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枣树组织培养繁殖应用研究进展

    枣(zizi phus jujube Mill.) 属鼠李科(Rhamnaceae)枣属(zizi phus Mill)植物。具有抗旱、耐瘠薄、适应性强等特点。果实营养丰富, 糖分含量高达 32.18%, 维生素 C 含量每 100 g 鲜果可达 436~808 mg, 俗称维 C 丸,有一定医疗作用,  是一种良好的经济作物。其栽培生产对农业产业结构调整、农民增收及消费者营养的改善都具有重要意义。分株繁殖是枣树的传统繁殖方法, 一般是针对成年大树, 并且要采取人为断根措施, 不仅对母树有伤害, 还可能造成品种混杂。嫁接繁殖简单易行, 成活率高, 但发枝量少, 树冠成形慢。嫩枝扦插繁殖耗枝量大, 并且必须是当年萌发的半木质化枝条, 取材困难。 传统的繁殖方法严重制约着枣树良种的推广速度,且易引起品质退化和感染病毒或类病毒。植物组织培养研究自 Haberlandt(1902) 的工作开始, 至今已有近一百年的历史, 是指利用植物细胞的全能性原理, 采用无菌技术将植物的离体部分放在培养基中进行培养, 并生长成单株的过程。该技术具有投入少、效率高、脱病毒等特点。但我国枣树组织培养研究起步较晚, 技术尚不十分完善。其核心主要在于外植体的选择与处理、培养基配方的筛选及培养条件的确定等几个方面。
1.外植体选择
    外植体的选择是组织培养中一个非常重要的环节。从理论上讲, 植物细胞具有全能性, 所以无论选用植物的哪一部分作外植体都能诱导成株。但是研究表明, 一株树木的不同组织或部位在器官发生能力上有相当大的差别。
    茎尖, 茎段:以茎尖、茎段作为外植体应用最为广泛。一般选用生长旺盛、分生能力强的枝条上的幼嫩枣头, 但应注意枣头的茎段可以从切口直接诱导出不定芽, 而枣头茎端 ( 带主芽茎段) 和二次枝茎段均不能诱导不定芽。也可选用根蘖条、休眠枝或者它们的水培芽( 梢)作为外植体。枣树接种的茎尖或带腋芽的茎段一般为 1.0 cm 左右。枣树组织培养通常不经愈伤组织阶段而直接将其培育成苗, 多用于离体快速繁殖和苗木脱毒。迄今已建立了‘金丝小枣’‘泗洪大枣’‘黑山晋枣’‘赞皇大枣’、无核枣等近 20 个品种的无性系。茎尖培养还可以有效地脱除病毒,获得脱毒苗。
    外植体取材时间的不同对枣树组培也有影响。以枣树萌芽到枣头生长 10 cm 左右时比较适宜, 此时取材污染率低。夏季降雨量大, 气温高, 污染率高。但因品种不同也有差异。另外, 枣树枝条较强的极性在组织培养中也有所体现。研究发现, 茎段存在着明显的节位效应, 充分利用这一特点可大大提高增殖系数和生根率, 加快培养进程, 缩短培养时间。为了延长枣树组织培养的外植体取材时间, 在温室内对冬季休眠枝条进行水培, 刺激枣头主芽萌发, 可在冬季获取外植体。罗晓芳等曾以‘金丝小枣’的根蘖条水培苗、休眠芽、室外嫩茎为材料进行了试验, 结果表明, 根蘖条水培芽较休眠芽、室外嫩茎的污染率低, 存活率高, 且以后的生长分化状况也较好。
    叶片:枣离体叶片培养起步较晚, 再生率也很低, 不能满足作为基因转化受体的要求。现有资料表明: 枣叶片再生都是间接再生的, 即通过脱分化、再分化过程。有研究以无菌组培苗植株上部的幼嫩大叶片( 带叶柄) 作为外植体, 剪取植株上部的幼嫩大叶片( 带 1/2 叶柄), 植入培养基中, 以叶背接触培养基, 叶柄浅插入培养基中, 可诱导产生再生植株。但是有实验证明经过愈伤组织阶段, 特别是多次继代的愈伤组织, 不但器官分化能力逐渐降低甚至消失, 遗传特性也难以保证。因此茎尖、叶片等不经过愈伤组织阶段直接诱导出的再生植株相对分化能力强, 变异的混杂度低。
2.外植体的消毒
    消毒方法因植物材料的种类和采集时期不同而不同。一般的方法为: ①外植体的前处理。即将外植体浸入稀释的肥皂液中浸泡, 再用软刷或油画笔轻轻刷洗外植体表面, 除去尘土和部分菌体, 然后用自来水冲洗 30 min, 除去皂液与污物。②接种前的消毒。先用 70%~75%乙醇浸蘸 10~50 s, 再用 0.1 % HgCl2浸泡5~10 min, 最后用无菌水冲洗四五次。延志莲等对‘大木枣’水培芽的消毒采用了洁净清水洗→75%乙醇蘸10 s→饱和漂白粉上清液+吐温-20 混合液浸泡 20 min的方法。刘贵仁等(1988)对‘金丝小枣’的灭菌是先用75 %乙醇浸蘸 1 min, 再用 0.1%HgCl2、0.8%次氯酸钠各浸泡 10 min, 最后用无菌水冲洗三四次。刘翠云等对‘黑山晋枣’芽采用的是 2 次消毒的方法, 即分 2 次使用 0.1% HgCl2分别消毒 4 min, 每次均用无菌水冲洗三四次。采自室内培养植株的材料, 用 0.1% HgCl2处理的时间可以适当缩短。
3.培养基的选择
    选用适宜的培养基是组织培养成功的关键。根据不同的培养目的( 诱导愈伤组织、不定芽、分化、生根),所选用的培养基亦应有所不同。枣树的启动培养、增殖培养的培养基一般采用 MS 培养基。但枣树属于慢生树种, 适当降低 MS 培养基中大量元素的含量, 对枣树器官分化有利。李师翁等对‘临泽小枣’的研究也得出了同样的结论。刘贵仁等对‘金丝小枣’的茎段培养使用了改良 MS 培养基; Mathur N 等对‘毛叶枣’的茎段培养同样使用了改良 MS 培养基,都达到了很好的效果。对于生根培养多采用 1/2MS 培养基, 也有采用White 培养基的。陈宗礼等以‘狗头枣’‘掉牙枣’和‘骏枣’为试材研制出了适宜 1 次成苗的基本培养基 CyⅡ。培养结果表明, CyⅡ的生根率和成苗率均达 100%。李云等采用 1/2MS 培养基作为基本培养基, 先由叶片诱导不定根, 然后从不定根诱导出不定芽, 形成完整植株的效果较好。
4.激素的选择和配比
    组织培养中外植体的诱导及增殖不仅与植物生长调节剂的种类有关, 而且还与它们的组合及浓度有关。在枣树组织培养中, 为减少变异, 大多通过激素配比来减少产生愈伤组织, 尽快出苗。枣树组织培养用到生长素和细胞分裂素。细胞分裂素的主要作用是促进细胞分裂和分化, 诱导胚状体和不定芽的形成。在培养基中加入细胞分裂素, 可促进植物细胞的分裂和不定芽的形成, 打破顶端优势, 形成丛生芽, 有利于芽的增殖; 生长素影响茎尖和节间的伸长、向性、顶端优势、叶片脱落和生根等, 用于诱导细胞的分裂和根的分化。细胞分裂素多采用 6- BA(1.0~2.0 mg/L)、KT(2.0 mg/L)。生长素的种类主要有 IBA、IAA、NAA, 浓度范围一般在 0.1~0.5 mg/L。此外, 也有附加 GA3的。根据已成功的报道, 茎段的启动培养需要较低浓度的细胞分裂素和生长素, 增殖过程中,细胞分裂素与生长素的比值一般为3~5。但最佳配比不同品种却不一致。如冬枣茎尖在MS+KT5.0 mg/L 的培养基上效果较好。李云等报道,当采用 IBA 0.6 mg/L+NAA 0.2~0.3 mg/L 组合时, ‘赞皇大枣’的生根率最高, 且结合使用 IBA 和 NAA 的在生根速度、生根率、根系长度和根系粗壮程度等方面明显好于单独使用其中一个的。刘翠云等在‘黑山晋枣’等试管苗不定根的诱导实验中, IBA 与 IAA 结合使用比单一使用的生根率要提高 11.1%~55.5%; 但 NAA不能诱导生根。
5.培养条件
    枣树春天萌动发芽时间晚, 也就是说枣树发芽所需的温度比其他果树高, 所以在进行枣树的组织培养时也需要较高的温度和较强的光照, 才能提高枣树试管苗的繁殖倍数。研究得出, 枣树试管苗的培养条件为: 培养温度 28~32 ℃, 光照为上光照射, 光强 2 000~3 000 lx, 每日光照 10~12 h, 空气相对湿度为 40%~70%。但因品种不同, 培养条件略有不同。而高温、低透气性和激素过高均会造成枣组培苗玻璃化倾向, 适当改变这三种因素可以防止或减轻玻璃化发生。
    总之, 枣树组织培养技术还存在一定局限,生产实际应用仍存在不少问题,尤其是规模化生产应用还为数不多。主要因素是植物组织培养涉及许多学科, 如细胞、分子、形态、解剖、生理、生化、发育、病理、遗传及育种等多学科领域的知识, 涉及面广, 且枣树组培的技术要求高; 其次, 枣树为多年生植物, 母株带菌多, 污染严重, 取材困难, 外植体的遗传差异和生理差异使初次培养的可重复性降低, 初次培养的严重污染及酚类物质的氧化使培养难以进行; 另外枣树的根、茎、叶细胞与其他果树相比, 具有体积小、排列紧密、导管密度小的特点, 由此导致枣树组织坚硬、生长量小、增粗缓慢、实验重现性较差, 这给组织培养带来了一定难度。因此,枣树组织培养技术中仍有许多问题有待于广大科研工作者进一步研究探讨。