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文冠果又名木瓜、文登阁、僧灯毛道,隶属于无患子科文冠果属,为单种属。落叶乔木或灌木,原产我国北方,分布在秦岭、淮河以北,内蒙古以南,东起辽宁,西至青海,南至河南及江苏北部。生于海拔处的荒山坡、沟谷间和丘陵地带,在甘肃镇原县还发现一株已有600多年的文冠果古树。文冠果具有较强的适应性和抗逆(抗寒、抗旱和抗盐碱)能力。在绝对气温-40℃条件下,有轻微冻梢,但能结实。除在盐碱地或积水涝洼地外,到处都能生长,是绿化荒山的先锋树种。根系发达、根萌蘖性强,也是水土保持及防沙改造环境的优良树种。文冠果易繁殖、种子营养丰富、种仁含油率高、可入药,是一种中国特有的珍稀木本油料植物,有北方油茶之称,具有很高的应用价值。此外,文冠果木材纹理致密、结实耐用,是家具、农具和手工艺品的好原料。文冠果花色品种多样且好看,开花时间相对较长,是珍贵的园林绿化树种和蜜源植物。根黄色,可以代替染料染布。
因文冠果具有很多优良特性及很高的应用价值,我国北方许多地区如内蒙、山西、陕西、河北等省都曾大面积栽培。刘孟军等编《中国野生果树》中亦记载了我国现有文冠果,叶的年产量在百万千克以上。总之,文冠果全身是宝,但开发利用受以下几方面的制约:一是群体内类型混杂,株间产量悬殊。由于文冠果由野生到人工栽培历史不长,还保留着许多野生性状,所以在栽培中单株结实量差别很大,尚没有系统地选育优良品种;二是优树无性繁殖体系尚未建立;三是对文冠果“千花一果”的生物学机制缺少了解,从而缺少改变现状的对策。因此深入进行文冠果生殖发育分子机理、药用机理及良繁机制的研究,具有重要的理论和实践意义。
1文冠果药用研究
文冠果种仁含油,为质量很高的食用油,该油含有的丰富的亚油酸、亚麻酸、廿碳烯酸等是人体不能合成的,人体内缺少时则会发生脱发及各种皮肤病。油脂为半干性油,也可制高级润滑油、喷漆及肥皂等,油中非皂化部分中的淄酸可作液晶材料。叶中含蛋白质,高于红茶。叶中咖啡因含量接近花茶可作饮料。种壳、果壳可作活性炭、糠醛、木糖醇、酒精等化工原料。枝、叶、干、种仁、果柄均可入药。种仁可制取治疗心脏病、血管病、遗尿症、腹泻、脱发、皮肤病、智力低下及老年痴呆症等药物。叶中所含杨梅树皮甙具有杀菌、杀精子、稳定毛细管、止血、降胆固醇作用。花萼片中含有的岑皮甙具有解热、安眠、抗痉等作用。文冠果皂甙的结构类型属齐敦果烷型三萜皂甙,从构效关系上看具有较强的抗癌活性。另据报道,文冠果中具有抑制234蛋白酶活性的成分。目前用于治疗艾滋病的方法主要有2种:一是抑制HIV逆转录酶的活性;另一种是抑制HIV蛋白酶的活性。他们在文冠果的提取物中分离到2个新化合物[化合物3和6(表醅儿茶素)]和另外11个已知的化合物,研究了其化学成分并分离到抗HIV-1PR活性部位。经对抗HIV-1PR活性筛选,发现化合物是第一个具明显抑制HIV PR活性的甘遂烷型三萜类化合物。次级部位3的活性最强,经超滤进一步分得4个部位,第4个部位为活性最强,含量最多,分子量最大,主要是一些以表儿茶素和表5,7,4’-三羟基黄烷-3-醇为单元的缩合鞣质。
2文冠果落花落果的机理研究
文冠果属雌雄同株,为总状花序,花杂性。小花主要有两种形态:一种为单性雄花也称不孕花,表现为雄蕊发育正常,雌蕊早期萎缩退化,位于雄蕊内侧基部。另一种为两性花,也称孕花,雌蕊的柱头、花柱和子房发育正常,雄蕊为短花丝且花药不能正常开裂,因此不育。绝大多数品种可孕花生于一年生枝顶芽萌发形成的顶花序上,雄花多生于一年生枝侧芽萌发形成的侧花序上。文冠果开花不久,花瓣刚谢或未谢时,子房尚未膨大就脱落,属于落花;可孕花授粉以后子房即开始膨大,约!天后,进入落果期,幼果除少数迅速增大外,大多数生长停滞,逐渐脱落。文冠果座果率之低,在果树中是罕见的,故称千花一果,这是造成文冠果低产的一个主要原因,也是当前急待探明的重要问题。科研工作者曾从多方面探索了文冠果落花落果的原因,取得了一定进展。
2.1树体营养限制论
内蒙哲理木盟林业科研所曾报导了花期气候条件恶劣,树体生长不良影响授粉受精,从而引起落花;落果原因则是树体内的养料满足不了全部幼果生长发育的需要,必然有一部分幼果得不到充足的养料而停止生长,并很快脱落。另外还有机械、虫害导致落花落果。
河南洛阳地区林研所也曾报导了文冠果的开花习性,认为一方面文冠果的花芽发育阶段有一个花性分化成熟期,花器官在花性分化成熟期的变化影响孕花比例大小,此时花体各部分生长迅速,消耗大量养分,使部分雌蕊子房体停止发育,不能成熟而变为不孕花一些人认为文冠果花期较短,柱头和花药干缩较快,对授粉不利,影响受精。
也有人认为花粉的萌发率可能也是影响其落花落果的原因。但余树勋等对此持不同观点,他通过实验发现人工授粉不能减少落果,因为文冠果的落果是已受精的果实,所以他认为,落果现象的形成不属于授粉或受精问题。周仪和曾伟曾报导了对文冠果双受精过程的研究。他们认为,文冠果的双受精是正常的,不存在什么障碍,因此受精问题不是其落花落果的直接原因。我们认为该观点较有道理。从可孕花的着生部位不难看出,雌蕊的发育受营养制约。顶端由于受生长素的调节,营养运输具有明显的顶端优势。顶花序由于营养相对充足,雌花分化比例大,座果的可能性也大,但雌花着生过于密集() ’, 个),营养明显不足,易导致落花落果。我们观察到,多数幼果胚珠萎缩、褐化,停止生长后很快便脱落。
2.2有性繁殖退化论
张明中曾提出:文冠果开花繁多,结果稀少,主要是由于长期生长在野生条件下系统发育的结果。从天然串根萌生繁殖力很强的特性来看,由于长期根蘖性的营养繁殖方式的结果,逐渐取代了它的有性繁殖方式,致使它的器官———花大部分退化了,这正符合拉马克的“用进废退”的学说。他认为,要改变文冠果“繁花少实”的现象,首先选择优良品种和类型,加以人工栽培,并辅助肥、水、修剪等抚育管理措施,提高结实量,并扩繁,建立优良品种采种(条)基地;其次,用有性杂交、辐射育种、化学诱变等方法,动摇、改变它的遗传性,从中选取新的优良品种。
3文冠果雄性不育
雄性不育是被子植物中一种普遍的现象,它指雌性生殖器官正常,而雄性生殖器官丧失生育能力,不能产生功能性花粉的现象,包括花粉和孢子的败育,雄蕊群的畸形、抑制、消失、不开裂或转化等。从生理学角度上它有功能性不育和结构性不育之分。功能性不育是指小孢子发育过程中发生败育,不能产生有活力的可育花粉;结构性不育是指小孢子发育过程正常,而花药不能正常开裂。对于文冠果的雄性不育机制,我们课题组已有一系列研究报道,特别是对它的生物学特性、花粉萌发率及授粉受精等都有较深入的研究。
王晋华和李凤兰等曾对文冠果花芽分化和成花过程进行了外部形态及细胞学观察,亦对其花性别分化即两性花(孕花)与雄花(不孕花)的发育情况进行了比较。他们注意到文冠果的两性花的雄蕊实际上是一形似正常但实为不育的雄蕊。一方面不育花粉的多糖含量明显较雄花正常花粉的多糖含量少,缺少萌发力,且不育雄蕊花药不开裂。在花蕾前期,两种花在形态及解剖构造上未见差异,但在单核小孢子进行第一次有丝分裂后,差异日趋明显。两性花中雌蕊发育正常,雄蕊发育缓慢,花丝短,绒毡层发育滞后致使花药不能在成熟前及时干燥以致花药不开裂,花粉无萌发能力,形成败育的雄蕊。郑彩霞和李凤兰等又对文冠果两性花花粉败育原因作了进一步研究,认为文冠果两性花花粉败育的原因可能与花粉中某些细胞器(如线粒体等)的减少及生理生化代谢上的障碍造成花粉缺乏足够的营养物质等因素有关。
彭伟秀和李凤兰等对文冠果败育花药及花粉发育进行显微超微结构的观察发现:败育花药缺少唇细胞,绒毡层细胞延缓解体,花粉细胞质中细胞器及淀粉粒数量明显减少,这些异常现象影响花粉的正长发育。
彭伟秀等在研究文冠果雄花育性中曾注意到雄花中的雄蕊花丝分长、短两类,并怀疑此类短花丝花药是否和两性花中的短花丝花药一样也是不育的。我们课题组进一步研究发现:!雄花短花丝在后期能发育成长花丝,花药在花丝伸长后可正常开裂,且组织化学染色发现短花丝花粉粒淀粉和糊粉粒与先期长花丝的花粉粒无大的区别。"对两性花和雄花花粉的萌发率再次进行研究和荧光观察发现,无论两性花还是雄花(不论花丝长短)的花粉粒均能萌发,只是两性花不育雄蕊内的花粉萌发率远远低于雄花的花粉。#采用’()* , -./0(双向电泳,对两性花花药、雄花长、短花丝花药总蛋白进行了电泳图谱分析,发现两性花花药比雄花长花丝花药和短花丝花药少一个分子量约为;并基于对以上蛋白多肽的分析认为,可能是与雄蕊花药开裂基因有关的表达产物,有可能为开裂基因顺式调控元件的表达产物,起激活开裂基因表达的作用。6和6#有可能为与雄蕊花药开裂基因表达有关的反式作用因子,起抑制开裂基因表达的作用。同时对6!多肽点进行了分离、纯化,准备测序。
可见:两性花雄蕊败育的原因可能主要不在于花粉的萌发率,而可能主要的原因是花药不能正常开裂。与花药不开裂的有关基因,目前我们正在克隆研究之中。
遗传变异与育种、优树标准与快繁等方面的研究
文冠果的遗传变异与育种
文冠果处于半栽培半野生状态,属于异花授粉植物,多系自然杂交品种(类型),具有广泛的遗传变异基础。由于后代分离现象严重,单株产量相差悬殊。另外,文冠果花色品种也较多,如白、黄、红等。彭伟秀和李凤兰等曾在北京林业大学苗圃内发现一文冠果的同源异型自然变异株,对其进行了形态及解剖观察。结果发现,此花器官变异株的花明显小于正常株的花,并且不能完全开放,始终呈半开状。花重瓣多轮,仅具花萼和花瓣,不具雄蕊和雌蕊,因为雄蕊和雌蕊全部特化为花瓣,部分特化的内轮花瓣上留有花药的残迹,花药内的花粉发育不正常,与此相关的营养体特征是变异株叶片大、厚且呈墨绿色。文冠果同源异型变异株是自然产生的花器官变异的个体。应用扣除杂交技术对该变异株和野生型植株进行了基因组差示杂交,获得样本特异片段,片段可以作为进一步筛选突变基因的探针,为克隆文冠果花发育调控基因奠定了基础。总之,文冠果遗传资源十分丰富,如能育成文冠果纯合二倍体(即自交系),然后配成优良杂交组合,进而建立杂交种子园,选择其杂种优势明显、后代表现型整齐一致的良种,直接用于育苗造林。通过现有资源的群体选择,可以选出优良个体,然后进行无性系繁殖扩大苗木数量投入生产,既可以减少程序,又能缩短育种年限。安守琴等以无性繁殖和子代测定的常规育种为手段,在文冠果的选育中,通过表型选择、当代鉴定交配设计的子代测定,对当代表现型进行了定量分析,对子代的遗传力、配合力、遗传增益等遗传参数进行了测定,在 *个无性系中,选出了当代表现及其较优良的优良无性系以及其最佳组合。二氧化碳激光曾被用于对文冠果种子进行处理,结果发现经聚焦的脉冲照射对其出苗及生长结实都有促进作用,激光引起的当代变异大多属损伤效应,其中有些变异是可遗传的(旅大市经济林实验站)黑龙江嫩江地区林业研究所进行文冠果花粉单倍体育种实验,获得组培苗并移栽成活。
文冠果优树标准及快繁技术
繁育优树对解决文冠果低产问题有重要意义。选优工作实质上是表型选择,只有经过子代鉴定或无性系后代鉴定才是可靠的。
文冠果的种子产量与种子出仁率、种子出油率、单株结实能力、千粒重之间的遗传相关密切,与冠幅、生长点数、有效结果枝间的环境相关密切。所以优树的标准一般定为:树龄在10年以上;"树势健壮,树姿开张,树冠紧凑;结果枝粗壮,座果序率高,丛状果序多;单株平均产量高;果大皮薄,籽粒饱满,种子出仁率和种子出油率高;稳产丰产;抗病虫害强;(种子产量的遗传增益和生产能力大)。可利用优树采取芽接、枝接、高接、埋根等措施,扩大无性繁殖,建立文冠果优良品种采种(条)基地。文冠果组织培养是解决文冠果种源不足、发展速度缓慢的一个很好的途径。张桂琴等报导了对文冠果嫩茎和茎尖组织离体培养的研究,筛选出了适宜的分化、生长、生根培养基。实验发现有的培养物能直接形成胚状体,发育成小植株。胚性细胞团具有分化率高、繁殖速度快、成苗率高等优点,它每月以’&倍的速度扩繁,’个嫩茎或茎尖经过培养后可繁殖出数以万计的文冠果苗。
王永明和陈颖报导了对文冠果组织培养的初步研究,利用嫩茎、茎尖进行离体培养,筛选出适宜的诱导绿苗及生根的培养基,实验发现,诱导嫩茎分化速度快,得苗容易。
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