白樺組織培養(yǎng)研究進(jìn)展

丁曉霞

摘要 白樺是優(yōu)良的造林和用材樹種，其需求量一直居高不下，傳統(tǒng)育苗方法已無法滿足市場需求。為此，利用組織培養(yǎng)技術(shù)快速大量繁育白樺優(yōu)質(zhì)苗木是必不可少的育苗手段，同時也是白樺良種選育和保護(hù)的重要技術(shù)手段。本文就白樺生物學(xué)特性和國內(nèi)外白樺組培研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，并介紹了影響白樺組織培養(yǎng)效果的關(guān)鍵因素，以期為白樺組織培養(yǎng)提供參考。

關(guān)鍵詞 白樺；組織培養(yǎng)；外植體；研究進(jìn)展

中圖分類號 S792.159 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）13-0131-01

白樺（Betula platyphylla）為樺木科樺木屬植物，樹高可達(dá)15～20 m，胸徑可達(dá)50 cm[1]。白樺在東北三省分布較多，耐瘠、寒能力較強(qiáng)，且生長迅速，在東北地區(qū)常與紅松、落葉松、胡桃楸、蒙古櫟等樹種混生或成純林。白樺樹皮光滑潔白，姿態(tài)優(yōu)美，具有獨特的觀賞性，可以作為庭園、行道以及綠地栽培樹種；其木質(zhì)堅硬，質(zhì)地細(xì)白，是制造膠合板、紙漿材和高級家具的優(yōu)良樹種，市場需求量極大。此外，其樹皮富含的油脂也是制作化妝品的重要香料之一。近年來，隨著對白樺研究的不斷深入，對白樺樹皮提取物中各種皂苷類物質(zhì)的研究也逐漸引起人們的廣泛關(guān)注[2]。開展白樺組培快繁技術(shù)研究，不僅可以大規(guī)模繁殖白樺優(yōu)良品種和類型，也可以保持其優(yōu)良的性狀。在白樺新品種選育和分子遺傳育種過程中，利用組織培養(yǎng)技術(shù)獲得再生植株也已經(jīng)成為白樺優(yōu)良無性系繁育的常用手段。

1 白樺組培研究進(jìn)展

芬蘭是世界上最早研究白樺組織培養(yǎng)的國家，Huhtinen首次通過樺木的莖軸獲得了離體再生植株，隨后日本和德國的學(xué)者分別用腋芽、種子等作為外植體，經(jīng)過誘導(dǎo)、分化、繼代和生根獲得了白樺完整植株。20世紀(jì)80年代末，隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展，白樺組織培養(yǎng)技術(shù)也取得了較大突破，體細(xì)胞胚培養(yǎng)和原生體培養(yǎng)逐漸成為研究熱點。Kurtén U等[3]對歐洲白樺進(jìn)行體細(xì)胞培養(yǎng)，并比較了不同培養(yǎng)基和不同激素濃度對體細(xì)胞胚發(fā)育的影響；Nuutila等[4]利用樺樹愈傷組織獲得實生苗，并比較了蔗糖和無機(jī)N對體細(xì)胞胚再生的影響。20世紀(jì)90年代末，白樺組培快繁技術(shù)的研究更加系統(tǒng)和深入，建立了多種外植體、多水平的再生途徑，同時在植株的分化和再生機(jī)理等方面也進(jìn)行了探索研究。Fu等[5]對日本白樺莖段產(chǎn)生愈傷組織分化不定芽與AOA和AOPP的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，不定芽的形成可能會受到愈傷組織表面木栓化表皮的抑制，通過阻止木栓化表皮形成可以促進(jìn)不定芽的形成[6]。在白樺樹種組培研究中，日本白樺和歐洲白樺也建立起高效的培養(yǎng)程序并達(dá)到了生產(chǎn)階段[7]。

我國白樺育種研究工作起步相對較晚，但是發(fā)展迅速。陶 靜等[8]最先用WPM、MS和IS 3種基本培養(yǎng)基進(jìn)行研究，利用休眠芽獲得無菌苗作為外植體，建立了白樺組培再生體系。詹亞光等[9]在組培再生系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上研究了培養(yǎng)基、激素種類及濃度、無性系、外植體類型、蔗糖濃度對誘導(dǎo)及生根的影響，并提出白樺組培的最佳條件及程序，在其篩選出的最佳培養(yǎng)基上生根率可達(dá)95 %以上，移栽成活率達(dá)90%。占愛瑤等[10]對不同白樺樹種組培快繁體系進(jìn)行了篩選，選出2個樹種用于工廠化育苗，以滿足造林和生產(chǎn)需要。由此，解決了一直以來東北地區(qū)白樺扦插育苗越冬難的問題。隨后，一些白樺品種組培也開展起來，趙夢姝[11]使用頂芽和側(cè)芽作為外植體建立了紫葉白樺的組培快繁體系；楊 玲等[12]篩選出適合紫葉白樺芽增殖培養(yǎng)的培養(yǎng)基，增殖率可達(dá)10.4，生根率最高可達(dá)91.5%。隨著生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，白樺組織培養(yǎng)研究不僅僅用于工廠化育苗和造林生產(chǎn)，也開始逐漸成為白樺遺傳改良中不可或缺的技術(shù)手段。詹亞光等[13]首次對白樺離體再生技術(shù)和再生機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究，填補(bǔ)了白樺組織培養(yǎng)和轉(zhuǎn)基因植株再生的空白，為白樺的遺傳改良和無性繁殖開辟了一條行之有效的新途徑。在此之后，又進(jìn)一步優(yōu)化了愈傷組織繁殖系統(tǒng)，進(jìn)行了不定芽和不定根發(fā)生解剖學(xué)及白樺轉(zhuǎn)抗蟲基因的研究。

2 影響白樺組織培養(yǎng)的關(guān)鍵因素

2.1 外植體選擇

在白樺組培過程中，首先是外植體的選擇，合適的外植體是組培成功的決定因素之一。研究表明，植株的生長狀態(tài)、生長時間、基因型以及外植體的取材部位和取材時間等都會影響組培的形態(tài)發(fā)生。若外植體取材不當(dāng)，不僅會增加污染率，還極易在培養(yǎng)過程中發(fā)生褐化及玻璃化現(xiàn)象。白樺組織培養(yǎng)中可以采用的外植體類型較多，如腋芽、頂芽、莖段、種子、葉片和胚等[14]，因而在組培前可以先進(jìn)行不同部位外植體培養(yǎng)試驗，以選取適宜的外植體。

2.2 無菌體系建立

污染在植物組織培養(yǎng)的整個過程均可能發(fā)生，建立無菌體系是植物組織培養(yǎng)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。污染又分為接種前、接種中和接種后污染。降低接種前污染就要先對外植體的消毒處理進(jìn)行研究。先根據(jù)已選擇的外植體確定與其相適宜的消毒劑和消毒方法，再根據(jù)消毒劑和消毒方法確定適宜的消毒時間。消毒時間過短，會導(dǎo)致消毒不徹底，污染率高；消毒時間過長，會造成外植體死亡。研究表明，不同滅菌劑和不同滅菌時間對外植體的滅菌效果差異極其顯著。白樺組培過程中常用的消毒劑有乙醇、氯化汞、次氯酸鈉及過氧化氫等。

2.3 培養(yǎng)基及激素選擇

基本培養(yǎng)基和激素的選擇是叢生芽誘導(dǎo)、愈傷組織分化、繼代增殖的關(guān)鍵。目前，白樺組培應(yīng)用的基本培養(yǎng)基主要有MS、1/2MS、WPM、WH、N6、NRM、DKW、NN和B5等，可根據(jù)不同外植體和誘導(dǎo)部位選擇適宜的培養(yǎng)基。不同激素類型及濃度配比是增加分化率、增殖率和生根率的關(guān)鍵，白樺組培中常用的激素有NAA、IBA、IAA、6-BA、2，4-D等。此外，適宜的激素濃度配比也可消除培養(yǎng)過程中的玻璃化現(xiàn)象等。

3 展望

研究表明，增殖和生根培養(yǎng)、愈傷組織誘導(dǎo)和不定芽分化是目前白樺組織培養(yǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，也是工廠化規(guī)模育苗和遺傳轉(zhuǎn)化育苗的技術(shù)性難點。因此，在今后的工作和研究中，一是要多選擇不同部位的外植體進(jìn)行研究，解決試材的復(fù)幼問題，篩選適用于擴(kuò)繁的外植體種類和基因型；二是要控制組培過程中的污染、褐化及玻璃化現(xiàn)象；三是要組合使用多種激素濃度，提高外植體的增殖率；四是要深入開展試管苗生根培養(yǎng)及生根機(jī)理的研究，特別對生根生理學(xué)和發(fā)育學(xué)方面；五是白樺次生代謝產(chǎn)物，如油脂、糖脂、丙酮酸、皂苷等，具有非常高的利用價值，今后應(yīng)利用白樺組織培養(yǎng)技術(shù)加強(qiáng)對其次生代謝產(chǎn)物的研究。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 鄭萬均.中國樹木志[M].北京：中國林業(yè)出版社，1983.

[2] 馬和沙提，宋紅美，熱西達(dá)，等.白樺液的介紹[J].新疆中醫(yī)藥，2006（2）：40-41.

[3] KURT？魪N U，NUUTILA A M，KAUPPINEN V，et al.Somatic embryogen-esis in cell cultures of birch（Betula pendula，Roth.）[J].Plant Cell Tissue & Organ Culture，1990，23（2）：101-105.

[4] NUUTILA A M，KURT？N U，KAUPPINEN V.Optimization of sucrose and inorganic nitrogen concentrations for somatic embryogenesis of birch （Betula pendula，Roth.）callus cultures：A statistical approach[J].Plant Cell Tissue & Organ Culture，1991，24（2）：73-77.

[5] FU L M，HOGETSU T，IDE Y，et al.Effects of α-Aminooxy-β-phenyl-propionic acid and α-Aminooxyacetic acid on differentiation of adven-titious buds in the callus derived from stem segments of betula platyph-ylla SUKATCHEV var.japonica HARA[J].Journal of the Japanese Fores-try Society，1993，75（4）：331-337.

[6] 張偉成，嚴(yán)文梅，單雙健.野芹菜體細(xì)胞胚胎發(fā)生早期變化的細(xì)胞學(xué)研究[J].植物學(xué)報，1993，35（2）：85-90.

[7] 陶靜，閆淑蘭，劉丹，等.國內(nèi)外樺樹育種和遺傳轉(zhuǎn)化研究的現(xiàn)狀及前景展望[J].吉林林業(yè)科技，1998（3）：33-34.

[8] 陶靜，詹亞光，姜靜，等.白樺組培再生系統(tǒng)的研究（Ⅰ）[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998，26（5）：6-9.

[9] 詹亞光，陶靜，楊傳平，等.白樺組培再生系統(tǒng)的研究（Ⅱ）[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998，26（5）：4-5.

[10] 占愛瑤，由香玲，詹亞光.優(yōu)良白樺單株離體繁殖性狀的篩選[J].東北林業(yè)大學(xué)林業(yè)科技，2009，34（5）：1-3.

[11] 趙夢姝.紫葉白樺快繁技術(shù)研究[J].園藝與種苗，2016（4）：29-31.

[12] 楊玲，沈海龍.紫葉白樺莖芽快繁體系的建立及影響因素分析[J].經(jīng)濟(jì)林研究，2012（8）：81-87.

[13] 詹亞光，王玉成，王志英，等.白樺的遺傳轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)基因植株的抗蟲性[J].植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報，2003，29（5）：380-386.

[14] 金建邦，祝遵凌.樺木科植物組織培養(yǎng)研究進(jìn)展[J].北方園藝，2013（23）：202-206.