杨树

对组织培养的认识
----以杨树组织培养为例
姓名：张新慰学号：200816840207 专业：园林（规划设计方向）班级：2班得分：
摘要：我国是一个森林资源缺乏的国家, 随着对森林保护工作的日渐重视, 木材供需矛盾表现得更加突出, 发展杨树已成为解决目前木材短缺的重要途径, 杨树白杨派树种根蘖繁殖率低、扦插繁殖周期长, 受季节等诸多因素限制了其大规模繁殖, 组织培养繁殖方法虽然能解决杨树扦插繁殖过程中的一些问题并可在短时期内获得大量组培苗
关键词：杨树；组织培养；认识
1杨树的概述
杨树是杨柳科Salicaceae 杨属Populus 植物落叶乔木的统称, 是用材林、防护林和四旁绿化的主要树种。

由于其生长快、适应性强、轮伐期短、繁殖容易, 在世界上栽培面积较大, 因此杨树的育种工作也倍受关注。

而杨属中白杨派树种如银白杨Populus al-ba、新疆杨Populus alba var. pyramidalis、毛白杨Pop-ulus tomentosa、银新杨Populus alba ×P. alba var.pyramidalis 等, 适生于干旱、半干旱地区, 在我国三北地区的生态环境建设中具有积极的战略地位。

2杨树常规组织培养的研究
常规组织培养(Tissue Culture) 是指在无菌条件下, 分离并在培养基中培养离体植物组织(器官或细胞)的技术。

广义的组织培养: 包括器官培养、组织培养、胚胎培养、细胞培养、原生质体培养、花药培养等; 狭义的组织培养是指植物离体快繁技术(Micro-propagation)或试管繁殖技术。

组织培养用离体快繁技术繁殖, 节约繁殖材料,每年可繁殖出几万甚至数百万的小植株。

虽然木本植物的组培要比草本组织培养难, 但是通过国内外众多科研人员的努力, 已经利用茎段、叶片、胚培养、花药培养等获得了目的植株。

组织培养技术在植物无性繁殖中占有十分重要的地位, 它具有繁殖速度快, 易于人工调控, 不受季节限制, 可以生产无病毒苗木等众多优点, 但是传统组织培养技术主要靠手工操作, 浪费人力物力, 导致生产成本过高, 从而限制了其商品应用价值。

3组织培养应注意的几个问题
杨树(Poplar)是重要的防护林、行道树和速生用材树种。

植物组织培养促进了杨树的微体快繁和基因转化技术的快速发展,使得杨树的遗传改良和大面积造林更加快捷、便利。

尽管杨树的组织培养技术日趋成熟,从愈伤组织的诱导、不定芽的分化,到植株再生和大田移栽,已形成了相当成熟的流程,但杨树组织培养效果的提高仍然受多个因子的影响,这些因子包括外植体、培养基、生长调节物质和温度、光照、碳水化合物等。

3．1基本培养基的类型
杨树组织培养中,常用的基本培养基是MS[1]和WPM[2],其次是盐浓度减半或大量元素减半的 1 /2MS[3],也有MH和MS30用作基本培养基的报道。

此外,采用MS液体培养基,可使杨树不定芽增殖较快,在短期内获得大量的芽,有利于杨树的快速繁殖。

一些杨树如Populus alba×Pop-ulus tremula和Populus trecocarpa×Populus deltoides的组织培养过程中,铵离子会富集在叶片或茎段内,不利于愈伤组织的诱导或不定芽的发生。

因此,用铵离子浓度较高的MS培养基和WPM培养基进行杨树组织培养时,应根据外植体的种类和实验目的对培养基的组成做适当调整或改进。

采用无机氮减半的(1 /2N)MS作为中嘉8号杨(Populus deltoides, I63×I69)组织培养的基本培养基,通过添加适当配比的细胞分裂素和生长素,能够诱导杨树离体叶片越过愈伤组织阶段直接分化出不定芽,接种后20d不定芽分化率达85%。

这种直接分化方式解决了杨树组织培养中经愈伤组织分化不定芽获得完整植株所需时间较长、培养程序复杂和分化率较低的问题,对生产上提高美洲黑杨的繁殖系数具有重要意义。

3．2外植体的选择
杨树外植体的取材来源较广,叶片、腋芽、茎尖、茎段、子叶、下胚轴、原生质体等都可以作为外植体进行组织培养。

实际操作中,取何种材料作为外植体取决于杨树植株的基因型、外植体的生理状态和外植体的取材部位。

Cole等用不同基因型的美洲黑杨(Populus deltoides)茎段作为外植体,以添加ZT 0. 5mg/L的MS为基本培养基,供试的16种基因型的不定芽诱导率,其中4种达50%以上, 6种介于3% ~23%之间。

李浚明指出,在由同一个植株取来的外植体中,全能性的表达与否可能因外植体的生理状态而不同,成年植物、特
别是成年树木组织的再生能力较低,因此无法利用其细胞和组织进行培养以达到改良和快速繁殖植物的目的。

一般来说,外植体越幼嫩,越容易再生植株,此外,同一植株上不同器官再生能力不同,同一器官的不同部位再生能力也有差异。

白杨(Populus Sect)及其杂交系的实生苗,其下胚轴和茎尖分化芽的能力高于子叶和叶片;山新杨(Populus davidiana×Populus bolleana Louc-ne)带有叶柄的下段,极易在叶柄的切口处形成芽且分化频率高达75%,而中、上段芽从叶脉处产生且分化频率较低
3．3外植体的消毒方式
植物组织培养的启动阶段,选择合适的消毒方式有助于快速建立植物的无菌繁殖体系。

目前,植物组织培养常用的消毒剂有次氯酸钙(5% ~10%, 5 ~30min)、次氯酸钠(2%, 5 ~30min)、过氧化氢(3% ~10%, 5~15min)、氯化汞(0. 1% ~1%, 2~10min)等,实验时使用何种消毒剂要因外植体类型而定。

不同植物材料对消毒剂的敏感性不同,消毒剂毒性太强或消毒时间过长,容易导致外植体死亡,毒性不够或消毒时间过短,容易导致外植体污染率增加。

在启动培养阶段,对采自野外植物材料的消毒,一般先用自来水冲洗去除表面的泥土,然后浸入70%乙醇3~5s,以增加材料表面的浸湿度,接着用10% NaClO溶液(加少许表面活性剂)表面消毒5~10min,再用无菌水冲洗3~5遍,最后在无菌条件下将材料上与消毒剂接触过的界面切除,切取大小合适的外植体。

显然,上述操作过程较为繁杂。

作者在进行中嘉8号杨(P. deltoides, I63×I69)的组织培养时,为了减少污染和快速获得无菌的繁殖材料,先从苗圃地里剪取健康的杨树枝条室内水培复幼,用枝条上长出的嫩枝和叶片作外植体,经消毒剂处理后,外植体污染率明显降低,效果较好。

3．4植物生长调节物质及其配比
培养基中添加植物生长调节剂的种类、配比和浓度对杨树外植体的增殖与分化起主导作用。

杨树组织培养中常用的生长调节物质有生长素(NAA、IBA、2, 4-D、IAA等)、细胞分裂素(BA、ZEA、KT、TDZ、2- ip等)和赤霉素(GA3)等几大类。

研究表明,在芽的诱导和增殖阶段, BA浓度是影响天演杨(Populus boleana)等速生杨不定芽形成的关键因子, BA在0. 5~2 mg/L范围内均有不定芽产生; BA 1. 0 mg/L与NAA 0. 05 mg/L配合使用,可促进不定芽的形成;GA3有促进芽的分化和增殖长高的效果,但浓度过高(超过0. 5 mg/L)芽长得不充实,容易枯鞘。

BA与NAA比值对108杨(Populus euramericana cv, 114 /69)茎段诱导不定芽和愈伤组织有调控作用,比值增大有利于芽的诱导(NAA 0. 05 mg/L比较适宜);与之相反的是, BA与2, 4-D比值较小有利于愈伤组织的诱导,较大不利于芽的诱导[13]。

BA与IAA的配比为0. 005 /0. 3时,箭胡毛杨(Populus migra×Populus. enphratica)1年生休眠茎段不定芽发生数最多[14];与NAA配合, ZEA比BA对白杨不芽的产生有更明显的诱导作用[15]。

类细胞分裂素TDZ能够促进腋芽增殖和不定芽分化,但阻碍芽的生长。

植物组织培养中,生长素通常被用于诱导细胞的分裂和根的分化,而细胞分裂素主要是促进细胞分裂和由愈伤组织或器官上分化不定芽,对根的发生具有抑制作用,但也存在一些特殊的情形。

在生根壮苗阶段,一定浓度的KT对白杨(P. Sect)生根有促进作用,诱导生根的培养基不需添加任何激素,培养基中的无机盐分减半会促进生根和侧根发育;单独使用IAA诱导生根效果较好,浓度以0. 5~0. 8 mg/L为宜; IAA含量为1. 0 mg/L时,根诱导频率最高。

3．5合适的培养条件
在植物组织培养过程中,温度、光照、湿度、pH等培养条件与激素的配比及添加物的使用具有同等重要的作用。

84K杨(Populus alba L.×Populus glandulosa Dode cv.‘84k’)分化的不定芽要长成具有根、茎、叶的正常组培苗,必须经过温度保持28℃、光照10 h/d、光照强度2 000 lx的壮苗培养。

在杨树生根阶段,培养基高渗透势或液体培养基有利于营养素和激素的运转,有利于根的发生及形成的质量,因此琼脂的用量对生根过程也有较大的影响。

琼脂用量超过8g/L时生根率较低,单株生根数少,苗生长势较弱。

同时观察到,琼脂用量少,培养基较软,固定性差,组培苗容易“玻璃化”;琼脂用量过大,培养基较硬,组培苗发根速度慢,根系质量差。

综合比较,琼脂用量为7 g/L较适宜于中嘉8号组培苗生根。

值得一提的是,由于培养条件、培养基组分、激素、碳水化合物等因素的改变引起的幼苗整株失绿,也是杨树组织培养中较为常见的现象。

这些因素的改变常常导致培养基中Fe含量的不足、各矿质营养不均衡、培养环境通气不良、激素配比失衡、蔗糖含量不足、pH值变化过大、培养温度不适和光照不足等,从而影响组织培养的实际效果,应当引起足够的重视。

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