枇杷屬系的資源調(diào)查研究

枇杷屬系的資源調(diào)查研究

1枇杷是植物資源和分類的研究1.1葉、織物或山毛枇杷是薔薇科植物，多年生喬木或灌木。葉子是相互交替的，邊緣是鋸齒狀的，靠近整個(gè)邊緣，葉脈是明顯的，幾乎沒有葉柄。葉子通常生長(zhǎng)得很早。花是頂部的花序，通常是毛葉茂盛的。圣杯呈杯狀或倒圓錐形，圣杯5，仍然存在。花瓣5，反卵形或圓形，無毛或毛，芽時(shí)呈旋轉(zhuǎn)形或雙蓋覆蓋。雄蕊20.40，雌花2.5，底部愈合，通常有毛發(fā)，子房底部，形成2.3個(gè)室，每個(gè)室有2個(gè)雞蛋。梨果肉質(zhì)或干燥,內(nèi)果皮膜質(zhì),有1或數(shù)粒大種子。1.2我國(guó)浮膠群分類枇杷原產(chǎn)中國(guó)。我國(guó)枇杷主要分布于四川、福建、湖北、云南、廣東、廣西及江浙地區(qū),日本、西班牙、以色列、智利、巴西也有較多的種植,但都以普通枇杷為主。枇杷屬除了普通枇杷,還有不少野生種類。根據(jù)國(guó)際植物名稱索引IPNI網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù)顯示,枇杷屬植物共57條記錄。章恢志等認(rèn)為,我國(guó)至少有18個(gè)種類原產(chǎn)于中國(guó),林順權(quán)等通過20多年的搜集、調(diào)查、核對(duì),提出21種原產(chǎn)我國(guó)的包括齒葉枇杷、櫟葉枇杷、大花枇杷、倒卵葉枇杷、麻栗坡枇杷、怒江枇杷、騰越枇杷、香花枇杷、小葉枇杷、大渡口枇杷、窄葉枇杷、廣西枇杷、臺(tái)灣枇杷、臺(tái)灣枇杷恒春變型、臺(tái)灣枇杷武藏山變型、南亞枇杷、南亞枇杷縮花變型、南亞枇杷四柱變型、南亞枇杷窄葉變型、橢圓枇杷、普通枇杷在內(nèi)的品種。但關(guān)于枇杷屬的具體種數(shù)至今尚未有確切說法。該屬染色體基數(shù)為17,2n=34,目前確認(rèn)的多倍體類型的有普通枇杷中的閩三號(hào)四倍體枇杷等,部分三倍體,其它大多為二倍體。我國(guó)約有350多個(gè)有代表性的普通枇杷品種。根據(jù)密度不同可將分布區(qū)劃分為:最集中分布區(qū)(10種以上,為云南西部和東南部);密集分布區(qū)[4～10種,有云貴、兩廣(西江流域)和四川];次分布區(qū)(3種,有西藏和臺(tái)灣);稀有分布區(qū)(1～2種,有湖北、湖南、江西、福建和海南)。1.3民警分子標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用關(guān)于枇杷屬起源中心的研究有幾種觀點(diǎn),章恢志在《中國(guó)果樹志·枇杷》中認(rèn)為,四川貢嘎山東南坡的大渡河中下游地區(qū),即大相嶺以南的石棉、漢源、峨邊等地可能是普通枇杷的起源中心;而林順權(quán)等從地理分布的角度認(rèn)為,云南是枇杷屬的發(fā)生中心和現(xiàn)代分布中心。由此可見各傳統(tǒng)觀念差異較大,因此,在今后枇杷起源與演化研究中,有必要結(jié)合地質(zhì)學(xué)和分子標(biāo)記技術(shù),獲得更有理論依據(jù)的成果。枇杷品種繁多,同名異物、同物異名的現(xiàn)象相當(dāng)普遍,為了解決此類問題應(yīng)借助形態(tài)學(xué)、孢粉學(xué)、同工酶、核型分析、等位酶基因型指紋等分析方法,RAPD等分子標(biāo)記技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于植物親緣關(guān)系的探討研究。曾勉和吳耕民曾先后提出枇杷品種的主要區(qū)分標(biāo)志是果肉色澤:紅肉、黃肉及白肉,以紅沙種和白沙種分類。中國(guó)科學(xué)院植物研究所1974編著的《中國(guó)植物志》則是依據(jù)生物地理分布及生物學(xué)特性歸納了當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的14個(gè)種;章恢志等的同工酶、孢粉學(xué)研究推測(cè)大渡口枇杷可能作為一獨(dú)立居群,與普通枇杷的親緣關(guān)系最近,可能是普通枇杷的始祖之一或作為普通枇杷進(jìn)化路線上的一個(gè)過渡種。近年來,葉綠體trnk基因、等位酶的研究成果有力地促進(jìn)了枇杷屬親緣關(guān)系和遺傳多樣性的研究,并獲得可喜的進(jìn)展。2枇杷園常見藝術(shù)研究2.1中國(guó)東南角的存我國(guó)枇杷栽培歷史悠久,以普通枇杷為栽培種,最早記載見于西漢司馬遷所作《上林賦》,至今有2100年歷史,唐朝傳入日本,唐宋期間,枇杷主產(chǎn)區(qū)在四川、湖北、陜南、江浙。到明代以后,江浙的枇杷大發(fā)展,其它地區(qū)發(fā)展緩慢,已有衰退之勢(shì)。目前我國(guó)長(zhǎng)江南北20多省區(qū)均有推廣,以福建、四川、重慶栽培較多,2001年我國(guó)枇杷總產(chǎn)量占全世界總產(chǎn)量的55%以上,為第一生產(chǎn)國(guó)。從20世紀(jì)70年代開始,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在枇杷屬尤其是普通枇杷的形態(tài)學(xué)、組織培養(yǎng)、生理生化、同工酶、分子生物學(xué)、選育種及病蟲害防治等多個(gè)領(lǐng)域都有研究,這些工作為普通枇杷的品質(zhì)改良奠定了基礎(chǔ)。2.2強(qiáng)化遺傳多樣性,重視品種選育和育種我國(guó)于1981年開始在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所建立國(guó)家果樹種質(zhì)福州枇杷圃,收集種質(zhì)220多份。西班牙瓦倫西亞農(nóng)業(yè)研究所于1993年建成枇杷種質(zhì)圃,并收集49個(gè)本國(guó)品種和地中海沿岸各國(guó)、日本、美國(guó)等的25個(gè)品種,但其中栽培品種不足40個(gè)。日本利用僅有的40多個(gè)品種進(jìn)行常規(guī)雜交育種、誘變育種,同時(shí)積極搜集種質(zhì)及加強(qiáng)國(guó)際種質(zhì)交流,現(xiàn)保存有200多份枇杷種質(zhì)。培育果樹新品種可借助實(shí)生選種、雜交、倍性育種、生物技術(shù)育種等手段進(jìn)行。我國(guó)多采用實(shí)生選種,選出的品種有寧海白、黃巖5號(hào)、紅燈籠等,通常情況下果樹自然變異率很低,要加快枇杷品種改良的步伐就必須將現(xiàn)代生物技術(shù)合理應(yīng)用,充分利用現(xiàn)有資源,加強(qiáng)屬內(nèi)種質(zhì)優(yōu)良基因漸滲和基因交流。而日本作為一個(gè)種質(zhì)資源匱乏國(guó),100多年來通過選種、雜交育種、誘變育種等各種途徑有機(jī)結(jié)合,已育出了許多優(yōu)良品種,如19世紀(jì)末實(shí)生選種得到的‘田中’、1917年用‘楠’(1876年實(shí)生選種所得)的花粉與田中雜交育成的‘大房’、50年代以本田早生(1942年從茂木實(shí)生變異中選出的早熟種)作父本與茂木(母本)雜交育出的‘長(zhǎng)崎早生’、γ射線誘變得到的‘白茂林’等。西班牙的栽培品種多有Algerie血統(tǒng),而當(dāng)?shù)仄贩NFuster、Nadal、Polo等基本被淘汰。枇杷育種還常采用組培和化學(xué)誘變相結(jié)合的方法進(jìn)行研究?，F(xiàn)在常見的國(guó)內(nèi)外普通枇杷栽培品種有:紅砂類型的解放鐘、大五星、早鐘6號(hào)、大紅袍;白砂類型的軟條白砂、白玉、白梨、照種、白花、新白系列等。2.3組培擴(kuò)繁私家車種造林技術(shù)在生產(chǎn)上已推廣的營(yíng)養(yǎng)繁殖方式主要有高接換種、砧木嫁接和組培,但組培成本高且生產(chǎn)周期長(zhǎng),因此,嫁接繁殖是最常用的規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)。有學(xué)者已就枇杷不同的嫁接時(shí)期和嫁接方法進(jìn)行系統(tǒng)研究,張忠良等認(rèn)為,以春季切接為主,最佳嫁接時(shí)間為4月中旬,而秋季宜在8月中旬采用帶木質(zhì)芽接繁殖,并提出了10月份采用芽接埋土、低棚覆蓋的枇杷嫁接新技術(shù)。1987年,陳遵銀研究了倒砧插接、切接、腹接、舌接、芽片貼接5種方法的成活率,認(rèn)為除了嫁接技術(shù)外砧穗親和性、傷流、樹膠、單寧等因素也會(huì)影響嫁接結(jié)果。在高接中嫁接部位選在距地面1m左右1～2級(jí)分枝上,成活率高,生長(zhǎng)旺盛,形成良好的豐產(chǎn)樹形,而在主干處嵌接成活率相對(duì)較低,且應(yīng)采用切接法。此外只要在嫁接中掌握“時(shí)、法、枝、長(zhǎng)、凈、緊、嚴(yán)、快、水、萌”等十字經(jīng)驗(yàn),成苗率即可保持90%～95%以上。利用組培擴(kuò)繁枇杷已經(jīng)是成熟技術(shù)。我國(guó)早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)有比較全面的研究,國(guó)外尚未見這方面的報(bào)道。組培外植體以莖尖為主,90年代突破枇杷屬原生質(zhì)體植株再生的技術(shù)壁壘。林順權(quán)等提出用魚雷形胚作為胚培養(yǎng)接種材料,愈傷組織誘導(dǎo)率高且質(zhì)量好;用山梨醇作為碳源有利于培養(yǎng)物的分化,而蔗糖作為碳源有利于愈傷組織的誘導(dǎo)增殖;還篩選出1%纖維素酶+2%果膠酶+12%甘露醇作為最適酶混合液。之后的研究逐步涉及到成年莖段、花藥、胚乳、幼胚、子葉等不同外植體的選擇,并歸納總結(jié)了適宜的培養(yǎng)基配方、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的選擇和最適濃度、溫度、pH值等影響因子。李春瑤等著重研究了成年枇杷莖段的離體成苗技術(shù),建立了枇杷成年莖段對(duì)長(zhǎng)芽及叢生芽繼代繁殖的最佳培養(yǎng)基組合MS+6-BA1.0mg/L+NAA0.2mg/L;研究還發(fā)現(xiàn),成年無根苗的生根需要一定濃度的生長(zhǎng)素作用及一定的培養(yǎng)時(shí)間?；ㄋ幣囵B(yǎng)植株再生后代群體多為單倍體,可做為育種中間材料加以利用。陳紅以大五星枇杷不同樹齡和花器官不同發(fā)育階段的花藥進(jìn)行離體培養(yǎng),研究5℃低溫處理、糖源及2,4-D、6-BA、KT的最佳濃度。另外EMS、秋水仙素等化學(xué)誘變劑誘導(dǎo)愈傷組織多倍化也已成功實(shí)現(xiàn),2005年,沈慶斌對(duì)解放鐘、長(zhǎng)紅3號(hào)和早鐘6號(hào)3個(gè)品種的體胚發(fā)生再生系統(tǒng)進(jìn)行較為全面的研究,得到7種類型的愈傷組織,建立了高頻率的枇杷體胚發(fā)生和植株再生體系,并初步探討了根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化方法,為下一步的品種基因改良奠定了基礎(chǔ)。2.4生物化學(xué)2.4.1水分脅迫與氣孔因素的關(guān)系光合作用是植物重要的生理活動(dòng),不同時(shí)間、不同溫度、不同品種及果實(shí)存在與否均對(duì)其有影響。李文華等研究了4個(gè)枇杷品種的光合特性,提出葉片的凈光合速率(Pn)日變化均呈雙峰曲線,具有典型的“午休”特征,其內(nèi)在原因主要是品種間非氣孔因素的差異;蒸騰速率(Tr)日變化曲線因品種而異,有雙峰和單峰兩種。低溫是限制枇杷光合作用的重要因子,冬季枇杷光合作用的最適溫度低于春季,而最適葉溫高于環(huán)境溫度,光合碳代謝和光化學(xué)反應(yīng)受低溫限制,在碳代謝中光呼吸所占的比例增加和非輻射能量耗散對(duì)光合機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)有保護(hù)作用。水分脅迫使葉片光合色素含量下降,Chlb比Chla和Car更易受到傷害;氣孔導(dǎo)度、光合及蒸騰作用亦受到抑制,光補(bǔ)償點(diǎn)上升,光飽和點(diǎn)下降;水分脅迫對(duì)光合的抑制作用,既有氣孔因素,也有非氣孔因素;張放等認(rèn)為高濃度CO2能提高水分脅迫下枇杷葉片的光合速率,SOD、POD及CAT酶活性顯著提高,可見CO2濃度升高對(duì)于水分脅迫所造成的氧化損傷有一定的緩解作用。另有報(bào)道,大枝全周環(huán)剝亦能提高光合效率。2.4.2其它生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)在植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中使用的外源物質(zhì)主要有生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑類,如赤霉素、脫落酸、細(xì)胞分裂素、乙烯等。陳俊偉等研究認(rèn)為,GA3蕾期處理可誘導(dǎo)枇杷無核性狀產(chǎn)生,并使果實(shí)蔗糖代謝酶(SS、SPS、轉(zhuǎn)化酶)、己糖代謝酶(HXK、FRK)和山梨醇脫氫酶(SDH)等活力下降,導(dǎo)致含糖量下降;謝花后4周至12周用GA1000mg/L+CPPU20mg/L混合處理則能增大無核果率,防止落果。其它生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)如植物高活性劑能促進(jìn)葉片和果實(shí)細(xì)胞分裂,增強(qiáng)光合作用,增加樹體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),提高果實(shí)的商品性能。采用低濃度的NaHSO3配合KCl和6-BA能大大促進(jìn)光合效率,混合施用對(duì)光合作用的提高并不是通過增加氣孔開度,三者之間的作用機(jī)制目前還不清楚。Bruno等報(bào)道NAA可合理地抑制生長(zhǎng),達(dá)到人工疏花的效果。2.4.3cu4與鎘的關(guān)系化學(xué)元素在植物的生命代謝活動(dòng)中起調(diào)節(jié)作用,促進(jìn)酶活性,調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢(shì),影響原生質(zhì)膠體狀況和膜的電荷平衡。Cu2+是金屬酶的組成部分,當(dāng)CuSO4濃度適宜時(shí),Cu2+會(huì)促進(jìn)酶與底物結(jié)合,提高過氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)活性水平,呈現(xiàn)正相關(guān),表現(xiàn)出應(yīng)急反應(yīng)。當(dāng)CuSO4濃度≥12.5mg/L時(shí),Cu2+與酶發(fā)生絡(luò)合等反應(yīng),產(chǎn)生沉淀,使酶類蛋白質(zhì)變性,活性降低,最終失活,導(dǎo)致植株生長(zhǎng)異常。廖汝玉等研究了鈣素對(duì)枇杷小苗生長(zhǎng)的影響,指出0.4mmol/L鈣離子濃度有利于小苗生長(zhǎng)。有些重金屬元素在植物體內(nèi)的積累是有害的,如鎘(Cd)脅迫會(huì)造成根系表皮細(xì)胞、韌皮部、木質(zhì)部、髓部、氣孔等發(fā)生一系列異常變化,高濃度的Cd對(duì)生長(zhǎng)有明顯的抑制作用,植株各部分對(duì)Cd的敏感度為根>葉>莖。P、K、Ca廣泛參與了體內(nèi)各種生理活動(dòng),缺素使枇杷幼苗的生長(zhǎng)減弱,植株矮小,葉片解剖結(jié)構(gòu)改變,葉綠素含量顯著降低,影響葉片的光合性能,光量子通量、葉室CO2濃度、光合速率等指標(biāo)明顯降低。2.4.4抗氧化酶系統(tǒng)sod枇杷果實(shí)采后生理活動(dòng)旺盛,衰老進(jìn)程快,極易腐爛變質(zhì),一般條件下難以貯存和長(zhǎng)途運(yùn)輸。目前最常用的貯藏方法是冷藏,研究表明枇杷為非躍變型果實(shí),低溫可抑制采后果實(shí)呼吸和乙烯產(chǎn)生,有效溫度1～20℃。秦文等進(jìn)一步確定8℃是‘大五星’枇杷果實(shí)適宜的貯藏溫度,4℃以下果實(shí)易發(fā)生冷害。1℃下貯藏時(shí),枇杷果實(shí)精胺(SPM)含量的升高可能是果實(shí)對(duì)冷害的防衛(wèi)反應(yīng),腐胺(PUT)積累可能是冷害的原因,亞精胺(SPD)含量上升則可能是冷害的結(jié)果。而SO2處理后,果實(shí)內(nèi)源多胺含量變化幅度小,并增強(qiáng)超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性,抑制過氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)活性,減少H2O2的積累,維持活性氧代謝的平衡。采后熱激處理結(jié)合低溫冷藏也能達(dá)到穩(wěn)定果實(shí)過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)及苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的效果,延長(zhǎng)貯藏壽命。除此之外1-甲基環(huán)丙烯(1-MCP)、殼聚糖在枇杷保鮮研究中也有應(yīng)用,但在生物制劑領(lǐng)域還未有涉足,今后應(yīng)加強(qiáng)這方面的研究。枇杷果實(shí)在貯藏后期果皮易出現(xiàn)難剝,果肉質(zhì)地生硬、粗糙少汁的異常劣變現(xiàn)象,即木質(zhì)化敗壞,這是制約枇杷貯藏壽命的關(guān)鍵因素。果實(shí)質(zhì)地與果膠、纖維素、木質(zhì)素等細(xì)胞壁成分有關(guān),PAL是植物木質(zhì)素生物合成的關(guān)鍵酶之一,外源水楊酸能抑制其活性,減少木質(zhì)素的積累,同時(shí)果膠酯酶(PE)和多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性下降和纖維素含量增加也作為木質(zhì)化壞死的重要調(diào)節(jié)因子。吳錦程等最近研究了苯丙氨酸解氨酶(PAL)、4-香豆酸輔酶A連接酶(4-CL)、肉桂醇脫氫酶(CAD)和過氧化物酶(POD)等幾種木質(zhì)化相關(guān)酶的特性,提出PAL、POD是發(fā)生木質(zhì)化的主要原因。2.5功能基因研究近年來,應(yīng)用分子標(biāo)記等分子生物學(xué)手段已對(duì)枇杷栽培種與栽培種、栽培種與野生種、野生種與野生種之間的親緣關(guān)系以及功能基因的克隆進(jìn)行了諸多研究。自2005年提出了改良的枇杷屬基因組DNA提取方法—CTAB蛋白酶K法后,2006年吳錦程又根據(jù)此法對(duì)來自中國(guó)、西班牙、美國(guó)的48份種質(zhì)的RAPD反應(yīng)體系進(jìn)行了優(yōu)化研究,確定了TaqDNA聚合酶、Mg2+、引物、模板DNA和dNTPs等5種主要成分的適宜濃度或用量。與此同時(shí),他認(rèn)為AFLP分析體系中應(yīng)用蛋白酶K可有效地降解與DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)及多糖、酚類物質(zhì)。在新基因研究方面也取得可喜的進(jìn)展,已成功得到克隆片段并進(jìn)行序列分析的功能基因有:β-胡蘿卜素羥化酶基因、4-香豆酸CoA連接酶基因、LEAFY同源基因、番茄紅素-環(huán)化酶(LYC)