毛白楊良種繁殖技術(shù)研究進(jìn)展

摘要 以毛白楊為研究對象，指出了無性繁殖生根困難、無性繁殖過程的品種退化是毛白楊良種繁殖技術(shù)中應(yīng)考慮的主要問題，論述了3種毛白楊良種繁殖技術(shù)體系（多圃配套系列育苗技術(shù)、毛白楊根蘗苗幼化及扦插育苗配套技術(shù)、毛白楊離體組織培養(yǎng)快繁技術(shù)），對毛白楊良種繁殖技術(shù)進(jìn)行了展望，認(rèn)為將組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)的幼化種苗與硬枝扦插技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建組培—硬枝扦插擴繁技術(shù)體系，既能保證苗木質(zhì)量和繁殖效率，還能顯著地削減育苗成本，是毛白楊良種繁殖的主要途徑。

關(guān)鍵詞 良種繁殖;組織培養(yǎng);扦插;毛白楊

中圖分類號 S792.117? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 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

基金項目 2018北京市財政項目（PXM2020_154303_000007）。

作者簡介 李春蘭（1970—），女，北京人，工程師，從事園林苗木繁育研究工作。

收稿日期 2021-07-01

毛白楊（Populus tomentosa）是我國特有的白楊派鄉(xiāng)土樹種，具有樹形挺拔美觀、生長迅速、材質(zhì)優(yōu)良、適應(yīng)性強等優(yōu)點，一直是黃泛平原區(qū)速生用材林、農(nóng)田林網(wǎng)和城鄉(xiāng)綠化建設(shè)的主栽樹種之一[1]。自國家“八五”攻關(guān)以來，學(xué)者們在種質(zhì)資源收集與評價基礎(chǔ)上，通過選擇育種、雜交與多倍體育種等途徑，選育了一批表現(xiàn)優(yōu)良的毛白楊新品種[1-3]，同時，針對毛白楊無性繁殖困難的問題也開展了大量理論和技術(shù)研究，形成了一系列高效的毛白楊良種繁殖技術(shù)[3]，保證了毛白楊良種苗木的規(guī)?；a(chǎn)，為毛白楊良種的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

隨著我國生態(tài)文明建設(shè)的不斷發(fā)展，對林木良種的需求日益旺盛，主要樹種的林木良種使用率要求也越來越高，不斷加強林木良種的繁殖技術(shù)研究意義重大。因此，該研究對當(dāng)前主要應(yīng)用的毛白楊良種無性繁殖技術(shù)體系進(jìn)行整理和綜述，以期引導(dǎo)毛白楊良種繁育技術(shù)進(jìn)步，推動種苗產(chǎn)業(yè)升級，為我國生態(tài)文明建設(shè)和林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供支撐。

1 毛白楊良種繁殖應(yīng)重點考慮的問題

1.1 毛白楊無性繁殖生根困難

毛白楊扦插生根困難，尤其隨著年齡效應(yīng)的積累，不定根發(fā)生能力顯著下降是影響其無性繁殖效率的最重要因素。對白楊三倍體良種“北林雄株2號”不同苗齡硬枝插穗的生根指標(biāo)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，隨著插穗年齡的增大，不定根的發(fā)生速度遞減，1年生插穗的生根率可達(dá)96.67%，顯著高于2年生或3年生插穗（生根率76.67%），而且主根數(shù)、主根長等指標(biāo)也具有顯著優(yōu)勢[4-5]。進(jìn)一步對毛白楊扦插生根過程進(jìn)行生理生化分析發(fā)現(xiàn)，扦插過程中，插穗皮部吲哚乙酸（IAA）和赤霉素（GA）等內(nèi)源激素含量以及過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化物酶活性均隨著插穗年齡的增加而降低，而總酚、丙二醛、超氧陰離子等抑制物質(zhì)的含量逐漸增加，吲哚乙酸氧化酶（IAAO）酶活性隨插穗年齡增大而增強，導(dǎo)致插穗內(nèi)源IAA被分解，致使生根緩慢[6]。在分子層面，通過對毛白楊生根調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)分析也發(fā)現(xiàn)，PtANT1、PtAIL7、PtPLT1.1等基因的表達(dá)量隨著插穗年齡的增大而顯著降低;不定根發(fā)生初期的插穗基部轉(zhuǎn)錄組分析顯示，1年生插穗的基因表達(dá)模式發(fā)生較大變化，2、3年生插穗的基因表達(dá)模式變化較小，而隨著插穗年齡的增加，苯丙烷類物質(zhì)、氧化磷酸化相關(guān)基因顯著富集，從而大大影響了不定根的發(fā)生[5-6]。顯然，毛白楊良種的無性繁殖首先要解決生根困難的問題，尤其要避免或減小年齡效應(yīng)對不定根產(chǎn)生的影響。

1.2 無性繁殖過程的品種退化

無性繁殖過程由于存在年齡效應(yīng)、位置效應(yīng)等影響，往往導(dǎo)致無性系品種退化。幾乎所有樹種的無性繁殖能力都會隨著個體發(fā)育的老化而下降[7]，在北美落葉松（Larix laricina）、青海云杉（Picea crassifolia）等針葉樹以及銀杏（Ginkgo biloba）、北美懸鈴木（Platanus occidentalis）、馬占相思（Acacia mangium）等闊葉樹種中均發(fā)現(xiàn)無性繁殖受年齡效應(yīng)和位置效應(yīng)影響，無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營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)變?yōu)樯成L，開始生成花芽[8-13]。分別以毛白楊優(yōu)樹根出條和花枝為無性繁殖材料，發(fā)現(xiàn)根出條扦插苗能保持良好的速生性，而以花枝進(jìn)行嫁接的苗木則次年開始陸續(xù)開花[14]。200年生成熟毛白楊比30年生毛白楊根萌條外植體組培繼代成活率低29%，生長周期延長40 d，莖高生長量≥3 cm苗的數(shù)量降低13%[15]。郭長花[16]對三倍體毛白楊不同部位繁殖材料的嫁接苗進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，隨著繁殖材料在母樹上的高度增加，分株的株高、地徑、節(jié)間長度、葉面積、葉柄長等性狀均呈減小趨勢，并且來源于基部當(dāng)年生萌條和根部的繁殖材料的分株內(nèi)源IAA/ABA（脫落酸）比值高于來源于中部或冠部繁殖材料的分株，并認(rèn)為內(nèi)源IAA與ABA含量的消長變化可能是繁殖材料位置效應(yīng)的直接反應(yīng)。因此，毛白楊無性繁殖過程中，要注意消除年齡效應(yīng)和位置效應(yīng)的影響，將幼化復(fù)壯措施貫穿始終。

2 毛白楊良種繁殖技術(shù)體系

作為我國北方地區(qū)重要的造林樹種，毛白楊的無性繁殖技術(shù)一直在被不斷探索。為避免成熟效應(yīng)的影響，早期毛白楊的繁殖多采取斷根促進(jìn)根蘗分株繁殖的方法，但繁殖系數(shù)低、苗木一致性差。埋條法繁殖、嫁接繁殖等方法雖然顯著提高了繁殖效率，但均存在品種老化等問題[1]。近年來，通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和集成，綜合提高繁殖效率，保證幼化復(fù)壯，已發(fā)展出多套較為成熟的毛白楊良種繁殖技術(shù)體系。

2.1 多圃配套系列育苗技術(shù)

為有效解決毛白楊繁殖系數(shù)不大、苗木質(zhì)量不高的問題，朱之悌[17]綜合根萌復(fù)幼、多圃連續(xù)育苗、免耕法育苗思路，提出了毛白楊多圃配套系列育苗技術(shù)。多圃配套系列育苗技術(shù)由4圃組成，分別為采穗圃、砧木圃、根繁圃、繁殖圃。其中，采穗圃主要提供毛白楊良種的優(yōu)質(zhì)無性繁殖材料，實際生產(chǎn)中可通過留根苗、根芽平茬、插根建圃等方式建立采穗圃。砧木圃是培育毛白楊芽接砧木的苗圃。毛白楊嫁接繁殖的砧木應(yīng)選擇群眾楊（P.popularis）、大青楊（P.ussuriensis）、大官楊（P.× dakuanensis）或北京楊（P.× beijingensis），它們與毛白楊嫁接具有很高的親和力，嫁接方式主要采用“炮捻”枝接、“一條鞭”芽接等。繁殖圃是正式生產(chǎn)商品苗苗圃，“炮捻”和“一條鞭”插條的育苗工作均在繁殖圃完成。苗木在繁殖圃內(nèi)生長過程中非常關(guān)鍵的一步是培土換根，以促進(jìn)毛白楊自生根的生長，形成2層根系，保證苗木健壯生長，而且造林時可去除砧木，以具有根系的毛白楊完整苗木造林。根繁圃是由采穗圃復(fù)幼過渡轉(zhuǎn)化而形成的苗圃，也是提供生產(chǎn)帶根小苗進(jìn)行二次育苗的苗圃，主要起到對采穗圃毛白楊良種繁殖材料進(jìn)行幼化復(fù)壯的作用。

在多圃配套運營過程中，4圃之間應(yīng)有機結(jié)合、相互轉(zhuǎn)換、配套聯(lián)動（圖1）。采穗圃經(jīng)營2～3年后必須挖根重建，幼化復(fù)壯，形成根繁圃，根繁圃的萌出條通過密度優(yōu)化，一方面作轉(zhuǎn)換為采穗圃使用，另一方面也可產(chǎn)出少量帶根小苗進(jìn)行二次育苗。根繁圃如不轉(zhuǎn)化為采穗圃時，部分苗圃可直接起苗用于造林。繁殖圃起苗后通過松土露根促萌，也可轉(zhuǎn)換為根繁圃。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術(shù)的應(yīng)用既能防止毛白楊良種無性繁殖過程的品種退化，又能提高繁殖效率，保證良種優(yōu)異性狀的繼承，出圃苗木質(zhì)量高、規(guī)格一致，育苗周期縮短一年，當(dāng)年出圃苗木地徑可達(dá)3 cm，苗高可達(dá)3.5～4.0 m，苗圃經(jīng)營效益顯著[18]，至今仍在我國白楊良種大規(guī)模無性繁殖中廣泛應(yīng)用。

2.2 毛白楊根蘗苗幼化及扦插育苗配套技術(shù)

扦插仍然是最為便捷、易于操作的無性繁殖手段。盡管毛白楊普遍存在扦插生根困難的問題，但是通過選用幼化材料作為插穗，配以適宜的扦插條件，也可在一定程度上實現(xiàn)種苗的擴繁。范國梁[19]對毛白楊嫩枝扦插育苗技術(shù)進(jìn)行了研究，以根萌條剪取插穗，輔以500 mg/L萘乙酸（NAA）沾根后扦插，在不低于95%的高濕度條件下進(jìn)行培養(yǎng)，可保證較高的生根存活率。此外，對雄性毛白楊于5月下旬至7月下旬采集當(dāng)年生半木質(zhì)化嫩枝插穗，用200 mg/kg的ABT1生根劑處理10 s，扦插后保持空氣濕度85%以上，能夠獲得85.8%～95.2%的成活率[20]。然而，嫩枝扦插管理過程較為精細(xì)、復(fù)雜，當(dāng)年難以出圃，不符合毛白楊適生區(qū)的育苗和造林習(xí)慣。硬枝扦插育苗更加符合當(dāng)前毛白楊種苗生產(chǎn)簡單、實用且低成本要求。

近年來，康向陽等[21]提出了“白楊根蘗與容器硬枝扦插配套育苗方法”。該方法將白楊硬枝扦插容器育苗技術(shù)和根蘗育苗技術(shù)進(jìn)行了有效集成，實現(xiàn)了毛白楊硬枝扦插的高效繁殖（圖2）。如果待繁殖的白楊品種為1年生苗木，則直接采用幼態(tài)的1年生苗木硬枝進(jìn)行容器硬枝扦插育苗，得到容器苗;如果待繁殖的白楊品種為成年樹木，則挖掘白楊成年樹木根系，將根系剪成插條進(jìn)行容器根插育苗，得到容器苗，待地溫和氣溫升高、穩(wěn)定后，將扦插生根的容器苗移栽到大田育苗。大田苗木當(dāng)年落葉或次年春起苗后合格苗用于造林，起苗后的圃地留根轉(zhuǎn)化為根蘗苗圃地。根蘗苗出土后及時除草，進(jìn)行正常的圃地管理，根蘗苗出苗后不要過早定苗，通過推遲定苗時間等技術(shù)措施，可有效克服白楊根蘗苗生長不整齊等問題，從而提高合格苗的比例。根蘗育苗除提供大量合格且幼化的白楊苗木用于造林外，其少量不能出圃造林的等外苗可作為新建根蘗育苗圃地的“原始材料”，用于容器硬枝扦插育苗采穗，從而形成循環(huán)配套。該育苗方法無須嫁接操作，以容器硬枝扦插育苗取代了“毛白楊多圃配套系列育苗新技術(shù)”的砧木圃，而根蘗育苗除了繁殖造林苗木外，還兼有采穗圃功能，簡化了技術(shù)環(huán)節(jié)，大幅降低大田育苗成本;整個循環(huán)過程利用幼化的根蘗條進(jìn)行扦插，避免了年齡效應(yīng)和位置效應(yīng)的影響，防止了苗木老化問題，苗木成活率高，品質(zhì)優(yōu)良。

2.3 毛白楊離體組織培養(yǎng)快繁技術(shù)

隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展、農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移以及苗圃用地成本的逐年上升，傳統(tǒng)的育苗技術(shù)體系逐漸難以適應(yīng)現(xiàn)代林木良種工程育苗的時代發(fā)展需求。以組織培養(yǎng)為核心的集約型育苗技術(shù)展現(xiàn)了強大的發(fā)展?jié)摿?。植物組織培養(yǎng)技術(shù)是以植物細(xì)胞全能性為理論，將植物的離體器官、組織或原生質(zhì)體作為外植體培養(yǎng)在無菌條件下，置于人工培養(yǎng)基上，在適宜的培養(yǎng)條件下，經(jīng)脫分化誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織，再分化形成不定芽;或不經(jīng)愈傷組織，直接由外植體分化出不定芽，最后經(jīng)過不定根誘導(dǎo)，發(fā)育形成完整植株的過程[22-23]。盡管組織培養(yǎng)繁殖體系的建立需要經(jīng)歷一定的技術(shù)研發(fā)，以明確外植體消毒、啟動培養(yǎng)、繼代培養(yǎng)、不定芽誘導(dǎo)、生根培養(yǎng)、移栽等一系列技術(shù)條件，但與傳統(tǒng)繁殖方法相比，一旦建立可靠的組培繁殖體系，就可以突破外界環(huán)境限制，經(jīng)脫分化和再分化過程實現(xiàn)返幼復(fù)壯，適用于傳統(tǒng)繁殖難生根樹種，集約化程度高，成苗率高，滿足大規(guī)模、高標(biāo)準(zhǔn)苗木的生產(chǎn)需求，優(yōu)勢明顯[24-25]。

對毛白楊良種“毅楊1號”“毅楊2號”和“毅楊3號”的組培繁殖體系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)75%乙醇處理30 s、聯(lián)合2%次氯酸鈉處理5 min是3個良種外植體的最佳消毒方法。適用于“毅楊1號”和“毅楊2號”的莖段增殖培養(yǎng)基為MS+0.3 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA，適用于“毅楊3號”的莖段增殖培養(yǎng)基則為MS+0.5 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA;適用于“毅楊1號”和“毅楊3號”的葉片不定芽誘導(dǎo)培養(yǎng)基為MS+1.0 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA，生根誘導(dǎo)培養(yǎng)基為MS+0.5 mg/L IBA;適用于“毅楊2號”的葉片不定芽誘導(dǎo)培養(yǎng)基為MS+0.7 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA，生根誘導(dǎo)培養(yǎng)基為MS+0.3 mg/L IBA[26]，相關(guān)研究為這3個毛白楊良種的快速繁殖以及基因工程等研究奠定了基礎(chǔ)。

為解決白楊三倍體良種“北林雄株1號”和“北林雄株2號”無性繁殖困難問題，王沛琦等[27-28]對其外植體消毒、不定芽誘導(dǎo)及生根培養(yǎng)等條件進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)20%的84消毒液處理半木質(zhì)化嫩枝20 min的消毒效果最好，“北林雄株1號”的莖段增殖培養(yǎng)基為MS+0.3 mg/L 6-BA+0.05 mg/L NAA，葉片不定芽分化培養(yǎng)基為MS+0.2 mg/L 6-BA+0.1 mg/L NAA+0.005 mg/L TDZ，生根培養(yǎng)基為1/2MS+0.6 mg/L IBA;“北林雄株2號”的莖段增殖培養(yǎng)基為MS+0.4 mg/L 6-BA+0.05 mg/L NAA，葉片不定芽分化培養(yǎng)基為MS+1.0 mg/L 6-BA+0.05 mg/L NAA+1.2 mg/L ZT，生根培養(yǎng)基為1/2MS+0.5 mg/L IBA。組培再生體系的建立對于“北林雄株1號”和“北林雄株2號”新品種推廣應(yīng)用具有重要意義。目前，已在河北威縣國家楊樹良種基地、山東冠縣楊樹國家良種基地、北京市黃垡苗圃等建立了多條“北林雄株1號”和“北林雄株2號”良種組培快繁生產(chǎn)線。

3 展望

習(xí)近平總書記在氣候雄心峰會上宣布，到2030年，中國森林蓄積量將比2005年增加60億m3，為我國林業(yè)發(fā)展提出了新的目標(biāo)。顯然，提高林木良種使用率、提升森林質(zhì)量是實現(xiàn)我國林業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑。毛白楊作為我國黃泛平原區(qū)速生用材林、農(nóng)田林網(wǎng)和城鄉(xiāng)綠化建設(shè)的主栽樹種之一，加強新品種尤其是雄株新品種選育和繁殖技術(shù)研發(fā)，對于加速品種推廣與應(yīng)用，促進(jìn)苗木產(chǎn)業(yè)升級至關(guān)重要。

隨著現(xiàn)代林木種苗事業(yè)的不斷發(fā)展，對良種高品質(zhì)苗木的需求越來越旺盛，但是對種苗企業(yè)而言，必須重視育苗成本、繁苗效率與企業(yè)效益的平衡。毛白楊良種繁殖應(yīng)在堅持傳統(tǒng)以采穗圃為核心的育苗體系的基礎(chǔ)上，繼續(xù)加強組織培養(yǎng)等良種快繁新技術(shù)研發(fā)及技術(shù)集成，以適應(yīng)農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展所引起的土地、勞動力、熟練嫁接工人等成本上升的現(xiàn)狀。盡管現(xiàn)階段組織培養(yǎng)仍然具有研發(fā)難度大、生產(chǎn)成本較高等不足，但是將組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)的幼化種苗與硬枝扦插技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建組培—硬枝扦插擴繁技術(shù)體系，在保證苗木質(zhì)量和繁殖效率的同時，還可顯著地削減育苗成本，在有條件的國家良種基地、育苗企業(yè)有望成為毛白楊良種繁殖的主要途徑[1]。

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