

[4] 伊廷双，李恒，李德铢.天南星科分类系统的沿革【J】.武汉植物学研究.2002,20（1）：48~61.

[5] 蔡世珍，徐丽珍等.半夏药用植物的研究进展【J】.国外医药.2004,26（1）：17~25.

[6] 吴皓，李伟，张科卫等半夏药材鉴别成分的研究【J】.中国中药杂志.2003,28（9）：836~839

[7] 范美华，周吉源等.半夏愈伤组织的诱导及增殖效应【J】.山东中医药杂志.2003,28（9）：836~839

[8] 何奕昆，何孟元等.半夏小块茎的形态发生及其人工种子制作【J】.作物学报1997.23:482~285

[9].郭巧生，贺善安.半夏种内居群形态变异的模糊聚类分析【J】.植物资源与环境.1997.6(3):29~34

[10] Alisdair R F,Lothar W,and Richard N T.Sucrose to starch :a transition in molecular plant physiology.Trends in Plant Science,2002,7(1):35~41

[11] 何奕昆，刘刚，路铁钢等.半夏茎尖培养及块茎品质改良【J】.植物学报1994.36(1)：39~44

[12] 白雨，高山林.半夏组织培养诱导胚状体的正交试验【J】.植物资源与环境学报.2003.12(4)：16~20

[13].Escalona, M., J. C. Lorenzo, et al. Pineapple (Ananas comosus L. Merr) micropropagation in temporary immersion systems[J]. Plant Cell Reports, 1999.18(9):743-748.

[14].Escalona, M., J. C. Lorenzo, et al.. Pineapple (Ananas comosus L. Merr) micropropagation in temporary immersion systems[J]. Plant Cell Reports, 1999.18(9):743-748.

[15].Etienne, H. and M. Berthouly. Temporary immersion systems in plant micropropagation[J]. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2002.69(3):215-231.

[16].赵望锋,王力华. 间歇浸没式生物反应器在大规模组织培养中的应用研究[J]. 安徽农业科学, 2007(2):317-323.

[17].Niemenak, N., K. Saare-Surminski, et al. Regeneration of somatic embryos in Theobroma cacao L. in temporary immersion bioreactor and analyses of free amino acids in different tissues[J]. Plant Cell Reports, 2008.27(4):667-676.

[18].Sankar-Thomas, Y., K. Saare-Surminski, et al. Plant regeneration via somatic embryogenesis of Camptotheca acuminata in temporary immersion system (TIS)[J]. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2008.95(2):163-173.

[19].Yang, S.-H. and D.-M. Yeh. In vitro leaf anatomy, ex vitro photosynthetic behaviors and growth of Calathea orbifolia (Linden) Kennedy plants obtained from semi-solid medium and temporary immersion systems[J]. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2008.93(2):201-207.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一．本课题要研究或解决的问题：

本课题旨在研究分别由固体培养和间歇浸没反应器进行三叶半夏的扩繁，比较两种扩繁方式得到的组培苗的增殖倍数、移栽成活情况。

二、拟采用的研究手段