北美引进泡泡树的研究进展

胡信坤, 吴丽娟, 贺俊东,2, 申世安,2

1.西南野生动植物资源保护教育部重点实验室，四川 南充 637009；

2.西华师范大学生态研究院，四川 南充 637009

泡泡树[Asimina triloba(L.) Dunal]为番荔枝科（Annonaceae）泡泡属（Asimina）植物，染色体数为16 条(核型公式：2n = 2x = 16 = 14 sm (2 SAT) +2 st)[1]。泡泡树是一种生长于北美洲的多年生落叶乔木，在北纬30°～45°范围内均有分布，是唯一适合温带地区种植的番荔枝科树种。泡泡树原产美国印第安纳州中部温带森林，在美国南部25 个州均有分布，范围大致从佛罗里达州北部往北到加拿大安大略湖，向西至内布拉斯加州东部[2]。

泡泡树为落叶阔叶小乔木，分布于高大乔木林下的次林层和灌木层中，常沿河流和小溪生长，喜排水良好、土层深厚肥沃的冲积河床地，对土壤要求不严，略喜微酸性土壤（最适pH 5.5～7）[3-5]。泡泡树树干笔直，树高约5～10 m；树冠呈塔型，冠幅约3.7～6.1 m；树叶呈倒卵圆形，披垂生长，叶色深绿，在秋季叶片呈金黄色，观赏价值较高，是公园和庭院绿化的优良树种[6]。泡泡树雌雄同花，成熟花朵由内、外两层栗色三裂轮生花瓣组成，并包含3 片萼片。通常其雌蕊较雄蕊先成熟，且自花授粉高度不育，需异花授粉结实[7]。在自然条件下，主要依靠虫媒传粉，这导致野生泡泡树的自然传粉率偏低，产量较低；而在栽培条件下，通过人工授粉能很好解决这个问题，可显著提高其产量。

泡泡树果实为椭圆形或圆柱形浆果，类似芒果。果长3～15 cm、宽3～10 cm，单果重约200～400 g，最大可达1 kg。果实单生或成簇丛生，类似香蕉。果实成熟后，果肉变软并散发一种混合了香蕉、芒果、菠萝的芳香气味，香气浓郁宜人。同时，果皮颜色由绿变黄并最终变为黑褐色，果皮不可食用；而果肉则由乳白色变为亮黄色再到浅橙色[8]。果实内有2 排黑褐色的扁平豆型种子(约10～14 粒)，长约1.3～3.8 cm。泡泡树种植5 年后便可开花结果，通常在5—6 月开花，花期6 周，在8 月中旬至10 月成熟，收获期长达数周[9]。果实在室温下可保存3～5 d，而在冷藏条件(0～5 ℃)下可保存25 d 以上[8]。泡泡果实营养丰富并兼具一定美容功效，可直接鲜食，亦可提取香料制作果冻和冰淇淋等食品[4]。此外，由于泡泡树幼枝、树叶和树干中均能提取到一种广泛存在于番荔枝科植物中的天然化合物番荔枝内酯，其为一种长链脂肪酸衍生物，结构中通常有一个末端α, β-不饱和γ-内酯环及1～2 个4 氢呋喃环，具有抗癌、杀虫、杀菌的生物学活性，也是一种良好的植物源杀虫剂[10-12]。

在我国，泡泡树没有自然分布。为丰富我国经济林树种类别和增加果树种类，2002 年国内科研单位首次从美国路易斯安那州立大学引进该树种，并于2007 年通过国家林业局“948”项目管理办公室专家组的验收[13]。目前，泡泡树的引种栽培已初步获得成功，但仍存在一些技术瓶颈问题，严重制约了其大规模推广应用。因此，本文将整理目前泡泡树在引种栽培、营养成分、繁殖技术、种植技术、遗传多样性等方面的研究现状，分析泡泡树研究中存在的问题并讨论对策，以期为泡泡树的后续研究及推广种植提供一定参考。

1 泡泡树的研究现状

1.1 引种栽培试验

泡泡树具有较高的潜在利用价值，然而其在我国自然界中没有分布。2002 年，河南省林科院首次从美国路易斯安那州立大学农业中心林野渔学院引入该树种的1 个实生苗和4 个泡泡树优良品种嫁接苗[13]。2003 年，中国林科院也从美国引入了泡泡树种子并在陕西省宝鸡市开展育苗工作，于次年春移栽到大田，并在2007 年开花结果，于8 月上旬陆续进入成熟期，引种获得初步成功[14]。2005 年，山东泰安引入了泡泡树的6 个实生苗和13 个品种嫁接苗，并通过播种繁殖获得大部分品种的半同胞家系，目前这些半同胞家系大部分已进入开花结实期[6]。2015 年，上海市园林科学规划研究院从美国引入21 个泡泡树品种，通过驯化筛选出5 个适合观赏的品种，目前已通过规模化扩繁获得近2 万余株种苗[6]。

1.2 营养成分分析

泡泡果富含多种氨基酸、维生素和矿质元素，营养十分丰富、均衡，并具有一定的美容功效。王新建[12]等表明泡泡果的能量、蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿质元素、氨基酸等的含量大多高于苹果、香蕉、橙子等传统水果种类，因而无论鲜食还是深加工，均可作为这些水果的理想替代品。朱延林[3]等对引种到河南省的5 个泡泡树品种的营养成分进行分析，得出它们引种到河南后的营养成分与在美国种植时的营养成分差异不大，其中维生素C 和矿质元素含量甚至比在美国种植时表现得更好，而其所含的人体必需氨基酸含量也显著高于苹果、香蕉、橙子，另指出它们中综合品质表现最好的品种是Seed seeding，其次是Taylor 和Sweet Alice。王念[4]等对以上5 个泡泡树品种的可溶性糖、矿质元素（如Zn、Cu、Fe、Mg、Ca）、维生素A 和C、氨基酸等营养成分含量再次进行测定，表明泡泡树果实营养成分丰富，并同样得出Seed seeding 的综合品质表现最佳。

1.3 繁殖技术

泡泡树的繁殖有利用种子进行有性繁殖和无性繁殖两种方式。种子繁殖前，先将果皮变软后的果实浸泡入水中漂出果肉取出种子，用10%～20%的硫代硫酸钠溶液对种子进行表面灭菌，并用蒸馏水冲洗干净，消除细菌和真菌污染，再将其密封保存于聚乙烯袋中并置于冷库保存，袋中可放适量湿润的泥炭苔藓，防止种子变干[8]。种子不能长期保存在低温干燥环境下，这会严重破坏休眠状态下的种子胚胎，降低种子的发芽率。如将种子置于室温下3 d，则发芽率将降至20%以下[2]。泡泡树的种子发芽出苗非常困难，需要在低温、潮湿环境下经过70～100 d低温沙藏处理才能打破种子休眠，其种子才能发芽。通常在4 月中旬左右对种子进行沙藏，到7、8 月时种子开始发芽。育苗时最好选择微酸性到中性的沙壤土，这种土壤透气较好，种子易于出苗[14]。在正常状态下，当实生苗长到182.88 cm 高时便开花结果，这个过程大概需要5～8 年。

泡泡树的实生苗通常生长缓慢，故对其进行规模繁殖主要依靠无性繁殖方式。同时，由于实生苗的父母本不清楚，通过种子繁殖方式形成的实生苗分化很大，果实大小不均，风味也存在差异，因此其果实品质得不到保障，这也决定了泡泡树需要采用无性繁殖方式进行繁殖。前人对泡泡树进行了组织培养研究，发现以不同成熟度的自根苗和实生苗枝条为外植体时，60%的实生苗的带节外植体能够萌芽，且外植体越成熟越难萌芽并容易褐化[15]；以3 年生泡泡树的枝条为外植体进行培养时，也能正常增殖并形成不定芽[16]；以幼叶和芽为外植体时，80%的材料能够萌芽，并成功建立泡泡树种的离体保存体系[17]。然而，尽管利用组培技术能够使外植体萌芽，但这些不定芽却难以成苗[9]。此外，前人表明其他无性繁殖技术，如根插、硬枝和嫩枝扦插等也难以获得成功[18]。目前，利用嫁接技术已成功实现对泡泡树的无性繁殖，嫁接方法包括劈接、皮接和芽接，其中芽接方法最好，选用大芽作接穗成功率更高，而花芽则不适合作接穗，同时芽接不能采用T 形芽接，因其繁殖成活率较低[2]。嫁接前需要选取直径达到铅笔粗细的苗木作砧木，并尽量保证砧木与接穗的直径相匹配，将芽接在砧木节间光滑的一边[12]。泡泡树在9 月份嫁接时成活率最高，最适时间为9 月中旬[8]。实生苗通常一年便可销售，而嫁接苗则需要两年才能出圃，且嫁接苗直接遗传母本的优良性状，能保障果实的质量，因此售价要比实生苗更贵。同时，嫁接苗种植3 年便能挂果，5～6 年便可达到盛果期，因此其挂果时间要比实生苗更早[2]。

1.4 种植技术

泡泡树春秋两季均可栽种，但春季种植比秋季种植更易存活，因为春季种植时泡泡树已经历了低温锻炼，能迅速打破休眠，进入生长状态。泡泡树喜肥沃微酸性土壤(pH 5.5～7.0)，且要求土壤的土层深厚、排水良好。种植后需要立即浇透水，且在幼树生长的头两年内要及时浇水，既要保证树苗得到足够的水分，又要避免根部内涝[12]。造林时，株行距一般采用2.5 m × 2.5 m[1]；也有研究认为株行距为2.0 m × 5.5 m，即每公顷种约900 株较为合适[9]。通过对泡泡树不同造林密度的早期丰产模式研究后，得出密度为2.0 m × 2.0 m、2.0 m× 2.2 m 和2.0 m ×2.4 m 时的单株产量较高，分别为14.74 kg/株、17.02 kg/株和17.29 kg/株[12,20]。泡泡树对肥料利用率较高，应结合土壤和植株的情况，按需及时施肥[9]。

由于泡泡树幼苗具有既不耐高温又不耐高强度光照的属性，因此必须对其一年生的实生苗进行遮荫保护，以防止被太阳灼伤[8]。研究表明，在50%的透光率下，泡泡树生长较快，株高和干径的增长也较快，其叶片中的总叶绿素含量和叶绿素a 含量最高，最适宜幼苗的生长；而在全光照处理下，幼苗的水分损失较多，不利于其生长[5]。当对泡泡树遮荫达到55%时，其生物量仍不会明显减少，但随着荫蔽度的增加其叶片和侧根数会随之减少，当遮荫达到80%～95%时，植株发育迟缓，生长明显受到抑制[19]。在温室内，通过设置光照强度不超过全光照强度的50%，并延长光周期，提高士温和施肥等措施，可促进实生苗的生长，其一季内便可长到1.5 m，即可进行移栽或嫁接[9]。

1.5 遗传多样性研究

泡泡树大部分种群为异花授粉结实，少数为自花授粉，这造成了泡泡树种群系谱的混乱，但这也丰富了其遗传多样性。目前，前人利用生化标记和分子标记对泡泡树的遗传多样性进行了大量研究，并取得一定进展。在泡泡树的生化标记研究方面，Huang 等[21]利用23 个同工酶对32 个泡泡树品种及优良选系的无性系进行遗传多样性分析，发现7 个同工酶具有多态性，并鉴定出9 个多态性位点。这9 个位点在32 个无性系之间可形成28 个多位点同工酶表型，可用于泡泡树品种的鉴定，并可专一性鉴定其中的24 个无性系。UPGMA 聚类分析也支持将32 个无性系分为7 个类群。随后，Huang 等[22]又利用同工酶标记研究了从9 个州收集来的泡泡树种质的遗传多样性和种群间地理差异，指出它们之间的等位酶多样性较高，并发现在9 个类群中，平均有4.8 个位点明显偏离了哈迪-温伯格平衡。总体而言，观察到的杂合性高于预期。遗传多样性分析显示，88.2%的种群仍保留在同一群体内。UPGMA 聚类分析除了将最南部乔治亚州和最西部伊利诺伊州的种群单独划出来外，同样支持将大部分种群划分到同一类群。PCA 主成分分析结果与聚类分析类似，除了将最北端纽约州的种群从主要类群中分离出来。

在泡泡树的分子标记研究方面，Rogstad 等[23]利用M13“指纹”探针研究了不同地理分布的泡泡树可变DNA 位点的遗传变异，指出不同地点泡泡树有不同的DNA 片段，且在不同地理范围内的两个个体具有相同DNA 片段模式的概率约为1/1 700。泡泡树在局部范围内的变异水平与较大地理分布范围内的变异水平有很大不同。种群内的变异范围从中度变异到无变异。同时，表明无性繁殖和近亲繁殖导致在一些泡泡树群体中缺乏遗传变异。Huang 等[24]利用RAPD 标记对PPFl-5 [Asimina triloba(L.) Dunal] ×RET（Asimina reticulateShuttlew）的种间杂交后代遗传多样性进行分析，发现12 个10 碱基探针共能扩增出20 个明显且易于识别的多态性条带，并指出所有条带均遗传自亲本PPFl-5，且其中19 条带符合1∶1 或1∶3 的分离比。利用这些探针对搜集自乔治亚、伊利诺斯、印第安纳、马里兰、纽约和西弗吉利亚六州的泡泡树野生种质的遗传多样性进行评估，得出种群内每个位点平均等位基因数A 为1.64，多态性位点百分率P 为64，期望杂合度He 为0.25，并指出种群间的多态性指数无显著差异。同时，得出种群间和种群内的平均遗传多样性分别为0.26[H(s)]和0.10 [D(st)]，分别占总遗传多样性的72%和28%。Nei's 遗传相似性和遗传距离分析显示种群间的平均遗传相似性较高，为0.86。UPGMA 聚类分析将6 个种群分为两组，一组由乔治亚、马里兰和纽约三州组成，另一组由伊利诺斯、印第安纳和西弗吉尼亚三州组成，而乔治亚和印第安纳又分别与各自所在组进一步分离。研究结果表明对泡泡树野生边缘种群的搜集有助于获取稀有的有地方特色的等位基因，有利于泡泡树的遗传改良。另外，Huang等[25]利用71 对RAPD 标记对34 个泡泡树品种和优良选系的遗传多样性进行调查，并评估遗传相似性，结果其中8 对引物产生的14 个多态性位点能专一性地鉴别34 个泡泡树品种。Nei's 遗传多样性分析表明，现有栽培泡泡树基因库的遗传多样性（He=0.28）与野生种群（He=0.25）的相似。UPGMA 聚类分析将34 个品种及选系分为两个类群，类群一为泡泡树基金会（PPF）的选系，类群二包含大部分现有的选育自野生品种及其衍生系的品种。研究结果为泡泡树的种质搜集、管理和育种亲本的选择提供了参考。Wang 等[26]对PPFl-5 [Asimina triloba(L.)Dunal] × RET（Asimina reticulateShuttlew）的种间杂交群体进行遗传连锁分析，共鉴定出6 个连锁群，覆盖基因组长度206 cM。利用134 个AFLPs 标记（37 个多态标记和97 个单态标记）分析了8 个野生种群和31 个品种及优良选系的遗传多样性，结果显示野生种群的多态位点百分率P 为28.1%，Nei's 遗传多样性指数He 为0.077，品种或优良选系遗传多样性与野生种的类似（He 为0.071）。当只用多态显性AFLPs 标记进行评估时，P 值和He 值分别为79%和0.245。此外，得出种群内遗传多样性占总遗传多样性的81.3%。同时，发现利用9 个多态显性位点即可鉴定出全部31 个品种或优良选系。研究结果表明，对遗传多样性评估起重要作用的是采样基因组区域的数量，而非标记数量。

除M13 探针、RAPD 和AFLPs 标记外，前人还利用ⅠSSR 和SSR 标记对泡泡树的遗传多样性进行分析。如，Pomper 等[27]利用英属哥伦比亚大学开发的微卫星标记引物#9 对1-7-1 × 2-54 互交的34 个后代及其亲本进行ⅠSSR 分析，其中7 对引物可得到11 个分离比为3∶1 或1∶1 的孟德尔标记，并经卡方检验予以证实。随后，利用其中10 个ⅠSSR 标记研究了19 个泡泡树品种的遗传多样性，结果显示多态性位点百分率P 为80%，Nei's 遗传多样性指数He 为0.358，显示它们具有中到高水平的遗传多样性。研究结果表明，在分析泡泡树遗传多样性时，ⅠSSR 标记比同工酶标记或RAPD 标记的遗传多样性检测能力更强，得到的遗传多样性水平也更高。随后，Pomper 等[28]使用两对ⅠSSR-PCR 标记引物对肯塔基州中部三个县的六个泡泡树原生地块的泡泡树叶片DNA 样品进行分析，共获得3 个多态性标记和6 个单态性标记，其中3 个原生地块的每个地块中没有显示任何多态性标记，表明它们是无性繁殖的。然而，另外3 个原生地块的每个地块中显示了多态性标记，表明它们不是无性繁殖的，并且在每个地块中至少包含两种基因型的泡泡树。该研究表明，需要采用更密集的采样策略来评估泡泡树原生地块或本地种群的遗传多样性。有祥亮等[29]从100 个ⅠSSR 引物中筛选出6 个多态性高、重复性好的引物，用于对48 个泡泡树样品做遗传多样性分析，结果获得1930 条多态性条带，多态性比率达82.6%。UPGMA 聚类分析显示所有材料的遗传相似系数介于0.59～0.99 之间，并在系数为0.91 处将13 个品种及其半胞家系和种源5、6 分别聚为不同类群。研究结果为泡泡树育种的亲本的选择及杂种鉴定提供了理论依据。Lowe 等[30]以泡泡树品种“Sunflower”为材料进行SSR 标记开发，共获得34 对SSR 标记引物。利用这些引物对5 个泡泡树品种（“Sunflower”、“ Mitchell”、“ Sweet Alice”、“ Overleese” 和“Prolific”）进行初步筛选后，发现4 对引物没有任何扩增产物，12 对引物是单态性的，18 对引物是多态性的。随后，通过对其他11 个品种进行筛选，得到大量多态性产物，这些多态产物将用于检测泡泡树品种间的遗传变异。Lu 等[31]采用SSR 标记对9 个泡泡树老品种与6 个PPF 释放的新品种以及9 个肯塔基州立大学的优良选系之间的遗传多样性进行研究，发现以GA 和CA 为基序的二核苷酸SSR 标记位点比以ATG 和AAT 为基序的三核苷酸SSR 标记位点的多态性更高，并表明与老品种相比PPF 品种和KSU 优良选系的遗传关系更紧密，而较老品种的遗传多样性(H = 0.69)最高，且较老的品种和PPF品种之间的遗传基础也似乎具有多样性。此外，发现KSU 优良选系中包含一些可增强现有泡泡树品种遗传基础的种质[32]。

2 问题与思考

泡泡树是北美洲的原生果树，在我国没有自然分布，我国科学家为丰富国家经济林栽培树种而引入了该树，并在湖北武汉、山东泰安、陕西宝鸡、上海崇明等地引种成功，目前均已经入盛果期。前人对其营养品质参数进行测定后，得出其营养十分丰富、均衡，并有一定美容效果[3,4]。泡泡树虽然具有较广阔的市场前景，但目前对其开发利用仍不够充分，其经济价值还未得到充分体现，尤其是在药用、园林应用和遗传育种方面的研究还非常欠缺，有必要在推进现有研究领域的同时开展新的研究方向，为充分挖掘泡泡树的潜在价值打下基础。

2.1 化学成分分析与药理学研究

前人研究表明，泡泡树的枝叶和树干中存在一种天然化合物番荔枝内酯，具有抗癌、杀虫、杀菌等生物学活性[10-12]，这也是泡泡树的病虫害相对较少的主要原因。目前，该天然产物已作为一种良好的植物源杀虫剂应用到实际生产中。然而，有关其抗癌活性的药理学研究方面却鲜有报道，也不清楚它是否还具有其他的一些药理作用或副作用。此外，前人表明在自然环境下，野鹿通常只吃掉在地上的泡泡树果实，而不吃树叶和嫩枝，且在冬天时母鹿经常用鹿角去摩擦树体，造成树体损伤[2]。这是否说明泡泡树枝叶中还含有其他化学成分，这些成分可以避免其被野鹿采食，同时它们可能对野鹿角上的某些寄生虫或病菌有一定防治作用。这些可能性都需要对泡泡树做更广泛深入的研究来予以确认。深入挖掘泡泡树的特殊药用价值，将对其大规模商业化种植产生巨大的推动作用。

2.2 园林应用价值研究

泡泡树是唯一适合温带种植的番荔枝科树种。泡泡树树形优美，枝繁叶茂，树干挺直，花色艳丽，叶色深绿，深秋时节叶片金黄，是庭院绿化的优良树种。目前，国外的一些林业爱好者和种植者已开始将其作为一种景观绿化树种种植。在我国，一些科研单位也尝试把泡泡树作为一种绿化植物进行驯化，如上海市园林科学规划研究院于2015 年从美国引入21 个泡泡树品种，并从中筛选出5 个适生观赏性品种进行大规模扩繁[6]。此外，在中国科学院武汉植物园观果园中也发现了几个观赏效果较好的泡泡树品种。泡泡树的花、果、叶均具有较高的观赏性，非常适合居家庭院和公园绿地的景观绿化配置。然而，目前对其绿化配置应用还较少，其主要受到以下几方面因素的限制。其一是泡泡树的种苗数量还较少，尽管研究者已对其进行了大规模扩繁，并已获得数万株的优良种苗，但这也远远不能满足市场对其的需求。另外，由于实生苗的生长周期太长，而嫁接苗当前的售价又偏高，这些因素都不利于其在绿化方面的应用。其二是泡泡树具有喜荫和耐水湿的特性，对光照敏感，全光照会导致幼苗的水分损失较多，甚至导致幼苗死亡，所以苗期阶段要求对其进行遮荫保护[8]。因此，不适宜将泡泡树暴露在全光照下。在做绿化应用时，可将其种植在高大乔木下或河道溪畔，形成复层乔木结构配置。其三是泡泡树的果实保鲜期较短，成熟后很快便会脱落并腐烂，会在一定程度影响其景观绿化价值，因此需要筛选或培育果实保鲜期较长的品种，或安排管护人员对其精心养护，及时清理掉落腐烂的果实。综上可知，泡泡树的潜在园林应用价值是非常高的，但限制其应用的因素也较多，因此还需要对其进行深入研究才能将其充分应用到城市园林绿化配置中去。

2.3 泡泡树的遗传育种研究

前人已对泡泡树种质资源的遗传多样性进行了大量研究，并取得了一定进展[23-32]。这些种质也为泡泡树的遗传改良奠定了基础。目前，泡泡树的新品种选育主要利用杂交和驯化等方法，但其育种周期长、品种较单一，且实生苗木生长缓慢。因此，研究者主要采用无性繁殖技术对泡泡树优良品种进行扩繁。然而，泡泡树的离体培养体系尚不完善，而利用嫁接技术繁殖苗木的繁殖系数也较低，这些都是阻碍泡泡树优良品种推广利用的因素。另外，泡泡果实成熟后会很快脱落，而熟透的果实会快速腐烂，且果实成熟期较短。这些因素都极易造成泡泡果实因集中上市而积压，严重影响其市场售价，同时其不易保存的缺点也会给种植者和经销商造成严重损失。此外，泡泡果实内有2 排黑褐色的大种子，不仅会影响顾客对其食用，也会影响其生产加工。因此，研究者需结合诸如诱变育种、倍性育种、分子设计育种、基因编辑育种等现代遗传育种技术，对泡泡树进行遗传改良，培育出无籽或少籽的品种，并延长其成熟期和保存期[9]。同时，还需开展广泛深入研究，克服其无性繁殖障碍，实现对泡泡树优良品种的规模化快速繁殖。

综上所述，目前国内外研究者已对泡泡树的遗传多样性进行了广泛研究，并收集了大量种质资源。国内一些科研单位也从国外引种栽培了许多泡泡树品种，并获得了成功。然而，目前对泡泡树的研究仍面临着许多问题，如泡泡树的栽培技术还有待进一步优化，其所含有效化学成分和药理学效应还有待深度研究，泡泡树品种也急需进行遗传改良和更新换代，其果实的储存保鲜技术也需要完善。另外，泡泡树的园林应用研究领域还几乎处于空白状态，急需加大科研投入，以便将其推广应用到城市绿化配制上去。在未来研究中，研究者可以考虑在这些问题上着手，努力寻找解决办法，并积极推动泡泡果行业的发展，让泡泡果在我国开出灿烂的花朵、结出丰硕的果实。