桉树组培快繁及其应用进展
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桉树是桃金娘科桉属植物的统称,共有945个种、亚种和变种(谢耀坚,2008),绝大多数原产于澳洲及邻近岛屿。19世纪引种至世界各地,目前有一百多个国家或地区栽培。
桉树具有种类多、适应性强、用途广、经济价值高的特点,是当前世界上最主要的木纸浆原料树种,也是我国南方主要的造林树及发展速生丰产林的战略树种。我国主要栽培区为云南、广东、广西及海南等南部省区,种植品种有蓝桉、直干蓝桉、柠檬桉、大叶桉及观叶型铜钱桉等。
桉属树种是异花授粉多年生木本植物,种间天然杂交导致杂种繁多,后代分化严重,因此有性繁殖难以保持树种优良性状(佘小涵,2002),导致实生苗造林的林分分化大、产量低、质量差;而采用扦插、压条等常规繁殖方法育苗的成活率低,难以提供大量苗木,大面积推广造林受到限制。组培快繁是在保持桉树优良品种特性的基础上进行的种苗无性快速繁殖,是其产业化、规模化的重要环节和关键技术(温茂元,2005)。
桉树组织培养始于20世纪60年代,随着技术的发展,越来越多桉树种类的快繁体系被建立,至2000年全世界约60种桉树进行过组织培养技术研究,绝大部分成功获得再生植株(谢耀坚,2000)。通过组培获得的桉树种苗具有保持母体优良性状、繁殖系数大、生长期短等优点,在种源缺少的条件下能很快地满足市场需求。因此,采用组织培养育苗是桉树优良品种快速繁殖的必要途径,对加速桉树人工林营建、提高其产量和质量有重要意义。本文通过阅读大量文献,并结合自身的实践经验,总结近几十年桉树组培快繁研究及其应用进展,为建立桉树高效快繁体系、加速桉树人工林营建步伐以及桉树品种资源的高效利用提供技术方法和理论依据。
1 组培快繁研究
1.1 外植体选取和消毒
1.1.1 外植体选取
桉树与其他多年生植物一样,有明显的生长期和休眠期,因此外植体的采集应在植株生长的旺盛时期。通常以春夏季节取材灭菌容易且易成活,秋冬季取材再生能力差、不易成活;雨季或湿热季节取材容易染菌、消毒不易成功(李云,2001)。因此,选取病害少、生理年龄小、再生能力强的芽或茎段作为组培的外植体,利于迅速建立离体快繁体系(熊丽,吴丽芳,2003)。佘小涵(2002)根据直杆蓝桉芽的萌动规律,取顶芽以下第4~6位腋芽和半木质化茎段进行诱导,发现其萌动率最高;而顶芽与其他部位腋芽的茎段易褐化。翁秋媛(2009)研究邓恩桉不同季节的外植体诱导效果和不同位置腋芽的萌动情况,发现春季(1~3月)取材效果最好,平均出芽率最高(75.8%),平均污染率最低(26.3%),平均褐化率也最低(19.2%);其中,第2~7个芽位的茎段萌芽率较高,褐化率和污染率较低;顶芽虽污染率低,但褐化率最高;第8个芽位以下的茎段萌芽率很低,而且污染率和褐化率很高。由此可知,桉树外植体取材季节和部位不同,其诱导效果存在明显差异。春季桉树枝条中上部第4~7节茎段是外植体选取的最理想部位,因为其积累了丰富的营养物质和内源激素,受病虫侵害较少,外植体消毒和诱导成功率最高。
1.1.2 外植体消毒
植物材料的消毒是组织培养极为关键的一步。75%酒
桉树组培快繁研究及其应用进展
江海涛
(广西壮族自治区国有维都林场,广西 来宾 546100)
摘 要:本文主要对桉树茎段培养中初代诱导、继代增殖、壮苗和生根培养进行概括性介绍,总结桉树组培快繁研究进展。在此基础上,阐述了桉树组培快繁应用概况。为建立桉树高效快繁体系和加速桉树人工林营建步伐提供方法和依据。
关键词:桉树;组培快繁;应用;进展
中图分类号:S792.39 文献标识码:A 文章编号:1671-8089(2012)07-0064-04
[作者简介] 江海涛(1976- ),女,广西恭城人,学士,工程师,
主要从事经济林研究。
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精具有浸润和较强的杀菌作用,却不能彻底消毒;0.1%的升汞有较好的消毒作用,但是对植物细胞具有较强穿透力和杀伤性,外植体易受损伤。而外植体消毒的目的是既要将外植体表面的微生物被彻底杀死,又要尽可能减少其对外植体组织和表皮细胞的伤害,因此,应根据取材时间、外植体幼嫩程度和外植体类型选择消毒剂和消毒时间(孔冬梅等,2003)。
消毒药物的种类、浓度和处理时间对污染率、褐化率和再生率都有影响,桉树外植体常用的消毒药物是酒精、升汞和次氯酸盐。为了降低污染程度,目前最常用的方法是先用自来水冲洗干净,再用70%酒精消毒30s,后用0.1%升汞消毒1min~10min,每次消毒后均用无菌水冲洗3~5次。方法上的差异主要表现在升汞处理浓度和时间的不同,根据马相奎等(2006)的经验,认为桉树外植体用0.15%升汞比用0.5%升汞消毒成活率更高;而陈家龙等(2009)研究发现,园叶桉外植体用0.1%的升汞灭菌10min比灭菌5min、15min效果更好。还有试验表明,经升汞消毒后用1%的氯化钙浸洗处理,能有效控制外植体褐化的发生,从而降低死亡率(管朝旭等,2010)。
1.2 基本培养基
在桉树组织培养的探索性研究中,采用过下列八种基本培养基:即B5、H、MS、N6、White、ER、MS大量元素减半加全部微量元素以及N6的大量元素加H的微量元素等。经过一段时间的改进后,主要采用MS、B5及H三种基本培养基。随着桉树组培技术的不断发展和完善,为了提高诱导、增殖、壮苗和生根率,许多研究者对MS、B5及H基本培养基进行了改良,并在改良基本培养基中加入适量的抗褐化剂如抗坏血酸、柠檬酸和半胱氨酸等(宋建英,2008,2010;欧阳磊,2006),以及壮苗有机添加物维生素B2(核黄素)等(翁秋媛,2009;蔡玲等,2005;管朝旭等,2010)。经过多年的研究和总结,目前所用的基本培养基有MS、改良MS、1/2MS、1/3MS、改良1/2MS、改良H、VPW、改良VPW、F、EU等(宋建英,2010;蔡玲等,2005;管朝旭等,2010;杨春梅等,2005;燕丽萍等,2011;黄华艳和吴耀军,2003;刘奕清和王大平,2005)。宋建英(2008,2010)从MS,B5,1/2MS,H和改良H基本培养基中筛选出诱导邓恩桉芽茎段最好的基本培养基为MS;也有人认为H和MS都适于诱导外植体,但都需要改良。总体而言,不同的桉树品种、同一桉树品种不同的研究者以及不同的培养阶段所用的基本培养基存在差异;这可能与桉树品种特性,培养阶段及目的,以及药品的不同批号等因素有关。
1.3 外源植物生长调节剂
1.3.1 初代诱导
芽的初代诱导是桉树组织培养的启动阶段。培养基中合理的生长素和细胞分裂素浓度和配比,是获得再生芽的重要条件。
不同的桉树品种,初代诱导培养基不同,如:柳桉(谭柏韬,2009)最佳的初代启动培养为MS+BA2.0 mg・L-1+NAA1.0mg・L-1;柳窿桉(黄华艳和吴耀军,2003)为MS+BA1.0mg・L-1+NAA0.2mg・L-1;本泌桉(杨春梅等,2005)为MS+6-BA1.0mg・L-1+NAA0.1mg・L-1;尾细桉(刘奕清和王大平, 2005)为EU+BA0.5mg・L-1+NAA0.2 mg・L-1;大花序按(唐庆兰,2006)为改良MS+BA0.2 mg・L-1+NAA0.2mg・L-1;边沁桉(饶红欣等,2008)为MS+BA0.2mg・L-1;赤桉(刘均利等,2010)为改良MS等。
另外,不同的研究人员对同一桉树品种进行研究,所得的结果也有差异,如:饶红欣等(2008)对史密斯桉的研究表明,其最佳初代诱导培养基为MS+BA 0.2mg・L-1+IBA1.0mg・L-1;而管朝旭(2010)研究结果则表明,培养基F+BA0.5mg・L-1+IBA0.3mg・L-1更利于史密斯桉不定芽的初代诱导;宋建英(2008,2010)认为KT1.0mg・L-1、NAA0.05mg・L-1诱导邓恩桉茎段最佳;而柠檬桉茎段在含有6-BA0.1-2.5mg・L-1、NAA0.1-0.5mg・L-1激素组合的改良MS上均诱导腋芽伸长生长,最高诱导率达73%(黄寿先等,1994)。
总体而言,桉树初代培养所用的主要细胞分裂素种类为BA,浓度为0-2.0mg・L-1;生长素种类为NAA和IBA,浓度分别为0-1.0mg・L-1和0.3-1.0mg・L-1。所用的植物生长调节剂的浓度和种类随桉树品种和研究者的不同而不同。
1.3.2 继代增殖
继代增殖是一个树种的快速繁殖方法能否成功应用于生产的关键环节,既要求达到一定的增殖率,又要求增殖的芽具有良好的遗传稳定性和旺盛的生活力。当初代诱导的腋芽长到1cm~2cm时,切取腋芽转入继代增殖培养基,在适宜的培养条件下,经过一段时间的培养分化形成丛生芽。丛生芽的增殖量主要受到无性系本身生理活性的影响,但在适宜浓度的细胞分裂素与生长素配合作用下,可大大促进接种的芽和各种类型不定芽的增殖和生长。
桉树继代增殖培养常用的细胞分裂素有6-B A和KT,生长素有NAA和IBA,不同的品种差异较大,如:赤桉(刘均利等,2010)继代增殖培养基为M S+6-BA1.5mg・L-1+NAA0.1mg・L-1,增殖系数4.2;本泌桉(杨春梅等,2005)为MS+6-BA0.6mg・L-1+NAA0.1mg・L-1和MS+6-BA0.2mg・L-1+IBA0.1mg・L-1,繁殖系数3-4;边沁桉(饶红欣等,2008)为MS+BA0.5mg・L-1+IBA1.0mg・L-1+NAA0.2mg・L-1,增殖系数4.6;尾赤桉(张远华等,2008)为MS+6-BA0.3mg・L-1+ NAA0.2mg・L-1,增殖系数4.0等。多数情况下,继代增殖培养基中的BA浓度低于初代诱导培养基;但也有相反的情形,如赤桉(刘均利等,2010)初代诱导培养基中的BA浓度为0,而继代增殖培养基中为1.5mg・L-1;另外,有些桉树品种如邓恩桉,需要在不同激素浓度的继代增殖培养中交替培养,才
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