Research Progress on Zingiberaceae Germplasm Resources Preservation

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0694

Abstract

Abstract:

Zingiberaceae is a perennial rhizomatous herbaceous plant with great economic value used as food, spices, medicinal compounds, and ornamental plants, preservation of Zingiberaceae germplasm resources is crucial for breeding and commercial production. To clarify the current research status on the conservation of genetic resources in Zingiberaceae plants, this paper specifically introduces the three main methods(ex situ conservation, tissue culture preservation, and cryopreservation) used for preservation of Zingiberaceae germplasm resources. Future prospects of Zingiberaceae germplasm preservation are analyzed, aiming to provide reference for the healthy and rapid development of Zingiberaceae industry. Cryopreservation technology, which has many advantages compared with the traditional methods, has been proven to be a new technique for plant pathogen elimination with successful application on several plants, and can provide a technical support to low conservation rates in Zingiberaceae plants elimination.

Key words: Zingiberaceae plants, germplasm resources, ex situ conservation, tissue culture preservation, cryopreservation

LI Xin, HOU Juanjuan, ZHAO Yi, SONG Renfan, WANG Renrui. Research Progress on Zingiberaceae Germplasm Resources Preservation[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2025, 41(12): 46-52.

Figures/Tables 2

References 67

[1]	韩永超, 曾祥国, 向发云, 等. 草莓属植物种质资源对炭疽病抗性的离体评价[J]. 中国农业科学, 2019, 52(20):3585-3594. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.20.009
[2]	熊秉红, 禹玉华, 李素文, 等. 中国姜科野生资源的收集繁育与应用[J]. 中国野生植物资源, 2017, 36(5):53-57,74.
[3]	吴德邻. 中国姜科植物资源[M]. 武汉: 华中科技大学出版社, 2016.
[4]	吴晓慧, 顾龚平, 张卫明, 等. 姜综合利用及深加工技术研究进展[J]. 中国野生植物资源, 2003(3):5-9.
[5]	吴冰燕, 韦凤超, 龙莉, 等. 艳山姜药理活性研究进展[J]. 壮瑶药研究, 2023(2):12-15,382.
[6]	胡振阳, 章登春, 王永淇. 姜科植物资源观赏评价及园林应用[J]. 广东园林, 2018, 40(1):69-73.
[7]	张德纯. 蘘荷[J]. 中国蔬菜, 2016(12):74.
[8]	赵小琴, 蔡小东, 刘奕清, 等. 我国生姜产业近10年的产销状况及发展策略[J]. 中国瓜菜, 2024, 37(2):150-155.
[9]	黄玉新, 张保青, 周珊, 等. 甘蔗种质资源研究进展[J]. 科技导报, 2023, 41(4):43-49. doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2023.04.005
[10]	李羽佳, 许竹叶, 唐文, 等. 香蕉种质资源超低温保存技术研究进展[J]. 中国热带农业, 2021(2):49-53.
[11]	赵旗峰, 黄丽萍, 刘晓婷, 等. 我国葡萄种质资源收集保存和研究利用进展[J]. 果树资源学报, 2021, 2(2):1-4.
[12]	俞晓凤, 曾晓健, 封昀, 等. 植物种质资源超低温保存的研究进展[J]. 上饶师范学院学报, 2021, 41(3):58-65.
[13]	邹平, 颜建强, 徐勇. 西坝生姜种质资源保护利用存在的问题与对策建议[J]. 种子科技, 2023, 41(5):142-144.
[14]	王海平, 宋江萍, 张晓辉, 等. 姜蒜种质资源研究现状及发展建议[J]. 植物遗传资源学报, 2022, 23(5):1233-1240.
[15]	张俊, 蒋桂华, 敬小莉, 等. 我国药用植物种质资源离体保存研究进展[J]. 世界科学技术(中医药现代化), 2011, 13(3):556-560.
[16]	MOHANTY S, PANDA K M, SUBUDHI E, et al. Plant regeneration from callus culture of Curcuma aromatica and in vitro detection of somaclonal variation through cytophotometric analysis[J]. Biologia plantarum, 2008, 52(4):783-786.
[17]	SHARMA T R, SINGH B M. High-frequency in vitro multiplication of disease-free Zingiber officinale Rosc[J]. Plant cell reports, 1997, 17(1):68-72.
[18]	莫饶, 朱文丽, 吴繁花, 等. 海南砂仁的离体快繁[J]. 热带农业科学, 2003(4):1-4.
[19]	张施君, 刘念, 盛爱武, 等. 姜黄愈伤组织再生体系的建立[J]. 北方园艺, 2012(6):96-98.
[20]	卢宪雯. 基于组织培养技术的马来良姜快繁体系构建[D]. 昆明: 云南大学, 2019:8-10.
[21]	王俊. 三种姜科花卉离体快繁体系的建立[D]. 广州: 仲恺农业工程学院, 2017:6-10.
[22]	ZHANG S, LIU N, SHENG A. Direct and callus-mediated regeneration of Curcuma soloensis Valeton (Zingiberaceae) and ex vitro performance of regenerated plants[J]. Scientia horticulturae, 2011, 130(4):899-905.
[23]	梁国平, 管艳, 黄凤翔, 等. 红姜花的组织培养和快繁技术研究[J]. 热带农业科技, 2007(3):38-40.
[24]	刘单. 峨眉大黄姜茎尖脱毒与植株再生关键技术的研究[D]. 雅安: 四川农业大学, 2016:10-11.
[25]	刘进平. 阳春砂仁微繁殖技术研究[J]. 亚热带植物科学, 2004(3):37-38,33.
[26]	商宏莉, 陈希, 陈之林, 等. 姜荷花新品种“红观音”的组织培养和快速繁殖研究[J]. 北方园艺, 2010(18):154-156.
[27]	KENG C L, HING T W. In vitro propagation of Zingiberaceae species with medicinal properties[J]. Journal of plant biotechnology, 2004, 6(3):181-188.
[28]	张丹媚. 广西莪术和蓬莪术离体快繁及莪术油抑菌效应的初步研究[D]. 成都: 四川师范大学, 2008:14-16.
[29]	寇亚平, 张施君, 熊友华, 等. 春秋姜黄组培快繁技术研究[J]. 北方园艺, 2012(7):142-144.
[30]	张学超. 新品系“红丰收”山姜离体培养、耐盐性及栽培基质研究[D]. 广州: 仲恺农业工程学院, 2017:18-20,27.
[31]	符瑞侃, 杨珺, 戚华沙, 等. 艳山姜种子组织培养技术[J]. 分子植物育种, 2018, 16(3):931-937.
[32]	朱文丽, 刘小涛, 莫饶, 等. 益智的组织培养与快速繁殖[J]. 植物生理学通讯, 2015(3):335.
[33]	雷开荣. 生姜组织培养中增殖与生根同步培养技术研究[J]. 中国种业, 2006(5):33-34.
[34]	周逊, 李锡香, 向长萍, 等. 生姜种质资源的常温离体保存[J]. 遵义师范学院学报, 2006, 8(4):3.
[35]	李庆芝, 李玲, 刘振伟, 等. 生姜种质资源离体保存技术研究[J]. 农业科技通讯, 2013(10):98-101.
[36]	骆娜, 张小霞, 杨丽娇, 等. 不同光质对珊瑚姜组培苗生长的影响[J]. 热带作物学报, 2018, 39(4):651-655.
[37]	李昕洋, 吴丹, 熊武建, 等. 2种姜属植物组培快繁体系的优化[J]. 江苏农业科学, 2019, 47(14):54-58.
[38]	黄赛, 戚华沙, 王景飞, 等. 白姜花茎尖组织培养研究[J]. 中国园艺文摘, 2017, 33(6):1-2,7.
[39]	熊友华, 马国华, 刘念. 白姜花的组织培养与植株再生[J]. 植物生理学通讯, 2005(1):66.
[40]	熊友华, 马国华, 刘念. 金姜花的组织培养和快速繁殖[J]. 植物生理学通讯, 2007, 43(1):135.
[41]	符书贤, 潘梅, 符瑞侃. 火炬姜的组织培养和快速繁殖[J]. 植物生理学通讯, 2003, 39(3):223.
[42]	潘学峰, 王昌茂. 火炬姜离体快繁技术研究[J]. 园艺学报, 2003(2):183-186,253.
[43]	李燕, 解玮佳, 李兆光, 等. 大花象牙参的组织培养与快速繁殖[J]. 植物生理学通讯, 2005(4):486.
[44]	瞿素萍, 屈云慧, 吴丽芳, 等. 云南野生早花象牙参的组织培养和快速繁殖[J]. 植物生理学通讯, 2005(3):342.
[45]	路国辉, 吴丹, 刘盼盼, 等. 海南三七的组织培养和快速繁殖[J]. 北方园艺, 2022(12):99-105.
[46]	刘迎春. 马铃薯种质资源离体保存的研究[D]. 呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2009.
[47]	兰伟, 陈发棣. 植物种质资源缓慢生长法保存研究进展[J]. 阜阳师范学院学报(自然科学版), 2010(2):68-72.
[48]	李征. 笃斯越橘优系组培苗低温保存的初步研究[D]. 哈尔滨: 东北农业大学, 2019:49.
[49]	陈汝豪, 周艳华, 赵喜娟, 等. 延长马铃薯种质资源低温保存条件的探究[J]. 中国马铃薯, 2023(5):419-427.
[50]	仇志浪, 郭凯斌, 文壮, 等. 贵州主栽樱桃品种的花粉量及其低温保存效果[J]. 西南农业学报, 2018(10):2185-2190.
[51]	李伦政, 古丽娜尔·艾拜都拉, 杨瑞思, 等. 小滴玻璃化法超低温保存海岛棉XH33胚性细胞的研究[J]. 农业生物技术学报, 2019(7):1199-1205.
[52]	BETTONI J C, BONNART R, VOLK G M. Challenges in implementing plant shoot tip cryopreservation technologies[J]. Plant cell, tissue and organ culture (PCTOC), 2020, 144(1):21-34.
[53]	苏仕林. 草莓茎尖超低温保存体系建立及脱除SMYEV和SVBV研究[D]. 绵阳: 西南科技大学, 2022.
[54]	王仁睿. 菊花、枣和马铃薯种质资源超低温保存技术与脱毒的研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2014.
[55]	URAGAMI A, SAKAI A, NAGAI M. Survival of cultured cells and somatic embryos of Asparagus officinalis cryopreserved by vitrification[J]. Plant cell reports, 1989, 8:418-421.
[56]	曾琳, 何明军, 陈葵, 等. 高良姜种子超低温保存研究[J]. 中国农学通报, 2014(28):164-168. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.2014-1267
[57]	吴怡, 顾雅坤, 符丽, 等. 莪术茎尖玻璃化法超低温保存技术[J]. 热带农业科学, 2018(4):52-57.
[58]	杜来顺, 冯建军, 李晓华, 等. 生姜玻璃化法超低温保存技术[J]. 北方园艺, 2014(13):123-125.
[59]	YAMUNA G, SUMATHI V, GEETHA S P, et al. Cryopreservation of in vitro grown shoots of ginger (Zingiber officinale Rosc.)[J]. Cryo letters, 2007, 28(4):241-252.
[60]	FABRE J, DEREUDDRE J. Encapsulation-dehydration: a new approach to aryopreservation, of Solamum shoot tips[J]. Cryo letters, 1990, 11(6):413-426.
[61]	曾琳, 何明军, 陈葵, 等. 益智种子超低温长期保存方法探究[A]. 中国作物学会作物种子专业委员会2015年学术年会会议论文集[C]. 2015.
[62]	PANIS B. Sixty years of plant cryopreservation: from freezing hardy mulberry twigs to establishing reference crop collections for future generations[J]. Acta horticulturae: bangkok, 2019, 1234:1-8.
[63]	任宁, 陈冠群, 申晓辉. 超低温保存诱发百子莲胚性愈伤组织延迟性细胞死亡特征[J]. 分子植物育种, 2023, 21(18):6096-6105.
[64]	任瑞芬. 芍药花粉超低温保存中细胞程序性死亡信号分子及其相互关系研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2021:128-134.
[65]	WANG R R, GAO X X, CHEN L, et al. Shoot recovery and genetic integrity of Chrysanthemum morifolium shoot tips following cryopreservation by droplet-vitrification[J]. Scientia horticulturae, 2014, 176:330-339.
[66]	刘成才, 苏仕林, 邓学儒, 等. ‘犍为麻柳姜’二次茎尖脱毒及复壮[J]. 植物生理学报, 2021, 57(12):2271-2278.
[67]	杨松宸, 赵德刚, 赵懿琛. 六盘水小黄姜脱毒快繁技术及遗传变异研究[J]. 分子植物育种, 2017, 15(12):5070-5078.

属	植物名称	材料	生长调节剂或其他附物		继代周期/d		参考文献
豆蔻属	海南砂仁 (Amomum longiligulare T. L. Wu)	笋芽	芽诱导 6-BA 3.0 mg/L+NAA 0.05 mg/L			30	[18]
豆蔻属	阳春砂仁 (Amomum villosum Lour)	根茎	芽增殖 6-BA 5 mg/L+20%硫代硫酸5 mL/L			30	[25]
姜黄属	红苞姜黄 (Curcuma rubrobracteata)	芽和幼嫩茎尖	芽增殖 TDZ 0.5 mg/L+NAA 0.1 mg/L			40	[19]
	姜黄 (Curcuma longa L.)	无菌芽的芽基	愈伤组织诱导 TDZ 0.5 mg/L+6-BA 0.5 mg/L+2,4-D 0.3 mg/L			30	[22]
	姜荷花 (Curcuma alismatifolia Gagnep)	球茎	芽增殖 18号培养基+TDZ 0.5 mg/L			30	[26]
	南岭莪术 (Curcuma kwangsiensis var.nanlingensis N.Liu et X.Y.Ma)	无菌芽的芽基	芽增殖 TDZ 0.3 mg/L			30	[19]
	莪术 [Curcuma zedoaria (Christm.) Rosc.]	根茎	芽增殖 2.0 mg/L BA+2.0 mg/L IBA			28	[27]
	广西莪术 (Curcuma kwangsiensis S. G. Lee et C. F. Liang)	幼芽、嫩叶、块茎	芽增殖 6-BA 0.5~1.0 mg/L+2,4-D 1.0 mg/L			25	[28]
	春秋姜黄 (Curcuma attenuata Wall)	根茎腋芽	芽增殖 6-BA 2.0 mg/L+TDZ 0.1 mg/L			40	[29]
山姜属	红丰收山姜 (Alpinia zerumbet henryi ‘Harvest’)	地下嫩芽	芽诱导 6-BA 3.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L			30	[30]
	艳山姜 [Alpinia zerumbet (Pers.) Burtt. etSmith]	种子	芽增殖 6-BA 3.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L			30	[31]
	益智 (Alpinia oxyphylla Miq.)	笋芽	芽增殖 6-BA 6.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L			30	[32]
姜属	峨眉大黄姜 (Zingiber emeiense Z.Y.Zhu)	茎尖	继代培养 6-BA 0.2 mg/L+NAA 0.05 mg/L+GA₃ 0.1 mg/L			30	[24]
	生姜 (Zingiber offcinale Roscoe)	根状茎	芽增殖 6-BA 3.0 mg/L+NAA 1.0 mg/L			25~30	[33]
		组培苗	离体培养蔗糖30 g/L+甘露醇20 g/L			150	[34]
		嫩芽	离体培养 1/2 MS+蔗糖15 g/L			240	[35]
	珊瑚姜 (Zingiber corallinum Hance)	成熟种子的下胚轴	芽诱导 6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.5 mg/L			30	[36]
	光果姜 (Zingibernudicarpum)	块茎幼芽	芽增殖 6-BA 5.0 mg/L+TDZ 0.2 mg/L+NAA 0.5 mg/L			30	[37]
姜花属	白姜花 (Hedychium coronarium)	茎尖	芽增殖 6-BA 3.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L			25	[38]
	白姜花 (Hedychium coronarium)	成熟种子无菌苗的下胚轴	芽增殖 6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L			20~25	[39]
	金姜花 (Hedychium gardnerianum)	茎尖	芽诱导 6-BA 3.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L			50	[40]
	红姜花 (Hedychium coccineum Buch.-Ham.)	花序抽生的腋芽	丛生苗增殖 6-BA 1.0 mg/L+NAA 1.0 mg/L			40	[23]
火炬姜属	火炬姜 [Phaeomeria magnifica (Roscoe)K. Shum]	顶芽和侧芽	芽增殖 6-BA 2.0~3.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L			25	[41]
火炬姜属	火炬姜 [Phaeomeria magnifica (Roscoe)K. Shum]	双芽	芽增殖 6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L+CW 10%		25~30			[42]
象牙参属	大花象牙参 (Roscoea humeana Balf. f. et W. W. Sm.)	潜伏芽	芽增殖 6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.5 mg/L	30			[43]
象牙参属	早花象牙参 (Roscoea cautleoides Gagnep.)	幼嫩叶片	芽增殖 6-BA 0.6 mg/L+NAA 0.1 mg/L	30~45			[44]
山柰属	海南三七 (Kaempferia rotunda L.)	芽和茎基部	继代培养 6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L	30			[45]

属	植物名称	材料	生长调节剂或其他附物		继代周期/d		参考文献
豆蔻属	海南砂仁 (Amomum longiligulare T. L. Wu)	笋芽	芽诱导 6-BA 3.0 mg/L+NAA 0.05 mg/L			30	[18]
豆蔻属	阳春砂仁 (Amomum villosum Lour)	根茎	芽增殖 6-BA 5 mg/L+20%硫代硫酸5 mL/L			30	[25]
姜黄属	红苞姜黄 (Curcuma rubrobracteata)	芽和幼嫩茎尖	芽增殖 TDZ 0.5 mg/L+NAA 0.1 mg/L			40	[19]
	姜黄 (Curcuma longa L.)	无菌芽的芽基	愈伤组织诱导 TDZ 0.5 mg/L+6-BA 0.5 mg/L+2,4-D 0.3 mg/L			30	[22]
	姜荷花 (Curcuma alismatifolia Gagnep)	球茎	芽增殖 18号培养基+TDZ 0.5 mg/L			30	[26]
	南岭莪术 (Curcuma kwangsiensis var.nanlingensis N.Liu et X.Y.Ma)	无菌芽的芽基	芽增殖 TDZ 0.3 mg/L			30	[19]
	莪术 [Curcuma zedoaria (Christm.) Rosc.]	根茎	芽增殖 2.0 mg/L BA+2.0 mg/L IBA			28	[27]
	广西莪术 (Curcuma kwangsiensis S. G. Lee et C. F. Liang)	幼芽、嫩叶、块茎	芽增殖 6-BA 0.5~1.0 mg/L+2,4-D 1.0 mg/L			25	[28]
	春秋姜黄 (Curcuma attenuata Wall)	根茎腋芽	芽增殖 6-BA 2.0 mg/L+TDZ 0.1 mg/L			40	[29]
山姜属	红丰收山姜 (Alpinia zerumbet henryi ‘Harvest’)	地下嫩芽	芽诱导 6-BA 3.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L			30	[30]
	艳山姜 [Alpinia zerumbet (Pers.) Burtt. etSmith]	种子	芽增殖 6-BA 3.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L			30	[31]
	益智 (Alpinia oxyphylla Miq.)	笋芽	芽增殖 6-BA 6.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L			30	[32]
姜属	峨眉大黄姜 (Zingiber emeiense Z.Y.Zhu)	茎尖	继代培养 6-BA 0.2 mg/L+NAA 0.05 mg/L+GA₃ 0.1 mg/L			30	[24]
	生姜 (Zingiber offcinale Roscoe)	根状茎	芽增殖 6-BA 3.0 mg/L+NAA 1.0 mg/L			25~30	[33]
		组培苗	离体培养蔗糖30 g/L+甘露醇20 g/L			150	[34]
		嫩芽	离体培养 1/2 MS+蔗糖15 g/L			240	[35]
	珊瑚姜 (Zingiber corallinum Hance)	成熟种子的下胚轴	芽诱导 6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.5 mg/L			30	[36]
	光果姜 (Zingibernudicarpum)	块茎幼芽	芽增殖 6-BA 5.0 mg/L+TDZ 0.2 mg/L+NAA 0.5 mg/L			30	[37]
姜花属	白姜花 (Hedychium coronarium)	茎尖	芽增殖 6-BA 3.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L			25	[38]
	白姜花 (Hedychium coronarium)	成熟种子无菌苗的下胚轴	芽增殖 6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L			20~25	[39]
	金姜花 (Hedychium gardnerianum)	茎尖	芽诱导 6-BA 3.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L			50	[40]
	红姜花 (Hedychium coccineum Buch.-Ham.)	花序抽生的腋芽	丛生苗增殖 6-BA 1.0 mg/L+NAA 1.0 mg/L			40	[23]
火炬姜属	火炬姜 [Phaeomeria magnifica (Roscoe)K. Shum]	顶芽和侧芽	芽增殖 6-BA 2.0~3.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L			25	[41]
火炬姜属	火炬姜 [Phaeomeria magnifica (Roscoe)K. Shum]	双芽	芽增殖 6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L+CW 10%		25~30			[42]
象牙参属	大花象牙参 (Roscoea humeana Balf. f. et W. W. Sm.)	潜伏芽	芽增殖 6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.5 mg/L	30			[43]
象牙参属	早花象牙参 (Roscoea cautleoides Gagnep.)	幼嫩叶片	芽增殖 6-BA 0.6 mg/L+NAA 0.1 mg/L	30~45			[44]
山柰属	海南三七 (Kaempferia rotunda L.)	芽和茎基部	继代培养 6-BA 2.0 mg/L+NAA 0.1 mg/L	30			[45]