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红叶石楠组织培养技术研究进展
摘要:红叶石楠是蔷薇科石楠属植物种间杂交的统称,适应我国园林绿化不断追求高标准、高档次的景观发展需求,是我国引进研究和发展的树种。近年来专业技术人员对红叶石楠种苗的繁育及管理进行探讨与研究不断深化,但尚不满足红叶石楠的用苗需求。本文通过综述红叶石楠组培技术研究进展,为促进红叶石楠苗木标准化、规模化、产业化、经济化生产提供科学依据。
关键词:红叶石楠;组织培养;研究进展
项目支持:山东农业工程学院博士基金项目
作者简介:李悦 电子邮箱:2767217267@qq.com
通讯作者简介:郝树芹,女,汉族,山东邹平、副教授、博士学位、研究方向:植物栽培与生理。
1 前言
红叶石楠(Photinia×fraseri)是蔷薇科(Rosaceae)石楠属(photinia)植物种间杂交的统称[1]。常绿小乔木或灌木,因其新梢嫩叶鲜红色被命名为红叶石楠。生长适应性广,抗阴、抗旱、抗低温、抗毒、抗滞尘,可栽培于重度污染地区,有着“红叶绿篱之王”“耐盐碱植物”之称。红叶石楠传统繁殖方式随着扦插代数增加,品质逐渐降低,尚不满足市场用苗需求。近年来专业技术人员对红叶石楠种苗的繁育及管理进行探讨与研究不断深化,不断发展改善增殖率低、分化率低、生根率低等问题[1],优化红叶石楠快繁技术体系。为获得大量优质种苗及扩大生产提供技术支撑,响应国家加快红叶石楠等花卉产业发展政策,推动优质红叶石楠稳定供应,促进花卉业稳健发展。
伴随生态文明建设深入发展,生态保护修复、国土绿化形势及其任务日新月异。统筹推进山水林田湖草沙综合治理、造林绿化提升森林质量、筑牢生态保护屏障等重点任务,敦促苗木产业在数量、质量、品种多方面转型升级。《全国国土绿化规划纲要(2022-2030年)》擘画蓝图:“十四五”期间,全国规划完成造林种草等国土绿化5亿亩,治理沙化土地面积1亿亩[2]。由于耕地保护政策调控,全国育苗土地面积锐减,苗木供应量逐渐降低。而红叶石楠契合园林绿化不断追求高标准、高档次的景观发展需求,通过植物组织培养技术,建立红叶石楠无性快繁技术体系,以创新带动花卉产业发展具有重要的时代价值。
红叶石楠(Photinia×fraseri)别称火焰红,被子植物、灌木或常绿小乔木,灌木高约2 m左右,乔木高5 m左右[3]。其喜温暖湿润环境,阳光照射下,叶片亮丽美观,常见有椭圆状及椭圆针状[4],抗旱抗盐碱[3],易成活,生长范围广阔。红叶石楠主要分布于亚洲东部、东南部温带区域以及北美洲的亚热带区域[5]。目前,在中国经过科研前辈研究不断深入,在园林绿化中逐渐推广,市场认可度高。
近年来,伴随城镇化水平不断攀升,红叶石楠广泛应用于各地市园林绿化[5]、公路两侧造景以及家庭观赏中[6],审美视觉冲击使人心情愉悦。在生态价值方面,红叶石楠具有极强抗污染能力,可吸附有害气体、粉尘等,促进城市CO₂与O₂生态平衡。作为护坡材料,即可美化环境、防止水土流失,还充当防火隔离带。在化工方面,其桐油含量可达52 %~64 %,应用于树脂、人造橡胶、合成皮革、石棉布、颜料等生产活动。在医用方面,其具有祛风止痛、疏通经络、活血调经的功效。除以上部分,在昆虫防治、家装材料等方面也有成效。
2 红叶石楠组培研究
红叶石楠植物组培快繁技术主要选用红叶石楠当年新生半木质化嫩枝、茎段、顶芽、侧芽为原材料,基本培养选用以MS培养基为主,其他培养基为辅。常用分裂素有 6-BA、KT、ZT,生长素有 NAA、IBA、ABT 等;不同实验下红叶石楠组培快繁体系的增殖倍数差别较大。
吴丽君等[7]选育“鲁宾斯”的B5培养基,以侧芽进行培育萌发需6-7 d。郭佳等[8]选用“鲁宾斯”春梢基部腋芽,诱导培养基培育3 d有明显生长。侯春燕等[9]选用1/2 MS+IBA 1.0~1.5 mg/L生根培养基,生根率、移栽成活率可达100 %。龚霄雯等[10]研究表明,在增殖培养中,采用 6-BA和NAA组合对不定芽的增殖分化率为0,采用TDZ、ZT组合,分化率达100 %,增殖系数为7.1。陈叶等[11]研究表明,选取当年生半木质化嫩枝用MS+6-BA 1.5 mg/L+KT 1.0 mg/L+IBA 0. 1mg/L培养基培育增殖系数为4.06。王讯等[12]研究发现“鲁宾斯”细胞分裂素与生长激素的浓度为10:1时促进腋芽萌发的效果最好,不同的生长激素对于增殖分化影响的差异小。
梁月香等[13]实验发现,伴随继代数的增加,单一IBA生根效果不佳,约50~60 d左右。IBA和NAA以不同浓度配合使用时,生根率高达98 %。候春燕等[14]发现生根培养基附加1.5 g/L的活性炭时根细且根色发黄,成活率低。选用1/2 MS+IBA1.0~1.5 mg/L生根培养基,成活率可达100 %。陆陆芹[15]发现生根最佳培养基1/2 MS+IBA0.5 mg/L,生根率98 %。吴冬等[16]发现1/2 MS+NAA 1.0 mg/L生根率同样为100 %。李际红等[17]发现以珍珠岩为培养基支持体诱导效果最佳,生根率达96.6 %。红叶石楠的组培苗炼苗移栽,要维持环境清洁,调控适宜的水分、光照、温度。过渡苗床移裁成活后约40 d左右即可移入大田,种苗管理可参考其他培育方式。许建民等[18]发现间歇浸没培养方式相对于传统的固体培养在各项生理指标上均表现较好,可用于红叶石楠规模化培养。刘润[1]等实验得出最佳消毒方案、初代培养基、增殖培养、基生根培养基,增殖率可达4.3倍、腋芽萌发率可达75.32 %、生根率达到80.56 %。沈岚等[19]选取红叶石楠芽变带芽茎段作为外植体,研制出培养基可实现变异形状稳定100 %、移栽成活率超过90 %。刘君宜[20]选取小叶红叶石楠品种以其幼嫩带腋芽茎段为外植体,筛选出的最佳培养方案增殖倍数高达5.43倍,生根率93.3 %。张晓申等[21]大量试验优化BA与IBA浓度配比,研制出的生根方案可做到生根率98.5 %。
综合上述试验可知,红叶石楠研究植物组织培养研究多致力于采用MS培养基和1/2MS培养基,重复试验NAA和IBA不同浓度激素配比对红叶石楠外植体诱导生根成功率及其增殖倍数的影响,以期破除植物组培中存在的分化率不高、生根时间长、增殖倍数低等技术壁垒。龚霄雯等[10]研究表明,采用TDZ、ZT 2种激素使得分化率达100 %,增殖系数为7.1,为红叶石楠植物组织培养进一步研究提供新思路。同时植株的成活除了受激素配比影响外,还受到外植体选择、培养基支撑体、培养方式等多种因素的影响。
3 红叶石楠组培繁殖特点
红叶石楠常见培育方式主要有扦插、组织培养等方式。扦插过程所需材料、工具较多,增殖系数较低、发芽慢,对土地资源的需求量较大,不利于农业生产活动。除此以外,扦插快繁存在品种退化、时间空间受限、生长条件繁杂等问题。红叶石楠组培繁殖相较于种子育苗、扦插育苗,克服其遗传性状不稳定、受病虫害侵染、需肥水管理、管理程序复杂、根系浅弱、成活率低的弊端。以刘润等[22]红叶石楠组培瓶苗为例,其种苗具有繁殖速度快、资源利用率高、便于运输、减少人力、财力支出、周年生产效率高、利于集约化、工厂化生产等优势。采用组培繁殖原料多取用当年新生半木质化嫩枝、茎段、顶芽、侧芽,成本低,后代性状稳定性高,培养基培育克服不良环境影响,生长条件好、周期短。批量加工时可与组培代工厂合作,出苗运送到目的地再进行炼苗,有效降低运输成本。
红叶石楠组培的成败在于各阶段优质组培配方,需不断完善克服技术壁垒,产品研发是一个长期的工作,前期实验阶段需要大量时间、人力、物力、财力成本。植物组培快繁对设备以及技术有着较高的要求。在外植体取得阶段,存在外植体风险,因此最佳消毒方案尤为重要,降低污染率以及确定最佳培养基激素配比提高苗木成活率、增殖率是红叶石楠快繁的目标。在继代培养培养阶段,可能会出现增殖率低的问题,生产周期可达40-50 d,并且对培养基激素组合要求严苛,影响最终的结果。基于前期培养到达炼苗阶段,因红叶石楠在温暖潮湿的环境下生长最佳,因此要严格把控温度、湿度,并做好移栽过程中消毒防范工作。
4 展望
2022年,我国的城镇化率水平创造历史性新高65.22 %,相关数据预测未来20-30年有望突破80 %。随着城镇化平不断提高,城市园林绿化需求持续旺盛。红叶石楠作为园林绿化的主要树种之一,市场需求大,供不应求。因红叶石楠品种众多且具有个体差异性,比如紫叶石楠的抗旱能力明显强于鲁班与红罗宾,不同区域内适宜品种也有差异,因此在园林绿化选育品种时,应因地制宜选择最佳方案。
此外,苗木的田间管理同样重要,要做好病虫害防治、肥水管理、延长红叶期等提高苗木质量。红叶石楠组培苗的红叶期长于扦插种苗,红叶期在一定范围内与光照强度成正比,及时有效修剪有利于延红叶期。相关研究得出结论,栽植密度小、间隔10 d左右浇水一次、间隔10~15 d施假3 %左右的氮肥一次,均利于延长红叶期。近年来国家对于花卉行业支持政策不断完善,红叶石楠发展前景一片光明。
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