專利名稱：：評判樹木或苗木無性繁殖材料位置效應(yīng)和生產(chǎn)潛力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種評判樹木或苗木無性繁殖材料位置效應(yīng)和生產(chǎn)潛力的方法，尤其涉及一種利用激素分析技術(shù)手段，對待測定的樹木或苗木無性繁殖材料及其參照系的IAA/ABA比值對比分析，進而對待測定的樹木或苗木無性繁殖材料或苗木位置效應(yīng)和未來生產(chǎn)潛力進行相對量化評判的方法，屬于林木遺傳育種領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：無性繁殖技術(shù)在林業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，具有廣闊的發(fā)展前景。但樹木發(fā)育階段變化具有一定的年齡界限和部位分布特性，無性系生長易受母樹年齡和接穗與插條在原株取樣部位——成熟效應(yīng)和位置效應(yīng)等的影響而出現(xiàn)老化的現(xiàn)象(GreenwoodMS.Phasechangeinloblollypine:Shootdevelopmentasafunctionofage.Physiol.Plant,1984,61:518-522;朱之悌,盛瑩萍論樹木的老化——幼年性、成年性相互關(guān)系及其利用.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報1992,14(3):92-104;MonteuuisO.Inv"rarootingofjuvenileandmature爿cac/a脂wg/w附microcuttingswithreferencetoleafmorphologyasaphasechangemarker.Trees,2004,18:77-82;LiuJH,MoriguchiT，Changesinfreepolyaminesandgeneexpressionduringpeachflowerdevelopment.BiologiaPlantarum，2007，51(3):530-532)。許多學(xué)者證實，樹木的這種成熟與位置效應(yīng)具有"記憶"的功能，可通過無性繁殖遺傳給后代，分株會保持在原株位置上的生長特性，影響其生長發(fā)育(ZimmermanRH.Juvenilityandfloweringinfruittrees.AcatHort,1973,34:139-142;劉松泉，黃香等.幼態(tài)與老態(tài)無性系產(chǎn)量及性狀比較的研究.熱帶作物研究,1985,2:1-4;PoethigRS.PhaseChangeandtheRegulationofShootMorphogenesisinPlants.scince,1990,923-930)。在選擇用成年母株材料或樹體老化部位材料進行無性繁殖育苗時，會遇到無性系分株生根難、樹勢衰退、提前開花結(jié)實、苗期斜向生長或造林后無頂端優(yōu)勢、高生長速率低、形態(tài)畸變、抗逆性變差等一系列問題，導(dǎo)致育苗和造林成活率低、林地生產(chǎn)率下降，給林業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失(PowerAB，DoddRS,LibbyWJ.CydophysisandTopophysisinCoos//ecvvoot/StecklingsI.RootingandNurseryPerformance.Silvaegenetica，1988,37(l》8-15;朱之悌.毛白楊遺傳改良.中國林業(yè)出版社,2006)。在樹木無性繁殖中，無性繁殖材料采集部位對無性繁殖效果的影響稱為位置效應(yīng)。一般認為，根莖結(jié)合點是樹木個體最年輕的部位，成熟度隨離根莖結(jié)合點距離增加而增加，樹木的基部在年齡上最老，但在階段發(fā)育上最年輕，越是樹木冠部和外緣，雖然其枝條在年齡上是最年輕的，但在階段上卻是最老的FortanierEJ,JonkersH.Juvenilityandmaturityofplantsasinfluencedbytheirontogeneticalandphysiologicalageing.Acta.Hort,1976，56:37-41;朱之悌.毛白楊遺傳改良.中國林業(yè)出版社,2006)。在樹木通過嫁接和扦插進行無性繁殖時，一般需要先利用根萌苗等幼化的原始材料建立采穗圃，再從采穗圃采取穗條進行扦插或嫁接繁殖。而在林業(yè)生產(chǎn)實際中，一些場圃和個人出于利益的驅(qū)動，為節(jié)省采穗圃占用土地、降低育苗成本，基本不建采穗圃，大都直接從成年大樹的樹冠取芽繁殖等，結(jié)果培育的苗木受位置效應(yīng)影響嚴(yán)重，苗木頂端優(yōu)勢喪失，甚至育苗當(dāng)年就開花結(jié)實，嚴(yán)重影響了苗木的速生性，降低了土地的利用價值。如能找到一種樹木發(fā)育階段的特征標(biāo)記并應(yīng)用于林業(yè)生產(chǎn)中的無性繁殖材料來源鑒定及苗木質(zhì)量評價，對于避免無性繁殖中因成熟效應(yīng)和位置效應(yīng)而造成的損失，提高樹木無性繁殖和造林的效率與效果等具有重要價值。國內(nèi)外學(xué)者就樹木不同發(fā)育階段的形態(tài)解剖、生理生化機制進行了深入研究，并發(fā)現(xiàn)不同發(fā)育階段的樹木在形態(tài)解剖、內(nèi)源激素與多胺含量、特異蛋白質(zhì)和蛋白表達量、DNA甲基化水平等方面表現(xiàn)出一定的差異性(GalochE.Comparisonofthecontentofgrowthregulatorsinjuvenileandadultplantsof&>c/z.ActaPhysiol.Plant.l985，7:205-215;BonMC.J16:Anapexproteinassociatedwithjuvenilityof5^wWewdrawg/ga她,.TreePhysiology,1988,4,381-387;ZluvovaJ,JanousekB，VyskotB.ImmunohistochemicalstudyofDNAmethylationdynamicsduringplantdevelopment.JournalofExperimentalBotany,2001，52(365》2265-2273;ZluvovaJ,JanousekB，VyskotB.ImmunohistochemicalstudyofDNAmethylationdynamicsduringplantdevelopment.JournalofExperimentalBotany,2001，52(365):2265-2273;朱之悌.毛白楊遺傳改良.中國林業(yè)出版社，2006)。Greenwood在研究火炬松階段轉(zhuǎn)變過程時發(fā)現(xiàn)，幼年階段的地徑生長量、高生長量、分枝能力、葉面積與成年階段存在差異(GreenwoodMS.Phasechangeinloblollypine:Shootdevelopmentasafiinctionofage.Physiol.Plant,1984，61:518-522)。蘇培璽等對胡楊基部萌條和冠部當(dāng)年生枝條葉片的光合生理指標(biāo)測定發(fā)現(xiàn)，冠部葉片的凈光合速率、蒸騰速率等均高于基部葉片(蘇培璽,張立新,杜明武,畢玉容，趙愛芬,劉新民.胡楊不同葉形光合特征水分利用效率及其對加富C02的響應(yīng).植物生態(tài)學(xué)報，2003，27(1):34-40)。Bon發(fā)現(xiàn)90年生北美紅杉基部萌條與冠部枝條存在蛋白質(zhì)含量的變化，有23個分子量為22-58KD的蛋白質(zhì)在基部枝條大量合成，而在冠部枝條中相對含量較低，但是沒有發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)組分差異(BonMC,RiccardiF，MonteuuisO.Influenceofphasechangewithina90-year-oldSegw由se附/erv/re"sonitsinvitroorganogeniccapacityandproteinpattems.Trees,1994,8:283-287)。Snowball在葡萄柚中發(fā)現(xiàn)了一種分子量為59.7KD的蛋白，它只存在于成熟組織中，可作為階段轉(zhuǎn)變的標(biāo)記(SnowballAM，ZemanAM，TchanYT，MullinsMQGoodwinPB.PhasechangeinC"ras:ImmunologicallyDetectableDifferencesbetweenJuvenileandMaturePlants.Aust.J.PlantPhysiol,1991,18,385-396)。Ballester(1999)發(fā)現(xiàn)板栗幼年期枝條中內(nèi)源IAA含量高于成年期枝條(BallesterA，San-joseMC，etal.Anatomicalandbiochemicaleventsduringv"rarootingofmicrocuttingsfromjuvenileandmaturephasesofchestnutAnnalsofBotany.1999,83:619-629)。Moncalean分析了桃不同發(fā)育區(qū)內(nèi)源IAA、ABA和玉米素含量，發(fā)現(xiàn)與幼年區(qū)相比，成年區(qū)ABA水平高、CK水平低、CKS/IAA比率低(MoncaleanP，driguezA，F(xiàn)ernandezB.PlantgrowthregulatorasputativephysiologicalmarkersofdevelopmentalstageinPrimuspersica.PlantGrowthRegulation，2001,00:1-3)。Andres在歐洲榛子中發(fā)現(xiàn)，異戊烯和ZT兩類CK在幼年組織中含量較成年組織中高，iP/ZT值可作為形態(tài)發(fā)生能力的指標(biāo)(TanimotoE.RegulationofRootGrowthbyPlantHormones_RolesforAuxinandGibberllin.CriticalReviewsinPlantSciences,2005,24(4):249-265)等。綜上所述，有關(guān)研究所采用的實驗材料多為不同年齡的樹木；大多研究受材料影響較大，不同株系以及同株系不同時期取樣，其結(jié)果不同等。其中，樹木階段保持是由分生組織細胞的有絲分裂引起的，這直接與生長素(IAA)、細胞分裂素水平(CK)等激素水平相關(guān)(GalochE.ComparisonofthecontentofgrowthregulatorsinjuvenileandadultplantsofWrc/z.ActaPhysiol.PlanU985,7:205-215)。但由于植物內(nèi)源激素含量甚微，加之不同基因型、不同取樣部位以及測試過程中的誤差等因素的影響，單純將內(nèi)源激素含量作為判別樹木階段發(fā)育的指標(biāo)并不現(xiàn)實。學(xué)術(shù)界更傾向于采用激素之間的比值來作為樹木階段轉(zhuǎn)變的標(biāo)記(01iveiraCM，BrowningG.Gibberellinstructure-activityeffectsonflowerinitiationinmaturetreesandonshootgrowthinmatureandjuvenile/Vw"wsav/ww.PlantGrowthRegulation,1993,13:55-63;Munne-BoschS,LaluezaP.Age-relatedchangesinoxidativestressmarkersandabscisicacidlevelsinadrought-tolerantshrub,C7s加c/ww'/grownunderMediterraneanfieldconditions.Planta,2006，225(4):1039-1049)，但目前研究僅僅停留于理論探討階段，而選用哪種激素的比值最為適宜，如何將激素比值應(yīng)用于樹木階段轉(zhuǎn)變的標(biāo)記等問題尚未明確，即尚未形成真正能用于指導(dǎo)生產(chǎn)的實用化技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種評判樹木或苗木無性繁殖材料的位置效應(yīng)和生產(chǎn)潛力的方法，該方法利用激素分析技術(shù)手段，通過對樹木或苗木無性繁殖材料及其參照系的生長素(IAA)/脫落酸(ABA)比值的對比分析，對樹木或苗木無性繁殖材料受位置效應(yīng)的影響程度進行量化判別，最終可以對林業(yè)生產(chǎn)中的有關(guān)樹木無性繁殖材料的來源和苗木質(zhì)量進行評價，例如對待檢測的苗木或用于扦插或嫁接的穗條是否屬于幼化材料，位置效應(yīng)影響程度如何，是來源于根萌采穗圃材料還是來源于大樹樹冠部位的材料等，其未來生產(chǎn)潛力的如何等作出評價。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種評判樹木或苗木無性繁殖材料位置效應(yīng)及其生產(chǎn)潛力的方法，包括以待鑒別材料的同樹種的幼化材料——根萌苗為參照系，采取待鑒定材料與參照系苗木頂端的成熟葉片，分別測定其IAA與ABA含量，并計算IAA/ABA比值；如果待鑒定材料的IAA/ABA比值小于或等于參照系的IAA/ABA比值，則該待鑒定材料受位置效應(yīng)影響程度低，其來源于幼化的根萌苗或采穗圃，未來生產(chǎn)潛力好；如果待鑒定材料的IAA/ABA比值高于參照系的IAA/ABA比值，說明待鑒定材料受位置效應(yīng)影響程度高，其來源于非幼化材料或大樹，未來生產(chǎn)潛力低。一種評判樹木或苗木無性繁殖材料位置效應(yīng)及其生產(chǎn)潛力的方法，包括以待鑒別材料的同樹種成年大樹樹冠部位材料為參照系，采取待鑒定材料苗木與參照系當(dāng)年生枝條頂端的成熟葉片，分別測定其IAA與ABA含量，并計算IAA/ABA比值；如果待鑒定材料的IAA/ABA比值高于或等于參照系的IAA/ABA比值，則待鑒定材料受位置效應(yīng)影響程度高，其來源于非幼化材料或大樹，未來生產(chǎn)潛力低；如果待鑒定材料的IAA/ABA比值低于參照系的IAA/ABA比值，則該待鑒定材料受位置效應(yīng)影響程度低，來源于幼化的根萌苗或釆穗圃，未來生產(chǎn)潛力好。上述方法中，在采取待鑒定材料和參照系苗木頂端的成熟葉片用以測定其IAA與ABA含量時，優(yōu)選的，采取待鑒定材料或參照系苗木頂端起第3-5片完全展開的成熟葉片用以測定其IAA與ABA含量。用IAA/ABA比值進行樹木階段變化鑒定時，單純的IAA/ABA比值是沒有"標(biāo)記"意義的，本發(fā)明采取了設(shè)置參照系的方式，使有關(guān)鑒定具有了實際意義。即通過設(shè)置的已知幼化或老化材料的參照系，將待測定材料與參照系的IAA/ABA值進行比較，通過與參照系IAA/ABA比值的相對差異對比，進而實現(xiàn)對樹木位置效應(yīng)相對差異的判別。本發(fā)明選用IAA/ABA比值作為評價指標(biāo)，通過設(shè)置參照系，解決待鑒定材料受位置效應(yīng)評價基準(zhǔn)問題，從而較為簡明地解決樹木無性繁殖材料位置效應(yīng)影響的鑒定與評價問題，滿足林業(yè)生產(chǎn)，尤其是大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化栽培中對苗木繁殖材料位置效應(yīng)鑒定和苗木質(zhì)量與生產(chǎn)潛力評價的需求。圖1三倍體毛白楊根萌苗及干部抽條與樹冠當(dāng)年生枝接苗葉片IAA/ABA含量比值；l-4分別為三倍體毛白楊B305的1、3、5、14年生林；5-7為B330的l、3、5年生林；8-9分別為B331的1、3年生林。圖2銀杏、白蠟、刺槐根頸萌條與樹冠當(dāng)年生枝條葉片IAA/ABA含量比值；1為銀杏；2為白蠟；3為刺槐。具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例來進一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點和特點將會隨著描述而更為清楚。但這些實施例僅是范例性的，并不對本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對本發(fā)明技術(shù)方案的細節(jié)和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。試驗例1試驗材料三倍體毛白楊[CPo;w/wsAT!Z>o〃ear"a)X/!cv.]B305、B330、B331，其中B305分別為1年生、3年生、5年生、14年生；B330分別為1年生、3年生、5年生；B331分別為l年生、3年生、5年生。試驗方法分別將挖取上述材料的根系直接插根育苗，同時取干部當(dāng)年抽條、冠部當(dāng)年生枝條用1年生大官楊為砧木嫁接后扦插育苗；扦插條件與管理條件相同，試驗設(shè)有3次重復(fù)，每個重復(fù)4株苗木；采取頂端起第3~5片完全展開的成熟葉片，按常規(guī)激素分析方法測定葉片IAA與ABA含量，并計算IAA/ABA比值。以待鑒別材料的同樹種的根萌苗作為幼化材料為參照系，采取頂端起第3~5片完全展開的成熟葉片，按常規(guī)激素分析方法測定葉片IAA與ABA含量，并計算IAA/ABA比值(說明在鑒定時選用根萌苗或樹冠部材料為參照系進行比較)；試驗結(jié)果(1)以待鑒別材料的同樹種的根萌苗作為幼化材料為參照系；來源于幼化的根萌苗或采穗圃的三倍體毛白楊的IAA與ABA比值均小于或等于參照系的IAA/ABA比值；相反，來源于非幼化材料(干部當(dāng)年抽條、冠部當(dāng)年生枝條等)或大樹的三倍體毛白楊的IAA與ABA比值高于參照系的IAA/ABA比值；(2)以三倍體毛白楊成年大樹樹冠部位材料為參照系；來源于非幼化材料(干部當(dāng)年抽條、冠部當(dāng)年生枝條等)或大樹的IAA/ABA比值高于或等于參照系的IAA/ABA比值；來源于幼化的根萌苗或采穗圃的IAA/ABA比值低于參照系的IAA/ABA比值(圖1)。試驗例2試驗材料為20~40年生的白蠟CFrax/"^c/z/"e";^Roxb.)、銀杏(G/"/tgoW/o6aL.)、刺槐(io6/m'apww^^dflL.)等，每個樹種3株。分別采取樹干基部當(dāng)年萌條以及樹冠部一年生枝條的頂端起第3~5片完全展開的成熟葉片，按常規(guī)激素分析方法測定葉片IAA與ABA含量，并計算IAA/ABA比值(說明在鑒定時選用根頸萌條或樹冠部材料為參照系進行比較)；試驗結(jié)果(1)以待鑒別材料的同樹種的根頸萌條作為幼化材料為參照系；來源于幼化的根萌苗或采穗圃的白蠟、銀杏、剌槐等的IAA與ABA比值均小于或等于參照系的IAA/ABA比值；相反，來源于非幼化材料或大樹的白蠟、銀杏、刺槐等的IAA與ABA比值高于參照系的IAA/ABA比值；(2)分別以白蠟、銀杏或刺槐的樹冠部材料為參照系；來源于樹冠部的白蠟、銀杏或刺槐的IAA/ABA比值高于或等于參照系的IAA/ABA比值；來源于幼化的根頸萌條的IAA/ABA比值低于參照系的IAA/ABA比值(圖2)。此外，從試驗例1和試驗例2的試驗結(jié)果可以看出，不論哪一個樹種或品種，不論是任何一個樹齡的任何類型繁殖材料來源的苗木，還是樹木不同部位當(dāng)年生枝條，其內(nèi)源植物激素IAA/ABA比值均表現(xiàn)出相同的規(guī)律性變化，即根部繁殖材料來源的苗木和樹干基部位當(dāng)年生萌條的IAA/ABA比值最高，樹干中部繁殖材料來源的苗木IAA/ABA比值其次，而冠部繁殖材料嫁接繁殖來源的苗木或冠部當(dāng)年生枝條的IAA/ABA比值最低。權(quán)利要求1.一種評判樹木或苗木無性繁殖材料位置效應(yīng)和生產(chǎn)潛力的方法，包括以待鑒別材料的同樹種的根萌苗作為幼化材料為參照系，采取待鑒定材料與參照系苗木頂端的成熟葉片，分別測定其IAA與ABA含量，并計算IAA/ABA比值；如果待鑒定材料的IAA/ABA比值小于或等于參照系的IAA/ABA比值，則該待鑒定材料受位置效應(yīng)影響程度低，其來源于幼化的根萌苗或采穗圃，未來生產(chǎn)潛力好；如果待鑒定材料的IAA/ABA比值高于參照系的IAA/ABA比值，說明待鑒定材料受位置效應(yīng)影響程度高，其來源于非幼化材料或大樹，未來生產(chǎn)潛力低。2、一種評判樹木或苗木無性繁殖材料位置效應(yīng)和生產(chǎn)潛力的方法，包括以待鑒別材料的同樹種成年大樹樹冠部位材料為參照系，采取待鑒定材料苗木與參照系當(dāng)年生枝條頂端的成熟葉片，分別測定其IAA與ABA含量，并計算IAA/ABA比值;如果待鑒定材料的IAA/ABA比值高于或等于參照系的IAA/ABA比值，則待鑒定材料受位置效應(yīng)影響程度高，其來源于非幼化材料或大樹，未來生產(chǎn)潛力低；如果待鑒定材料柳AA/ABA比值低于參照系的IAA/ABA比值，則該待鑒定材料受位置效應(yīng)影響程度低，取來源于幼化的根萌苗或采穗圃，未來生產(chǎn)潛力好。3、按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于采取待鑒定材料或參照系苗木頂端起第3-5片完全展開的成熟葉片用以測定其IAA與ABA含量。全文摘要本發(fā)明公開了一種評判樹木或苗木無性繁殖材料位置效應(yīng)和生產(chǎn)潛力的方法，屬于植物遺傳育種領(lǐng)域。本發(fā)明方法利用激素分析技術(shù)手段對樹木無性繁殖材料位置效應(yīng)進行量化判別，包括設(shè)置已知樹木幼化或老化材料為參照系，測定待測材料與參照系的IAA與ABA含量，并分別計算其IAA/ABA比值，根據(jù)待測材料與參照系的IAA/ABA比值的相對差異對比，解決待鑒定材料受位置效應(yīng)評價基準(zhǔn)問題，進而實現(xiàn)對樹木位置效應(yīng)相對差異的判別以及苗木質(zhì)量優(yōu)劣評價等，較為簡明地解決樹木無性繁殖材料位置效應(yīng)影響的鑒定與評價問題，可滿足林業(yè)生產(chǎn)，尤其是大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化栽培中對苗木繁殖材料來源鑒定和苗木質(zhì)量評價的需求。文檔編號A01G1/00GK101368941SQ200810118439公開日2009年2月18日申請日期2008年8月15日優(yōu)先權(quán)日2008年8月15日發(fā)明者康向陽,張平冬,君王,郭長花申請人:北京林業(yè)大學(xué)