毛白杨良种繁殖技术研究进展

2022-06-06李春兰

安徽农业科学 2022年10期

摘要以毛白杨为研究对象，指出了无性繁殖生根困难、无性繁殖过程的品种退化是毛白杨良种繁殖技术中应考虑的主要问题，论述了3种毛白杨良种繁殖技术体系（多圃配套系列育苗技术、毛白杨根蘖苗幼化及扦插育苗配套技术、毛白杨离体组织培养快繁技术），对毛白杨良种繁殖技术进行了展望，认为将组织培养技术生产的幼化种苗与硬枝扦插技术相结合，构建组培—硬枝扦插扩繁技术体系，既能保证苗木质量和繁殖效率，还能显著地削减育苗成本，是毛白杨良种繁殖的主要途径。

关键词良种繁殖;组织培养;扦插;毛白杨

中图分类号 S792.117 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）10-0022-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.10.006

Research Progress on Propagation Technology of Improved Varieties of Populus tomentosa

LI Chun-lan （Beijing Dadongliu Nursery，Beijing 102211）

Abstract Taking Populus tomentosa as the object，this article points out that the difficulty of rooting in asexual propagation and the variety degradation in asexual propagation process are two main problems that should be considered in the propagation technology of improved Populus tomentosa，and discusses the propagation technology systems of three improved Populus tomentosa （multi nursery supporting series seedling technology，Populus tomentosa root tiller seedling juvenile and cutting seedling supporting technology，Populus tomentosa tissue culture and rapid propagation technology in vitro）.The propagation technology of improved varieties of Populus tomentosa is prospected.It is considered that the main way of improved varieties of Populus tomentosa is to combine the young seedlings produced by tissue culture technology with hard branch cutting technology and construct the tissue culture hard branch cutting propagation technology system，which can not only ensure the seedling quality and propagation efficiency，but also significantly reduce the seedling cost.

Key words Improved variety reproduction;Tissue culture;Cutting;Populus tomentosa

基金项目 2018北京市财政项目（PXM2020_154303_000007）。

作者简介李春兰（1970—），女，北京人，工程师，从事园林苗木繁育研究工作。

收稿日期 2021-07-01

毛白杨（Populus tomentosa）是我国特有的白杨派乡土树种，具有树形挺拔美观、生长迅速、材质优良、适应性强等优点，一直是黄泛平原区速生用材林、农田林网和城乡绿化建设的主栽树种之一[1]。自国家“八五”攻关以来，学者们在种质资源收集与评价基础上，通过选择育种、杂交与多倍体育种等途径，选育了一批表现优良的毛白杨新品种[1-3]，同时，针对毛白杨无性繁殖困难的问题也开展了大量理论和技术研究，形成了一系列高效的毛白杨良种繁殖技术[3]，保证了毛白杨良种苗木的规模化生产，为毛白杨良种的推广应用奠定了基础。

随着我国生态文明建设的不断发展，对林木良种的需求日益旺盛，主要树种的林木良种使用率要求也越来越高，不断加强林木良种的繁殖技术研究意义重大。因此，该研究对当前主要应用的毛白杨良种无性繁殖技术体系进行整理和综述，以期引导毛白杨良种繁育技术进步，推动种苗产业升级，为我国生态文明建设和林业产业发展提供支撑。

1 毛白杨良种繁殖应重点考虑的问题

1.1 毛白杨无性繁殖生根困难

毛白杨扦插生根困难，尤其随着年龄效应的积累，不定根发生能力显著下降是影响其无性繁殖效率的最重要因素。对白杨三倍体良种“北林雄株2号”不同苗龄硬枝插穗的生根指标进行比较发现，随着插穗年龄的增大，不定根的发生速度递减，1年生插穗的生根率可达96.67%，显著高于2年生或3年生插穗（生根率76.67%），而且主根数、主根长等指标也具有显著优势[4-5]。进一步对毛白杨扦插生根过程进行生理生化分析发现，扦插过程中，插穗皮部吲哚乙酸（IAA）和赤霉素（GA）等内源激素含量以及过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化物酶活性均随着插穗年龄的增加而降低，而总酚、丙二醛、超氧阴离子等抑制物质的含量逐渐增加，吲哚乙酸氧化酶（IAAO）酶活性隨插穗年龄增大而增强，导致插穗内源IAA被分解，致使生根缓慢[6]。在分子层面，通过对毛白杨生根调控相关基因的表达分析也发现，PtANT1、PtAIL7、PtPLT1.1等基因的表达量随着插穗年龄的增大而显著降低;不定根发生初期的插穗基部转录组分析显示，1年生插穗的基因表达模式发生较大变化，2、3年生插穗的基因表达模式变化较小，而随着插穗年龄的增加，苯丙烷类物质、氧化磷酸化相关基因显著富集，从而大大影响了不定根的发生[5-6]。显然，毛白杨良种的无性繁殖首先要解决生根困难的问题，尤其要避免或减小年龄效应对不定根产生的影响。

1.2 无性繁殖过程的品种退化

无性繁殖过程由于存在年龄效应、位置效应等影响，往往导致无性系品种退化。几乎所有树种的无性繁殖能力都会随着个体发育的老化而下降[7]，在北美落叶松（Larix laricina）、青海云杉（Picea crassifolia）等针叶树以及银杏（Ginkgo biloba）、北美悬铃木（Platanus occidentalis）、馬占相思（Acacia mangium）等阔叶树种中均发现无性繁殖受年龄效应和位置效应影响，无性系分株生根能力下降，扦插成活后可能很快失去速生性而由营养生长转变为生殖生长，开始生成花芽[8-13]。分别以毛白杨优树根出条和花枝为无性繁殖材料，发现根出条扦插苗能保持良好的速生性，而以花枝进行嫁接的苗木则次年开始陆续开花[14]。200年生成熟毛白杨比30年生毛白杨根萌条外植体组培继代成活率低29%，生长周期延长40 d，茎高生长量≥3 cm苗的数量降低13%[15]。郭长花[16]对三倍体毛白杨不同部位繁殖材料的嫁接苗进行研究发现，随着繁殖材料在母树上的高度增加，分株的株高、地径、节间长度、叶面积、叶柄长等性状均呈减小趋势，并且来源于基部当年生萌条和根部的繁殖材料的分株内源IAA/ABA（脱落酸）比值高于来源于中部或冠部繁殖材料的分株，并认为内源IAA与ABA含量的消长变化可能是繁殖材料位置效应的直接反应。因此，毛白杨无性繁殖过程中，要注意消除年龄效应和位置效应的影响，将幼化复壮措施贯穿始终。

2 毛白杨良种繁殖技术体系

作为我国北方地区重要的造林树种，毛白杨的无性繁殖技术一直在被不断探索。为避免成熟效应的影响，早期毛白杨的繁殖多采取断根促进根蘖分株繁殖的方法，但繁殖系数低、苗木一致性差。埋条法繁殖、嫁接繁殖等方法虽然显著提高了繁殖效率，但均存在品种老化等问题[1]。近年来，通过不断的技术创新和集成，综合提高繁殖效率，保证幼化复壮，已发展出多套较为成熟的毛白杨良种繁殖技术体系。

2.1 多圃配套系列育苗技术

为有效解决毛白杨繁殖系数不大、苗木质量不高的问题，朱之悌[17]综合根萌复幼、多圃连续育苗、免耕法育苗思路，提出了毛白杨多圃配套系列育苗技术。多圃配套系列育苗技术由4圃组成，分别为采穗圃、砧木圃、根繁圃、繁殖圃。其中，采穗圃主要提供毛白杨良种的优质无性繁殖材料，实际生产中可通过留根苗、根芽平茬、插根建圃等方式建立采穗圃。砧木圃是培育毛白杨芽接砧木的苗圃。毛白杨嫁接繁殖的砧木应选择群众杨（P.popularis）、大青杨（P.ussuriensis）、大官杨（P.× dakuanensis）或北京杨（P.× beijingensis），它们与毛白杨嫁接具有很高的亲和力，嫁接方式主要采用“炮捻”枝接、“一条鞭”芽接等。繁殖圃是正式生产商品苗苗圃，“炮捻”和“一条鞭”插条的育苗工作均在繁殖圃完成。苗木在繁殖圃内生长过程中非常关键的一步是培土换根，以促进毛白杨自生根的生长，形成2层根系，保证苗木健壮生长，而且造林时可去除砧木，以具有根系的毛白杨完整苗木造林。根繁圃是由采穗圃复幼过渡转化而形成的苗圃，也是提供生产带根小苗进行二次育苗的苗圃，主要起到对采穗圃毛白杨良种繁殖材料进行幼化复壮的作用。

在多圃配套运营过程中，4圃之间应有机结合、相互转换、配套联动（图1）。采穗圃经营2～3年后必须挖根重建，幼化复壮，形成根繁圃，根繁圃的萌出条通过密度优化，一方面作转换为采穗圃使用，另一方面也可产出少量带根小苗进行二次育苗。根繁圃如不转化为采穗圃时，部分苗圃可直接起苗用于造林。繁殖圃起苗后通过松土露根促萌，也可转换为根繁圃。砧木圃砧木基部可接根芽，次年可培育成大苗。

多圃配套系列育苗技术的应用既能防止毛白杨良种无性繁殖过程的品种退化，又能提高繁殖效率，保证良种优异性状的继承，出圃苗木质量高、规格一致，育苗周期缩短一年，当年出圃苗木地径可达3 cm，苗高可达3.5～4.0 m，苗圃经营效益显著[18]，至今仍在我国白杨良种大规模无性繁殖中广泛应用。

2.2 毛白杨根蘖苗幼化及扦插育苗配套技术

扦插仍然是最为便捷、易于操作的无性繁殖手段。尽管毛白杨普遍存在扦插生根困难的问题，但是通过选用幼化材料作为插穗，配以适宜的扦插条件，也可在一定程度上实现种苗的扩繁。范国梁[19]对毛白杨嫩枝扦插育苗技术进行了研究，以根萌条剪取插穗，辅以500 mg/L萘乙酸（NAA）沾根后扦插，在不低于95%的高湿度条件下进行培养，可保证较高的生根存活率。此外，对雄性毛白杨于5月下旬至7月下旬采集当年生半木质化嫩枝插穗，用200 mg/kg的ABT1生根剂处理10 s，扦插后保持空气湿度85%以上，能够获得85.8%～95.2%的成活率[20]。然而，嫩枝扦插管理过程较为精细、复杂，当年难以出圃，不符合毛白杨适生区的育苗和造林习惯。硬枝扦插育苗更加符合当前毛白杨种苗生产简单、实用且低成本要求。

近年来，康向阳等[21]提出了“白杨根蘖与容器硬枝扦插配套育苗方法”。该方法将白杨硬枝扦插容器育苗技术和根蘖育苗技术进行了有效集成，实现了毛白杨硬枝扦插的高效繁殖（图2）。如果待繁殖的白杨品种为1年生苗木，则直接采用幼态的1年生苗木硬枝进行容器硬枝扦插育苗，得到容器苗;如果待繁殖的白杨品种为成年树木，则挖掘白杨成年树木根系，将根系剪成插条进行容器根插育苗，得到容器苗，待地温和气温升高、稳定后，将扦插生根的容器苗移栽到大田育苗。大田苗木当年落叶或次年春起苗后合格苗用于造林，起苗后的圃地留根转化为根蘖苗圃地。根蘖苗出土后及时除草，进行正常的圃地管理，根蘖苗出苗后不要过早定苗，通过推迟定苗时间等技术措施，可有效克服白杨根蘖苗生长不整齐等问题，从而提高合格苗的比例。根蘖育苗除提供大量合格且幼化的白杨苗木用于造林外，其少量不能出圃造林的等外苗可作为新建根蘖育苗圃地的“原始材料”，用于容器硬枝扦插育苗采穗，从而形成循环配套。该育苗方法无须嫁接操作，以容器硬枝扦插育苗取代了“毛白杨多圃配套系列育苗新技术”的砧木圃，而根蘖育苗除了繁殖造林苗木外，还兼有采穗圃功能，简化了技术环节，大幅降低大田育苗成本;整个循环过程利用幼化的根蘖条进行扦插，避免了年龄效应和位置效应的影响，防止了苗木老化问题，苗木成活率高，品质优良。

2.3 毛白杨离体组织培养快繁技术

随着我国农村经济的快速发展、农村劳动力转移以及苗圃用地成本的逐年上升，传统的育苗技术体系逐渐难以适应现代林木良种工程育苗的时代发展需求。以组织培养为核心的集约型育苗技术展现了强大的发展潜力。植物组织培养技术是以植物细胞全能性为理论，将植物的离体器官、组织或原生质体作为外植体培养在无菌条件下，置于人工培养基上，在适宜的培养条件下，经脱分化诱导产生愈伤组织，再分化形成不定芽;或不经愈伤组织，直接由外植体分化出不定芽，最后经过不定根诱导，发育形成完整植株的过程[22-23]。尽管组织培养繁殖体系的建立需要经历一定的技术研发，以明确外植体消毒、启动培养、继代培养、不定芽诱导、生根培养、移栽等一系列技术条件，但与传统繁殖方法相比，一旦建立可靠的组培繁殖体系，就可以突破外界环境限制，经脱分化和再分化过程实现返幼复壮，适用于传统繁殖难生根树种，集约化程度高，成苗率高，满足大规模、高标准苗木的生产需求，优势明显[24-25]。

对毛白杨良种“毅杨1号”“毅杨2号”和“毅杨3号”的组培繁殖体系进行研究，发现75%乙醇处理30 s、联合2%次氯酸钠处理5 min是3个良种外植体的最佳消毒方法。适用于“毅杨1号”和“毅杨2号”的茎段增殖培养基为MS+0.3 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA，适用于“毅杨3号”的茎段增殖培养基则为MS+0.5 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA;适用于“毅杨1号”和“毅杨3号”的叶片不定芽诱导培养基为MS+1.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA，生根诱导培养基为MS+0.5 mg/L IBA;适用于“毅杨2号”的叶片不定芽诱导培养基为MS+0.7 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA，生根诱导培养基为MS+0.3 mg/L IBA[26]，相关研究为这3个毛白杨良种的快速繁殖以及基因工程等研究奠定了基础。

为解决白杨三倍体良种“北林雄株1号”和“北林雄株2号”无性繁殖困难问题，王沛琦等[27-28]对其外植体消毒、不定芽诱导及生根培養等条件进行了筛选，发现20%的84消毒液处理半木质化嫩枝20 min的消毒效果最好，“北林雄株1号”的茎段增殖培养基为MS+0.3 mg/L 6-BA+0.05 mg/L NAA，叶片不定芽分化培养基为MS+0.2 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA+0.005 mg/L TDZ，生根培养基为1/2MS+0.6 mg/L IBA;“北林雄株2号”的茎段增殖培养基为MS+0.4 mg/L 6-BA+0.05 mg/L NAA，叶片不定芽分化培养基为MS+1.0 mg/L 6-BA+0.05 mg/L NAA+1.2 mg/L ZT，生根培养基为1/2MS+0.5 mg/L IBA。组培再生体系的建立对于“北林雄株1号”和“北林雄株2号”新品种推广应用具有重要意义。目前，已在河北威县国家杨树良种基地、山东冠县杨树国家良种基地、北京市黄垡苗圃等建立了多条“北林雄株1号”和“北林雄株2号”良种组培快繁生产线。

3 展望

习近平总书记在气候雄心峰会上宣布，到2030年，中国森林蓄积量将比2005年增加60亿m3，为我国林业发展提出了新的目标。显然，提高林木良种使用率、提升森林质量是实现我国林业高质量发展的重要途径。毛白杨作为我国黄泛平原区速生用材林、农田林网和城乡绿化建设的主栽树种之一，加强新品种尤其是雄株新品种选育和繁殖技术研发，对于加速品种推广与应用，促进苗木产业升级至关重要。

随着现代林木种苗事业的不断发展，对良种高品质苗木的需求越来越旺盛，但是对种苗企业而言，必须重视育苗成本、繁苗效率与企业效益的平衡。毛白杨良种繁殖应在坚持传统以采穗圃为核心的育苗体系的基础上，继续加强组织培养等良种快繁新技术研发及技术集成，以适应农村经济发展所引起的土地、劳动力、熟练嫁接工人等成本上升的现状。尽管现阶段组织培养仍然具有研发难度大、生产成本较高等不足，但是将组织培养技术生产的幼化种苗与硬枝扦插技术相结合，构建组培—硬枝扦插扩繁技术体系，在保证苗木质量和繁殖效率的同时，还可显著地削减育苗成本，在有条件的国家良种基地、育苗企业有望成为毛白杨良种繁殖的主要途径[1]。

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