白樺組織培養研究進展

丁曉霞

摘要 白樺是優良的造林和用材樹種，其需求量一直居高不下，傳統育苗方法已無法滿足市場需求。為此，利用組織培養技術快速大量繁育白樺優質苗木是必不可少的育苗手段，同時也是白樺良種選育和保護的重要技術手段。本文就白樺生物學特性和國內外白樺組培研究現狀進行了總結，并介紹了影響白樺組織培養效果的關鍵因素，以期為白樺組織培養提供參考。

關鍵詞 白樺；組織培養；外植體；研究進展

中圖分類號 S792.159 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）13-0131-01

白樺（Betula platyphylla）為樺木科樺木屬植物，樹高可達15～20 m，胸徑可達50 cm[1]。白樺在東北三省分布較多，耐瘠、寒能力較強，且生長迅速，在東北地區常與紅松、落葉松、胡桃楸、蒙古櫟等樹種混生或成純林。白樺樹皮光滑潔白，姿態優美，具有獨特的觀賞性，可以作為庭園、行道以及綠地栽培樹種；其木質堅硬，質地細白，是制造膠合板、紙漿材和高級家具的優良樹種，市場需求量極大。此外，其樹皮富含的油脂也是制作化妝品的重要香料之一。近年來，隨著對白樺研究的不斷深入，對白樺樹皮提取物中各種皂苷類物質的研究也逐漸引起人們的廣泛關注[2]。開展白樺組培快繁技術研究，不僅可以大規模繁殖白樺優良品種和類型，也可以保持其優良的性狀。在白樺新品種選育和分子遺傳育種過程中，利用組織培養技術獲得再生植株也已經成為白樺優良無性系繁育的常用手段。

1 白樺組培研究進展

芬蘭是世界上最早研究白樺組織培養的國家，Huhtinen首次通過樺木的莖軸獲得了離體再生植株，隨后日本和德國的學者分別用腋芽、種子等作為外植體，經過誘導、分化、繼代和生根獲得了白樺完整植株。20世紀80年代末，隨著生物技術的迅速發展，白樺組織培養技術也取得了較大突破，體細胞胚培養和原生體培養逐漸成為研究熱點。Kurtén U等[3]對歐洲白樺進行體細胞培養，并比較了不同培養基和不同激素濃度對體細胞胚發育的影響；Nuutila等[4]利用樺樹愈傷組織獲得實生苗，并比較了蔗糖和無機N對體細胞胚再生的影響。20世紀90年代末，白樺組培快繁技術的研究更加系統和深入，建立了多種外植體、多水平的再生途徑，同時在植株的分化和再生機理等方面也進行了探索研究。Fu等[5]對日本白樺莖段產生愈傷組織分化不定芽與AOA和AOPP的關系進行了研究，結果表明，不定芽的形成可能會受到愈傷組織表面木栓化表皮的抑制，通過阻止木栓化表皮形成可以促進不定芽的形成[6]。在白樺樹種組培研究中，日本白樺和歐洲白樺也建立起高效的培養程序并達到了生產階段[7]。

我國白樺育種研究工作起步相對較晚，但是發展迅速。陶 靜等[8]最先用WPM、MS和IS 3種基本培養基進行研究，利用休眠芽獲得無菌苗作為外植體，建立了白樺組培再生體系。詹亞光等[9]在組培再生系統研究的基礎上研究了培養基、激素種類及濃度、無性系、外植體類型、蔗糖濃度對誘導及生根的影響，并提出白樺組培的最佳條件及程序，在其篩選出的最佳培養基上生根率可達95 %以上，移栽成活率達90%。占愛瑤等[10]對不同白樺樹種組培快繁體系進行了篩選，選出2個樹種用于工廠化育苗，以滿足造林和生產需要。由此，解決了一直以來東北地區白樺扦插育苗越冬難的問題。隨后，一些白樺品種組培也開展起來，趙夢姝[11]使用頂芽和側芽作為外植體建立了紫葉白樺的組培快繁體系；楊 玲等[12]篩選出適合紫葉白樺芽增殖培養的培養基，增殖率可達10.4，生根率最高可達91.5%。隨著生物技術的迅猛發展，白樺組織培養研究不僅僅用于工廠化育苗和造林生產，也開始逐漸成為白樺遺傳改良中不可或缺的技術手段。詹亞光等[13]首次對白樺離體再生技術和再生機理進行了系統研究，填補了白樺組織培養和轉基因植株再生的空白，為白樺的遺傳改良和無性繁殖開辟了一條行之有效的新途徑。在此之后，又進一步優化了愈傷組織繁殖系統，進行了不定芽和不定根發生解剖學及白樺轉抗蟲基因的研究。

2 影響白樺組織培養的關鍵因素

2.1 外植體選擇

在白樺組培過程中，首先是外植體的選擇，合適的外植體是組培成功的決定因素之一。研究表明，植株的生長狀態、生長時間、基因型以及外植體的取材部位和取材時間等都會影響組培的形態發生。若外植體取材不當，不僅會增加污染率，還極易在培養過程中發生褐化及玻璃化現象。白樺組織培養中可以采用的外植體類型較多，如腋芽、頂芽、莖段、種子、葉片和胚等[14]，因而在組培前可以先進行不同部位外植體培養試驗，以選取適宜的外植體。

2.2 無菌體系建立

污染在植物組織培養的整個過程均可能發生，建立無菌體系是植物組織培養的關鍵性環節。污染又分為接種前、接種中和接種后污染。降低接種前污染就要先對外植體的消毒處理進行研究。先根據已選擇的外植體確定與其相適宜的消毒劑和消毒方法，再根據消毒劑和消毒方法確定適宜的消毒時間。消毒時間過短，會導致消毒不徹底，污染率高；消毒時間過長，會造成外植體死亡。研究表明，不同滅菌劑和不同滅菌時間對外植體的滅菌效果差異極其顯著。白樺組培過程中常用的消毒劑有乙醇、氯化汞、次氯酸鈉及過氧化氫等。

2.3 培養基及激素選擇

基本培養基和激素的選擇是叢生芽誘導、愈傷組織分化、繼代增殖的關鍵。目前，白樺組培應用的基本培養基主要有MS、1/2MS、WPM、WH、N6、NRM、DKW、NN和B5等，可根據不同外植體和誘導部位選擇適宜的培養基。不同激素類型及濃度配比是增加分化率、增殖率和生根率的關鍵，白樺組培中常用的激素有NAA、IBA、IAA、6-BA、2，4-D等。此外，適宜的激素濃度配比也可消除培養過程中的玻璃化現象等。

3 展望

研究表明，增殖和生根培養、愈傷組織誘導和不定芽分化是目前白樺組織培養的關鍵技術，也是工廠化規模育苗和遺傳轉化育苗的技術性難點。因此，在今后的工作和研究中，一是要多選擇不同部位的外植體進行研究，解決試材的復幼問題，篩選適用于擴繁的外植體種類和基因型；二是要控制組培過程中的污染、褐化及玻璃化現象；三是要組合使用多種激素濃度，提高外植體的增殖率；四是要深入開展試管苗生根培養及生根機理的研究，特別對生根生理學和發育學方面；五是白樺次生代謝產物，如油脂、糖脂、丙酮酸、皂苷等，具有非常高的利用價值，今后應利用白樺組織培養技術加強對其次生代謝產物的研究。

4 參考文獻

[1] 鄭萬均.中國樹木志[M].北京：中國林業出版社，1983.

[2] 馬和沙提，宋紅美，熱西達，等.白樺液的介紹[J].新疆中醫藥，2006（2）：40-41.

[3] KURT？魪N U，NUUTILA A M，KAUPPINEN V，et al.Somatic embryogen-esis in cell cultures of birch（Betula pendula，Roth.）[J].Plant Cell Tissue & Organ Culture，1990，23（2）：101-105.

[4] NUUTILA A M，KURT？N U，KAUPPINEN V.Optimization of sucrose and inorganic nitrogen concentrations for somatic embryogenesis of birch （Betula pendula，Roth.）callus cultures：A statistical approach[J].Plant Cell Tissue & Organ Culture，1991，24（2）：73-77.

[5] FU L M，HOGETSU T，IDE Y，et al.Effects of α-Aminooxy-β-phenyl-propionic acid and α-Aminooxyacetic acid on differentiation of adven-titious buds in the callus derived from stem segments of betula platyph-ylla SUKATCHEV var.japonica HARA[J].Journal of the Japanese Fores-try Society，1993，75（4）：331-337.

[6] 張偉成，嚴文梅，單雙健.野芹菜體細胞胚胎發生早期變化的細胞學研究[J].植物學報，1993，35（2）：85-90.

[7] 陶靜，閆淑蘭，劉丹，等.國內外樺樹育種和遺傳轉化研究的現狀及前景展望[J].吉林林業科技，1998（3）：33-34.

[8] 陶靜，詹亞光，姜靜，等.白樺組培再生系統的研究（Ⅰ）[J].東北林業大學學報，1998，26（5）：6-9.

[9] 詹亞光，陶靜，楊傳平，等.白樺組培再生系統的研究（Ⅱ）[J].東北林業大學學報，1998，26（5）：4-5.

[10] 占愛瑤，由香玲，詹亞光.優良白樺單株離體繁殖性狀的篩選[J].東北林業大學林業科技，2009，34（5）：1-3.

[11] 趙夢姝.紫葉白樺快繁技術研究[J].園藝與種苗，2016（4）：29-31.

[12] 楊玲，沈海龍.紫葉白樺莖芽快繁體系的建立及影響因素分析[J].經濟林研究，2012（8）：81-87.

[13] 詹亞光，王玉成，王志英，等.白樺的遺傳轉化及轉基因植株的抗蟲性[J].植物生理與分子生物學學報，2003，29（5）：380-386.

[14] 金建邦，祝遵凌.樺木科植物組織培養研究進展[J].北方園藝，2013（23）：202-206.