沉香属植物繁殖研究进展
来源: 世界林业研究   发布时间: 2017-09-11 12:25   2348 次浏览   大小:  16px  14px  12px
沉香属植物为瑞香科名贵木材树种,我国有土沉香(又名白木香)和云南沉香2种,其中土沉香是我国生产沉香的重要植物资源。由于沉香的用途极其广泛,其野生资源已日趋枯竭,出现供不应求的局面。文中从种子繁殖、扦插繁殖、嫁接繁殖、组培繁殖等方面综述了土沉香等沉香属植物繁殖技术的研究进展,并对沉香属植物繁殖的研究重点进行了展望,以期为沉香属植物高效繁育优质种苗提供参考,并有利于野生资源保护和可持续利用。

沉香属(Aquilaria spp.)植物共有15种,属于瑞香科(Thymeleaceae)。我国有2种,分别为土沉香(Aquilaria sinensis)(又名白木香)和云南沉香(Aquilaria yunnanensis)。其中,土沉香为我国特有的珍贵药用植物,是我国生产沉香的重要植物资源,分布于广东、广西、台湾、福建。

沉香属树木在被真菌感染后,会分泌出一种独特浓郁香气的树脂,并且树木能沉于水中,故名为“沉香”。沉香质地坚硬,富含油脂,是雕刻材料的首选之一。同时,沉香有较高的药用价值,有止痛、止呕、平喘等功效。另外,沉香还是高级香料和美容品最主要的香味固定剂,以及礼佛、浴佛的主要香药。

由于沉香的用途极其广泛,世界各国对沉香的需求量日益增多。长期以来,印度、缅甸、马来西亚、印度尼西亚与越南等原产地的林木区,沉香属树木遭受人为的乱砍滥伐,其野生资源已日趋枯竭。国际上已经将沉香属全部树种列入2010年《国际濒危野生动植物种贸易公约(CITES)》(https://cites.org/)。

人工栽培是目前解决沉香木材紧缺最有效的方法。近年来,对沉香属植物繁殖技术的研究已经取得了一些新的进展,包括种子繁殖、扦插繁殖、嫁接繁殖和组培繁殖等方面。本文拟对沉香属植物繁殖技术进行系统综述,以期为沉香属植物高效繁育优质种苗提高参考,并有利于野生资源的保护和可持续利用。

1种子繁殖

沉香种子量大,可采用种子进行播种繁殖,其中土沉香已较早利用种子进行播种繁殖。沉香种子含油率高,极易变质,不宜日晒、堆积,种子最好在5d内播种,否则发芽率会明显降低。而常温袋藏30d后,发芽率下降70%,常温贮藏3个月以上,种子将全部丧失发芽率。如不能及时播种,可以以1份种子加3份湿沙混匀贮藏。或采用低温贮藏方法,将种子脱水干燥后,密封置于4 ℃低温贮藏,发芽率可以保持较高。沉香种子保存在5~10℃的温度下,活力一般可以维持3~4个月。

沉香播种的营养土配方可以采用红心土加少量河沙、过磷酸钙和食用菌废料。在遮光度为60%时,土沉香种子萌发率最高。轻基质育苗是近几年出现的新型育苗方式,有利于沉香小苗的快速生长。如在松木糠和泥炭土基本原料中,再混一定比例的甘蔗渣或饲草渣等有机质。另外,蒙彩兰等实验表明,松树皮50%+沤制锯末25%+炭化树皮25%对沉香育苗效果较好。幼苗出土后也应给予适当遮阴,在自然光照时幼苗的死亡率最大。Page等研究表明,奇楠沉香 (Aquilaria crassna)遮阴50%处理的幼苗比未遮阴的幼苗生长要好。

2扦插繁殖

沉香还可以进行扦插繁殖。扦插时采取半木质化嫩枝,需遮阴处理。一般在春末秋初时选取当年生枝条作为插穗,剪取生长壮实的枝段5~15 cm,每枝段节数为3个以上。在沉香扦插枝条的选择上,牛焕琼等实验表明,夏季半木质化扦插的成活率为22%,而冬季木质化枝条的成活率为12%。梁居红等对土沉香扦插实验发现,插穗采用基段枝条,效果优于中段枝条和梢段枝条。扦插后温度一般保持在20~30℃,可用薄膜包裹容器进行保温,同时给插穗进行喷雾,保持空气的相对湿度在75%~85%。

扦插基质可选用营养土或河砂、泥碳土、蛭石等材料。陶霞娟等认为,蛭石最适合作为土沉香的扦插基质,其生根率、平均根数和平均根长分别为78.3%、3.3条和3.6 cm。另外,吴跃钦等研究表明,红壤与珍珠岩1: 1配比有利于土沉香生根,生根率可达到90.3%。廖建良等实验表明,泥炭土与河沙1︰1配比作为基质也有利于土沉香扦插嫩枝的存活。

对于沉香扦插繁殖来说,最关键环节是扦插枝条不定根的产生,目前认为一定浓度的生长素和维生素B6处理有利于扦插生根。生长素可调节内源激素和酶类,从而促进不定根形成和扦插生根。张玉臣等发现,用IAA 1500 mg/L处理土沉香扦插生根最好,其生根率可达43.08%。另外,温水、蔗糖、VB6等生根辅助因子也有助于土沉香嫩枝扦插的根系发生,显著提高生根率。在营养供应方面,施用一定量的水溶性肥料,对马来沉香 (Aquilaria malaccensis)和土沉香根系的生长发育及形态建立具有促进作用。添加化学试剂100~150 g/L CuCO3能抑制主根生长、促进侧根增生形成,扩大营养物质的吸收面积,有利于移栽后苗木的成活。

3 嫁接繁殖

对于难生根的沉香,嫁接也是无性繁殖的一个重要途径,但目前国内对沉香嫁接技术研究较少。裘珍飞等认为,沉香嫁接一般在7~8月份为宜,选择的接穗一般为沉香成年优树萌条,直径在0.6~0.8 cm,嫁接的砧木一般为2年生土沉香实生苗,砧木接口直径在0.4~1.0 cm。牛焕琼等开展的土沉香实验结果表明,采用半木质化接穗在夏季进行切接,30d左右成活,嫁接成活率达52%,其方法是切口长削面长2~2.5 cm,不过髓心,短削面长1 cm,过髓心。

4 组培繁殖

4.1 外植体选择

目前沉香快速繁殖主要通过带芽茎段进行丛生芽诱导和愈伤组织诱导不定芽获得再生。徐强兴、何旭君、叶法勤等均采用茎段为外植体,直接诱导不定芽建立了土沉香的组培快繁体系。Pimol等对奇楠沉香研究发现,利用茎尖和茎段为外植体,用直接诱导不定芽产生的方式进行离体培养,成活率可达90%。何梦玲等采用印度沉香 (Aquilaria agallocha)的无菌苗顶芽作为外植体进行组织培养,得到大量的试管苗。叶法勤等利用土沉香茎段作为外植体,脱分化可以形成愈伤组织,茎段诱导的愈伤组织可以不定芽分化形成丛生苗,而利用叶片诱导的愈伤组织却很难抽芽成苗。但杜勤等研究表明,在土沉香组织培养时叶片的愈伤组织诱导效果要优于茎段,原因是茎段木质化程度较高,不容易诱导形成愈伤组织。兰芹英等利用土沉香种子胚轴和子叶进行愈伤组织诱导,经过分化形成不定芽后再进行生根诱导。

4.2 基本培养基使用

沉香属于木本植物,一般采用低盐培养基如1/2 MS、1/4 MS或WPM(木本植物培养基)。木本植物茎尖培养在诱导芽之后如反复使用MS培养基,则可能引起芽生长的退化。兰芹英、徐强兴等实验发现,不同无机盐浓度对土沉香芽增殖和玻璃芽率有不同的影响,1/2 MS培养基最适合用于芽的增殖培养,芽生长正常、健壮,增殖率较高;MS培养基容易产生玻璃芽,阻碍芽的增殖;1/3 MS和1/4 MS培养基产生玻璃芽较少,但芽的生长较差。这与李林等研究结果一致,认为以1/2 MS为基本培养基的配方相对于MS培养基对土沉香的芽诱导率高。

4.3 植物生长调节物质使用

在沉香组织培养中,常用的植物生长调节剂有6-BA、NAA和2,4-D。其中NAA与2,4-D配合使用时有利于沉香愈伤组织诱导,而6-BA对沉香不定芽诱导和增殖效果较好。叶法勤等在研究土沉香愈伤组织诱导和不定芽分化时,发现单独使用6-BA不能诱导形成愈伤组织;混合使用NAA和2,4-D愈伤组织诱导率可达100%,并能分化产生不定芽。马来沉香叶片诱导的愈伤组织生长最佳培养基为MS+6-BA 0.5 mg/L+NAA 3 mg/L+蔗糖4%。而在不定芽增殖阶段,Pimol等研究奇楠沉香的丛生芽增殖时发现,6-BA的增殖效果最好,其次为KT,而2iP对芽的增殖效果不明显。在培养基中添加NAA会导致土沉香外植体基部愈伤化或玻璃苗的形成,影响丛生芽的增殖。而培养基中的6-BA浓度如果过大,也会导致芽玻璃化的趋势。马来沉香不定芽诱导最有效的培养基是MS+6-BA 0.1 mg/L,增殖倍数达到6.1,不定芽在培养基WPM+6-BA 0.1 mg/L中长度最大。

4.4 组织培养存在的主要问题

4.4.1 培养基或外植体褐化褐化

在沉香属等木本植物组织培养过程中普遍存在。褐化发生原因是外植体被切割后,切口附近的细胞受到伤害,形成褐色醌类物质,毒害整个外植体组织。目前,沉香的褐化主要靠降低基本培养基的离子浓度或者生长调节剂浓度来降低培养基或外植体的褐化现象。贾贤等研究发现,当用MS为基本培养基时,接种的土沉香茎段在8h内即显现褐化现象,而采用7/10 MS则能有效降低褐化的发生率;6-BA浓度高于2.0 mg/L时,土沉香茎段也褐化严重,导致材料死亡。对于沉香组培中褐化的控制方法,还需进一步探究。

4.4.2 消毒与污染

木本植物常常含有内生菌,一般简单的消毒难以彻底。所以沉香在外植体选择上一般采取较为幼嫩的组织,且多采用HgCl消毒法。汪腾越等报道,土沉香茎段外植体最佳消毒方式为75%的酒精浸泡30 s、0.1%升汞消毒5 min,该方法污染率最低、存活率最高,分别为43.33%和31.67%。张卫华等实验表明,沉香茎段在0.1% HgCl中消毒5 min效果最好,腋芽启动率达55.8%,污染率为21.3%。李林等研究结果表明,土沉香外植体幼茎的消毒方法以75%的乙醇浸泡30 s、0.1%的HgCl浸泡5 min为最佳。此外,也有报道表明青霉素对土沉香组织培养中的污染状况有一定的抑制作用。

4.4.3 组培苗生根

在沉香属植物组培过程中根原基的形成非常关。土沉香组培苗较难直接诱导生根,目前较为有效的方法为两步生根法来提高组培苗的生根率。叶勤法等将土沉香无根苗在含1.0 mg/L NAA的1/2 MS培养基中培养2d后转入无生长素的1/2 MS培养基中,生根率最高达94.4%,与林超的研究结果一致。可能是由于根原基的形成需要生长素的存在,而根原基形成后幼根的伸长并不需要高浓度的生长素,否则会抑制根的伸长,因此两步生根法比一步生根法有效。而一步生根法在沉香属其他植物中也常采用,如马来沉香在MS+NAA 1 mg/L生根较好;Pimol等将奇楠沉香材料放于WPM培养基上,不添加任何激素或添加NAA/IBA(0.3~0.5 mg/L)也可诱导材料生根,生根率最高为65%。

5 研究展望

5.1 进一步探究沉香种子的储藏方法

目前在沉香人工栽培中常用的繁殖方法是播种繁殖,而播种繁殖虽然操作方便,但其对沉香树种年龄要求较高,需树龄6年以上,且采收的种子不耐储藏,需及时播种,更不适合长距离运输,加之实生苗生长周期长,这些都限制了沉香在各地区快速繁殖的速度。并且有性繁殖后代容易发生变异,也不利于优良性状的保存。对于沉香播种繁殖,可以进一步探究影响沉香种子活力最关键的因素,及沉香种子最佳储藏方法。比如探究种子各种干燥方式、生长调节剂如ABA等对于沉香种子储藏的影响等。

5.2 进一步探究提高沉香扦插繁殖生根率的方法

通过离体快繁技术能够大大缩短产香年限从而提高经济效益,并且能够保持优良遗传性状,因此也是沉香育种的关键。而离体快繁技术目前在沉香的愈伤组织增殖和不定芽诱导这2个环节上技术都比较成熟,但对于在沉香外植体或培养基培养中褐化控制方法的研究不多,这限制和制约了快速繁殖的过程。将来除了研究培养基成分、生长调节剂配比对褐化的影响外,还可以研究柠檬酸、维生素C、活性炭等控褐化剂对褐化的影响。

沉香扦插繁殖一般采取半木质化嫩枝,取材较为方便。但是,沉香扦插繁殖关键在于提高生根率。目前在探究各种生长调节剂应用或促进生根的方法上还不多,因此各种生根粉或生根调节剂对沉香生根的影响有待系统研究。

5.3 进一步探究沉香离体快繁中制约外植体褐化及生根的因素

在培养基中加入一些附加成分可以起到补充营养和促进试管苗分化的作用,因此还可进一步探究添加水解乳蛋白对提高芽增殖率的影响。对于沉香的组培生根,下步可以探究糖的种类与浓度、琼脂浓度、天然添加物如椰子汁、苹果汁、香蕉汁和土豆泥等不同浓度等对生根的影响。通过研究和完善沉香属植物离体快速繁殖体系,可高效繁育优质种苗并进行推广种植,以满足市场需要,从而促进沉香野生资源的保护和可持续利用。