觀賞樟樹研究進(jìn)展

胡 淼，王義華，楊茂霞，鐘永達(dá)，余發(fā)新*

(1.江西省科學(xué)院生物資源研究所/江西省觀賞植物遺傳育種重點實驗室，330096，南昌；2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，330045，南昌；3.資溪縣林業(yè)局，335300，江西，撫州；4.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，210037,南京)

0 引言

樟樹(Cinnamomumcamphora)又名香樟、樟木、烏樟、紅心樟、小葉樟等，主要分布于中國、日本等東亞地區(qū)，澳大利亞和美國等作為園林綠化樹種進(jìn)行了引種，是亞熱帶常綠闊葉林的建群樹種[1-2]。因其具有壽命長、適應(yīng)性強(qiáng)、樹冠寬大、樹型美觀、葉形秀麗而又散發(fā)濃香等特點，在城市景觀和園林綠化中得到了廣泛的應(yīng)用[3-5]。國內(nèi)外針對樟樹精油利用研究起步較早，部分研究可追溯至19世紀(jì)[6]。相對而言，觀賞樟樹研究起步較晚，早期研究主要集中于樟樹移植移栽、引種馴化和無性繁殖等方面[7-9]。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，觀賞用樟樹需求逐漸增大，研究人員在觀賞樟樹種質(zhì)資源收集、新品種選育、觀賞性狀遺傳改良、無性繁殖技術(shù)等方面開展了大量研究工作，取得了一批有價值的成果。新品種選育方面，彩色樟樹新品種的出現(xiàn)，極大地拓展了樟樹作為園林綠化樹種的開發(fā)利用空間。分子生物學(xué)方面，初步揭示了彩色樟樹的形成原因，為觀賞性狀基因克隆與功能研究奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)的研究有力推動了觀賞樟樹的研究工作，促進(jìn)了觀賞樟樹的開發(fā)利用。本文對觀賞樟樹種質(zhì)資源收集保存、新品種選育、分子生物學(xué)研究、無性繁殖技術(shù)等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，對存在的問題進(jìn)行了討論，并對今后的研究工作進(jìn)行了展望，以期為觀賞樟樹的開發(fā)利用提供參考。

1 種質(zhì)資源收集保存

種質(zhì)資源為遺傳改良提供了研究材料，是進(jìn)行育種工作的物質(zhì)基礎(chǔ)[10-12]。早在19世紀(jì)初期，英國皇家植物園邱園等植物園就已經(jīng)保存了部分樟樹資源[13]。相比國外，國內(nèi)樟樹種質(zhì)資源收集保存工作起步較晚。1998年底，中國林科院姚小華等人收集保存了我國樟樹全自然分布區(qū)內(nèi)14個省區(qū)47個種源，建立了我國首個樟樹種質(zhì)資源庫[14]。此后福建農(nóng)林大學(xué)、廣東省林業(yè)科學(xué)院等單位開展了一系列的資源收集工作，但收集范圍較小，多數(shù)僅覆蓋省內(nèi)資源，未能充分挖掘樟樹材用和觀賞價值。2008年起，江西省觀賞植物遺傳改良重點實驗室團(tuán)隊按照造林、綠化需求對中國大陸樟樹全自然分布區(qū)內(nèi)樟樹種質(zhì)資源進(jìn)行系統(tǒng)地收集，共收集保存15個省(市)76個種源，1 262個家系。2016年初在江西省景德鎮(zhèn)建立了樟樹種質(zhì)資源庫23.333 hm2。2020年獲批江西省種質(zhì)資源庫，建立了較為完備的樟樹資源庫，為樟樹的觀賞性狀遺傳改良奠定了較好的基礎(chǔ)。總體來看，相對于我國豐富的樟樹種質(zhì)資源而言，收集保存工作仍有較大空間。

2 新品種選育

彩葉樹木色彩鮮艷，能補充常綠植物的不足，豐富園林環(huán)境色彩，具有很高的觀賞價值。近年來，觀賞樟樹研究日漸增多，大量彩色樟樹新品種被選育了出來。2008年以來獲得國家植物新品種授權(quán)的觀賞樟樹新品種共8個。其中，寧波林特研究所王建軍等人從自然變異的樟樹實生苗中選育出金黃色葉、花和紅色枝干新品種‘涌金’[15]。之后從涌金的自然雜交后代中選育出新品種‘御黃’‘霞光’。‘御黃’新葉呈鵝黃色，成熟葉呈黃色或淺黃色；花呈黃色；初生枝為紅色，半木質(zhì)化后為淺紅色，木栓化后為黃色或棕色[16]。‘霞光’具有鮮紅色新葉、金黃色花和紅色枝干[17]。董義大等培育的樟樹新品種‘焰火’幼葉春天鮮紅、秋天紫紅、樹高可控、枝條傘頭下垂、抗寒能力強(qiáng)，具有極高的觀賞價值和適應(yīng)性。江西省德興市榮興苗木有限責(zé)任公司周友平等培育的新品種‘盛贛’嫩枝紫紅色，春、夏、秋3個季節(jié)修剪促萌的嫩葉均呈紫紅色。新品種‘如玉’，嫩枝、嫩葉初期皮呈粉紅色，葉芽紅色至粉紅色，之后粉紅色褪去呈現(xiàn)乳黃色，直至綠色。江西省觀賞植物遺傳改良重點實驗室團(tuán)隊從樟樹實生苗中選育出了兩個變異彩色樟樹新品種‘贛彤1號’和‘贛彤2號’。‘贛彤1號’春季新葉橙色，夏季新生葉為黃綠色，成熟后轉(zhuǎn)為淺綠色、綠色；初生枝淺粉紅色，有密的白色斑點和紫色基環(huán)，半木質(zhì)化后呈鮮紅色[18]。‘贛彤2號’春季新葉橙紅色，夏季新生葉為淺黃色，成熟后轉(zhuǎn)淺綠色、綠色；春季初生枝粉紅色且有稀疏白色斑點；夏季初生新枝黃色、有紅色斑點且有紫色基環(huán)；枝條半木質(zhì)化后呈鮮紅色[19]。彩色樟樹品種，初生枝、葉顏色以紅色系為主、個別呈黃、紫色，色彩艷麗，觀賞價值較高。可以看出，以彩化葉、莖、花、果實等為改良目標(biāo)的彩色樟樹新品種選育，為觀賞樟樹新品種選育提供了一個很好的方向。考慮到樟樹的整體觀賞特性，在注重樟樹色彩特性的同時，也應(yīng)當(dāng)注重形態(tài)、氣味、育性等方面的選擇。

3 無性繁殖技術(shù)

扦插組培是彩葉木本植物無性快繁中最常用的手段。新品種選育出來以后，通過扦插組培可以將新品種快速規(guī)模化繁殖并推向市場。大部分彩葉木本植物都能用扦插來繁殖，一般采用枝插、葉插、根插等方式扦插。其中，枝插是扦插繁殖中應(yīng)用最廣的一種[20-21]。國內(nèi)開展樟樹扦插育苗研究可以追溯到 20 世紀(jì) 60 年代[22]，長期的研究表明，樟樹扦插的生根率和成活率與母樹年齡、枝齡、插條規(guī)格、插條處理、扦插季節(jié)、扦插基質(zhì)、扦插方法等顯著相關(guān)[23]。最好采集1—3 a生的幼樹枝條，隨著樹齡增大，插穗的扦插成活率和生根率明顯下降[24-25]。3—10 月均可以進(jìn)行樟樹扦插[26]。枝插時選擇梢部的插條最好，平均成活率可達(dá)90%，是基部的2.25倍[27]。采用混合基質(zhì)(蛭石:珍珠巖:河沙= 2:2:3)可以保證較高的生根率[28]。IBA、GGR和 NAA都能顯著促進(jìn)樟樹不定根形成，其中IBA的效果最好。3 a生芳樟枝條，3 000 mg/L IBA速蘸處理(1 min)后扦插，生根率可達(dá)90%以上[29]。目前，樟樹扦插的技術(shù)已較為成熟，江西省觀賞植物遺傳改良重點實驗室對紅桿樟的扦插試驗表明，每年3—10月，利用2 a生枝條，3 000 mg/L IBA速蘸，以黃心土為基質(zhì)，無紡袋扦插生根率在70%以上。

樟樹組培快繁技術(shù)研究起步于20世紀(jì)80年代初，從摸索組織培養(yǎng)條件開始，逐步積累形成了較為系統(tǒng)的組織培養(yǎng)技術(shù)體系。1984年，孔運甫等對沉水樟莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)，用SW培養(yǎng)基附加2.0 mg/L KT+0.5 mg/L IBA+2 mg/L 2.4-D處理沉水樟莖尖，能生長并形成芽，但沒有獲得生根苗[30]。連芳青等對樟樹莖段進(jìn)行離體培養(yǎng)和植株再生，發(fā)現(xiàn)MS+2,4-D+KT能有效促進(jìn)腋芽萌動，MS+0.3 mg/L NAA+3.0 mg/L 6-BA適宜繼代和增殖培養(yǎng)，減半的MS+1.0 mg/L-1.5 mg/L IBA誘導(dǎo)生根率達(dá)50%～79%[31]。葉潤燕等以當(dāng)年生樟樹帶芽莖段為外植體，誘導(dǎo)培養(yǎng)基為MS+1.00 mg/L 6-BA+(0.01～0.10 mg/L)NAA，繼代培養(yǎng)基為MS+1.00 mg/L 6-BA+0.10 mg/L NAA，叢生芽增殖培養(yǎng)基為MS+(0.50～1.00)mg/L 6-BA。生根培養(yǎng)基1/2MS+1.50 mg/L NAA，生根率可達(dá)90%[32]。彩色樟樹新品種的研究中，何月秋等人針對彩色觀賞樟樹新品種‘涌金’篩選出的最佳誘導(dǎo)培養(yǎng)基、繼代與增殖培養(yǎng)基和生根培養(yǎng)基分別為MS+1.0 mg/L 6-BA+0.02 mg/L IBA、MS+3.0 mg/L 6-BA+0.05 mg/L IAA、1/2MS+0.05 mg/L IBA+0.03 mg/L NAA，生根培養(yǎng)30 d后，叢生芽生根率達(dá)87.6%，移栽成活率達(dá)90%[33]。此外，樟樹體胚發(fā)生在大規(guī)模快速繁殖、基因工程遺傳改良等方面顯示了較大優(yōu)勢。關(guān)于樟樹體胚發(fā)生的研究獲得了較高的關(guān)注，但相關(guān)的技術(shù)體系仍不夠成熟[34-35]，有待進(jìn)一步研究完善。江西省觀賞植物遺傳改良重點實驗室以當(dāng)年生樟樹嫩枝梢為外植體，接種到初始培養(yǎng)基MS中，經(jīng)過10—20 d培養(yǎng)，腋芽萌動并長出新芽；將長出的小芽接種到改進(jìn)的DCR培養(yǎng)基中培養(yǎng)20 d左右；待芽苗形成叢生芽后，將新芽分割成單株接種到增殖培養(yǎng)基中繼代培養(yǎng)；將得到的不定芽置于壯苗培養(yǎng)基中培養(yǎng)10—20 d，生根培養(yǎng)基中培養(yǎng)10 d后置于70%遮蔭的大棚中煉苗7—10 d，之后移栽至混合比為1：1：3的細(xì)河沙：泥炭土：黃心土基質(zhì)中。該樟樹組培體系的芽誘導(dǎo)率高達(dá)98%以上，增殖系數(shù)平均為4.8，褐化率小于3.2%、壯苗率(高3 cm以上)81%以上，組培苗移栽成活率達(dá)到87%以上。雖然樟樹組培技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但由于基因型的差異，部分觀賞樟樹新品種所需的培養(yǎng)基類型、植物生長調(diào)節(jié)劑種類和濃度差別較大，需要進(jìn)一步的試驗研究去完善。

4 分子生物學(xué)研究

隨著生物技術(shù)的進(jìn)步，以分子標(biāo)記輔助育種、轉(zhuǎn)基因育種、體細(xì)胞培養(yǎng)和簡化基因組測序技術(shù)等為核心的現(xiàn)代育種技術(shù)，有力改善了常規(guī)育種周期長、預(yù)見性差及選擇效率低的缺點[36-37]。傳統(tǒng)育種與分子育種技術(shù)的結(jié)合，極大地促進(jìn)了觀賞植物育種研究。樟樹的分子生物學(xué)研究起步較晚，尤其是針對觀賞樟樹分子機(jī)理的研究報道非常少。觀賞樟樹分子生物學(xué)研究主要集中于2個方面：一是樟樹育性的遺傳改良研究；二是彩化樟樹色素代謝的分子機(jī)理研究。樟樹不育研究方面，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)杜麗等以農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化方法，成功將人工雄性不育基因?qū)胝翗洌@得了轉(zhuǎn)基因植株[38]。雖然這項研究于2005年完成，但受樟樹遺傳轉(zhuǎn)化體系效率等因素影響，至今未見應(yīng)用報道。彩化樟樹色素代謝分子機(jī)理研究方面，俞金健等利用轉(zhuǎn)錄組測序，并通過qRT-PCR術(shù)檢測了樟樹新品種‘涌金’15個葉綠素合成相關(guān)基因，發(fā)現(xiàn)葉綠素合成限速基因CcHEMA、CcCHLH、CcCHLI、CcHEMD與CcHEMF的表達(dá)量較低，葉綠素合成受阻，導(dǎo)致‘涌金’呈特殊的葉色[39]。江西省觀賞植物遺傳改良重點實驗室以紅桿樟‘贛彤1號’及其同一母本子代的樹皮為材料，通過二代加三代轉(zhuǎn)錄組及small RNA測序，比較分析了2種樟樹在花青素生物合成途徑中的表達(dá)調(diào)控異同，并對重要的花青素苷合成結(jié)構(gòu)基因及相關(guān)調(diào)控因子的表達(dá)進(jìn)行了研究，為深入闡釋樟樹花青素苷生物合成機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。進(jìn)一步的研究將針對顯著上調(diào)的miRNA及MYB轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行系統(tǒng)研究，鑒定和驗證重要miRNA、MYB靶基因及花青素苷代謝途徑結(jié)構(gòu)基因的互作表達(dá)調(diào)控模式，揭示miRNA-MYB-結(jié)構(gòu)基因在樟樹花青素苷代謝途徑中的分子調(diào)控機(jī)理，為觀賞樟樹新品種改良提供科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

5 研究展望

樟樹作為一種優(yōu)良的綠化樹種，在城市園林綠化中應(yīng)用廣泛。研究人員針對觀賞樟樹開展了很多卓有成效的研究，初步建立較為完備的種質(zhì)資源庫，選育出了一批彩色樟樹新品種，研發(fā)了較為成熟的無性繁殖技術(shù)，初步揭示了彩色樟樹的分子機(jī)制，為觀賞樟樹遺傳形狀改良研究奠定了較為堅實的基礎(chǔ)，有力拓展了觀賞樟樹的開發(fā)利用空間。但當(dāng)前的研究還存在以下不足。

1)彩色樟樹新品種具有較高的觀賞價值，優(yōu)勢明顯，但在應(yīng)用中仍然存在綠素含量偏低導(dǎo)致生長較慢，無性繁殖相比傳統(tǒng)綠化用樟樹采用播種育苗成本偏高，新品種在適應(yīng)性和抗性方面缺乏長周期的觀測評價等問題。

2)盡管觀賞樟樹研究工作取得了一些進(jìn)展，但制約觀賞樟樹應(yīng)用的一個重要問題——大量結(jié)籽帶來的環(huán)境衛(wèi)生問題仍未能有效解決。針對樟樹不育的研究中，以體胚發(fā)生為途徑運用基因工程進(jìn)行遺傳改良的技術(shù)手段顯示出了巨大優(yōu)勢，也取得了一定的成果，但始終未有成功應(yīng)用案例的報道。

后續(xù)的研究中，建議重點關(guān)注以下幾個方面。

1)加強(qiáng)種質(zhì)資源的收集，尤其是特異性資源的收集保存，加大現(xiàn)有樟樹種質(zhì)資源的開發(fā)利用力度，盡早建立特異性狀(彩化、無籽)觀賞樟樹育種群體。

2)彩色(葉、莖、花、果實)樟樹相比綠色樟樹更有沖擊力，也更具觀賞性，為觀賞樟樹遺傳改良提供一個很好的研究方向。應(yīng)考慮加強(qiáng)彩色樟樹的良種培育、抗性性狀改良以及低成本高效的無性繁殖技術(shù)研究。

3)生物技術(shù)的進(jìn)步極大地促進(jìn)了彩色木本植物的育種工作。分子生物學(xué)研究在揭示和闡明彩色樟樹分子調(diào)控機(jī)制上顯示出了巨大的優(yōu)勢，可考慮將分子育種與傳統(tǒng)育種方法結(jié)合，進(jìn)一步選育出抗性強(qiáng)、適應(yīng)性好的彩色樟樹品種。

4)樟樹不育研究應(yīng)在繼續(xù)改進(jìn)和完善現(xiàn)有技術(shù)手段的基礎(chǔ)之上，考慮采用傳統(tǒng)育種技術(shù)手段與基因工程技術(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行研究。