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试管克隆拯救“植物熊猫”——桫椤

2006-12-31 09:05 记者 句容植物基因库/江苏农林职业技术学院 阅读 0
核心摘要: 江苏省句容市建立植物基因库,成功引种濒危植物桫椤。桫椤是与恐龙同时代的植物,被誉为“植物大熊猫”。文章详细介绍了桫椤的形态特征、生长习性、濒危原因以及试管克隆保护策略。桫椤孢子寿命短、萌芽条件苛刻、萌发耗时过长,且缺乏完善根系,难以适应环境变化。基因库通过模拟热带雨林环境移栽桫椤,并采用组织培养技术进行克隆,目前桫椤克隆仍在研发阶段。

继人类和动物基因库之后,江苏省句容市近日建立了一个植物基因库,目前已成功引种多种濒危植物,其中最具代表性的是桫椤。桫椤(Alsophila spinulosa)是与恐龙同时代的植物,在1.8亿年前的侏罗纪时期曾广泛分布;白垩纪末期恐龙灭绝,但桫椤幸存至今,被誉为“植物活化石”和“植物界的大熊猫”。

句容植物基因库位于江苏农林职业技术学院的农场内。在一位老师的陪同下,记者推开一扇玻璃门,门外是萧瑟的冬景,门内却呈现一派热带雨林风光。大玻璃房顶部覆盖着黑色遮阳网,即使室外阳光普照,室内也保持阴暗潮湿;圆形屋顶上盘绕着一根水管,定期喷洒水雾。室内安装了多个温度计和安全的加热装置,几乎完全模拟了热带雨林的气候条件。两株约3米高的桫椤静静伫立在一角。与一般植物光滑的茎干不同,桫椤的茎上密布褐色须根,使树干凹凸不平;手指轻拉即可扯下数节须根,这些根中间大部分是空的,实心部分很薄且脆弱,轻轻一捻即碎。远看桫椤树干,仿佛老人皮肤上的皱纹,层层叠叠,充满生命厚度的沧桑树干上顶着巨大的树冠,宛如两位眺望远方的老人。

基因库负责人俞禄生介绍,桫椤树茎高而直,一般能长到6-8米,但每年仅生长2-3厘米。其顶端着生大型羽状分裂叶片,形如巨伞,常年郁郁葱葱,是蕨类植物之王。桫椤的根主要分布在地上而非地下,这是因为其对水分要求极高,细小的根密布在茎干上,能最大限度地吸收热带雨林中的水分。然而,这也导致其缺乏密实的地下根系,加之树干空心,数米高的桫椤仿佛一根木棍直竖在地,若无其他高大树木支撑,大风可能将其吹倒。因此,自然界的桫椤通常与其他树木共生,依靠后者发达的根系护佑其安全。

桫椤濒危的原因:首先,桫椤孢子寿命极短,若散落在不适宜条件下,仅能存活7-8天。其次,萌芽条件苛刻:需要充足水分、24-28小时黑暗环境,且由于孢子为单细胞结构,缺乏子叶和胚乳等营养器官,外界必须提供一定营养成分。第三,萌发耗时过长:从萌发到形成幼孢子体常需1年以上,期间湿度、温度波动均可能导致死亡或延迟发育。第四,孢子萌发后形成的细长心形原叶体易被蜗牛等小动物取食,或被兔、野牛等大型动物践踏,或因干旱而死。第五,桫椤为木本植物,生殖周期长,生殖过程在离体情况下进行,成熟原叶体借助假根从土壤和湿润空气中吸收营养和水分,并通过光合作用制造营养,其发育完全受环境控制,不利于生存。最后,桫椤没有完善的根系,茎干下部的不定根虽能固定植株和吸收水分矿物质,但难以适应变化较大的生境。

试管克隆保护策略:俞禄生曾多次赴云南、广西的原始森林考察桫椤,发现其多生长在海拔2000-3000米、靠近水源、坡度30-40度的坡地,要求空气湿度90%以下、温度16-24℃、荫蔽度90%以上、有间断活动光斑、土表枯枝落叶层厚0.5厘米、土壤肥沃且含水量30.9%、pH 5.1-5.4。为研究和保护,江苏农林职业技术学院移栽了两株桫椤。实验表明,影响幼苗成活的关键因素并非土壤pH,而是荫蔽度、空气湿度和土壤含水量;满足90%以上荫蔽度、较高空气湿度和土壤含水量且排水良好时,移栽成活可能性很大。此外,俞禄生等人正采用试管培养技术(即植物组织培养)进行克隆:从植株上采集叶片或根系等外植体,置于含基质的无菌培养皿中,不同时期投放不同基质以诱导特定部位生长。例如,需要生根时,将克隆对象转移至诱导生根的基质中;基质为透明胶状物,每次转移时用镊子拨开缺口插入植株,胶状基质起固定作用。目前,该基因库已成功克隆数种珍稀植物,但桫椤的克隆工作仍在研发阶段。

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