植物組培微枝試管外生根技術及應用

2020-06-21 15:37:21王愛芝王清君劉運偉李長海沈海龍

安徽農業科學 2020年11期

王愛芝　王清君　劉運偉　李長海　沈海龍

摘要介紹了植物組培微枝試管外生根技術的概念，生根環節及技術要求、影響因素、試管外生根的優勢及國內外應用情況，為植物試管外生根技術的應用及推廣提供參考。

關鍵詞組織培養;微枝;試管外生根

中圖分類號 S722.3+7文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）11-0011-04

Abstract In this paper，exvitro rooting technology of microcuttings and some related factors were introduced，which included the concept，the processes and the technical requirements，the influencing factors，the advantages，and the application of this technology. The paper will provide references for the application and promotion of plant exvitro rooting technology.

Key words Tissue culture;Microcuttings;Exvitro rooting

隨著國內外植物離體快速繁殖研究的飛速發展，組培技術已經成為商業化育苗的重要手段，得到了廣泛應用，其過程主要包括：誘導莖芽（shoots或microcuttings）發生、增殖增壯、誘導生根、馴化移栽和成苗培育。這一過程中，每個環節的成敗都將決定能否實現產業化微繁。但是，其中的生根誘導和馴化培育是育苗程序中的關鍵技術環節，它將關系到離體快繁生產苗木的成活率、根系發育、苗木發育和健壯程度、無性系增益，以及苗木培育成本等諸多問題。因此，如何提高組培微枝生根和移栽成活率就成為工廠化育苗生產中的重中之重。

在組培體系建立過程中，存在部分植物試管內生根困難、根系發育不好、移栽成活率低等問題，同時為了縮短育苗生產周期、降低培養成本，在原有生根和馴化程序的基礎上進行了改進。1988年英國格拉斯哥植物園秋海棠中心通過對秋海棠葉進行離體繁殖，成功建立了試管外生根技術——體外生根和馴化一步完成的先例，自此組培微枝生根誘導的途徑可以主要分為試管內生根和試管外生根兩種。隨著植物組織培養技術在苗木繁殖中迅速發展，試管外生根技術作為一項先進的生根誘導技術也被廣泛應用于商業化組織培養的生產實踐中[1]。

1 組培微枝試管外生根技術

試管外生根技術是將組培莖芽的生根誘導同馴化培養兩個過程合二為一，直接將莖芽扦插到試管外有菌環境中，在誘導生根的同時進行馴化培養。經過此過程誘導所產生的根均為不定根。

依據不定根發生原理，試管外生根技術是人為地調控溫度、濕度、光照等環境因子，誘導并促進組培莖芽產生不定根，在移栽基質中不斷長出新根，吸收營養，進而供整個植株生長、發育，直到長成一棵正常健壯的植株。

微枝試管外生根的方法很多，有基質培養、水培養、氣霧培養和濾紙橋法等。其中，基質培養法是試管外生根的主要培養方法，應用最廣，其他方法應用較少[2-7]。以基質培養方法為基礎的木本植物組培莖芽試管外生根技術，主要包括5個環節，各環節技術要求如下：

①莖芽增壯和移栽前的預處理技術。包括試管內莖芽穩定化保存、擴繁、增壯以及試管外生根前的處理和馴化等技術。該階段一般將莖芽先用50～200 μg/mL的IBA溶液快速浸蘸，或在含生長素的瓊脂培養基或液體培養基上處理微枝5～10 d后，或不經任何處理，直接扦插到生根基質上誘導生根。扦插時注意保持微枝的水分平衡，不斷用蒸餾水噴灑微枝。②莖芽試管外生根基質的調控技術。包括生根基質的組成調控、pH調控、濕度控制、污染控制等相關技術。莖芽試管外生根基質可以是腐殖質土（或草炭土）、珍珠巖、細砂、蛭石、椰糠等，按一定比例配制，有時可用1/2MS添加IAA或IBA（1～5 mg/L）所組成的營養液加入基質內;扦插后要用滅菌劑澆灌生根基質，一是滅菌，二是替代灌水。生根基質一般經過試驗被證明有效即可，可裝在塑料缽、盆、瓶或木盆、塑料育苗筐內，也可置于苗床上。

③莖芽試管外生根微環境控制技術。包括在小型試管外生根容器如塑料盒內微環境控制、溫室內塑料小棚微環境控制、霧室等技術。

莖芽試管外生根微環境，濕度通常采用塑料薄膜先密封后逐步透氣或間歇噴霧的方式維持，一般要保持在80%以上，環境溫度及生根持續時間視植物種類而異。④莖芽試管外生根營養管理技術包括試管莖芽移栽到試管外環境下分階段水分和營養調控等管理技術，具體措施根據不同物種而定。其中水分的管理控制較為嚴格，水分過少可造成莖芽干枯，過多會造成芽苗腐爛。營養液配方是指在不同發育階段根據植株生長需求而設計的平衡配方[8]。為使植株生長達到最佳狀態，水肥管理要采取交替供應，科學合理地供給植株，協調好二者次數、供應間隔時間、施用量，進而保證基質營養和水分平衡。⑤生根組培小苗野外移栽培養技術。包括試管外生根苗的移栽技術、野外環境下分階段水分調控技術、養分營養管理技術和病蟲害防治管理技術等，具體措施根據不同物種而異。

2 組培微枝試管外生根的影響因素

影響組培微枝試管外生根的因素很多，也較為復雜，主要可分為內因、外因和綜合因素。

2.1 內因

2.1.1 植物物種本身的特性。

通常影響植物試管外生根的主要內因有物種、基因型、幼化程度等。與草本植物相比，木本植物較難生根，而楊柳等較其他樹種易生根，扦插后成活率很高，而月季、蘋果、胡桃、桃、花椒等較不易生根。有研究表明，5個不同的刺槐無性系之間試管苗生根率有顯著差異[9]。

2.2.3.3 生根粉。ABT生根粉是中國林業科學研究院林業所1983年研制成功的廣譜生根劑，是一種廣譜、高效、復合型的植物生長調節劑。它被廣泛應用在植物試管外生根生產中，價格低廉且效果顯著[41-45]。

2.2.4 人為因素。影響試管外生根的因素有很多，部分可調控，部分不可調控。微枝扦插小苗所處的環境與組培苗相比，孤立性和封閉性較低，而微小的環境變化也可導致試管外生根環境的變化，進而影響生根狀態。這就要求工作人員要極其細致地按照規程進行操作、觀察并定時對微環境進行監測。

2.3 綜合因素

影響試管外生根的各因子不是完全獨立的。如高溫或高濕均有利于生根，但二者同時高或者僅有一個因素高都不利于生根，通常交互作用影響生根效果。此外，濕度和光照間也存在交互作用。

3 組培微枝試管外生根技術的優點

試管外生根技術的關鍵是將生根誘導和馴化培養兩過程合二為一，從而省去了組培苗試管內生根的傳統程序。該技術的應用不僅可以簡化育苗程序，而且可降低生產成本[46-48]。這是因為組培苗試管外生根具有諸多優點。

3.1 根系發達、苗木生長狀態良好

利用試管外進行生根的苗木主要表現為木質化程度高、中柱發育早，根毛較多，利于根系建成;分生能力強、生長速度快，莖干皮層細胞個體較小、液泡小;葉片角質層發達（試管內生根苗蠟層僅為試管外生根苗的35%），葉片皮孔開張角度小，氣孔內陷（試管內苗外凸），抗蒸騰能力和適應能力強，海綿組織和柵欄組織分化程度高，葉肉細胞葉綠素含量高、光合能力強等[10]。

3.2 移栽成活率高

檢驗組培是否成功最關鍵的指標是移栽成活率，也是決定組培能否從實驗室階段轉化為規模化生產的關鍵。綜合國內外研究結果，組培莖芽試管外生根的移栽成活率顯著高于試管內生根的成活率。這是因為莖芽試管外生根過程已逐步適應了自然環境，經過鍛煉成活的小苗表現的抗逆性較強，易于成活，移栽成活率高。

3.3 有效降低育苗成本國外學者Debergh[49]認為誘導組培苗試管內生根的成本占整個微繁成本的35%～75%;有研究證實[10]采取試管外生根可減少這部分費用的70%（表1）。

需要注意和指出的是試管外生根不是萬能的，對于難生根植物，試管內生根還是必要的選擇。

4 組培微枝試管外生根技術的應用

組培微繁試管外生根的嘗試和研究始于20世紀80年代中期，國外先于國內，經過10年的發展逐步成熟，尤其美國的商業化組培苗木生產，幾乎均采用試管外生根技術且較為成熟。利用強大檢索功能的CAB文摘庫，發現在檢索到的從1973—2019年發表的組織培養文獻中，有關試管外生根技術的文獻有4 000多篇，在網上也可以直接搜索到許多相關研究或文獻介紹。這些文獻涉及草莓、蘋果、櫻桃、李子、胡楊、洋白蠟、美國白蠟、銀槭、茶樹、桉樹、番木瓜、黑豆果、北美稠李、紅櫻桃、番櫻桃、黑胡桃、杜鵑、丁香、白樺、榛子、山核桃、櫟樹、椴樹，以及一些藥用植物、芳香植物等許多植物種類的試管外生根技術。

20世紀90年代以來，隨著組培商業化育苗的發展，國內開展了組培苗試管外生根的解剖學觀察[30，33]、試管外生根的影響因素以及技術方法的研究，并且將其應用于生產，取得了一定的成績。目前我國仍以試管內生根誘導為主，效果差，成本高，而試管外生根尚處于起始階段，部分物種可以通過組培試管外生根進行大量的苗木繁育，但大部分物種還遠未形成成熟的技術體系。目前，已經先后在狗頭棗[23]、切花月季[29]、金線蓮[11]、一品紅[12]、牡丹[35]、三倍體毛白楊[50]、黃金槐[51]、雜種酸模[52]、無花果[53]、84K楊樹[54]、美國紅櫨[55]、葡萄[56]、香果樹[57]、奧地利黑松[58]、羅漢果[59]、紅葉石楠[60]、非洲堇[6-7]、藍莓[61]、歐美山楊雜種[62]、草莓[63]和栝樓[64]等植物上進行了初步研究和應用。

筆者所在研究組曾得到國家林業局“948” 引進項目“組織培養莖芽試管外生根技術的引進”資金的支持，并從國外引進顫楊、杜鵑、歐洲丁香、紫葉白樺優良組培系。首先利用引進的試管外生根技術，并采用最佳組培系對這些品系進行了擴繁;同時針對幾個鄉土樹種如花楸、新疆楊、丁香（紫丁香、暴馬丁香和黃葉丁香等）和風箱果等也進行了嘗試研究，并建立了相應的試管外生根技術體系;同時對相關技術進行了技術示范和推廣應用。

試管外生根是組培商業化育苗中一項具有很大發展潛力的實用技術。隨著苗木商品化和育苗設施的發展，尤其是計算機微域環境控制技術以及現代物理、化學調控技術的發展和溫室管理技術的進步，采用環控大棚進行試管苗瓶外生根育苗以及推行瓶外生根標準化生產將成為未來試管苗瓶外生根的發展趨勢。

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