第6章 无性繁殖与无性系育种新Word文档格式.docx

1、在遗传学上，遗传效应可剖分为加性效应、显性效应和上位效应。在无性系繁殖条件下，原株的遗传组成与其分株是完全相同。分株不仅继承了原株的加性效应，而且还继承了显性效应和上位效应。在有性繁殖条件下，由于基因的分离与重组，子代只能继承亲本的加性效应，不能继承显性效应和上位效应。 因此，在同一改良世代内，优良无性系的遗传增益理应高于家系。（2）树木种子繁殖不可避免地会产生遗传分化，家系内个体生长表现出差异。而同一无性系具有相同的基因型，表型相对一致。因此，无性系林分的林相整齐，木材品质一致，便于集约化栽培和管理，能够达到工业用材林定向培育的目标。（3）无性系良种选育程序包括选优、无性系测定、建立采穗圃等

2、环节，不必等待开花结实，既使是人工创造变异，也可以根据早晚期相关选择而提前利用，具有见效快的特点。从20世纪60年代起，木浆造纸等森林工业对木材的需求剧增，资源及成本的压力迫使各国从采伐天然林转向培育人工林。经过40多年的实践，其中无性系造林在人工林生产中的作用愈加突出。目前，世界上约有杨树人工林280万hm2，几乎全部采用经过不同程度遗传改良的无性系造林，增产达150%以上。巴西桉树占人工林总面积的52%，达364万hm2，主要用巨桉和杂种桉优良无性系造林，与一般桉树实生起源的林分相比，7年生无性系人工林木材增产112%。尽管针叶树种无性繁殖比较困难，但如杉木、水杉、柳杉、欧洲云杉、辐射松、

3、落叶松等树种解决了规模化扦插繁殖技术，已进入无性系造林阶段。新西兰156万hm2的辐射松人工林的造林用苗，约20%来自于优良家系的扦插苗，遗传增益超过30%。6.1无性繁殖技术概述无性繁殖包括扦插、嫁接、根蘖、埋（圧）条和组织培养等方法。不同的树种因其生物学特性不同，适用的无性繁殖方法也不尽一致。6.1.1扦插繁殖扦插繁殖（cuttage propagation）是利用植物器官的再生机能，由原株上切取一定大小的茎、枝条、叶、根等材料插入基质中，在适宜的外部环境条件下，通过自身遗传以及生理机能调节，再次形成完整植株的繁殖方法。按插条材料的性质可分为硬枝（冬枝）、嫩枝（春枝和夏枝）、根、叶（针叶束

4、）扦插等。扦插繁殖具有操作简单、效率高、成本低等优点。插条生根能力受遗传和环境因素影响。其中，遗传因素起主导作用。不同树种，或同一树种不同种源、家系和无性系的插条生根能力有差异。采条原株的年龄、采条部位以及采条季节对插条生根也有一定的影响。一般从树龄小的树上或从树干基部采条，或用根萌条作插条，扦插比较容易成功；反之，如果从年龄较大的树或枝条上采集枝条，插条生根率一般较低。硬枝插条多于秋末树液停止流动后至春初采集，嫩枝扦插多采用半木质化枝条。根插可于深秋采根，沙藏越冬，或在春天随采随插。对于刺槐等根蘖能力极强的树种，甚至可以将根截成12cm，采取播根的方式育苗。插条生根率高低与温度、湿度、光照以

5、及基质等有密切关系，为提高扦插成功率应注意如下几个方面：（1）选择通气保湿的插床基质。杨树、柳树、水杉等容易生根的树种对基质选择不甚严格，大田扦插也都能成活。但对于难于生根的树种，由于生根时间长（1个月以上），插床基质的颗粒过粗，孔隙度大，虽然通气性好，但持水性差，易造成插条水分亏缺萎蔫；而当插床基质过于粘重时，又会因通气性差甚至积水而影响气体交换，造成生根部位无氧呼吸，并引起病菌增殖，从而导致插条腐烂。此外，一些树种对扦插基质的pH值要求较为严格，如雪松只有在微酸性的介质中才能取得较高的成活率。（2）保证足够的光照以及适宜的温度和湿度。在缺乏光照的情况下，植物不能制造生根活性物质，促进生根抑

6、制物质的转化，往往会导致扦插失败。而在充足的光照条件下，嫩枝的叶片或硬枝插条萌生的叶片光合作用正常，不仅能合成碳水化合物等生命活动的能源以及形态建成的组分，而且还会合成促进生根的生长素等，从而缩短生根时间，提高扦插成活率。扦插基质温度较高，地上气温较高，有利于减少蒸腾，加速插条基部愈伤组织形成和生根物质的合成，从而提高扦插成功率。插条在尚未生根前，主要通过被动吸水维持地上部分的蒸腾，在这期间，必须保证空气湿度，减少蒸腾失水，维持水分平衡，这一点对嫩枝扦插尤为重要。20世纪70年代以来，全光照自动喷雾扦插育苗技术得到了迅速发展。它以间歇喷雾或恒定湿度控制喷雾方式为插条提供水分，同时起到调节插床和

7、空气温、湿度的作用，具有生根迅速、育苗周期短、技术简单等优点，值得推广应用。（3）采用物理、化学等方法处理插条，促进插条生根。植物生根的难易同自身所含生根促进物质与抑制物质的比例有关，采取人工措施增加插条促进生根物质的比例，或降低插条抑制生根物质的含量，可以提高扦插的成活率。最常采用的方法是用生长素处理插条，补充外源激素，加速内源激素的合成，促进插条不定根的形成。此外，还可以采取插条沙藏越冬催根、插条流水冲洗等方法提高扦插生根率。6.1.2嫁接繁殖嫁接（grafting）是将一个植株的芽或枝条与另一植株的茎段或带根系植株适当部位的形成层相互结合，愈合生长在一起并发育成一新植株的方法。其中前者称

8、为接穗（scion），后者则称为砧木（rootstock）。嫁接的方法很多，按材料的来源，可分为枝接、芽接和针叶束（短枝）嫁接；按取材的时间，可分为冬枝接、嫩枝接；按嫁接方式不同，又可分为劈接、舌接、切接、袋接、靠接、髓心形成层对接等。嫁接在树木基因资源收集保存、无性系种子园营建、树冠矮化、提早开花结实、增强树种适应能力、材料返幼复壮以及良种扩繁等方面具有重要的作用。嫁接成败主要取决于砧木与接穗的亲和力，即砧木与接穗嫁接愈合及其进一步生长发育的能力。嫁接不亲和力或亲和力低，主要表现于嫁接不愈合，接穗迅速或逐渐干枯；接穗虽不干枯，但不发芽或萌芽后生长极弱，最后死亡；接口愈合差，出现断裂、结瘤或流

9、胶流脂等；嫁接结合部位上下不一致，形成砧木细或砧木粗现象；接穗生长缓慢，叶片变小，叶色变黄，或大量开花；接口虽愈合良好，但若干年后接穗生长缓慢，树势衰退甚至死亡等。嫁接亲和力的高低主要取决于砧木与接穗内部组织结构、遗传和生理特性的相似程度。一般接穗与砧木亲缘关系越近，亲和力越强。同品种或同种间的嫁接，即本砧嫁接，亲和力最强；不同树种间嫁接，即异砧嫁接，亲和力因树种而异。同科异属的树种嫁接，亲和力一般较小，但也有嫁接成活并在生产上广泛应用的实例，如核桃嫁接枫杨。此外，嫁接的成败还取决于砧木与接穗的活力、嫁接方法的选择、嫁接季节、嫁接时的环境条件、嫁接技术以及嫁接后的管理等。一般而言，生长健壮，营

10、养器官发育充实，体内储藏的营养物质较多，嫁接容易成活。不同的嫁接方法受植物生长发育的限制，如枝接一般在冬季或早春树木萌发前实施，而芽接大多在生长季节砧木与接穗的韧皮部与木质部分离阶段进行。在室外嫁接时应注意天气条件，低温、阴雨、大风等天气不宜于嫁接。嫁接后要及时进行截砧、松绑、抹芽、培土等常规管理。下面列举两类树种的嫁接技术。1针叶树嫁接（1）髓心形成层对接：对接法是针叶树种种子园常用的嫁接方法（图61）。接穗长810cm，具有完整的顶芽。保留顶端10束左右的针叶，去除其余针叶。先将接穗的一面削一段斜面，然后在其背面从顶芽针叶附近逐渐切至髓心，顺着髓心纵向削去半边接穗。一般砧木为2多年生的移植

11、苗，嫁接部位比接穗稍粗，切面长度同接穗一致，将接穗切面贴在砧木的切面上，形成层相互对正，用塑料薄膜从上往下缠绕，绑紧。一个月后检查成活情况，如果确认嫁接已成活时，随即将砧木顶梢剪除，半年后可松绑。 图61 针叶树髓心形成层对接法示意图接穗一般采用木质化枝条，但有的树种也采用嫩枝作接穗。如20世纪80年代以前，马尾松种子园多采用老枝嫁接，生产性嫁接成活率为2030。后来采用嫩枝嫁接，成活率可达80以上。嫩枝木质化程度低，从采穗到嫁接管理整个过程容易失水，影响成活率，因此，采集后要注意保湿、保鲜。（2）短枝嫁接：上世纪80年代中期以来，短枝嫁接在湿地松、马尾松、火炬松、油松等树种上应用获得成功，较

12、常规嫁接技术接穗利用率提高4060倍，突破了松树嫁接繁殖系数低的难关。北京林业大学在河南辉县林场、河北山海关林场油松种子园营建中，应用短枝嫁接技术，累计繁殖苗木2万株，解决了短期内提供大量接穗的困难。短枝嫁接可采用贴接法（图73）、嵌接法、T形接法等多种方法。采用贴接，砧木和接穗形成层接触面积大，愈合快，成活率髙。砧木为23年生实生苗，地径大于1.0。在第二年秋季和第三年春季剪去最上层轮枝，加强水肥管理，促进主梢生长。由枝条下部往上部取接穗，在所取短枝的四周各切一刀，深达木质部，呈长方形，再从右侧切口轻轻掀起取下带有一枚短枝的长0.61.0、宽68范围的韧皮块，取穗时宜将短枝的枝痕连同取下。在

13、砧木当年生幼茎或上年生幼茎的中上部，先摘除68范围的针叶束，然后切下大小和形状与接穗相同的韧皮块。将接穗贴入砧木的去皮处，贴紧、绑扎，使针叶外露。必要时，套塑料袋保湿，一个月后去带，5060天松绑。图62 针叶树短枝嫁接法示意图2.阔叶树嫁接一般认为，嫁接的工序复杂且成本高，主要用于经济价值较高的树种繁殖以及无性系种子园营建等，很难在其他树种大规模育苗中应用。但实际上，如果嫁接技术经过科学的组配，可以用于林木规模繁殖。如北京林业大学“毛白杨多圃配套系列育苗技术” 将幼化理论和组培快繁的思想组合应用于大田育苗，并通过采穗圃、砧木圃、繁殖圃、根繁圃配套作业，解决了白杨规模繁殖难关。这种育苗技术将原

14、种苗与生产苗分开，保持了原种的纯粹性；采取采穗圃与根繁圃定期互换的方式，在幼化中繁殖，在繁殖中保幼，解决了苗木的幼年性和速生性问题。 从一株苗出发一年就可以扩繁33万株，而且一年就可以出圃，第二年就可以实现免耕法育苗，大大降低了育苗成本。下面着重介绍毛白杨“一条鞭”嫁接繁育技术。“一条鞭”嫁接毛白杨是目前解决该品种生根难，扦插成活率低的最好方法，并具有方法简便，繁育快成活率高等特点。在具体操作过程中应掌握好以下几点:（1）砧木的选择：一般选1年生粗12的加杨、大官杨、太青杨等苗木做砧木。其它苗木成活率不高；（2）掌握好嫁接时间：接早了易萌发，冬季受冻害，生长不旺；接晚了接口皮层则不好剥离，愈合

15、慢。一般在立秋前后10嫁接，即8月20日至9月20日为最佳时间。（3）嫁接方法：采取芽接（贴皮接）。芽接时，用“”字形芽接法。在当年生已木质化的苗干上，每隔1618cm嫁接一个芽，注意的是不要在同一个方向上接，要螺旋着上升进行嫁接，有利于愈合。取接芽时，从芽下部向上削，接芽内的小突起保留，以免造成假活;过嫩的部分不宜嫁接。嫁接3天后用手触叶柄脱落为成活。接后绑紧，成活后及时解绑。可以在母条上越冬，明春边剪边插，当年苗高35。（4）扦插时采用沟扦扦插上接芽低于地面35。苗高15左右时及时培土，促进毛白杨接芽苗木基部产生新根。出圃时，去掉砧木后再造林，否则容易产生“小脚”现象，影响苗木生长。6.2

16、无性繁殖材料的退化与复壮在林木无性繁殖过程中，经常会遇到同一无性系造林在生长表现等方面不完全一致的现象，如表现出树势衰退、提前开花结实、苗期斜向生长或无顶端优势、形态畸变、抗逆性降低等。品种原有优良种性削弱的这种现象被称为品种退化。6.2.1无性繁殖材料退化的原因 无性繁殖材料退化一般不涉及基因混杂与基因劣变等遗传因素，而主要与非遗传因素有关，包括成熟效应（cyclophysis）、位置效应（topophysis）以及病毒侵染等。1成熟效应与位置效应树木同所有生物一样，从一粒种子萌发开始，随着个体发育，在不同时期会表现出一定的生理、形态特征。以树木开花结实为界限，由加速生长而进入平缓生长阶段，

17、标志树木结束幼年期而步入成熟期，经过一段稳定的生长时期，进入生长衰退阶段，直至死亡；从形态上看，随着树龄的增加，侧枝增多、分枝角增大、节间变短、树皮粗糙增厚、叶形变小等；从遗传与生理代谢方面看，分生组织活力降低，内部生长素含量减少而生长抑制物质逐渐增多，相应导致植株生活力下降、器官再生能力降低等。一般而言，采穗母树年龄越大，生根率越低。树木的无性繁殖能力随着树龄增加而下降的现象称为成熟效应。用侧枝扦插、嫁接繁殖，会出现斜向生长，顶端优势不明显，提早开花结实等。这种因树冠不同部位的穗条对无性繁殖效果的影响称为位置效应。由于繁殖材料都是从一定年龄、一定部位上采集的，因此成熟效应与位置效应总是相伴发

18、生的，在树木无性繁殖中表现为综合效应。2病毒侵染病毒是一类没有细胞结构，但有遗传、复制等生命特征的寄生物。一个完整的病毒粒子由核酸（RNA或DNA）和蛋白质外壳组成。病毒只能在一定种类的活细胞中增殖，利用寄主细胞进行复制，并通过其核酸转移至其它寄主细胞。植物遭受病毒侵染后，会导致叶部产生病斑，叶片卷曲，根茎细胞增生，植株矮小畸变，生活力下降，甚至枯死。由于病毒几乎分布在整个植物体内，能通过无性繁殖传递并导致病毒积累。因此，随着无性繁殖代数的增加，危害程度加剧。由于病毒的复制增殖与植物的正常代谢密切相关，采用病毒抑制剂会造成严重药害，不能象对待细菌和真菌病害那样用杀菌剂防治。病毒病害与细菌、真菌

19、病害不同，病毒不能通过化学药剂进行防治，给农林生产带来重大的损失。如柑橘的衰退病曾毁灭了巴西的大部分柑橘（占总数的75%），至今仍威胁着世界上的甜橙业；番木瓜的扭叶环斑病使番木瓜栽植一年后即行淘汰；葡萄扇叶病毒和卷叶病毒使葡萄减产10%-50%；枣疯病毁掉了北京密云的金丝小枣；苹果锈果病也是我国果树生产上亟待解决的问题。6.2.2无性繁殖材料复壮及其方法无性繁殖材料复壮（rejuvenation）是指针对品种退化而采取的恢复并维持树木幼龄状态的措施。由于引起树木无性繁殖材料退化机理不同，因此所采取的复壮措施也不同。对于与老化相关的成熟与位置效应而引起的退化，可直接通过种子更新复壮，或利用树木的

20、幼态组织区域复壮；而对于病毒引起的无性繁殖材料退化，可利用病毒复制与传递的弱点进行脱毒复壮等。1有性繁殖复壮老化效应在针叶树种中发展特别快，45年生就开始进入急速老化期。如辐射松13年生母树穗条扦插成活率80%90%，45年生为60%，68年生低于40%（Gleed，1993）。老化不仅影响扦插成活率，同时还影响扦插苗造林后的生长。612年生辐射松母树穗条扦插苗造林试验结果表明，无性系与实生苗对照在树高生长上虽无显著差异，但胸径减少18%，单株材积低46%（Shebourne，1989）。虽然可以通过强度修剪进行复幼，但复壮效果与母树年龄成负相关。如采取低位截干幼化4和8年生加勒比松母树，其中

21、4年生母树截干萌条扦插生根率与1年生平茬苗相近，达到83%，而8年生母树截干萌条扦插生根率最高只有38%（Haines，1993）。目前，辐射松、落叶松等树种的良种生产是采用优良亲本控制授粉家系建立采穗圃，再通过嫩枝扦插实现优良家系的无性系化规模利用。一般针叶树种采穗圃大多连续采条35年，随后用优良家系种子实生苗重新营建新的采穗圃，通过种子实现优良无性繁殖材料的复壮。2无性繁殖复壮无性繁殖复壮技术方法主要有以下几种：（1）根萌条或干基萌条法：树干基部存在处于幼年阶段的休眠芽以及不定芽，而挖根促萌可以促进根部处于幼化状态的不定芽等分化发育获得根萌条。该方法在生产上应用最为广泛。如桉树采取树干基部

22、环割，进而利用环割愈合部位萌条扦插；山杨、毛白杨通过截根促萌或挖取根段沙培促萌，再利用根出条扦插繁殖；胡杨、刺槐甚至采取根段直接扦插繁殖。（2）反复修剪法：通过强度修剪使树干维持年轻阶段的生理状态，或对老枝扦插、嫁接获得的苗木连续平茬，促使不定芽萌条，利用萌条作穗条，可显著提高生根率，改善生长状况。日本柳杉、辐射松、火炬松等均采用强度修剪树干的方法获得了较高生根能力的穗条。我国一些地区在进行毛白杨优树繁殖时，曾采用短枝嫁接结合连续平茬的方法，获得了幼化的无性繁殖材料。（3）幼砧嫁接法：通过将老龄接穗嫁接到幼龄砧木上，利用砧木幼年性的生理状态促进接穗返幼复壮，也能收到较好的效果。如欧洲云杉、红杉

23、、桉树等曾采用该方法改善了插条的生根状况。（4）连续扦插法：从老龄树上采取的枝条虽然生根率较低，但对少数成活的植株再采取插条进行扦插，这样经过连续几年的反复扦插，可以明显地改善生根状况。如从80120年欧洲云杉大树上采条扦插生根率仅为6%，经过3轮连续扦插后，生根率可达到80%。挪威云杉、栎树、山杨、桉树等也采用该方法获得成功。（5）组织培养法：植物组织培养获得的再生植株，由于经过脱分化，可以达到返幼复壮的目的。此外，就因病毒侵染造成的品种退化而言，通过组织培养脱除致病病毒。有关树木老化与复壮的研究虽较多，但对于无性复壮的生理基础研究还不够，其中一些无性复壮方法尚存在争议，但一般认为，从成熟植

24、株的根部等幼态区获得材料进行复壮最为可靠。6.3 苗木脱病毒技术许多树种，特别是无性繁殖树种，易受到一种或几种病原菌侵染。 随着生产栽培时间的推移，危害程度越来越严重，病毒的种类也越来越多。据报道核果类植物1930年只发现5种病毒，而到1976年病毒则达95种之多。林木中的泡桐、罗汉果、桑树等，果树中的枣、苹果、梨、葡萄、桃等，花木类的月季、山茶、杜鹃等通过无性繁殖的植物，由于病毒通过营养体的传递，在母株内逐代积累，危害日趋严重。长期以来，人们已意识到病毒对农林植物造成的危害，并探讨了各种解决的办法，但收效甚微。随着植物组织培养技术的发展和完善，人们已将这一技术应用到植物脱病毒的生产实践中，并

25、取得十分理想的效果。6.3.1 病毒特性及其侵染病毒是在活体细胞内寄生增殖的不具细胞结构的生命体，只有在电子显微镜下才能观察到它的形状。病毒的主要特征在于其简单的结构组成和复制机制。如：病毒没有细胞结构，仅蛋白质和核酸。严格的活细胞内寄生，不能进行独立的代谢活动，也缺乏自身的核糖体，必需依赖寄主来合成蛋白质。所含核酸使得病毒能利用寄主细胞进行复制。具有侵染力，能够将其核酸从一种寄主细胞转移到其他寄主细胞。大多数病毒的“生活周期”分为两个阶段。一是细胞内阶段，病毒的核酸（DNA或RNA）进入细胞，进行复制，或以其DNA结合到寄主细胞染色体的DNA上，这是处于有生命的状态。另一是细胞外阶段，它以侵

26、染性病毒粒子的形式存在，不能进行代谢和繁殖，处于惰性状态。所以既可以把病毒看作微生物也可以看作极其复杂的化学物质。病毒不同于真菌，在寄主体外的存活期一般比较短，只能被动传播。自然界植物病毒侵染主要通过三种途径：农业操作时的机械损伤；介体（昆虫、螨、线虫、真菌等）造成的微伤；通过无性繁殖材料和嫁接传播。表现为：因叶绿体被破坏或不能合成新的叶绿素而引起花叶、黄化或红化等症状；植株矮化、丛生或畸形等；形成枯斑或坏死等症状；产量和品质下降。6.3.2脱病毒方法与技术脱病毒方法多种多样，目前常见的有以下几种：（1）热处理脱毒 热处理（heat treatment）又称温热疗法，原理是植物组织处于高于正常

27、温度的环境中，组织内部的病毒受热以后部分或全部钝化，但寄主植物的组织很少或不会受到伤害。热处理的方法有两种。对于休眠器官等，在50左右的温水中浸渍数分钟至数小时，该方法简便易行，但易致使材料受伤。将生长的试管苗或盆栽植株移入温热治疗室（箱）内，一般在3540，短则几十分种，长则可达数月。每一种植物热处理均有其临界的温度范围，超出这一范围或处理时间过长，则使寄主植物的组织受伤。热处理方法的主要缺陷是并非所有的病毒对温度都敏感，热处理对球状病毒和类似线状的病毒以及植原体所导致的病害才有效，对杆状和线状病毒的作用不大。（2）微茎尖培养脱毒 对于无药可治的病毒病，可以通过茎尖培养（shoot tip

28、culture）脱除病毒，由于其脱毒效果好，后代遗传稳定，是目前培育植物无毒苗使用最广泛的一种方法。感染病毒植株其体内病毒分布并不均匀，病毒的数量随植株部位与年龄而异，越靠近茎顶端区域的病毒浓度越低，因分生区域内无维管束，病毒只能通过胞间连丝传递，赶不上细胞不断分裂和活跃的生长速度，所以生长点含有病毒的数量极其微少，几乎检测不出病毒，因此脱除病毒的效果与茎尖大小成反比。因此，采用茎尖培养脱毒法，必须将植物的种类、病毒的种类、剥离茎尖的大小及培养基营养组成四方面统一考虑，才能收到理想的脱毒效果。苹果、梨、枣树、桃树、葡萄、柑桔、甜樱桃、泡桐与桑树等均利用了该方法进行了脱毒。（3）茎尖培养与热处理

29、结合的脱毒 将休眠茎段在恒温水浴锅内4050下处理几十分钟到几小时，或将材料放入3038 的人工气候箱中热处理12个月，这样可在一定程度上脱除病毒，减少茎尖部位的病毒含量，以便可剥离较大的茎尖，如切取0.5 cm的茎尖，这样大的茎尖很容易启动培养。也可以将试管苗进行热处理，然后从试管苗上切取较大的茎尖。利用热处理结合茎尖组织培养，培育的无病毒枣树、苹果、梨的植株，不仅提高了果实产量，还改善了果实品质。（4）珠心胚培养脱毒 柑桔类多胚品种中除一个受精胚外，尚有多个由珠心细胞形成的无性胚称为珠心胚。因为珠心与维管束系统无联系，由其产生的植株全部无病毒，但珠心胚大多是不育的，必须进行离体培养才能发育成正常的幼苗。获得成功的柑桔种有如：柚、柠檬、酸橙、华盛顿脐橙、柑桔、柑桔甜橙等。用这一技术对柑桔的主要病毒与类病毒的病原体，包括不能为热疗法除去的病毒，如银屑病叶脉突出症、柑桔裂皮病、柑桔速衰病均十分有效。（5）愈伤组织脱毒 一些植物的愈伤组织经过反复继代培养后会不含病毒，从