时间:2024-08-31
赵小丹 邓世俊 张丽娜 赵佳宁 刘柏玲
(曲阜师范大学生命科学学院,山东 曲阜 273165)
202 0年,据世界卫生组织国际癌症研究机构(IARC)统计,中国是世界上新发癌症人数和死亡人数最多的国家,每分钟就约有6个中国人死于癌症。而存在于红豆杉中的紫杉醇是治疗乳腺癌、肺癌、卵巢癌等非常有效的天然抗癌药物。红豆杉是红豆杉科 (Taxaceae)红豆杉属(Taxus)植物的总称,多年生常绿乔木或灌木,雌雄异株,在世界上约有11种和1种天然杂交品种。1996年,联合国教科文组织将红豆杉列入世界珍稀濒危植物。在我国,更是将其视为植物界的“国宝”。红豆杉中的紫杉醇,不仅具有抗癌作用,也是治疗糖尿病的主要成分。红豆杉不仅有极高的药用价值,还具观赏价值、生态价值等,还有长寿树、黄金树的美称。然而,正是由于红豆杉用途多样、价值极大,野生的红豆杉种群遭到大量砍伐,加之其自身生长速度缓慢、再生能力比较差、种子产量少、存活率低等众多因素,红豆杉种群数量不容乐观。因此,为了满足人类生产生活的需求,实现快速高效繁殖红豆杉和扩大红豆杉种群数量迫在眉睫。
目前红豆杉的繁殖技术主要有播种育苗、组织培养、扦插繁殖等。种子繁殖是传统的育种方法,红豆杉是雌雄异株植物,由于存在一定程度的植株间隔和花期不遇,传粉受到阻碍加之动物对种子的啃食,导致种子数量不多。并且由于红豆杉的种子中含有抑制萌发物质,具有休眠特性,在自然条件下经过两冬一夏才能萌发,生活力容易丧失,影响萌发率,从而导致自然繁殖效率低。植物组织培养因具有繁殖周期短、不受季节限制、材料需求少以及可大规模生产等优点,成为快速大批量培育红豆杉的优选途径。利用组织培养的手段繁殖红豆杉幼苗、诱导愈伤组织或者进行细胞悬浮培养,是生产中提取紫杉醇的常用手段。但是受红豆杉自身特性的影响,目前大部分的研究还是集中在不同条件对红豆杉愈伤组织以及悬浮培养细胞中紫杉醇含量的变化方面,有关组培苗方面的报道相对较少。扦插繁殖是指截取植物的根、茎、叶等营养器官的一部分,插入到合适的基质中,利用其再生能力形成新植株的一种无性繁殖方法。扦插繁殖因为具有材料易获得、繁殖速度快、易于保持母株优良性状、成活率高、操作便捷等优点,成为红豆杉繁殖的主要手段。
近年来有关红豆杉扦插繁殖的报道较多,而扦插繁殖中最关键的步骤是生根,因此研究主要以生根率和成活率为主要测量指标,围绕着不同季节、取材、基质、试剂等影响扦插生根的因素进行研究,以期提高红豆杉的扦插成活率,优化红豆杉扦插繁殖体系。而在这些因素中,扦插基质和生根试剂的研究较为广泛。不同扦插基质对不同品种红豆杉的生根率与成活率有着不同的影响,另外,试剂的种类、浓度与处理时间也影响生根,下面笔者将从这两方面对前人的研究进行总结分析。
基质提供了营养、水分、温度等插穗生根的必要条件,在不同的基质中,插穗细胞被激活的能力也不相同,常用的扦插基质有草炭腐殖土、蛭石、粗细砂、炉灰渣、珍珠岩等。Bayraktar等研究了珍珠岩和泥炭对欧洲红豆杉(T. baccata)扦插生根的影响,认为珍珠岩较泥炭扦插效果好。而Saumitro等以大田土、森林土、河沙、堆肥、泥炭和蚯蚓堆肥等为基质,进行了欧洲红豆杉的扦插生根试验,结果表明当森林土:泥炭:堆肥为1:1:1时,插条的成活率、生根率、愈伤率等都为最高值。而在东北红豆杉(T. cuspidata)中,若采用单一扦插基质,腐质土的扦插效果较好,生根率较高,可达95%以上;若采用混合基质,蛭石与沙、沙与土、河沙掺松针土都可使扦插成活率达90%以上。对南方红豆杉(T. chinensis var. mairei)的研究表明,混合基质较单一基质扦插效果更好,其中河沙和珍珠岩混合基质扦插生根率较高。不同的研究表明当河沙与珍珠岩的比例不同时,生根率也存在较大差异,其中当二者比例为2:1时,效果最好,生根率可达95.3% 。对须弥红豆杉(T. wallichiana)的研究显示等比例的腐殖土和圃地土生根成苗率最(97.8%) 。对中国红豆杉(T. chinensis)的研究显示当用3年生枝条,森林腐殖土、园土、河沙 (1:1:1) 混合基质进行扦插时, 成活率最高达到90%以上,而用50%花园土+50%锯末为扦插基质,并且有三叶草共生时,无顶梢的插条生根率可达100%。对曼地亚红豆杉(Taxus × media)的大部分研究显示,不论是单一基质还是混合基质,其成活率一般都能达到90%以上,其中春季扦插使用绵沙土作为基质效果较好,平均存活率超过96%。另外,在珍珠岩和蛭石:珍珠岩:河沙(2:2:3)两种基质中,生根率也达到95.6%、95%,可见曼地亚红豆杉对这些扦插基质的适应性较强。而用不同基质对西藏红豆杉(T. wallichiana)和云南红豆杉(T. yunnanensis)的扦插研究显示二者的扦插效果都不理想。侯潇棐等研究了腐殖土:珍珠岩(1:1)和农田土:珍珠岩(1:1)两种基质对西藏红豆杉扦插生根的影响,结果显示后者的成活率较高,但不达30%;王桂芝用碳渣:沙:红土(4:2:4)作为基质,在较为合适的温度湿度下进行云南红豆杉的扦插,虽然成活率达到82.5%,但生根率也只有50%。可见这些基质类型与配比不适合这两种红豆杉扦插生根,需进一步探究更多不同的基质类型和配比。在选择红豆杉扦插基质时,需要在了解各种红豆杉生态习性的基础上,综合考虑基质的理化性质,包括容重、孔隙度、持水量、pH、营养元素含量以及供应养分潜力等,使基质能够为插穗提供适宜的营养和水分,同时还要保持良好的透气性。
生根试剂一般是生长调节剂,生长素、细胞分裂素、脱落酸以及赤霉素等不同种类的生长调节剂对根分化能产生不同程度的影响。其中生长素对植物茎伸长、根形成和形成层细胞分裂有着促进作用。在红豆杉的扦插中,常用的试剂有吲哚乙酸(IAA)、吲哚丁酸(IBA)、萘乙酸(NAA)、GGR6号生根粉和ABT生根粉(中国林业科学研究院王涛院士研制)。这些试剂可以单一使用,也可以混合调配。药剂可配制成溶液,也可以调成糊状。若配制成溶液,则可以用插条进行速蘸或浸泡;若为糊状,则用插条蘸取后直接扦插。不同研究显示,不同浓度和不同处理时间的IBA、ABT1、ABT6以及它们的不同配比均可以使东北红豆杉的扦插生根率达到90%以上。同样,不同浓度和不同处理时间的IBA、NAA、IAA、ABT1可以使曼地亚红豆杉的生根率达到95%以上。有研究表明,用两年生曼地亚红豆杉插穗在500 mg/L的IBA溶液中浸泡20 min,生根率高达100%。在对欧洲红豆杉和西藏红豆杉的扦插试验中显示,IBA较其他试剂生根率要高,欧洲红豆杉插条在0.25 mM的IBA溶液中浸泡24小时,生根率达到85%以上。西藏红豆杉插条在1000 ppm的IBA溶液中浸泡24小时,生根率能达到95%;在50 mg/kg的IBA溶液中浸泡12小时,生根率可达96%。而ABT1号生根粉在南方红豆杉扦插中应用较多,并且比其他试剂生根率要高。当用4×10-6的ABT1溶液浸泡3小时或500mg/L的ABT1溶液速蘸时,南方红豆杉的生根率分别能达到84.7%和88%;在100 mg/L的ABT1溶液中加入滑石粉搅拌成糊状,然后用南方红豆杉的插穗蘸取,生根率为95%。云南红豆杉经合适的试剂处理后,扦插生根率也能达到90%以上。例如用200 mg/L的ABT2浸泡3小时,生根率为94.4%,且ABT2价格相对较低,适合用于云南红豆杉的扦插繁殖。从以上分析可知,试剂的种类、浓度与处理时间相互作用,共同影响扦插生根。不同试剂处理,导致生根率不同;同种试剂的浓度不同或处理时间不同,生根率也不相同。因此,在选择扦插试剂时,要综合这三方面进行考虑。
作为世界珍稀濒危植物的红豆杉,其繁育的主要手段是扦插繁殖。扦插基质和扦插试剂都对生根有不同程度的影响。红豆杉扦插时,要综合考虑基质的理化性质,根据各种红豆杉不同的生态习性,选取合适的扦插基质;而在选择扦插试剂时,要综合试剂的种类、浓度与处理时间进行考虑。有研究表明,不同试剂影响红豆杉内生真菌生产紫杉醇的含量,扦插试剂也影响红豆杉中紫杉醇的含量和分布,但具体机制还不明确,关于药剂与插穗中紫杉醇含量关系的研究也极少。进行扦插的主要目的是扩大红豆杉资源,提取其主要药用化合物紫杉醇以治疗疾病、造福人类。因此,在研究不同试剂和基质对红豆杉扦插繁殖影响时,也应当考虑红豆杉中紫杉醇的含量变化,在进行多方面对比研究后,确定合理高效的扦插基质与试剂。
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