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我国在美国山核桃无性繁殖技术的研究成果

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-04-17  浏览次数:519
导读:美国山核桃,又名长山核桃或薄壳山核桃,原产美国和墨西哥北部,是重要的食用油料、木材和绿化树种。美国山核桃具有果大、壳薄、

美国山核桃,又名长山核桃或薄壳山核桃,原产美国和墨西哥北部,是重要的食用油料、木材和绿化树种。美国山核桃具有果大、壳薄、肉多的优点,营养价值丰富。我国从 19 世纪末 20 世纪初开始引进美国山核桃,因为存在育种进程缓慢、优良品种资源匮乏、规模化扩繁技术落后、良种苗木供不应求和配套栽培技术不完善等问题,至今尚未形成产业化。

近年来,我国学者在美国山核桃的引种栽培、种质资源收集、生物学特性、遗传多样性、品种鉴定以及综合开发利用等方面开展了大量研究工作,取得了许多重要的研究成果,但在无性繁殖研究方面进展一直比较缓慢。美国山核桃实生苗挂果迟,低产甚至完全不挂果,因此多采用嫁接方法进行繁殖育苗。但由于受砧木数量和嫁接技术的限制,美国山核桃的优良品种在我国的种植一直没有得到大面积推广。此外,美国山核桃扦插技术和组织培养技术也都存在技术瓶颈,目前国内外有关这个方面的报道文献较少。笔者拟对国内外学者在美国山核桃无性繁殖方面的研究进行总结,提出合理化建议,旨在为今后美国山核桃快繁技术研究提供参考。 

美国山核桃研究进展 

美国山核桃传统的繁殖方法以播种繁殖为主,实生繁殖树 10 年左右才开始开花结果,15~20 年才进入盛果期,从播种到结果所需时间漫长,严重制约了美国山核桃的推广种植,而且实生繁殖不易保持品种的优良特性,容易产生变异,国内许多学者对美国山核桃的嫁接、扦插等无性繁殖方法进行了研究,取得了一定的进展,但仍然难以满足目前国内市场对美国山核桃优良品种苗木的需求。 

1.1 嫁接繁殖  在国外,美国山核桃常见的嫁接方法有芽接、插皮接、四轮接(香蕉接)和舌接等。芽接一般在 6  —8 月份进行。插皮接通常在 4 月下旬至 5 月上旬,适合较小规格的接穗对较粗大的砧木进行嫁接。四轮接(香蕉接)要求接穗稍大于砧木以利于结合,并且接穗和砧木规格越小,嫁接成活率越高,这也是在美国应用最早且最为成功的嫁接方式。舌接通常在 2—3 月份芽尚未萌发时进行。 

1950—1990 年江苏省植物研究所、南京林业大学、云南省林科院和江西省林科院都先后针对美国山核桃嫁接繁殖技术进行了相关研究,普遍认为美国山核桃通过嫁接,并在良好的管理条件下,能提早结果和增加收益,而且大量的嫁接结果表明,本砧嫁接成活率较高。2011 年翟敏对南京地区薄壳山核桃进行了不同时期的嫁接试验,结果表明,在 8 月及 9 月初采用芽接成活率为 84.2%~90%,春季枝接成活率较低。2013 年李永荣等根据薄壳山核桃在南京地区生长的生物学特性,总结出了一套在特定时期内(8 月中下旬至 9 月上旬)相适应的“方块”芽接方法,嫁接成活率可达 95%以上,这为美国山核桃嫁接繁殖技术在实际生产应用提供了高效的技术支持。 

1.2 扦插繁殖  对开美国山核桃扦插繁殖技术的研究,国外最早开始于 1939 年,Smith 等采用促进生根的化学药剂诱导美国山核桃插穗生根。随后在 1975~1982 年针对美国山核桃扦插后难生根的问题进行了诸多试验。之后,虽然有相关的解剖方面研究文献,美国山核桃扦插技术一直没有用于生产中。我国关于美国山核桃根插繁殖的报道较多,诸多试验表明:用 1 年生实生苗主根进行扦插,成活率可以达到 90%以上。虽然美国山核桃的根插研究获得了较好的成果,但是在生产上根插无法培育优质砧木或苗木,并且材料稀缺,无法从根本上解决苗木短缺的问题。 

近几年来,关于美国山核桃硬枝插穗自身特性和激素处理方式的研究都有了相关报道。章建红等对不同激素种类及浓度处理美国山核桃插穗进行了深入研究,并且从解剖学层面上确定愈伤组织生根的生根类型。曹凡等从 2012 年 11 月开始连续 3 年参与美国山核桃硬枝扦插试验,发现一种通过激素处理插穗和电热温床加热基质相结合的方法可以极显著地提高美国山核桃插穗的生根率,并且能够加速其不定根的生长。这种利用当年生实生苗休眠枝条作为插穗进行扦插的育苗方式,张计育等也证明其在实际生产应用中具有可行性。 

1.3 组培及体胚发生  美国山核桃的组培技术比较困难,目前国内仍未见成功的报道,国外相关报道也较少。 

存在的主要问题 

2.1 芽接快繁技术尚需完善  嫁接作为一种传统的无性繁殖方法,已被广泛应用于农林领域中的良种扩繁保存、品种改良、新品种选育等方面,它能够有效提高作物产量、抗逆性,改变植物的开花结果习性及改良果实品质。勒栋梁等采用的美国山核桃“方块”芽接方法,其在砧木准备、嫁接技术以及嫁接后管理等方面都还需改进。首先,需要加强规模化和产业化实生种子育苗技术体系研究,尤其对矮化砧木的培育工作,才能为这种成活率和繁殖系数较高的芽接技术提供优质矮化壮苗,也为美国山核桃合理矮化密植创造有利条件。其次,在实际生产中对嫁接技术进行相关改良,如嫁接刀规格、嫁接膜材质及伤流导口位置等。嫁接后管理也可以采取适时灌溉或是补充植物营养液等技术手段,可以显著提高嫁接成活率。 

2.2 品种苗扦插难题未解决  近年来,通过生长调节剂处理组合的选择及扦插后环境调控等方面的相关研究,美国山核桃实生苗插穗硬枝扦插技术研究已经有所进展,而优良品种苗插穗扦插后仍然难形成不定根。针对该难题,参考其他核桃属品种苗扦插生根的成功方式,从插穗采集处理到扦插后管理整个扦插育苗过程进行深化改良,比较种子实生苗和嫁接品种苗枝条的差异,为品种苗插穗进行合理处理和提供合适的扦插环境,以探索一套有效的美国山核桃品种苗硬枝或嫩枝扦插方法。 

研究展望 

随着生物技术的发展,关于美国山核桃无性繁殖技术的研究应该借鉴其他植物无性繁殖技术多元化的开发及应用模式,为美国山核桃无性繁殖技术研究开辟新的途径。 

3.1 芽苗砧接  芽苗砧接是采用刚出土未展叶的幼苗作为砧木嫁接胚芽、嫩枝或成熟枝条的一项无性繁殖新技术,其具有简化嫁接复杂工序、提高嫁接成活率、保持遗传增益和加快良种繁育进程等特点,已在油茶、银杏、板栗、核桃等多个植物展开相关研究。李小飞等采用‘斯图尔特’、‘卡多’、‘契科特’和‘德西拉布’4 个美国山核桃国外优良品种休眠枝接穗,进行芽苗砧嫁接试验,并对嫁接苗接芽萌发动态、成活率及新梢生长量的差异进行分析,其中‘卡多’成活率最高,达到 82.9%;‘契科特’和‘德西拉布’接芽成活和生长最快。芽苗砧接在美国山核桃无性繁殖发展中具有极大的应用前景,但是其嫁接方式还需进一步改良,具体嫁接适宜时间也需进一步试验以确定。 

3.2 砧木品种化利用  合理的矮化密植符合我国美国山核桃栽种现状的要求,因而迫切需求加强美国山核桃优良品种化矮化砧木的培育。2015 年勒栋梁等采用美国山核桃嫁接未剪砧矮化苗和矮化实生苗,经几次筛选,获得极矮化美国山核桃已嫁接单株 10 个和实生单株 12 个。但是,这些通过表型选择的单株具有不确定性,其嫁接是否矮化需要验证。此外,矮化单株的无性系扩繁、矮化砧木抗逆性、矮化调控机制及矮化相关基因等研究也需要更加深入,以实现美国山核桃品种化矮化砧木在实际生产中的运用。 

3.3 微嫁接  微嫁接是一种在试管内将砧木与接穗进行嫁接的技术,是组培与嫁接技术的结合。自从1972  年 Murashige 等创立了微芽嫁接技术以来,微嫁接技术已广泛应用于多个经济树种的研究与生产中。在美国山核桃无性繁殖研究中尝试微嫁接技术,可以采用种胚组织培养,这样可以避免品种苗茎段中的酚类物质抑制生根。该方法目前尚存在 2 个技术瓶颈,一是组培苗胚根的诱导,二是微嫁接砧穗之间的亲和性,这些都有待试验摸索相应的方案。总之,微嫁接技术不受时间和空间的限制,如果能在美国山核桃上得到应用是对传统无性繁殖技术的重要突破,具有极高的应用价值。吉山花瑶 

3.4 不定根形成机理  深入美国山核桃不定根形成机理的研究,对解决目前扦插和组培技术瓶颈有重要的指导意义。可从转录组、蛋白质组和代谢组学等方面采取相应的技术手段,分析不定根形成调控基因、激素的分子作用机理、鉴定激素调节的信号作用相关途径等。在生理机理方面,除了分析贮藏营养和内源激素外,可以尝试从微量元素(如硼元素等)、生根相关酶(如 IAAO、SOD 等)和抑制生根物质(如单宁、核桃醌等)等方面进行研究。只有有效地诱导美国山核桃不定根的形成,才能采用除了嫁接以外的其他无性繁殖技术实现美国山核桃品种苗的大规模扩繁。

 
 
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