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    黑果腺肋花楸倍性研究進展

    時間:2021年08月02日 所屬分類:推薦論文 點擊次數:

    摘要黑果腺肋花楸(Aroniamelanocarpa(Michx.)Elliott.)是多年生灌木。在20世紀90年代從朝鮮引進,具有豐富的食用、藥用、觀賞等價值。目前,我國對于黑果腺肋花楸引種馴化、快繁技術、區域試驗進展迅速。黑果腺肋花楸多倍體植株具有優質、高產、抗性強等特點

      摘要黑果腺肋花楸(Aroniamelanocarpa(Michx.)Elliott.)是多年生灌木。在20世紀90年代從朝鮮引進,具有豐富的食用、藥用、觀賞等價值。目前,我國對于黑果腺肋花楸引種馴化、快繁技術、區域試驗進展迅速。黑果腺肋花楸多倍體植株具有優質、高產、抗性強等特點。本研究綜述多種黑果腺肋花楸多倍體誘導及鑒定方法,進一步為黑果腺肋花楸多倍體育種、豐富種質資源提供理論依據。

      關鍵詞黑果腺肋花楸;多倍體誘導;多倍體鑒定

    現代園藝

      黑果腺肋花楸(Aroniamelanocarpa(Michx.)Elliott.)屬于薔薇科(Rosaceae)腺肋花楸屬(Aronia),又稱不老莓、野櫻莓(邢瑞,2020),原產于美國東北部(韓文忠和馬興華,2005),后來傳到歐洲以及前蘇聯。1990年我國首次從朝鮮平壤市引進黑果腺肋花楸(李翠舫等,1995);1998年從俄羅斯引進1個品種;2001年,從美國引進6個品種(韓文忠和馬興華,2005);2008年在長江中游的沿江丘陵地區開展了黑果腺肋花楸引種試驗(董玉得等,2018);2010年從俄羅斯引進黑果腺肋花楸“黑寶石”(杜鵬飛等,2018)。2013年新疆有關單位從國外引進,在烏魯木齊等地進行栽植試驗(亞里坤·努爾等,2018);2016年長江中下游泰州市從遼寧、山東等地引進黑果腺肋花楸(張成霞等,2020)。黑果腺肋花楸全株高約1.5m-2.5m,叢壯樹形,分支多。

      根呈黃色,淺根系,主根不明顯,側根較發達,一般集中分布在地表下10-40cm的部位(李建勛,2017);多年生枝條灰褐色,新梢淡褐色(李翠舫等,1995);葉尖銳尖,葉緣微鋸齒,網狀葉脈,沿葉中脈表面分布黑色小腺體(張衡峰和湯庚國,2018)。開花期為5月上旬,花為完全花,花瓣白色;浣Y果,果實漿果、球形,果皮呈紫黑色,果肉呈深紅色(饒雪甜,2020);黑果腺肋花楸每顆果實里面含有4~6枚種子,種子千粒重約4.6g(姜鎮策,2009)。

      迄今為止,黑果腺肋花楸已有270余年的栽培歷史。全球品質資源達30余個,適生于不同的氣候、土壤條件,有較強的適應性和抗性(張連生等,2007),具有食用、藥用、觀賞價值。我國自引種以來,經過多年的研究,已經掌握了有性繁殖以及無性擴繁技術的廣泛應用,并且相繼完成了栽培、區域試驗等方面的研究。繁殖苗木20余萬株,營造栽培試驗示范園13.33hm2,布置區域試驗點10余個(韓文忠和馬興華,2005)。目前,對于黑果腺肋花楸多倍體育種處于誘導及初步鑒定,而尚未培育出穩定的黑果腺肋花楸多倍體植株。該綜述總結多種誘導及鑒定黑果腺肋花楸多倍體植株的方法,為培育優良的黑果腺肋花楸多倍體植株奠定基礎。

      1黑果腺肋花楸應用價值

      1.1黑果腺肋花楸食用價值黑果腺肋花楸果實中含有大量多酚類化合物(王鵬,2014;胡文澤等,2020)、氨基酸(賈曉涵等,2020;胡文澤等,2020)和礦物質元素(賈曉涵等,2020;胡文澤等,2020)。果實中所含有的多酚類化合物是當前已知植物中含量最高,是藍莓的5倍,蔓越莓的15倍,葡萄的80倍(Kimetal.,2013)。從20世紀40年代開始,在俄羅斯西伯利亞地區黑果腺肋花楸被用于生產果汁和釀酒(Nybometal.,2003)。利用果實的豐富營養成分,還可以將黑果腺肋花楸果實加工成罐頭、果脯、果醬等,供人們食用。

      1.2黑果腺肋花楸藥用價值黑果腺肋花楸本身具有很強的抗氧化性能,是天然消除人體自由基的抗氧化劑;ㄉ蘸投喾訉φ{節人們身體機能、保證血管正常工作有著重要作用。研究表明黑果腺肋花楸花色苷具有預防老年退化性疾病以及延緩衰老的功效(黃泰曾,2017);果實含有的多酚可以有效地改善心腦血管疾病,在毛細血管和血管之間起協調作用。黑果腺肋花楸含有的特定化合物不僅對于糖尿病、血糖等起到治療作用,在日常生活中使用黑果腺肋花楸制作的保健品,還起到各類心腦血管疾病、癌癥、風濕病等的預防作用。因此,黑果腺肋花楸廣泛應用于保健型功能藥品和治療型藥品。

      1.3黑果腺肋花楸觀賞價值黑果腺肋花楸花小、白色,開花季節,花朵繁密,春季開花時節,搭配在不同植物間,突出春季的恬靜;葉片墨綠有光澤,炎熱的夏季,在其他綠色植株中,墨綠的顏色帶給人們清涼感,深秋時節,霜后綠葉變紅,展現秋季火紅的情感;冬季葉落,果實依舊掛在枝干上,不僅可作為冬季觀賞植物,又可作為野生小動物的冬季食物來源,保證景觀生態的統一完整。黑果腺肋花楸形成春天觀花、夏天賞葉、秋天賞紅葉、冬天觀果的優雅效果(圖2)。

      2黑果腺肋花楸多倍體育種

      2.1多倍體育種特點

      2.1.1植株高大、生長旺盛多倍體植株相比二倍體植株,其根、莖、葉均發生明顯的變化。一般來說,同源多倍體植株生長勢較強,果實碩大,生長期延長。如人工誘變同源四倍體西瓜(龔由瀾等,1991),誘變得到的四倍果實一般是中型瓜,果實偏大、偏小者是少數。

      2.1.2營養成分含量增加由于多倍體植株的巨大性特點,多倍體植株營養成分含量有顯著變化。其中含有人體所需要的營養物質含量也增加,例如一些藥用植物黑果枸杞中黃酮、氨基酸等成分均比二倍體植株多;以及一些農作物白菜、萵苣(張建軍等,1997)當中可溶性固體物含量一般比二倍體高10%~30%。同樣李建勛(2017)通過測定得出四倍體的黑果腺肋花楸含有的多酚、花青素、黃酮類化合物明顯高于比二倍體植株。

      2.1.3抗性增強多倍體植株另一個重要特點就是對于極端環境、不適宜的生長條件有較強的抗性。一些研究證實染色體加倍后,植株提高了遺傳多樣性和對環境的適應性。例如,岳敏等(2020),在研究半枝蓮多倍體抗性中發現多倍體植株與二倍體植株可溶性糖含量的差異,可知在相同栽培條件下,多倍體比二倍體對適應逆境的能力強。朱紅菊等(2019),在研究四倍體西瓜幼苗方面發現,以四倍體為砧木的西瓜幼苗比二倍體為砧木的西瓜幼苗更耐鹽脅迫。黑果腺肋花楸的四倍體植株同二倍體植株葉片中超氧化物歧化酶(SOD)活性顯著升高,同時四倍體植株葉片中過氧化氨酶(CAT)的酶活性也顯著高于二倍體葉片(李建勛,2017)。證明四倍體黑果腺肋花揪的抗逆境能力比二倍體植株高。

      2.2多倍體育種研究現狀植物界中的多倍體植物普遍存在,植物中至少有1/3以上的種是多倍體,被子植物中多倍體占1/2以上,而禾本科植物多倍體占到3/4以上(許陶瑜等,2021)。多倍體植物由于植株染色體發生改變,植株發生變異,從而選育出新的優良品種。但自然界的多倍體植株發生的機率不可控制,因此越來越多的科研人員通過人工誘導得到穩定的多倍體植株(杜艷偉等,2011)。迄今為止,統計表明通過雜交手段、人工誘導以及生物技術已先后獲得了1000多種多倍體植物。

      因此,在當今科學發展領域中,植物通過人工手段使染色體加倍被廣泛應用。Winkler(1916)在1916年研究Salanumnigum嫁接時,得到了四倍體植物。在果樹栽培方面,大多數屬于多倍體植株或者多倍體種。如,四倍體金冠蘋果(李林光等,2007)、四倍體玫瑰香葡萄(常金華等,2003)等都是多倍體植株的應用。果樹的多倍體類型多種多樣,從三倍體、四倍體到八倍體甚至十二倍體都有(李赟,1997)。因此,植物多倍體的研究對于擴大自然界的物種資源提供機會,也為黑果腺肋花楸多倍體育種提供理論依據。

      2.3黑果腺肋花楸多倍體育種國內外研究現狀Hovmalm等(2004)對黑果腺花楸二倍體四倍體種群之間通過RAPD分析遺傳特性,得知四倍體植株后代得到穩定的四倍體植株,而二倍體植株后代有著高度異質性,得到二倍體或者三倍體。我國目前有多個地區引種黑果腺肋花楸,例如吉林、遼寧、新疆地區等,但對于黑果腺肋花楸多倍體的誘導方面的研究還不是很成熟。2014年,陳丹(2014)研究得知,七種花楸屬種子均屬于二倍體植株,染色體條數為2n=2x=34。呂天舒(2015)利用成熟種子胚乳為試材,尋求愈傷組織增殖的諸影響因素,并對所得愈傷組織進行抗氧化成分測定,結果表明,隨著愈傷組織樣液濃度增大,其抗氧化能力也相應有所提高;胚乳愈傷組織抗氧化能力優于葉片愈傷組織。

      由于胚乳本身就是三倍體植株,因此為后續多倍體植株育種奠定基礎。高方可(2016)借鑒呂天舒的實驗結論對黑果腺肋花楸不同器官進行了多倍體誘導的研究,得出秋水仙素施入法比浸泡法得到的變異植株多,染色體加倍植株比正常植株莖粗、葉長、葉寬。李建勛(2017)利用高方可培育出來的四倍植株與二倍體植株進行抗氧化特性的研究,得出四倍體葉片中超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)酶活性顯著高于二倍體葉片,四倍體組培苗葉片的DPPH自由基清除率始終高于二倍體組培苗葉片。由于控制化學處理的時間和含量還需進一步探究、完善。因此,目前國內市場在培育出高效、穩定的四倍體黑果腺肋花楸方面并不穩定,選育出高產、優質、抗性高的品種,還需要進一步的研究。

      2.4黑果腺肋花楸染色體加倍方法

      多倍體是促進植物遺傳多樣性和新物種形成的重要途徑,普遍存在于低等植物和高等植物中(吳睿,2016)。自然界當中許多植物通過自然條件的影響促使植物基因發生突變,得到新的物種。目前,常見的人工誘導手段有:物理誘導、化學誘導以及生物誘導。物理誘導通過溫度驟變、輻射、機械損傷、電離等方式誘導植株,產生多倍體物種。例如彭綠春等(2007)用60Coγ射線處理竹葉蘭、碧玉蘭、冬鳳蘭和西藏虎頭蘭的組培苗,得到了矮化、粗壯的變異植株。王鳳寶等(2010)將豌豆現蕾初期的植株,放在人工氣候室1-3℃低溫、30-35℃高溫激變條件下可誘導14.10%~18.12%2n花粉粒的產生,在棚室0~3℃低溫、30~35℃高溫進行溫度激變處理可促發0.8%~1.6%豌豆同源多倍體的發生。

      但物理方法誘導多倍體出現的嵌合體多,穩定的四倍體植株較少,通常輔助化學和生物方法誘導,提高誘導率。相比物理方法誘導,化學方法更方便、誘變率高、時間短、穩定性高(韓登媛,2013);瘜W誘導植株主要是利用化學藥劑對分裂時期植株的組織、器官以及細胞進行分裂,得到多倍體植株的過程。目前,人們使用的化學藥劑有秋水仙素、IAA、除草劑、生物堿等。其中秋水仙素因來源廣、操作簡單、誘變率高被人們廣泛使用,而秋水仙素誘導主要是抑制紡錘絲的形成,使細胞中復制后的染色體不分離,使植物染色體加倍得到多倍體植株。秋水仙素的化學誘導相比物理方法,只是單純地是染色體加倍,但不會使植株發生結構變化。

      秋水仙素通常使用的方法有浸泡法、施入法和滴液法。生物學誘導多倍體的方法主要有體細胞雜交法、胚乳培養法等,此類方法結合物理方法的配合,在農業生產上以有成功的報道(鄭美香,2014)。體細胞方法是將不同屬或不同種的植株原生質體融合的過程,使雙核細胞經過組織培養分化成新的植株。彭志軍(2009)將溫州蜜柑與有籽甜橙原生質體融合,最終獲得了一批體細胞雜種。植物胚乳本身就是天然的三倍體植株,并且具有雙親遺傳特點,郭婧(2012)在對盾葉薯蕷繁殖時發現根莖的繁殖率低、生長緩慢,因此,對盾葉薯蕷的胚乳進行培養,建立了盾葉薯蕷三倍體植株快繁技術體系。

      2.5黑果腺肋花楸染色體加倍鑒定

      2.5.1形態學鑒定鑒定方法中最直觀的方法是形態學鑒定(鄭美香,2014)。加倍過后的黑果腺肋花楸植株相比二倍體植株在外觀上有很大的差異,從莖粗、葉長、葉寬等方面進行觀察(張愛民,2005)。因此可根據基本的形態學變化來進行初步多倍體植株的鑒定。吳睿(2016)在利用秋水仙素對鐵皮石斛進行多倍體誘導后,得到的植株相比正常植株高度降低了31.61,葉片厚且寬,顏色呈現墨綠,節間長度縮短,莖桿粗壯,整體株型緊湊。形態學的鑒定方法雖然簡單、快捷,但相對而言比較粗放、不夠精密,因此必須和其他方法共同鑒定,來確定植株的準確倍性。

      3展望

      黑果腺肋花楸是一個多用途的植物,廣泛應用于食用、藥用、觀賞等方面。目前,人們對于黑果腺肋花楸的關注越來越高,需求量也隨之增加。黑果腺肋花楸果實中含有豐富的原花青素、黃酮、礦物質元素,穩定的黑果腺肋花楸多倍體植株,其果實中有效成分的含量也會有所提高,為醫學研究提供大量的原料;黑果腺肋花楸多倍體植株,果實的品質和產量也大幅度提升,在生產食品加工方面的供應量也會有所提高;而且多倍體植株表現植物器官和細胞體積的增加,植株整體的觀賞效果也與二倍體植株不同,外形方面、葉片呈色濃厚程度等,多倍體植株呈現更佳觀賞效果,協調景觀生態能力更強。

      園藝師論文投稿刊物: 《現代園藝》江西現代園藝雜志社是江西省農業廳、江西省雙金柑桔試驗站聯合主辦的大型園藝實用科技期刊,創刊于1978年。是中國核心期刊(遴選)數據庫收錄期刊、中國期刊網全文數據庫全文收錄期刊(中國知網)、中文科技期刊數據庫、龍源期刊網收錄期刊。郵發代號:44—114,大16開。期發行量達5.0萬多冊。

      目前,越來越多的多倍體植株被廣泛應用,但黑果腺肋花楸倍體研究還處于一個初始階段,多倍體植株增加植物的開發利用、同時豐富植物種質資源,未來可以利用不同多倍體加倍方法,配套適用的多倍體鑒定方法,大量培育黑果腺肋花楸多倍體植株,擴大黑果腺肋花楸栽培種植面積,滿足市場的需求。

      參考文獻

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      (杜鳳,2009,芒屬植物的染色體倍性及核型研究,碩士學位論文,湖南農業大學,導師:蔣建雄,pp.24-25.)

      作者:劉越一莫紅旭湯侑輯朱相潤吳榮哲

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