枇杷属系的资源调查研究

枇杷属系的资源调查研究

1枇杷是植物资源和分类的研究1.1叶、织物或山毛枇杷是蔷薇科植物，多年生乔木或灌木。叶子是相互交替的，边缘是锯齿状的，靠近整个边缘，叶脉是明显的，几乎没有叶柄。叶子通常生长得很早。花是顶部的花序，通常是毛叶茂盛的。圣杯呈杯状或倒圆锥形，圣杯5，仍然存在。花瓣5，反卵形或圆形，无毛或毛，芽时呈旋转形或双盖覆盖。雄蕊20.40，雌花2.5，底部愈合，通常有毛发，子房底部，形成2.3个室，每个室有2个鸡蛋。梨果肉质或干燥,内果皮膜质,有1或数粒大种子。1.2我国浮胶群分类枇杷原产中国。我国枇杷主要分布于四川、福建、湖北、云南、广东、广西及江浙地区,日本、西班牙、以色列、智利、巴西也有较多的种植,但都以普通枇杷为主。枇杷属除了普通枇杷,还有不少野生种类。根据国际植物名称索引IPNI网站公布的数据显示,枇杷属植物共57条记录。章恢志等认为,我国至少有18个种类原产于中国,林顺权等通过20多年的搜集、调查、核对,提出21种原产我国的包括齿叶枇杷、栎叶枇杷、大花枇杷、倒卵叶枇杷、麻栗坡枇杷、怒江枇杷、腾越枇杷、香花枇杷、小叶枇杷、大渡口枇杷、窄叶枇杷、广西枇杷、台湾枇杷、台湾枇杷恒春变型、台湾枇杷武藏山变型、南亚枇杷、南亚枇杷缩花变型、南亚枇杷四柱变型、南亚枇杷窄叶变型、椭圆枇杷、普通枇杷在内的品种。但关于枇杷属的具体种数至今尚未有确切说法。该属染色体基数为17,2n=34,目前确认的多倍体类型的有普通枇杷中的闽三号四倍体枇杷等,部分三倍体,其它大多为二倍体。我国约有350多个有代表性的普通枇杷品种。根据密度不同可将分布区划分为:最集中分布区(10种以上,为云南西部和东南部);密集分布区[4～10种,有云贵、两广(西江流域)和四川];次分布区(3种,有西藏和台湾);稀有分布区(1～2种,有湖北、湖南、江西、福建和海南)。1.3民警分子标记技术的应用关于枇杷属起源中心的研究有几种观点,章恢志在《中国果树志·枇杷》中认为,四川贡嘎山东南坡的大渡河中下游地区,即大相岭以南的石棉、汉源、峨边等地可能是普通枇杷的起源中心;而林顺权等从地理分布的角度认为,云南是枇杷属的发生中心和现代分布中心。由此可见各传统观念差异较大,因此,在今后枇杷起源与演化研究中,有必要结合地质学和分子标记技术,获得更有理论依据的成果。枇杷品种繁多,同名异物、同物异名的现象相当普遍,为了解决此类问题应借助形态学、孢粉学、同工酶、核型分析、等位酶基因型指纹等分析方法,RAPD等分子标记技术也被广泛应用于植物亲缘关系的探讨研究。曾勉和吴耕民曾先后提出枇杷品种的主要区分标志是果肉色泽:红肉、黄肉及白肉,以红沙种和白沙种分类。中国科学院植物研究所1974编著的《中国植物志》则是依据生物地理分布及生物学特性归纳了当时已发现的14个种;章恢志等的同工酶、孢粉学研究推测大渡口枇杷可能作为一独立居群,与普通枇杷的亲缘关系最近,可能是普通枇杷的始祖之一或作为普通枇杷进化路线上的一个过渡种。近年来,叶绿体trnk基因、等位酶的研究成果有力地促进了枇杷属亲缘关系和遗传多样性的研究,并获得可喜的进展。2枇杷园常见艺术研究2.1中国东南角的存我国枇杷栽培历史悠久,以普通枇杷为栽培种,最早记载见于西汉司马迁所作《上林赋》,至今有2100年历史,唐朝传入日本,唐宋期间,枇杷主产区在四川、湖北、陕南、江浙。到明代以后,江浙的枇杷大发展,其它地区发展缓慢,已有衰退之势。目前我国长江南北20多省区均有推广,以福建、四川、重庆栽培较多,2001年我国枇杷总产量占全世界总产量的55%以上,为第一生产国。从20世纪70年代开始,国内外学者在枇杷属尤其是普通枇杷的形态学、组织培养、生理生化、同工酶、分子生物学、选育种及病虫害防治等多个领域都有研究,这些工作为普通枇杷的品质改良奠定了基础。2.2强化遗传多样性,重视品种选育和育种我国于1981年开始在福建省农业科学院果树研究所建立国家果树种质福州枇杷圃,收集种质220多份。西班牙瓦伦西亚农业研究所于1993年建成枇杷种质圃,并收集49个本国品种和地中海沿岸各国、日本、美国等的25个品种,但其中栽培品种不足40个。日本利用仅有的40多个品种进行常规杂交育种、诱变育种,同时积极搜集种质及加强国际种质交流,现保存有200多份枇杷种质。培育果树新品种可借助实生选种、杂交、倍性育种、生物技术育种等手段进行。我国多采用实生选种,选出的品种有宁海白、黄岩5号、红灯笼等,通常情况下果树自然变异率很低,要加快枇杷品种改良的步伐就必须将现代生物技术合理应用,充分利用现有资源,加强属内种质优良基因渐渗和基因交流。而日本作为一个种质资源匮乏国,100多年来通过选种、杂交育种、诱变育种等各种途径有机结合,已育出了许多优良品种,如19世纪末实生选种得到的‘田中’、1917年用‘楠’(1876年实生选种所得)的花粉与田中杂交育成的‘大房’、50年代以本田早生(1942年从茂木实生变异中选出的早熟种)作父本与茂木(母本)杂交育出的‘长崎早生’、γ射线诱变得到的‘白茂林’等。西班牙的栽培品种多有Algerie血统,而当地品种Fuster、Nadal、Polo等基本被淘汰。枇杷育种还常采用组培和化学诱变相结合的方法进行研究。现在常见的国内外普通枇杷栽培品种有:红砂类型的解放钟、大五星、早钟6号、大红袍;白砂类型的软条白砂、白玉、白梨、照种、白花、新白系列等。2.3组培扩繁私家车种造林技术在生产上已推广的营养繁殖方式主要有高接换种、砧木嫁接和组培,但组培成本高且生产周期长,因此,嫁接繁殖是最常用的规模化生产技术。有学者已就枇杷不同的嫁接时期和嫁接方法进行系统研究,张忠良等认为,以春季切接为主,最佳嫁接时间为4月中旬,而秋季宜在8月中旬采用带木质芽接繁殖,并提出了10月份采用芽接埋土、低棚覆盖的枇杷嫁接新技术。1987年,陈遵银研究了倒砧插接、切接、腹接、舌接、芽片贴接5种方法的成活率,认为除了嫁接技术外砧穗亲和性、伤流、树胶、单宁等因素也会影响嫁接结果。在高接中嫁接部位选在距地面1m左右1～2级分枝上,成活率高,生长旺盛,形成良好的丰产树形,而在主干处嵌接成活率相对较低,且应采用切接法。此外只要在嫁接中掌握“时、法、枝、长、净、紧、严、快、水、萌”等十字经验,成苗率即可保持90%～95%以上。利用组培扩繁枇杷已经是成熟技术。我国早在20世纪80年代就已经有比较全面的研究,国外尚未见这方面的报道。组培外植体以茎尖为主,90年代突破枇杷属原生质体植株再生的技术壁垒。林顺权等提出用鱼雷形胚作为胚培养接种材料,愈伤组织诱导率高且质量好;用山梨醇作为碳源有利于培养物的分化,而蔗糖作为碳源有利于愈伤组织的诱导增殖;还筛选出1%纤维素酶+2%果胶酶+12%甘露醇作为最适酶混合液。之后的研究逐步涉及到成年茎段、花药、胚乳、幼胚、子叶等不同外植体的选择,并归纳总结了适宜的培养基配方、植物生长调节剂的选择和最适浓度、温度、pH值等影响因子。李春瑶等着重研究了成年枇杷茎段的离体成苗技术,建立了枇杷成年茎段对长芽及丛生芽继代繁殖的最佳培养基组合MS+6-BA1.0mg/L+NAA0.2mg/L;研究还发现,成年无根苗的生根需要一定浓度的生长素作用及一定的培养时间。花药培养植株再生后代群体多为单倍体,可做为育种中间材料加以利用。陈红以大五星枇杷不同树龄和花器官不同发育阶段的花药进行离体培养,研究5℃低温处理、糖源及2,4-D、6-BA、KT的最佳浓度。另外EMS、秋水仙素等化学诱变剂诱导愈伤组织多倍化也已成功实现,2005年,沈庆斌对解放钟、长红3号和早钟6号3个品种的体胚发生再生系统进行较为全面的研究,得到7种类型的愈伤组织,建立了高频率的枇杷体胚发生和植株再生体系,并初步探讨了根癌农杆菌介导的遗传转化方法,为下一步的品种基因改良奠定了基础。2.4生物化学2.4.1水分胁迫与气孔因素的关系光合作用是植物重要的生理活动,不同时间、不同温度、不同品种及果实存在与否均对其有影响。李文华等研究了4个枇杷品种的光合特性,提出叶片的净光合速率(Pn)日变化均呈双峰曲线,具有典型的“午休”特征,其内在原因主要是品种间非气孔因素的差异;蒸腾速率(Tr)日变化曲线因品种而异,有双峰和单峰两种。低温是限制枇杷光合作用的重要因子,冬季枇杷光合作用的最适温度低于春季,而最适叶温高于环境温度,光合碳代谢和光化学反应受低温限制,在碳代谢中光呼吸所占的比例增加和非辐射能量耗散对光合机构运转有保护作用。水分胁迫使叶片光合色素含量下降,Chlb比Chla和Car更易受到伤害;气孔导度、光合及蒸腾作用亦受到抑制,光补偿点上升,光饱和点下降;水分胁迫对光合的抑制作用,既有气孔因素,也有非气孔因素;张放等认为高浓度CO2能提高水分胁迫下枇杷叶片的光合速率,SOD、POD及CAT酶活性显著提高,可见CO2浓度升高对于水分胁迫所造成的氧化损伤有一定的缓解作用。另有报道,大枝全周环剥亦能提高光合效率。2.4.2其它生长调节物质在植物生长发育过程中使用的外源物质主要有生长调节剂类,如赤霉素、脱落酸、细胞分裂素、乙烯等。陈俊伟等研究认为,GA3蕾期处理可诱导枇杷无核性状产生,并使果实蔗糖代谢酶(SS、SPS、转化酶)、己糖代谢酶(HXK、FRK)和山梨醇脱氢酶(SDH)等活力下降,导致含糖量下降;谢花后4周至12周用GA1000mg/L+CPPU20mg/L混合处理则能增大无核果率,防止落果。其它生长调节物质如植物高活性剂能促进叶片和果实细胞分裂,增强光合作用,增加树体营养物质,提高果实的商品性能。采用低浓度的NaHSO3配合KCl和6-BA能大大促进光合效率,混合施用对光合作用的提高并不是通过增加气孔开度,三者之间的作用机制目前还不清楚。Bruno等报道NAA可合理地抑制生长,达到人工疏花的效果。2.4.3cu4与镉的关系化学元素在植物的生命代谢活动中起调节作用,促进酶活性,调节细胞渗透势,影响原生质胶体状况和膜的电荷平衡。Cu2+是金属酶的组成部分,当CuSO4浓度适宜时,Cu2+会促进酶与底物结合,提高过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性水平,呈现正相关,表现出应急反应。当CuSO4浓度≥12.5mg/L时,Cu2+与酶发生络合等反应,产生沉淀,使酶类蛋白质变性,活性降低,最终失活,导致植株生长异常。廖汝玉等研究了钙素对枇杷小苗生长的影响,指出0.4mmol/L钙离子浓度有利于小苗生长。有些重金属元素在植物体内的积累是有害的,如镉(Cd)胁迫会造成根系表皮细胞、韧皮部、木质部、髓部、气孔等发生一系列异常变化,高浓度的Cd对生长有明显的抑制作用,植株各部分对Cd的敏感度为根>叶>茎。P、K、Ca广泛参与了体内各种生理活动,缺素使枇杷幼苗的生长减弱,植株矮小,叶片解剖结构改变,叶绿素含量显著降低,影响叶片的光合性能,光量子通量、叶室CO2浓度、光合速率等指标明显降低。2.4.4抗氧化酶系统sod枇杷果实采后生理活动旺盛,衰老进程快,极易腐烂变质,一般条件下难以贮存和长途运输。目前最常用的贮藏方法是冷藏,研究表明枇杷为非跃变型果实,低温可抑制采后果实呼吸和乙烯产生,有效温度1～20℃。秦文等进一步确定8℃是‘大五星’枇杷果实适宜的贮藏温度,4℃以下果实易发生冷害。1℃下贮藏时,枇杷果实精胺(SPM)含量的升高可能是果实对冷害的防卫反应,腐胺(PUT)积累可能是冷害的原因,亚精胺(SPD)含量上升则可能是冷害的结果。而SO2处理后,果实内源多胺含量变化幅度小,并增强超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,抑制过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)活性,减少H2O2的积累,维持活性氧代谢的平衡。采后热激处理结合低温冷藏也能达到稳定果实过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)及苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的效果,延长贮藏寿命。除此之外1-甲基环丙烯(1-MCP)、壳聚糖在枇杷保鲜研究中也有应用,但在生物制剂领域还未有涉足,今后应加强这方面的研究。枇杷果实在贮藏后期果皮易出现难剥,果肉质地生硬、粗糙少汁的异常劣变现象,即木质化败坏,这是制约枇杷贮藏寿命的关键因素。果实质地与果胶、纤维素、木质素等细胞壁成分有关,PAL是植物木质素生物合成的关键酶之一,外源水杨酸能抑制其活性,减少木质素的积累,同时果胶酯酶(PE)和多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性下降和纤维素含量增加也作为木质化坏死的重要调节因子。吴锦程等最近研究了苯丙氨酸解氨酶(PAL)、4-香豆酸辅酶A连接酶(4-CL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)和过氧化物酶(POD)等几种木质化相关酶的特性,提出PAL、POD是发生木质化的主要原因。2.5功能基因研究近年来,应用分子标记等分子生物学手段已对枇杷栽培种与栽培种、栽培种与野生种、野生种与野生种之间的亲缘关系以及功能基因的克隆进行了诸多研究。自2005年提出了改良的枇杷属基因组DNA提取方法—CTAB蛋白酶K法后,2006年吴锦程又根据此法对来自中国、西班牙、美国的48份种质的RAPD反应体系进行了优化研究,确定了TaqDNA聚合酶、Mg2+、引物、模板DNA和dNTPs等5种主要成分的适宜浓度或用量。与此同时,他认为AFLP分析体系中应用蛋白酶K可有效地降解与DNA结合的蛋白质及多糖、酚类物质。在新基因研究方面也取得可喜的进展,已成功得到克隆片段并进行序列分析的功能基因有:β-胡萝卜素羟化酶基因、4-香豆酸CoA连接酶基因、LEAFY同源基因、番茄红素-环化酶(LYC)