蘋果矮化砧組織培養(yǎng)研究進(jìn)展

阿拉坦圖雅 張麗 王園琳 白國棟 段磊

摘要 蘋果矮化密植具有產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、豐產(chǎn)早、管理方便、土地利用率高等優(yōu)點(diǎn)，是蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。本文主要針對蘋果矮化砧的組織培養(yǎng)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行綜述，包括如何選擇適宜的外植體、培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件，在培養(yǎng)過程中植物生長調(diào)節(jié)劑對組織生長的影響以及污染、玻璃化、褐化的預(yù)防等關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞 蘋果矮化砧；植物組織培養(yǎng)；培養(yǎng)條件

中圖分類號 S511? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號1007-7731（2023）09-0021-04

蘋果（Malus pumila Mill.）是薔薇科（Posacea）蘋果屬（Malus Mill.）的多年生木本植物，是世界四大水果之一[1]。蘋果矮化密植栽培可以有效提高土地利用率，且具有早果、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、管理方便、更新快等優(yōu)點(diǎn)[2]。目前，我國蘋果矮化砧木主要采用M9、M26和GM256等作為中間砧或者自根砧。GM256是吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所利用‘西伯利亞酸蘋果‘美國酸蘋果與M系進(jìn)行雜交培育而成的，具有抗寒抗病、早果豐產(chǎn)、親和力強(qiáng)等特點(diǎn)[3]。M9是英國東茂林試驗(yàn)站選育出來的應(yīng)用較為廣泛的一種矮化砧木[4]，早果性強(qiáng)、耐鹽堿，但抗逆性差[5]。M26是M9與M系其他砧木雜交選育出的在我國應(yīng)用最多的砧木[6]，抗花葉病、白粉病[7]。蘋果矮化砧木的組培快繁因其周期短、成本低、繁殖系數(shù)高等特點(diǎn)而被廣泛利用。本文綜述了蘋果矮化砧木組織培養(yǎng)技術(shù)研究概況，為工廠化育苗提供參考。

1 外植體的選擇

外植體的選擇是進(jìn)行組織培養(yǎng)、建立無菌體系以及植株再生的關(guān)鍵一步。盡管所有的植物細(xì)胞都具有全能性，但并不是任何細(xì)胞都能表現(xiàn)處理[8]。覃蘭英等[9]用莖尖及側(cè)芽為外植體，生根率高達(dá)98%～100%。張秀英等[10]通過人工氣候箱進(jìn)行恒溫?zé)崽幚?5 d，待盆栽蘋果苗頂芽或腋芽萌發(fā)長度達(dá)到0.5～2 cm時(shí)，取莖尖及芽點(diǎn)進(jìn)行培養(yǎng)的組培苗染菌率低至0。時(shí)保華等[11]研究表明，枝條的再生多半從葉背面的基部中脈處開始，然后是細(xì)脈和其他部位。在組織培養(yǎng)的過程中，第一步也是最為關(guān)鍵的一步，即做好外植體的選擇。為此，在進(jìn)行外植體選擇過程中，需要從多方面進(jìn)行考慮，如材料本身的幼化程度、材料的著生部位以及自身的生理狀態(tài)等。

2 培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件的選擇

2.1 培養(yǎng)基

蘋果組培快繁初代培養(yǎng)和繼代培養(yǎng)大多以MS、QL培養(yǎng)基為主，生根培養(yǎng)采用1/2WPM、1/2MS培養(yǎng)基。孫清榮等[12]開展了MS、1/2MS、3/4MS、QL 4種培養(yǎng)基對GM256試管苗生長的影響研究，結(jié)果表明，QL培養(yǎng)基增殖倍數(shù)最高，伸長生長最佳。孫洪雁等[13]對蘋果矮化砧木JM7的組織培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，MS比QL顯著提高增殖梢數(shù)，但QL比MS更有利于獲得健壯生長的綠苗。韓紅巖[14]試驗(yàn)表明，蘋果離體再生MS的效果優(yōu)于其他培養(yǎng)基，所以一般選用MS作為基本培養(yǎng)基。

2.2 培養(yǎng)條件

封明軍等[15]研究發(fā)現(xiàn)，蘋果矮化砧‘T337葉片暗培養(yǎng)7～14 d時(shí)，形成的愈傷組織轉(zhuǎn)入光照培養(yǎng)后增殖速度快，顏色鮮艷有光澤。師校欣等[16]研究認(rèn)為，M26繼代苗接種10 d后進(jìn)行10～15 d的黑暗培養(yǎng)，可有效提高出苗率，不影響試管苗質(zhì)量。查仁明[17]在進(jìn)行蘋果組織培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)，其最適宜的溫度范圍在不同的情況存在區(qū)別，在光照環(huán)境下，適宜溫度為25～28 ℃；在黑暗的情況下，適宜溫度在18～25 ℃。

3 植物生長調(diào)節(jié)劑對組織培養(yǎng)的影響

在進(jìn)行植物組織培養(yǎng)過程中，應(yīng)明確要想讓植物組織培養(yǎng)質(zhì)量得以提升，需要在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入一定量的植物生長調(diào)節(jié)劑，促進(jìn)外植體中存在的愈傷組織部位實(shí)現(xiàn)組織的誘導(dǎo)以及器官的有效分化。當(dāng)前常見的植物生長調(diào)節(jié)過程中，所使用的調(diào)節(jié)劑有生長素、細(xì)胞分裂素2種。應(yīng)用在蘋果組織培養(yǎng)基中，大多數(shù)情況下均會選擇的細(xì)胞分裂素有6-芐基腺嘌呤（6-BA）、呋喃氨基嘌呤（KT）等，生長素有萘乙酸（NAA）、吲哚乙酸（IAA）、吲哚丁酸（IBA）等。

3.1 初代培養(yǎng)

蘋果矮化砧木組織培養(yǎng)多以嫩梢、一年生枝條、葉片為外植體。王淼淼[18]研究發(fā)現(xiàn)，蘋果矮化砧木啟動培養(yǎng)的植物生長調(diào)節(jié)劑配比為MS+6-BA 1.00 mg/L+NAA 0.05 mg/L。余亮[19]對M9、M26的離體新梢初代培養(yǎng)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，其最佳培養(yǎng)基均為MS+6-BA 1.00 mg/L+NAA 0.50 mg/L。楊艷敏等[20]研究發(fā)現(xiàn)，MS+6-BA 1.00 mg/L+NAA 0.10 mg/L為GM256的最佳誘導(dǎo)培養(yǎng)基，誘導(dǎo)率達(dá)78.5％。綜上所述，蘋果矮化砧木初代培養(yǎng)基以MS+6-BA 1.00 mg/L+NAA 0.05～0.50 mg/L為主。

3.2 增殖培養(yǎng)

成思瓊等[21]研究認(rèn)為，M26最佳增殖培養(yǎng)基配方為MS+6-BA 0.50 mg/L+NAA 0.05 mg/L。周莉[22]研究發(fā)現(xiàn)，蘋果矮化砧木M9的培養(yǎng)基配方MS+6-BA 0.60 mg/L+IBA 0.50 mg/L時(shí)，其有效新梢個(gè)數(shù)達(dá)到 6.8個(gè)/株。孫清榮等[23]研究認(rèn)為，半矮化砧木‘54-118無菌苗的適宜增殖培養(yǎng)基為QL+6-BA 1.00 mg/L+IBA 0.30 mg/L，增值系數(shù)達(dá)到5.1。

3.3 生根培養(yǎng)

趙亮明等[24]研究表明，蘋果砧木M9、M26生根培養(yǎng)基為1/2MS＋I(xiàn)BA 0.30 mg/L＋NAA 0.10 mg/L時(shí)，生根率分別達(dá)到70.6％、69.6％。鄭亞杰等[25]研究認(rèn)為，GM256最適宜的生根培養(yǎng)基是1/2 MS+IBA 0.50 mg/L。韓秀清[26]研究表明，M9-T337的生根培養(yǎng)基1/2MS+IBA 0.50 mg/L+IAA 0.50 mg/L時(shí)，生根率最高達(dá)96%以上。綜上所述，蘋果砧木生根培養(yǎng)過程中以1/2MS＋I(xiàn)BA 0.30～0.50 mg/L的基礎(chǔ)上，配備其他植物生長調(diào)節(jié)劑效果顯著。

4 存在的問題

4.1 污染

在進(jìn)行植物組織培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)所面對的污染來源主要包括以下2個(gè)方面。一是由于材料本身所造成的。由于材料在使用過程中存在消毒不夠徹底或者是材料內(nèi)生菌的問題，導(dǎo)致其跟隨材料直接被帶入了培養(yǎng)基中。二是在開展無菌操作的過程中，由于培養(yǎng)容器的使用不當(dāng)，導(dǎo)致外界環(huán)境中的空氣或是細(xì)菌直接進(jìn)入到培養(yǎng)基中，出現(xiàn)污染現(xiàn)象[8]。為此，要想解決植物組織培養(yǎng)過程中存在的污染問題，需要選擇幼嫩材料，避開雨季和中午陽光最強(qiáng)時(shí)候取外植體，同時(shí)選擇適宜的消毒液，控制好消毒時(shí)間，按程序規(guī)范操作，可有效降低污染風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 褐化

由于蘋果中本身含有一定數(shù)量的酚類化合物，一旦出現(xiàn)蘋果離體這一現(xiàn)象，酚類化合物就會與空氣發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致蘋果本身的褐化現(xiàn)象相對較為嚴(yán)重。褐化的發(fā)生與基因型、外植體的生理狀態(tài)、培養(yǎng)基、溫度和光照、外植體大小、外植體組織的受傷程度、材料轉(zhuǎn)移時(shí)間都有一定的關(guān)系。蘋果離體再生過程中，褐化率隨著消毒時(shí)間的增加而增加，最佳消毒時(shí)間為8 min，褐化率為23.33%[27]。為了克服蘋果組織培養(yǎng)中的褐化現(xiàn)象，將蘋果外植體放置在5 ℃以下的環(huán)境進(jìn)行低溫預(yù)處理，這是由于低溫能夠減緩褐化反應(yīng)的發(fā)展速度[28]?；钚蕴渴钱?dāng)前較為常見的一種吸附性極強(qiáng)的無機(jī)吸附劑，其可以在短時(shí)間內(nèi)吸收環(huán)境中存在的微量物質(zhì)或微小顆粒，同時(shí)活性炭也可以用來減緩蘋果外植體的褐化反應(yīng)[29]。在外植體褐化防治過程中，可以選擇無菌的維生素C溶液對外植體進(jìn)行浸泡，要求浸泡時(shí)間在20 min以上。通過這種方式可以有效防止蘋果外植體褐化速度過快這一問題，而在選擇維生素C溶液時(shí)，需要確保其濃度處于適宜的范圍，應(yīng)在25 mg/L[18]。

4.3 玻璃化

試管苗玻璃化的因素包括培養(yǎng)基的成分、光照、溫濕度及封口材料的透氣性。喬納金蘋果莖尖培養(yǎng)時(shí)，一定范圍內(nèi)降低培養(yǎng)基中銨態(tài)氮，增加硝態(tài)氮的比例有利于防止玻璃苗發(fā)生[30]。較高濃度6-BA是引起蘋果砧木試管苗玻璃化的因素之一，6-BA的濃度范圍以0.4～0.7 mg/L較適宜。同時(shí)空掉組培瓶內(nèi)水分，降低瓶內(nèi)濕度，可減少玻璃苗的產(chǎn)生[31]。查仁明[17]研究認(rèn)為，當(dāng)瓊脂濃度0.7%以上時(shí)，玻璃化現(xiàn)象趨于消失。師校欣等[32]研究認(rèn)為，蘋果砧木試管苗繼代培養(yǎng)基中添加1.5～2.0 g/L的聚乙烯醇，可以有效防止玻璃苗。

5 應(yīng)用及展望

近年來，為了提高單位面積產(chǎn)量以及提高土地利用率，蘋果矮化密植技術(shù)已經(jīng)成為主流，相比于傳統(tǒng)的栽植技術(shù)，矮化密植栽培具有早果性強(qiáng)、產(chǎn)品質(zhì)量更高、更便于集約化管理等優(yōu)勢。在開展蘋果矮化密植栽培技術(shù)的過程中，首先是盡可能地對蘋果品種進(jìn)行分析，選擇1個(gè)最適合矮化的砧木，以生產(chǎn)出更多優(yōu)質(zhì)的矮化砧木，提高蘋果矮化密植過程中的整體質(zhì)量，這也是蘋果矮化密植技術(shù)的最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。

蘋果矮化砧組織培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用在苗木生產(chǎn)過程中，可以培育出性狀穩(wěn)定、純度更高、無病毒的優(yōu)質(zhì)砧木。通過對蘋果矮化砧木組織培養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的優(yōu)化和完善，實(shí)現(xiàn)蘋果矮化砧脫毒苗的工廠化生產(chǎn)，為蘋果矮化密植提供大量的優(yōu)質(zhì)苗木，應(yīng)用前景廣闊，對發(fā)展蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意義重大。

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（責(zé)編：張宏民）

作者簡介 阿拉坦圖雅（1980—），女，內(nèi)蒙古赤峰人，研究員，從事林業(yè)科研工作。