白桦组织培养研究进展

丁晓霞

摘要 白桦是优良的造林和用材樹种，其需求量一直居高不下，传统育苗方法已无法满足市场需求。为此，利用组织培养技术快速大量繁育白桦优质苗木是必不可少的育苗手段，同时也是白桦良种选育和保护的重要技术手段。本文就白桦生物学特性和国内外白桦组培研究现状进行了总结，并介绍了影响白桦组织培养效果的关键因素，以期为白桦组织培养提供参考。

关键词 白桦；组织培养；外植体；研究进展

中图分类号 S792.159 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）13-0131-01

白桦（Betula platyphylla）为桦木科桦木属植物，树高可达15～20 m，胸径可达50 cm[1]。白桦在东北三省分布较多，耐瘠、寒能力较强，且生长迅速，在东北地区常与红松、落叶松、胡桃楸、蒙古栎等树种混生或成纯林。白桦树皮光滑洁白，姿态优美，具有独特的观赏性，可以作为庭园、行道以及绿地栽培树种；其木质坚硬，质地细白，是制造胶合板、纸浆材和高级家具的优良树种，市场需求量极大。此外，其树皮富含的油脂也是制作化妆品的重要香料之一。近年来，随着对白桦研究的不断深入，对白桦树皮提取物中各种皂苷类物质的研究也逐渐引起人们的广泛关注[2]。开展白桦组培快繁技术研究，不仅可以大规模繁殖白桦优良品种和类型，也可以保持其优良的性状。在白桦新品种选育和分子遗传育种过程中，利用组织培养技术获得再生植株也已经成为白桦优良无性系繁育的常用手段。

1 白桦组培研究进展

芬兰是世界上最早研究白桦组织培养的国家，Huhtinen首次通过桦木的茎轴获得了离体再生植株，随后日本和德国的学者分别用腋芽、种子等作为外植体，经过诱导、分化、继代和生根获得了白桦完整植株。20世纪80年代末，随着生物技术的迅速发展，白桦组织培养技术也取得了较大突破，体细胞胚培养和原生体培养逐渐成为研究热点。Kurtén U等[3]对欧洲白桦进行体细胞培养，并比较了不同培养基和不同激素浓度对体细胞胚发育的影响；Nuutila等[4]利用桦树愈伤组织获得实生苗，并比较了蔗糖和无机N对体细胞胚再生的影响。20世纪90年代末，白桦组培快繁技术的研究更加系统和深入，建立了多种外植体、多水平的再生途径，同时在植株的分化和再生机理等方面也进行了探索研究。Fu等[5]对日本白桦茎段产生愈伤组织分化不定芽与AOA和AOPP的关系进行了研究，结果表明，不定芽的形成可能会受到愈伤组织表面木栓化表皮的抑制，通过阻止木栓化表皮形成可以促进不定芽的形成[6]。在白桦树种组培研究中，日本白桦和欧洲白桦也建立起高效的培养程序并达到了生产阶段[7]。

我国白桦育种研究工作起步相对较晚，但是发展迅速。陶 静等[8]最先用WPM、MS和IS 3种基本培养基进行研究，利用休眠芽获得无菌苗作为外植体，建立了白桦组培再生体系。詹亚光等[9]在组培再生系统研究的基础上研究了培养基、激素种类及浓度、无性系、外植体类型、蔗糖浓度对诱导及生根的影响，并提出白桦组培的最佳条件及程序，在其筛选出的最佳培养基上生根率可达95 %以上，移栽成活率达90%。占爱瑶等[10]对不同白桦树种组培快繁体系进行了筛选，选出2个树种用于工厂化育苗，以满足造林和生产需要。由此，解决了一直以来东北地区白桦扦插育苗越冬难的问题。随后，一些白桦品种组培也开展起来，赵梦姝[11]使用顶芽和侧芽作为外植体建立了紫叶白桦的组培快繁体系；杨 玲等[12]筛选出适合紫叶白桦芽增殖培养的培养基，增殖率可达10.4，生根率最高可达91.5%。随着生物技术的迅猛发展，白桦组织培养研究不仅仅用于工厂化育苗和造林生产，也开始逐渐成为白桦遗传改良中不可或缺的技术手段。詹亚光等[13]首次对白桦离体再生技术和再生机理进行了系统研究，填补了白桦组织培养和转基因植株再生的空白，为白桦的遗传改良和无性繁殖开辟了一条行之有效的新途径。在此之后，又进一步优化了愈伤组织繁殖系统，进行了不定芽和不定根发生解剖学及白桦转抗虫基因的研究。

2 影响白桦组织培养的关键因素

2.1 外植体选择

在白桦组培过程中，首先是外植体的选择，合适的外植体是组培成功的决定因素之一。研究表明，植株的生长状态、生长时间、基因型以及外植体的取材部位和取材时间等都会影响组培的形态发生。若外植体取材不当，不仅会增加污染率，还极易在培养过程中发生褐化及玻璃化现象。白桦组织培养中可以采用的外植体类型较多，如腋芽、顶芽、茎段、种子、叶片和胚等[14]，因而在组培前可以先进行不同部位外植体培养试验，以选取适宜的外植体。

2.2 无菌体系建立

污染在植物组织培养的整个过程均可能发生，建立无菌体系是植物组织培养的关键性环节。污染又分为接种前、接种中和接种后污染。降低接种前污染就要先对外植体的消毒处理进行研究。先根据已选择的外植体确定与其相适宜的消毒剂和消毒方法，再根据消毒剂和消毒方法确定适宜的消毒时间。消毒时间过短，会导致消毒不彻底，污染率高；消毒时间过长，会造成外植体死亡。研究表明，不同灭菌剂和不同灭菌时间对外植体的灭菌效果差异极其显著。白桦组培过程中常用的消毒剂有乙醇、氯化汞、次氯酸钠及过氧化氢等。

2.3 培养基及激素选择

基本培养基和激素的选择是丛生芽诱导、愈伤组织分化、继代增殖的关键。目前，白桦组培应用的基本培养基主要有MS、1/2MS、WPM、WH、N6、NRM、DKW、NN和B5等，可根据不同外植体和诱导部位选择适宜的培养基。不同激素类型及浓度配比是增加分化率、增殖率和生根率的关键，白桦组培中常用的激素有NAA、IBA、IAA、6-BA、2，4-D等。此外，适宜的激素浓度配比也可消除培养过程中的玻璃化现象等。

3 展望

研究表明，增殖和生根培养、愈伤组织诱导和不定芽分化是目前白桦组织培养的关键技术，也是工厂化规模育苗和遗传转化育苗的技术性难点。因此，在今后的工作和研究中，一是要多选择不同部位的外植体进行研究，解决试材的复幼问题，筛选适用于扩繁的外植体种类和基因型；二是要控制组培过程中的污染、褐化及玻璃化现象；三是要组合使用多种激素浓度，提高外植体的增殖率；四是要深入开展试管苗生根培养及生根机理的研究，特别对生根生理学和发育学方面；五是白桦次生代谢产物，如油脂、糖脂、丙酮酸、皂苷等，具有非常高的利用价值，今后应利用白桦组织培养技术加强对其次生代谢产物的研究。

4 参考文獻

[1] 郑万均.中国树木志[M].北京：中国林业出版社，1983.

[2] 马和沙提，宋红美，热西达，等.白桦液的介绍[J].新疆中医药，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.

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[9] 詹亚光，陶静，杨传平，等.白桦组培再生系统的研究（Ⅱ）[J].东北林业大学学报，1998，26（5）：4-5.

[10] 占爱瑶，由香玲，詹亚光.优良白桦单株离体繁殖性状的筛选[J].东北林业大学林业科技，2009，34（5）：1-3.

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[12] 杨玲，沈海龙.紫叶白桦茎芽快繁体系的建立及影响因素分析[J].经济林研究，2012（8）：81-87.

[13] 詹亚光，王玉成，王志英，等.白桦的遗传转化及转基因植株的抗虫性[J].植物生理与分子生物学学报，2003，29（5）：380-386.

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