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世界上第一株橡膠花藥體細(xì)胞植株和高產(chǎn)速生新型無(wú)性系的培育
作者：王澤云
來(lái)源：中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院
日期：2019-07-01
圖1：世界第一批源自花藥體細(xì)胞的橡膠樹(shù)
圖2：國(guó)內(nèi)外第一個(gè)橡膠花藥體細(xì)胞植株試驗(yàn)區(qū)
圖3：高產(chǎn)速生新型無(wú)性系的生產(chǎn)示范區(qū)（1998年7月定植，1999年6月拍攝）
在云月湖畔的熱作兩院膠園里，生長(zhǎng)著的一批新型橡膠樹(shù)——世界上第一批橡膠花藥體細(xì)胞植株，吸引著國(guó)內(nèi)外許許多多人前來(lái)參觀考察。這批新型橡膠樹(shù)，展示著我國(guó)橡膠育種新技術(shù)的誕生，蘊(yùn)含著巨大的經(jīng)濟(jì)效益，標(biāo)志著我國(guó)橡膠花藥組織培養(yǎng)技術(shù)居世界領(lǐng)先水平。
一、橡膠花藥培養(yǎng)的立題和各研究機(jī)構(gòu)的同類(lèi)研究
1973年春，中國(guó)科學(xué)院遺傳研究所、保亭熱帶作物科學(xué)研究所和海南農(nóng)墾橡膠研究所3個(gè)單位協(xié)作組，也采用春花開(kāi)始花藥培養(yǎng)。1973年后，云南熱帶作物科學(xué)研究所、福建熱帶作物科學(xué)研究所、廣西橡膠所、華南熱帶作物科學(xué)研究院粵西試驗(yàn)站、廣東徐聞?dòng)N站等單位相繼開(kāi)展相關(guān)研究。到20世紀(jì)80～90年代，由于研究經(jīng)費(fèi)、研究難度、體制變化等原因，上述大多數(shù)單位中止了研究。
隨著本課題研究的進(jìn)展，橡膠熱帶作物生物技術(shù)的科研工作，受到國(guó)家和單位領(lǐng)導(dǎo)的重視。1977年農(nóng)牧漁業(yè)部得知我院培養(yǎng)橡膠花藥植株獲得成功后，專(zhuān)發(fā)電文祝賀。1983年農(nóng)牧漁業(yè)部在北京召開(kāi)了第二次全國(guó)橡膠樹(shù)選育種會(huì)議，在制定的橡膠樹(shù)選育種方針中，新增加了“積極開(kāi)展新技術(shù)育種”的內(nèi)容。1988年，從華南熱帶作物科學(xué)研究院橡膠栽培研究所的遺傳育種室分出細(xì)胞技術(shù)、橡膠組織培養(yǎng)和種質(zhì)資源3個(gè)課題組，華南熱帶作物學(xué)院橡膠栽培系分出了有關(guān)生物技術(shù)部分，經(jīng)農(nóng)業(yè)部、國(guó)家計(jì)委和國(guó)家科委批準(zhǔn)，將上述4個(gè)部分合并，成立熱帶作物生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。華南熱帶作物科學(xué)研究院的橡膠花藥組織培養(yǎng)課題先后連續(xù)列入“六五”、“七五”、“八五”、“九五”國(guó)家攻關(guān)計(jì)劃。
二、研究工作的3個(gè)階段
橡膠花藥培養(yǎng)技術(shù)，經(jīng)過(guò)從無(wú)到有，直至開(kāi)始應(yīng)用的艱難歷程。研究工作是在人手少，設(shè)備差，無(wú)任何借鑒資料的情況下起步的。當(dāng)初研究條件之差，如今難以令人置信。因沒(méi)有培養(yǎng)架，培養(yǎng)材料是放在床鋪上的；沒(méi)有控溫設(shè)備，培養(yǎng)室是靠灑水降溫的；缺少冰箱，配制培養(yǎng)基的母液是提到醫(yī)院保存的（當(dāng)時(shí)兩院只有2臺(tái)舊冰箱，一臺(tái)在醫(yī)院，一臺(tái)在植保所）；缺少經(jīng)費(fèi)，塞試管的棉球是育種組老師制作的；缺少接種室，滅菌后的培養(yǎng)基是從學(xué)院肩挑到研究院接種的。不僅設(shè)備差，工作環(huán)境也不好。接種轉(zhuǎn)移培養(yǎng)材料，都在四周密封的又矮又小的玻璃房?jī)?nèi)進(jìn)行。房間經(jīng)紫外線照射殺菌，氧氣少，臭氧多，人呼吸困難，又點(diǎn)燃酒精燈，二氧化碳劇增。進(jìn)接種室常有嘔吐感，呼吸加速。在炎熱季節(jié)，穿上白大褂，工作不到10分鐘，臉上汗珠就往下滴，工作二三個(gè)小時(shí)出來(lái)，全身衣褲就像被雨淋過(guò)一樣。連續(xù)幾年在這種條件下工作，體質(zhì)明顯下降了。一天課題組成員李瓊英突然頭暈，到醫(yī)院檢查后，醫(yī)生嚇了一跳——她的白血球竟下降到三千二百，不到正常人的一半，醫(yī)生下令全休治療。同事勸我也去檢查，結(jié)果白血球亦降至三千五百；經(jīng)透視，又發(fā)現(xiàn)兩肺紋理增粗。不僅研究條件差，而且橡膠組織培養(yǎng)難度大。……但是，大家毫不倦怠，充滿(mǎn)期待，不畏艱辛，探索前進(jìn)。經(jīng)過(guò)花藥體胚發(fā)生、發(fā)育和萌發(fā)的諸多內(nèi)外因子研究，終于在1977年與馬來(lái)西亞同期培養(yǎng)出世界上第一批花藥體細(xì)胞植株；接著，1978年又移栽成活國(guó)內(nèi)外第一批花藥植株，計(jì)30株。這里必須指出，“移栽”也是個(gè)難關(guān)。之前，為了爭(zhēng)取一次就能移栽成功，查閱了有關(guān)橡膠種子育苗經(jīng)驗(yàn)的文獻(xiàn)資料，參照植株在試管中的生長(zhǎng)條件，制定一個(gè)包括溫度、濕度、基質(zhì)、光照、養(yǎng)分、防病等內(nèi)容的移栽方案，并邀請(qǐng)?jiān)S成文等幾位橡膠栽培學(xué)專(zhuān)家，一起商討后實(shí)施。第一批植株于1979年移植到大田，到1984年就正式割膠了。
2.創(chuàng)立新的組織培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行良種繁殖
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究，創(chuàng)立了分階段晝夜多次變溫培養(yǎng)方法，革新了培養(yǎng)基，建立了有特色的培養(yǎng)技術(shù)。參試的20多個(gè)品種都可以誘導(dǎo)出苗，包括雄蕊敗育的GT1。至20世紀(jì)末，植株誘導(dǎo)率提高到160 %（海墾2）。建立體細(xì)胞植株的幼態(tài)增殖原種圃，包括我國(guó)7個(gè)大規(guī)模推廣品種——熱研7-33-97、大豐95、海墾2、文昌217、PR107、GT1、RRIM600，可為滿(mǎn)足生產(chǎn)使用需求，不斷地大量提供幼態(tài)芽條。
3.培育和繁殖高產(chǎn)速生新型無(wú)性系
為了培育橡膠自根無(wú)性系（老態(tài)），早在20世紀(jì)50～60年代國(guó)內(nèi)外就進(jìn)行過(guò)大量扦插繁殖試驗(yàn)，但均未成功。開(kāi)展橡膠組織培養(yǎng)后，斯里蘭卡、泰國(guó)、法國(guó)、印度等許多國(guó)家采用實(shí)生苗或老態(tài)無(wú)性系作培養(yǎng)的起始材料，所得植株前者產(chǎn)量低，后者則與供體接近，意義不大。我們從實(shí)用出發(fā)，一開(kāi)始就注重選用優(yōu)良品種，特別是大規(guī)模推廣品種的花藥植株作外植體，采用花藥培養(yǎng)和微體繁殖相結(jié)合的創(chuàng)新的技術(shù)路線，不僅成功地培養(yǎng)出自根無(wú)性系，而且實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期夢(mèng)寐以求的幼態(tài)復(fù)壯。經(jīng)過(guò)多年研究，繁殖系數(shù)達(dá)到3～4（45天左右），生根率和移栽成活率達(dá)到90 %左右。建立生產(chǎn)示范區(qū)2個(gè)，計(jì)60畝。
我們?cè)跓嶙鲀稍河薰珮蚺裕?981年建立了世界上第一個(gè)橡膠花藥體細(xì)胞植株試驗(yàn)區(qū)。這里生長(zhǎng)著一批我們研制的特殊的橡膠樹(shù)，它們既像實(shí)生樹(shù)，又是無(wú)性系，這就是高產(chǎn)的新型無(wú)性系。于1987年正式開(kāi)割測(cè)產(chǎn)。歷年來(lái)我們共建各種試驗(yàn)區(qū)200多畝，經(jīng)多品種多試驗(yàn)區(qū)的多年觀測(cè)，新型無(wú)性系——自根幼態(tài)無(wú)性系和芽接幼態(tài)無(wú)性系，與相同品種傳統(tǒng)芽接樹(shù)相比，展現(xiàn)出許多優(yōu)異性狀：（1）產(chǎn)量提高20 %～30 %；（2）生長(zhǎng)加快5 %～15 %；（3）抗逆性增強(qiáng)，在遭受風(fēng)害、寒害后有較強(qiáng)的萌生枝條、恢復(fù)樹(shù)冠和產(chǎn)膠能力；（4）自根幼態(tài)無(wú)性系還可免去芽接工序，選用抗寒品種，有可能克服“爛腳病”。
新型無(wú)性系具有明顯的幼態(tài)形態(tài)和特性，表現(xiàn)與桉樹(shù)、杉木等林木一樣的幼態(tài)效應(yīng)，證實(shí)發(fā)育階段從老態(tài)回復(fù)到幼態(tài)，實(shí)現(xiàn)幼態(tài)復(fù)壯，這是高產(chǎn)速生的重要依據(jù)。吳繼林等1998年也從新型無(wú)性系的樹(shù)皮結(jié)構(gòu)和生化方面提供其高產(chǎn)速生的證據(jù)。研究結(jié)果表明：與相同品種的芽接樹(shù)相比，來(lái)自體細(xì)胞植株的芽接幼態(tài)無(wú)性系的莖圍增大，乳管層數(shù)增多，干膠、膠乳糖和無(wú)機(jī)磷含量均增高，平均最初流速率加快。兩者種種差異的實(shí)質(zhì)是，相關(guān)基因表達(dá)在時(shí)間、空間和強(qiáng)度上的差異。
4.研究成果獲獎(jiǎng)
1973—1980年我主持《巴西橡膠花藥體細(xì)胞植株的誘導(dǎo)和移栽》研究，該成果獲農(nóng)墾部1980年科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。1973—1984年我主持《巴西橡膠花藥培養(yǎng)優(yōu)良品種新技術(shù)》研究，該成果獲國(guó)家科委1985年國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。1985年1月—2004年9月我主持《橡膠樹(shù)高產(chǎn)速生新型無(wú)性系種植材料的研制與繁殖》研究，該成果獲海南省2005年科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。
三、難度和水平
1.難度
橡膠花藥組織培養(yǎng)是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的難題。號(hào)稱(chēng)天然橡膠科技強(qiáng)國(guó)的馬來(lái)西亞，1971年開(kāi)始橡膠花藥培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)6年研究，1977年誘導(dǎo)出第一株花藥體細(xì)胞植株，后多年不能重復(fù)，直至1984年才重新出苗。不僅植株誘導(dǎo)難度大，移栽難度也大。馬來(lái)西亞頭幾次移栽均告失敗，直至1986年才移栽成活第一棵植株。K.Paranjothy（1975）在總結(jié)橡膠組織培養(yǎng)工作中指出：“橡膠研究工作中普遍反映出愈傷組織培養(yǎng)成完整小植株的艱巨性”。英國(guó)學(xué)者H.M.Wilson等（1975）在橡膠組織培養(yǎng)中深有感觸地說(shuō)：“巴西橡膠是許多木本植物中較難進(jìn)行組織培養(yǎng)的樹(shù)種”。馬來(lái)西亞橡膠研究監(jiān)督B.C.Sekar（1981）也在橡膠國(guó)際會(huì)議上強(qiáng)調(diào)指出：橡膠花藥培養(yǎng)難度大。
2.水平
鑒于天然橡膠是具有不可替代性的重要工業(yè)原料，是戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，為了提高產(chǎn)量，30多年來(lái)橡膠組織培養(yǎng)一直成為國(guó)內(nèi)外競(jìng)相研究的課題。中國(guó)、馬來(lái)西亞、法國(guó)、印度、斯里蘭卡、泰國(guó)、印尼、英國(guó)、越南等國(guó)均開(kāi)展相關(guān)研究。在國(guó)外，花藥培養(yǎng)先進(jìn)的是馬來(lái)西亞，雖然也在1977年培養(yǎng)出苗，但是，與該國(guó)相比，我院研究起步晚2年，移栽成活早8年，沒(méi)有發(fā)生多年不能重復(fù)出苗的問(wèn)題。在微體繁殖方面，在國(guó)外先進(jìn)的是法國(guó)，至今仍處于試驗(yàn)階段。
1981年馬來(lái)西亞橡膠研究院院長(zhǎng)A.B.Aroped在橡膠研究國(guó)際會(huì)議上宣稱(chēng)：“中國(guó)橡膠花藥培養(yǎng)的成果是國(guó)際領(lǐng)先的，超過(guò)馬來(lái)西亞?！?985年召開(kāi)的國(guó)際天然橡膠會(huì)議上，馬來(lái)西亞原產(chǎn)部部長(zhǎng)梁棋祥致開(kāi)幕詞中說(shuō)：“中國(guó)在組織培養(yǎng)方面，在世界上居領(lǐng)先地位，值得大家高興，也值得各國(guó)國(guó)學(xué)習(xí)?！?br />
我院于1984年和2005年獲得的橡膠花藥培養(yǎng)的2個(gè)成果，經(jīng)鑒定委員會(huì)專(zhuān)家鑒定，分別確認(rèn)為“居國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平”和“處于世界領(lǐng)先水平”。
國(guó)際領(lǐng)先水平的研究成果，提高了我國(guó)橡膠科技地位，為我國(guó)天然橡膠事業(yè)作出了貢獻(xiàn)。
四、對(duì)外交流
花藥體細(xì)胞植株的培養(yǎng)和移栽成功，引起許多植膠國(guó)家的關(guān)注和好評(píng)，來(lái)訪、參觀、學(xué)習(xí)活動(dòng)頻繁。
1980年馬來(lái)西亞原產(chǎn)部部長(zhǎng)梁棋祥率團(tuán)訪問(wèn)我院，對(duì)橡膠花藥培養(yǎng)表現(xiàn)出濃厚興趣，除實(shí)地參觀植株外，晚上部分成員又詳細(xì)詢(xún)問(wèn)相關(guān)情況。代表團(tuán)訪問(wèn)后，香港《遠(yuǎn)東經(jīng)濟(jì)評(píng)論》1980年6月號(hào)報(bào)道，中國(guó)橡膠研究工作在許多方面無(wú)疑與馬來(lái)西亞并駕齊驅(qū)，最卓越的成就就是組織培養(yǎng)。1980年中國(guó)和馬來(lái)西亞兩國(guó)舉行部長(zhǎng)級(jí)會(huì)談，馬方提出并經(jīng)會(huì)談簽訂協(xié)定要派人來(lái)我院學(xué)習(xí)。
1984年受?chē)?guó)際橡膠研究和發(fā)展委員會(huì)委托，我院舉辦國(guó)際橡膠組織培養(yǎng)培訓(xùn)班，學(xué)員來(lái)自馬來(lái)西亞、泰國(guó)、斯里蘭卡、法國(guó)、象牙海岸5個(gè)國(guó)家，教材分10講，另有4個(gè)實(shí)驗(yàn)，歷時(shí)半個(gè)月。有的學(xué)員用培訓(xùn)班帶回的材料，很快培養(yǎng)出花藥植株，推動(dòng)了橡膠組織培養(yǎng)的發(fā)展。
1986年8月7日至8月29日，法國(guó)橡膠研究所組織培養(yǎng)負(fù)責(zé)人M.P.Carron來(lái)我們研究室學(xué)習(xí)和交流，涉及內(nèi)容廣泛、深入；他關(guān)注體胚形成的相關(guān)問(wèn)題，特別要求觀看組織學(xué)研究的片子。
1991年他再次到我們實(shí)驗(yàn)室參觀、學(xué)習(xí)和交流。
2002年M.P.Carron又一次率團(tuán)帶領(lǐng)同行3人，參觀了我們實(shí)驗(yàn)室、苗圃和大田試驗(yàn)區(qū)，并詳細(xì)詢(xún)問(wèn)了相關(guān)情況。
1991年、1992年和1994年，熱帶作物生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與國(guó)家科委國(guó)際合作司聯(lián)合舉辦3期熱帶植物生物技術(shù)培訓(xùn)班，參加培訓(xùn)人員大多來(lái)自東盟國(guó)家，多數(shù)為博士、碩士學(xué)位。每次培訓(xùn)，學(xué)員們對(duì)橡膠花藥培養(yǎng)都表現(xiàn)出濃厚興趣。
五、應(yīng)用前景
80多年來(lái)沿用的芽接樹(shù)是繼實(shí)生樹(shù)之后的第二代種植材料，其推廣應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了良種繁育制度和種植材料的第一次變革，使全球天然橡膠產(chǎn)量大幅度提高。而現(xiàn)在新研制和繁育成功的高產(chǎn)速生新型無(wú)性系則是繼實(shí)生樹(shù)和芽接樹(shù)之后的新一代種植材料，其推廣應(yīng)用，必將導(dǎo)致橡膠良種繁育制度和種植材料的第二次變革，使我國(guó)乃至世界天然橡膠產(chǎn)量提升到一個(gè)新的水平。英國(guó)同行H.M.Wilson（1975）曾這樣說(shuō)：若能以組織培養(yǎng)技術(shù)，用體細(xì)胞胚繁殖橡膠優(yōu)良無(wú)性系，則對(duì)于天然橡膠工業(yè)將是重大貢獻(xiàn)。
新型無(wú)性系深受用戶(hù)歡迎。瓊海市石壁鎮(zhèn)種苗代理人何朝秀說(shuō)：“橡膠試管苗生長(zhǎng)好，產(chǎn)量高，芽眼生長(zhǎng)出來(lái)的都是高產(chǎn)樹(shù)，不會(huì)像傳統(tǒng)芽接樹(shù)那樣，芽眼死了變成實(shí)生樹(shù)，所以，現(xiàn)在我們這里橡膠農(nóng)民都喜歡種植試管苗。”并主動(dòng)提出說(shuō)：“我愿當(dāng)瓊海地區(qū)試管苗代理人。”
中國(guó)是橡膠大國(guó)，當(dāng)今橡膠種植面積已突破1 000萬(wàn)畝。中國(guó)大面積種植橡膠成功已有40多年歷史；目前正是加快步伐進(jìn)入大面積更新的時(shí)期，每年需更新面積30～40萬(wàn)畝。國(guó)內(nèi)外植膠歷史證實(shí)，選用高產(chǎn)無(wú)性系更新膠園，都能使產(chǎn)量劇增。除了需要大面積更新外，植膠面積也在不斷擴(kuò)大；1999年以來(lái)，新增面積100萬(wàn)畝左右。隨著天然橡膠消費(fèi)量的快速增長(zhǎng)和膠價(jià)的高速攀升，勢(shì)必進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)橡膠的更新步伐和種植面積的擴(kuò)大。所以，高產(chǎn)速生新型無(wú)性系的應(yīng)用前景是十分廣闊的。
（原刊載于2009年出版的《山野掘偉業(yè)——熱作兩院天然橡膠科教事業(yè)史料》）
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