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高值木本油料植物蒜頭果的資源發(fā)掘與利用

2023-03-21 17:36:36熊旭東于安民劉愛忠
中國(guó)野生植物資源 2023年1期
關(guān)鍵詞:蒜頭基因組神經(jīng)

熊旭東,于安民,孫 蕊,李 萍,劉愛忠

(西南林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,云南 昆明 650224)

蒜頭果(Malania oleiferaChun et S.Lee,MOC)是我國(guó)特有的鐵青樹科蒜頭果單種屬喬木,一般10~15m高[1-2]。蒜頭果果實(shí)有豐富的可食用油脂,種仁中神經(jīng)酸含量高達(dá)67%[3-6]。神經(jīng)酸是治療神經(jīng)類疾病的重要物質(zhì),傳統(tǒng)從海洋動(dòng)物中獲取神經(jīng)酸含量有限且已被禁止。蒜頭果等富含神經(jīng)酸的植物已成為替代動(dòng)物源神經(jīng)酸的重要可持續(xù)性來源。然而目前蒜頭果種質(zhì)資源有限,野生蒜頭果僅在我國(guó)云南文山州的富寧縣和廣南縣以及廣西西部的石灰?guī)r地區(qū)有分布[7]。如何擴(kuò)大蒜頭果種植范圍及人工栽培蒜頭果是對(duì)其進(jìn)行開發(fā)利用首要解決的問題。該文章綜合蒜頭果資源現(xiàn)狀、基因組與遺傳多樣性研究、及人工繁殖、栽培、保護(hù)的研究進(jìn)展,提出目前存在的問題及展望。

1 蒜頭果的資源現(xiàn)狀與生物學(xué)特性

蒜頭果分布區(qū)域狹窄,僅分布于云南省富寧縣、廣南縣及廣西的樂業(yè)、巴馬、隆安、田林、凌云等海拔300~1 640 m區(qū)域,分布地域?yàn)槲覈?guó)典型的喀斯特地貌區(qū),且分布地植株稀少(多為單株或幾株不等)[8]。對(duì)于蒜頭果自然分布地域狹窄且集中在喀斯特地區(qū)原因,一般認(rèn)為土壤pH值(中性或微堿性)是限制蒜頭果自然分布的重要原因[9-10]。特別是蒜頭果屬于半寄生植物,在苗木生長(zhǎng)初期蒜頭果通過生成探針樣結(jié)構(gòu)侵入其他植物木質(zhì)部,形成大量薄壁組織,具有半寄生植物的特性[11-14];且蒜頭果對(duì)寄主植物有較大的依賴,在與吊蘭共生時(shí),其形成大量吸器的同時(shí)苗木生物量顯著提升[15]。

除了蒜頭果的生境條件及與共生植物互作因素外,蒜頭果本身的生長(zhǎng)習(xí)性也是限制其擴(kuò)大生長(zhǎng)繁殖的主要原因。蒜頭果主要依賴蟲媒進(jìn)行異花授粉,開花期(一般為4~5月)遇生長(zhǎng)繁殖地雨季會(huì)大大降低其傳粉效率[16];此外,蒜頭果一般5月上旬掛果,10月上旬陸續(xù)成熟,其長(zhǎng)結(jié)實(shí)期中互作生物和非生物因素也是限制其產(chǎn)量的重要原因[2]。縮短蒜頭果開花結(jié)實(shí)時(shí)間并輔以人工協(xié)助可適當(dāng)緩解蒜頭果因自身繁殖特性引發(fā)的產(chǎn)量損失。蒜頭果栽培繁育中另一個(gè)影響因素是其幼苗成活率,除半寄生特性的共生植物栽種外,使用適當(dāng)?shù)纳锱c化學(xué)制劑可以有效防治蒜頭果幼苗的葉斑病和膏藥?。?7]。除花期及生物病害問題外,蒜頭果生長(zhǎng)過程中的生殖特性也是限制其繁殖的主要原因。吳彥瓊等[18]發(fā)現(xiàn)蒜頭果花為兩性花,雖傳粉環(huán)節(jié)無障礙,但花粉活力低,低花粉萌發(fā)率導(dǎo)致其生殖障礙最終無法成果。除此之外,提升蒜頭果單果大小是提升其產(chǎn)量的有效手段,但目前蒜頭果中的研究發(fā)現(xiàn)通識(shí)的果核與果實(shí)大小的關(guān)聯(lián)在蒜頭果中并未呈現(xiàn)直接關(guān)聯(lián),對(duì)于蒜頭果果實(shí)大小調(diào)控機(jī)制還有待進(jìn)一步探索[19],人工重點(diǎn)培養(yǎng)的果皮薄、果核重的調(diào)控機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。蒜頭果生物學(xué)及生態(tài)學(xué)特性研究為選擇優(yōu)良種質(zhì)資源,實(shí)現(xiàn)蒜頭果產(chǎn)業(yè)良種化發(fā)展,縮短結(jié)實(shí)期,保證產(chǎn)量,提高栽培效益奠定了基礎(chǔ)。

蒜頭果種子富含油脂,其種仁含有高達(dá)51.85%~67.0%的油脂,其中脂肪酸含量占67%,以棕櫚酸、油酸、硬脂酸和神經(jīng)酸為主,神經(jīng)酸含量為62.5%[20],是目前已知的含神經(jīng)酸最高的植物[21-22]。對(duì)于不同生境地收獲的蒜頭果有效成分及含量的研究是蒜頭果推廣應(yīng)用及品種選育的基礎(chǔ)。Wang等[23]對(duì)采自廣南和阜寧的53棵蒜頭果成熟種子進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)單個(gè)樹木之間形態(tài)特征差異比在不同地理區(qū)域之間更為顯著,表明了蒜頭果的個(gè)體差異性;對(duì)蒜頭果種子油濃度及脂肪酸組成分析發(fā)現(xiàn),差異個(gè)體中主要組成成分是均為神經(jīng)酸(38.93%~47.24%)、十八碳烯酸(26.79%~32.08%)、二十二烯酸(10.94%~17.24%),但取自云南的蒜頭果中神經(jīng)酸含量(40.92%)低于廣西樂業(yè)(47.16%)和巴馬(46.55%)[24]。這些研究一方面表明了蒜頭果的個(gè)體差異性,同時(shí)可推測(cè)出神經(jīng)酸含量可能受氣溫影響,這對(duì)選擇優(yōu)良蒜頭果開展栽培及推廣提供了參考。

除神經(jīng)酸及脂肪酸外,蒜頭果含有豐富的營(yíng)養(yǎng)及有益人體健康的物質(zhì)。張磊等[25]測(cè)定了蒜頭果果仁中主要的7種金屬元素(Al、Ca、Fe、K、Mg、Mn、Zn)的含量,其中以K、Mg、Ca含量最高且高于光核桃種仁中的含量[26],可以推廣為營(yíng)養(yǎng)保健食品。2021年,蘇霽玲等[27]分析蒜頭果種仁的營(yíng)養(yǎng)成分,指出蒜頭果種仁中含6種飽和脂肪酸和13種不飽和脂肪酸,不飽和脂肪酸含量在96%以上,同時(shí)發(fā)現(xiàn)蒜頭果油粕中的氨基酸有17種,含量在0.08%~1.47%;其中人體必須氨基酸占氨基酸總量的41%,必需氨基酸與非必須氨基酸的比值高于世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織在1973年提出人體必須氨基酸含量40%和60%的理想蛋白質(zhì),研究還采用ICP-MS檢測(cè)方法證明蒜頭果油粕中含有22種礦物質(zhì)元素,為蒜頭果開發(fā)為高鉀低鈣的飼料或食品提供了理論支持,同時(shí)極大的發(fā)掘了蒜頭果的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

2 蒜頭果的基因組與遺傳多樣性研究

蒜頭果初期基因組研究主要基于DNA穩(wěn)定提取技術(shù)及RAPD類分子標(biāo)記對(duì)其基因組遺傳多樣性的宏觀研究[28]。2019年,Xu等[29]利用Pacific Biosciences測(cè)序平臺(tái)10×單分子實(shí)時(shí)測(cè)序技術(shù)進(jìn)行了蒜頭果測(cè)序,獲得了51 Gb和135 Gb的原始數(shù)據(jù),基于測(cè)序平臺(tái)的PacBio長(zhǎng)片段組裝后,確認(rèn)蒜頭果基因組大小為1.5 Gb(N50:4.65 Mb),分析發(fā)現(xiàn)其基因組包含約82%的重復(fù)率,預(yù)測(cè)蛋白編碼基因24 064個(gè),具有低雜合性。該研究首次組裝了蒜頭果的基因組,將為蒜頭果的功能基因組學(xué)、遺傳多樣性及物種進(jìn)化研究奠定基礎(chǔ)。除全基因組外,遺傳性細(xì)胞器的研究也為蒜頭果的遺傳多樣性研究奠定了基礎(chǔ)。Luo等[30]對(duì)蒜頭果線粒體基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)其基因組大小為527 575 bp,GC含量為45.65%,包括1個(gè)假基因、38個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因、32個(gè)tRNA基因、3個(gè)rRNA基因,對(duì)其進(jìn)行進(jìn)化樹構(gòu)建發(fā)現(xiàn)其與薔薇科及菊科植物分屬同一分支,這為蒜頭果的基因功能及物種進(jìn)化研究奠定了基礎(chǔ)。原曉龍等[31]以蒜頭果葉綠體基因組的高通量測(cè)序結(jié)果為基礎(chǔ),通過中性繪圖、ENC-plot及PR2-plot方法分析了葉綠體基因組密碼子偏好性并確立了最優(yōu)密碼子,為進(jìn)行蒜頭果的系統(tǒng)進(jìn)化、遺傳多樣性分析提供了參考?;谒忸^果基因組開展的功能基因探索也逐步開展。Yang等[32]探究了蒜頭果種子在四個(gè)發(fā)育時(shí)期的油脂含量變化,使用高通量測(cè)序技術(shù)進(jìn)行了四個(gè)時(shí)期的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序后,獲得了55 843個(gè)基因,其中22 833個(gè)基因在油脂快速累積時(shí)期的表達(dá)量表現(xiàn)出了較初期至少兩倍的增加,作者鑒定出與特殊油脂累積相關(guān)的基因198個(gè),神經(jīng)酸合成相關(guān)的核心基因(β-酮脂酰-CoA合酶、β-酮脂酰-CoA還原酶、β-羥脂酰-CoA脫氫酶和反式烯脂酰-CoA還原酶)也被鑒定和驗(yàn)證,神經(jīng)酸合成及油脂合成路徑的提出為蒜頭果的應(yīng)用及神經(jīng)酸合成生物工程研究奠定了基礎(chǔ)?;谒忸^果基因組數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)錄組中發(fā)現(xiàn)的油脂、神經(jīng)酸合成路徑,亞油酸合成關(guān)鍵酶、蒜頭果3-酮酯酰-CoA合酶等基因已經(jīng)被成功克隆并完成了信息及表達(dá)量分析,這為進(jìn)一步開展蒜頭果特殊脂肪酸及神經(jīng)酸體外合成及基因工程研究提供了參考[33-34]。

3 蒜頭果的人工繁殖研究進(jìn)展

蒜頭果具有重要的藥用價(jià)值及經(jīng)濟(jì)價(jià)值,其基因組及轉(zhuǎn)錄組的研究確認(rèn)其價(jià)值的同時(shí),為其開發(fā)利用提供了參考,但其開發(fā)利用首要解決的是繁殖問題。植物繁殖主要的方式是無性繁殖和有性繁殖,目前蒜頭果自然生長(zhǎng)繁殖主要是通過種子繁殖(有性繁殖)的方式來進(jìn)行,但其繁殖過程存在開花結(jié)實(shí)期長(zhǎng)、成活率低等問題。利用無性繁殖的方法可以縮減植物繁殖周期,蒜頭果的無性繁殖目前已經(jīng)在單細(xì)胞懸浮培養(yǎng)、組織培養(yǎng)、嫁接、扦插等方面開展。

3.1 種子育苗

早在1970年的廣西巴馬就有蒜頭果種子育苗實(shí)驗(yàn),且發(fā)芽率在80%以上。目前蒜頭果種子育苗的研究主要集中在不同處理方式、儲(chǔ)存方式等對(duì)蒜頭果育苗的影響方面。潘曉芳[35]對(duì)蒜頭果進(jìn)行了苗圃育苗和容器育苗,發(fā)現(xiàn)經(jīng)沙藏催芽后的蒜頭果種子發(fā)芽率可達(dá)到85%以上,而直播的發(fā)芽率卻只有4%,為后期蒜頭果種子儲(chǔ)存和提升萌發(fā)率提供了參考。對(duì)于蒜頭果為何存在不同處理方式的種子萌發(fā)力差異,丁俊峰等[36]通過蒜頭果果實(shí)不同部位甲醇提取物對(duì)白菜種子發(fā)芽進(jìn)行測(cè)試,證實(shí)了蒜頭果果皮、種皮、胚乳中含有多種抑制發(fā)芽的物質(zhì),進(jìn)一步詮釋了未儲(chǔ)藏及處理蒜頭果種子發(fā)苗率低的原因。除了蒜頭果種子的處理與儲(chǔ)存方式外,不同成熟度的種子也會(huì)影響蒜頭果萌發(fā)率,張國(guó)革等[37]發(fā)現(xiàn)不同成熟度的種子發(fā)芽率差異極顯著,可以優(yōu)先選擇在果實(shí)成熟未脫落前搜集種子,結(jié)合適當(dāng)?shù)奶幚砑按鎯?chǔ)方式提升蒜頭果種子萌發(fā)率。余慧嶸等[38]在皖南引種蒜頭果,指出對(duì)種子進(jìn)行沙藏、消毒、多菌靈處理后結(jié)合適當(dāng)?shù)拿缙诠芾砑夹g(shù)可使蒜頭果苗圃發(fā)芽率穩(wěn)定在65%左右,進(jìn)一步證明把握存儲(chǔ)及播種條件對(duì)蒜頭果種子育苗至關(guān)重要。

在種子育苗方面很多研究都獲得了較高的發(fā)芽率,同時(shí)在種子育苗時(shí)的貯藏方式、種子消毒、催芽、土壤類型等方面也獲得了大量可參考數(shù)據(jù)[39]。種子育苗是目前蒜頭果培育最佳且應(yīng)用最廣泛的一種繁殖方式。云南林業(yè)科學(xué)院油茶研究所開展了多次蒜頭果種子育苗嘗試,收集當(dāng)年成熟未落的蒜頭果種子,采用沙藏催芽,控制沙子的濕度和大棚溫度以及遮蔭度,得到的蒜頭果發(fā)芽率為92%,于次年4月份移栽種植后成活率達(dá)到90%以上[40]。但從育苗時(shí)間及植物生長(zhǎng)速率方面,種子育苗方式需求時(shí)間長(zhǎng)、生長(zhǎng)周期長(zhǎng),利用無性繁殖開展蒜頭果育種成為快繁育種的趨勢(shì)。

3.2 嫁接

嫁接是傳統(tǒng)無性繁殖技術(shù),能保證植物的優(yōu)良特性不會(huì)改變,且快速進(jìn)入結(jié)果期,提高植物的抗逆性和產(chǎn)量[41]。嫁接在果蔬、藥用植物、觀賞植物等很多植物中都有應(yīng)用[42-43]。在種質(zhì)資源稀少的情況下,采用嫁接育苗能更快擴(kuò)大蒜頭果的植株數(shù)量,提升蒜頭果的品質(zhì)。1998年,潘曉芳[35]用蒜頭果實(shí)生苗切接法嫁接,將露出的切口和接穗用地膜封口,得到的蒜頭果嫁接苗成活率達(dá)90%,首次證明了嫁接的可行性。卯吉華等[44]對(duì)蒜頭果嫁接時(shí)間、方法、部位、高度和包扎方式等九個(gè)因素進(jìn)行了芽苗砧嫁接實(shí)驗(yàn),獲得的蒜頭果嫁接存活率在90%以上并確定了最佳嫁接條件(半木質(zhì)化的接穗留半葉,用嫁接膜包扎并對(duì)頂部切口封口,在芽砧5~6 cm處嫁接),使嫁接方式開展蒜頭果的培育及優(yōu)良性狀研究更具穩(wěn)定性。但嫁接繁殖方式需要有足夠數(shù)量的砧木和穗木,蒜頭果繁殖主要存在的問題是種質(zhì)資源不足,生長(zhǎng)繁殖周期長(zhǎng),更多的無性繁殖方式有待探索。

3.3 扦插育苗

扦插也是較傳統(tǒng)的一種無性繁殖技術(shù),具有成本低、操作簡(jiǎn)單、易產(chǎn)業(yè)化和易推廣的特點(diǎn),被廣泛運(yùn)用于各類植物的生產(chǎn)實(shí)踐中[45]。扦插可以在一棵植株上找到若干枝條,保證植株在短時(shí)間內(nèi)獲得大量繁殖體。在蒜頭果培育中,耿云芬等在蒜頭果扦插繁殖專利中對(duì)蒜頭果插穗類型、基質(zhì)篩選、培養(yǎng)光照、溫度、水分等做了測(cè)試,雖其生根率和成活率較低,但扦插苗的獲得突破了蒜頭果扦插繁殖的技術(shù)難題,突破了蒜頭果無性繁殖的又一瓶頸[46]。2002年,吳彥瓊的碩士論文中也提及了蒜頭果的扦插技術(shù),指出可使用上一年生已木質(zhì)化枝條或者當(dāng)年生半木質(zhì)化枝條適當(dāng)裁剪后用不同激素處理輔助苗床管理可促使愈傷組織形成,但不定根分化受限,對(duì)蒜頭果根原基發(fā)育技術(shù)有待進(jìn)一步研究[47-48]。目前關(guān)于蒜頭果扦插的報(bào)道極少,扦插的可行性及提升扦插成活率的技術(shù)研究還需要不斷突破。此外,除了傳統(tǒng)的無性繁殖(嫁接、扦插等)方式,很多新興的無性繁殖手段也在蒜頭果中開展。

3.4 蒜頭果單細(xì)胞懸浮培養(yǎng)研究進(jìn)展

2004年,賴家業(yè)等[49]采用蒜頭果新鮮種子胚乳在不同濃度激素的培養(yǎng)基上成功誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織,同時(shí)發(fā)現(xiàn)6-芐氨基嘌呤(6-BA)與二氯苯氧乙酸(2,4-D)比值降低有利于蒜頭果懸浮培養(yǎng)細(xì)胞的生長(zhǎng),得出MS+0.2 mg/L 6-BA+2.5 mg/L 2,4-D+3%蔗糖的最佳誘導(dǎo)蒜頭果愈傷組織形成的培養(yǎng)基。2005年,蘭?。?0]設(shè)計(jì)了不同轉(zhuǎn)速及培養(yǎng)基的對(duì)比實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)100 r/min轉(zhuǎn)速最適合蒜頭果細(xì)胞懸浮培養(yǎng),同時(shí)指出蒜頭果懸浮培養(yǎng)中懸浮物的生長(zhǎng)量和懸浮液的pH值呈負(fù)相關(guān),提高了懸浮細(xì)胞培養(yǎng)成功率。2007年,蘇樹權(quán)[51]綜合考慮pH值、蔗糖、轉(zhuǎn)速、接種量等因素得出蒜頭果愈傷組織懸浮培養(yǎng)的最佳條件:MS基本培養(yǎng)基,加入40g/L蔗糖,pH值6.0,按照6 g/200 mL的接種量接種,搖床轉(zhuǎn)速110 r/min。同年,尹承穎[52]提出在28℃溫度條件下進(jìn)行愈傷組織懸浮培養(yǎng)可以進(jìn)一步提高懸浮細(xì)胞培養(yǎng)成功率。隨著細(xì)胞懸浮培養(yǎng)研究的開展,蒜頭果的組培技術(shù)正在逐步完善,但懸浮細(xì)胞誘導(dǎo)分化成植株的研究尚無突破,這一問題限制了懸浮細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用,利用其他無性繁殖方式培養(yǎng)蒜頭果的研究逐漸增多。

3.5 蒜頭果組織培養(yǎng)技術(shù)研究

蘭?。?0]通過蒜頭果離體胚和帶胚乳的胚為無菌誘導(dǎo)材料進(jìn)行培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)帶適量胚乳的胚有助于無菌苗正常生長(zhǎng),同時(shí)成功獲得了蒜頭果無菌苗,證明了蒜頭果組織培養(yǎng)的可行性。后期研究者對(duì)組織培養(yǎng)基及體系進(jìn)行了不斷的優(yōu)化,賴家業(yè)[53]研究發(fā)現(xiàn)高濃度的2,4-D與低濃度的6-BA在胚乳愈傷組織誘導(dǎo)時(shí)具有協(xié)同作用,同時(shí)提出蒜頭果無菌芽苗繼代增殖最佳培養(yǎng)基組合為:MS+1.0 mg/L 6-BA+0.2 mg/L NAA。尹承穎[52]利用種胚開展蒜頭果無菌苗誘導(dǎo),發(fā)現(xiàn)以種胚為原材料時(shí)IBA、6-BA、KT對(duì)蒜頭果無菌苗出苗率無顯著影響,獲得蒜頭果種胚無菌苗最佳組合培養(yǎng)基MS+0.2 mg/L NAA;同時(shí)發(fā)現(xiàn)蒜頭果種胚無菌苗各部位(無頂芽莖段、帶子葉腋芽莖段及下胚軸)都能直接誘導(dǎo)出芽;對(duì)誘導(dǎo)獲得的無菌苗進(jìn)行移栽實(shí)驗(yàn)確定移栽基質(zhì)為河沙時(shí)存活率可達(dá)到80%,進(jìn)一步驗(yàn)證了利用組織培養(yǎng)方式獲得無菌苗的可行性。

對(duì)于蒜頭果的無菌苗培養(yǎng),蘇樹權(quán)[51]進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),蒜頭果種胚無菌苗愈傷組織,繼代分化2~3代后生長(zhǎng)停滯死亡,說明蒜頭果組織培養(yǎng)體系尚不穩(wěn)定。而褐化是植物無性繁殖的主要限制之一[54],解決蒜頭果外植體褐化問題,有助于蒜頭果無性繁殖的穩(wěn)定開展。2018年,陶俊鋒等[55]以不同消毒方式、外植體、抗氧化劑和培養(yǎng)基設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)確定外植體的類型是影響蒜頭果褐化的主要因素,采用當(dāng)年生半木質(zhì)化外植體可以極大的減少褐化情況出現(xiàn)。2021年,王瓊等[56]也做了相似的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)使用氯化汞和次氯酸鈉混合液消毒,采用含PVP的1/2 WPM培養(yǎng)基培養(yǎng),可以將蒜頭果的褐化率控制到最低。褐化問題的解決將進(jìn)一步增加蒜頭果組織培養(yǎng)獲得無菌苗的成功率及穩(wěn)定性。

4 蒜頭果的人工栽培與保護(hù)

4.1 蒜頭果的人工栽培

蒜頭果在實(shí)驗(yàn)階段種子萌芽率高、培育存活率高,利用無性繁殖方式也能獲得較高成活率的無菌材料,但是在移栽及實(shí)地栽培中蒜頭果存活率較低。早在1981年,劉釗權(quán)[2]對(duì)野生蒜頭果的生境、生長(zhǎng)習(xí)性、栽培技術(shù)等做了調(diào)查,認(rèn)為蒜頭果幼苗具有喜陰特性,造林應(yīng)選擇陰濕灌叢的石灰?guī)r山地或砂巖、頁(yè)巖發(fā)育起來的山地黃壤,采用直播和植樹方法進(jìn)行,指出了蒜頭果人工栽培中的注意事項(xiàng)。之后,劉釗權(quán)[57]在廣南縣進(jìn)行了栽培測(cè)試,獲得了成功成活植株,雖成活率較低,但證明了蒜頭果石山栽培的可行性。肖來云等[58]多次將蒜頭果引種到氣候相似的地區(qū),尚未獲得成功,一方面可能是未考慮蒜頭果的生境依賴特性,另一方面蒜頭果本身成活率也值得探究。2001年,陳強(qiáng)等[59]在云南中南巖溶山區(qū)用種子繁育營(yíng)養(yǎng)袋育苗栽培,但因霜凍問題未獲得成活植株。呂仕洪等[60]在廣西田林巖溶山區(qū)用沙藏催芽后的蒜頭果栽培,發(fā)芽率為35%左右,袋裝苗定植兩年后的幼苗長(zhǎng)勢(shì)良好,為蒜頭果人工栽培提供了參考。2016年,呂仕洪[61]等在廣西西南巖溶山區(qū)的裸地、草叢、灌叢、疏林四種林地類型上進(jìn)行蒜頭果直播培育,發(fā)芽率為35%~53%,定植一年后幼苗存活率在80%以上,兩年存活率在50%以上,其中以灌叢和疏林最高裸地存活率最低。蒜頭果栽培存活率低,且隨生長(zhǎng)年限存活率降低,可能與以上研究未考慮蒜頭果的根半寄生特性有關(guān),可在后期研究中考慮進(jìn)行共生植物的栽種。就目前報(bào)道來看,蒜頭果的引種還存在一定的難度,其成功率有待提高,除蒜頭果本身幼苗成活率外,生境依賴性及其半寄生特性都應(yīng)加入蒜頭果人工栽培的考慮因素當(dāng)中。

4.2 蒜頭果種質(zhì)資源的保護(hù)

蒜頭果是高度優(yōu)先保護(hù)的極小種群物種,現(xiàn)存野生植株稀少,被列為國(guó)家二級(jí)保護(hù)植物[62]。目前研究報(bào)道中導(dǎo)致蒜頭果瀕危的主要原因總結(jié)如下:(1)蒜頭果的半寄生特性:蒜頭果種仁中的養(yǎng)分能滿足幼苗生長(zhǎng)期的需要,隨著樹齡增長(zhǎng)自身提供養(yǎng)分不能滿足生長(zhǎng)需要,需要通過根部吸器從周邊植物汲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以滿足自身生長(zhǎng)需要,但由于對(duì)造林地植被的清理及與其他植株的競(jìng)爭(zhēng),部分蒜頭果無法獲取足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),從而逐漸凋零;(2)花粉活性低且缺乏專性的傳粉者[16]:蒜頭果花粉活性低,導(dǎo)致了其較低的得果率,專性傳粉者的缺乏致使傳粉不成功,導(dǎo)致大量落花落果;(3)近親繁殖:野生蒜頭果植株多以單株或幾株孤懸野外,近親繁殖導(dǎo)致其后代的衰退[63],自交產(chǎn)生大量的純合體后代,使植株在到達(dá)生殖年齡前死亡,出現(xiàn)近交衰退現(xiàn)象[64];(4)野生蒜頭果幼苗成活率低:由于蒜頭果幼苗喜陰濕環(huán)境,長(zhǎng)大后亦喜陰,這一特性使其在滇東南和桂西北巖溶地區(qū)的幼苗易因暴曬死亡;(5)發(fā)芽率低:蒜頭果種皮中有抑制種子萌芽和苗木生長(zhǎng)的化學(xué)物質(zhì),導(dǎo)致幼苗發(fā)芽率極低,子葉柄和子葉片無法斷離導(dǎo)致的幼苗的死亡,自然生長(zhǎng)及更新困難,是蒜頭果種質(zhì)資源匱乏的主要原因之一[6]?;谒忸^果的現(xiàn)狀,該文章總結(jié)提升蒜頭果成活率及保護(hù)的應(yīng)對(duì)策略:(1)引入蒜頭果寄生偏好性植物,保證其正常養(yǎng)分需求;(2)開展蒜頭果花粉長(zhǎng)期離體保存,為雜交育種做好前期準(zhǔn)備;(3)開展蒜頭果雜交育種研究,目前僅賴家業(yè)等[16]在巴馬縣對(duì)蒜頭果進(jìn)行過雜交育種實(shí)驗(yàn),已證實(shí)蒜頭果具有自交親和性,并確定了其雜交可育的傳粉模式,可利用雜交進(jìn)行蒜頭果育種嘗試;(4)利用已報(bào)道的無性繁殖成功的方法開展蒜頭果無性繁殖實(shí)驗(yàn),把理論試驗(yàn)階段延伸到推廣應(yīng)用階段。

5 展望

神經(jīng)酸在藥品和保健領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用空間,可用于治療和預(yù)防神經(jīng)疾病和類似病癥,如腎上腺腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良、腦肝腎綜合征、老年癡呆癥等[65-67];然而從海洋動(dòng)物中獲取的神經(jīng)酸有限,已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)需要;同時(shí)倫理道德及法律層面動(dòng)物提取神經(jīng)酸的方式已被禁止。神經(jīng)酸急需尋求植物類的可持續(xù)來源。高神經(jīng)酸蒜頭果為神經(jīng)酸提供了可觀的植物源來源。隨著蒜頭果價(jià)值的發(fā)現(xiàn),越來越多的人開始投入到這個(gè)被長(zhǎng)期被忽視的高價(jià)值樹種的研究當(dāng)中。與此同時(shí),各地方政府也發(fā)現(xiàn)蒜頭果的創(chuàng)收效果;投資者們也利用這個(gè)高神經(jīng)酸含量的種子開發(fā)了一系列保健品,如:神經(jīng)酸凝膠糖果、神經(jīng)酸壓力糖果等均已獲批上市。開展政府引導(dǎo),民間自發(fā)保護(hù),科研機(jī)構(gòu)研究及企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)等完整保護(hù)鏈及產(chǎn)業(yè)鏈可以促進(jìn)蒜頭果的種、產(chǎn)、研、用的一體化發(fā)展。這一產(chǎn)業(yè)鏈的形成,不僅可以解決蒜頭果瀕危問題還能實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興及促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。蒜頭果的價(jià)值開發(fā)已經(jīng)使其完成從食用油到保健藥品及醫(yī)藥產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變,但目前供給不足、收益周期長(zhǎng)等瓶頸仍需要不斷突破。

結(jié)合現(xiàn)有研究進(jìn)展,目前蒜頭果分布地域有限,人工栽培困難等問題,可以結(jié)合其半寄生特性及生境依賴性特點(diǎn)改善其栽培模式及栽培環(huán)境,提升蒜頭果栽培存活率。蒜頭果8年左右的開花結(jié)實(shí)期限制了其大規(guī)模利用,開展蒜頭果無性繁殖及快繁技術(shù)研究,可以保證蒜頭果苗木的供給,對(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)蒜頭果產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?;N植,縮短開花結(jié)實(shí)期,提高經(jīng)濟(jì)效益有極大裨益。解決蒜頭果繁殖、栽培的問題后,未來蒜頭果種植可以向矮化育種等方向發(fā)展,便于密植、采收的同時(shí)進(jìn)一步提升土地資源利用率及蒜頭果產(chǎn)量?;蚪M與遺傳多樣性的研究對(duì)于我們了解蒜頭果并開展遺傳改良等奠定了基礎(chǔ),結(jié)合基因組及神經(jīng)酸合成路徑進(jìn)行育種是培育優(yōu)良種質(zhì)的可行方式,同時(shí)也可以在今后蒜頭果遺傳改良甚至神經(jīng)酸植物工廠研究中得以應(yīng)用。對(duì)與蒜頭果的研究還有很多未知之處,蒜頭果的價(jià)值也還需要更多的探索,比如在蒜頭果中發(fā)現(xiàn)具有非常大毒性的植物蛋白Malanin有何作用等仍有待更多更深入的研究。

總之,蒜頭果具有藥用價(jià)值,同時(shí)也是良好的山地綠化植物,將蒜頭果應(yīng)用于植樹造林、美化環(huán)境,符合“綠水青山,就是金山銀山”理念,在獲得其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)也為我們的子孫后代留下一片綠蔭。

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