植物组培微枝试管外生根技术及应用

2020-06-21王爱芝王清君刘运伟李长海沈海龙

安徽农业科学 2020年11期

关键词：组织培养

王爱芝　王清君　刘运伟　李长海　沈海龙

摘要介绍了植物组培微枝试管外生根技术的概念，生根环节及技术要求、影响因素、试管外生根的优势及国内外应用情况，为植物试管外生根技术的应用及推广提供参考。

关键词组织培养;微枝;试管外生根

中图分类号 S722.3+7文献标识码 A

文章编号 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

隨着国内外植物离体快速繁殖研究的飞速发展，组培技术已经成为商业化育苗的重要手段，得到了广泛应用，其过程主要包括：诱导茎芽（shoots或microcuttings）发生、增殖增壮、诱导生根、驯化移栽和成苗培育。这一过程中，每个环节的成败都将决定能否实现产业化微繁。但是，其中的生根诱导和驯化培育是育苗程序中的关键技术环节，它将关系到离体快繁生产苗木的成活率、根系发育、苗木发育和健壮程度、无性系增益，以及苗木培育成本等诸多问题。因此，如何提高组培微枝生根和移栽成活率就成为工厂化育苗生产中的重中之重。

在组培体系建立过程中，存在部分植物试管内生根困难、根系发育不好、移栽成活率低等问题，同时为了缩短育苗生产周期、降低培养成本，在原有生根和驯化程序的基础上进行了改进。1988年英国格拉斯哥植物园秋海棠中心通过对秋海棠叶进行离体繁殖，成功建立了试管外生根技术——体外生根和驯化一步完成的先例，自此组培微枝生根诱导的途径可以主要分为试管内生根和试管外生根两种。随着植物组织培养技术在苗木繁殖中迅速发展，试管外生根技术作为一项先进的生根诱导技术也被广泛应用于商业化组织培养的生产实践中[1]。

1 组培微枝试管外生根技术

试管外生根技术是将组培茎芽的生根诱导同驯化培养两个过程合二为一，直接将茎芽扦插到试管外有菌环境中，在诱导生根的同时进行驯化培养。经过此过程诱导所产生的根均为不定根。

依据不定根发生原理，试管外生根技术是人为地调控温度、湿度、光照等环境因子，诱导并促进组培茎芽产生不定根，在移栽基质中不断长出新根，吸收营养，进而供整个植株生长、发育，直到长成一棵正常健壮的植株。

微枝试管外生根的方法很多，有基质培养、水培养、气雾培养和滤纸桥法等。其中，基质培养法是试管外生根的主要培养方法，应用最广，其他方法应用较少[2-7]。以基质培养方法为基础的木本植物组培茎芽试管外生根技术，主要包括5个环节，各环节技术要求如下：

①茎芽增壮和移栽前的预处理技术。包括试管内茎芽稳定化保存、扩繁、增壮以及试管外生根前的处理和驯化等技术。该阶段一般将茎芽先用50～200 μg/mL的IBA溶液快速浸蘸，或在含生长素的琼脂培养基或液体培养基上处理微枝5～10 d后，或不经任何处理，直接扦插到生根基质上诱导生根。扦插时注意保持微枝的水分平衡，不断用蒸馏水喷洒微枝。②茎芽试管外生根基质的调控技术。包括生根基质的组成调控、pH调控、湿度控制、污染控制等相关技术。茎芽试管外生根基质可以是腐殖质土（或草炭土）、珍珠岩、细砂、蛭石、椰糠等，按一定比例配制，有时可用1/2MS添加IAA或IBA（1～5 mg/L）所组成的营养液加入基质内;扦插后要用灭菌剂浇灌生根基质，一是灭菌，二是替代灌水。生根基质一般经过试验被证明有效即可，可装在塑料钵、盆、瓶或木盆、塑料育苗筐内，也可置于苗床上。

③茎芽试管外生根微环境控制技术。包括在小型试管外生根容器如塑料盒内微环境控制、温室内塑料小棚微环境控制、雾室等技术。

茎芽试管外生根微环境，湿度通常采用塑料薄膜先密封后逐步透气或间歇喷雾的方式维持，一般要保持在80%以上，环境温度及生根持续时间视植物种类而异。④茎芽试管外生根营养管理技术包括试管茎芽移栽到试管外环境下分阶段水分和营养调控等管理技术，具体措施根据不同物种而定。其中水分的管理控制较为严格，水分过少可造成茎芽干枯，过多会造成芽苗腐烂。营养液配方是指在不同发育阶段根据植株生长需求而设计的平衡配方[8]。为使植株生长达到最佳状态，水肥管理要采取交替供应，科学合理地供给植株，协调好二者次数、供应间隔时间、施用量，进而保证基质营养和水分平衡。⑤生根组培小苗野外移栽培养技术。包括试管外生根苗的移栽技术、野外环境下分阶段水分调控技术、养分营养管理技术和病虫害防治管理技术等，具体措施根据不同物种而异。

2 组培微枝试管外生根的影响因素

影响组培微枝试管外生根的因素很多，也较为复杂，主要可分为内因、外因和综合因素。

2.1 内因

2.1.1 植物物种本身的特性。

通常影响植物试管外生根的主要内因有物种、基因型、幼化程度等。与草本植物相比，木本植物较难生根，而杨柳等较其他树种易生根，扦插后成活率很高，而月季、苹果、胡桃、桃、花椒等较不易生根。有研究表明，5个不同的刺槐无性系之间试管苗生根率有显著差异[9]。

2.2.3.3 生根粉。ABT生根粉是中国林业科学研究院林业所1983年研制成功的广谱生根剂，是一种广谱、高效、复合型的植物生长调节剂。它被广泛应用在植物试管外生根生产中，价格低廉且效果显著[41-45]。

2.2.4 人为因素。影响试管外生根的因素有很多，部分可调控，部分不可调控。微枝扦插小苗所处的环境与组培苗相比，孤立性和封闭性较低，而微小的环境变化也可导致试管外生根环境的变化，进而影响生根状态。这就要求工作人员要极其细致地按照规程进行操作、观察并定时对微环境进行监测。

2.3 综合因素

影响试管外生根的各因子不是完全独立的。如高温或高湿均有利于生根，但二者同时高或者仅有一个因素高都不利于生根，通常交互作用影响生根效果。此外，湿度和光照间也存在交互作用。

3 组培微枝试管外生根技术的优点

试管外生根技术的关键是将生根诱导和驯化培养两过程合二为一，从而省去了组培苗试管内生根的传统程序。该技术的应用不仅可以简化育苗程序，而且可降低生产成本[46-48]。这是因为组培苗试管外生根具有诸多优点。

3.1 根系发达、苗木生长状态良好

利用试管外进行生根的苗木主要表现为木质化程度高、中柱发育早，根毛较多，利于根系建成;分生能力强、生长速度快，茎干皮层细胞个体较小、液泡小;叶片角质层发达（试管内生根苗蜡层仅为试管外生根苗的35%），叶片皮孔开张角度小，气孔内陷（试管内苗外凸），抗蒸腾能力和适应能力强，海绵组织和栅栏组织分化程度高，叶肉细胞叶绿素含量高、光合能力强等[10]。

3.2 移栽成活率高

检验组培是否成功最关键的指标是移栽成活率，也是决定组培能否从实验室阶段转化为规模化生产的关键。综合国内外研究结果，组培茎芽试管外生根的移栽成活率显著高于试管内生根的成活率。这是因为茎芽试管外生根过程已逐步适应了自然环境，经过锻炼成活的小苗表现的抗逆性较强，易于成活，移栽成活率高。

3.3 有效降低育苗成本国外学者Debergh[49]认为诱导组培苗试管内生根的成本占整个微繁成本的35%～75%;有研究证实[10]采取试管外生根可减少这部分费用的70%（表1）。

需要注意和指出的是试管外生根不是万能的，对于难生根植物，试管内生根还是必要的选择。

4 组培微枝试管外生根技术的应用

组培微繁试管外生根的尝试和研究始于20世纪80年代中期，国外先于国内，经过10年的发展逐步成熟，尤其美国的商业化组培苗木生产，几乎均采用试管外生根技术且较为成熟。利用强大检索功能的CAB文摘库，发现在检索到的从1973—2019年发表的组织培养文献中，有关试管外生根技术的文献有4 000多篇，在网上也可以直接搜索到许多相关研究或文献介绍。这些文献涉及草莓、苹果、樱桃、李子、胡杨、洋白蜡、美国白蜡、银槭、茶树、桉树、番木瓜、黑豆果、北美稠李、红樱桃、番樱桃、黑胡桃、杜鹃、丁香、白桦、榛子、山核桃、栎树、椴树，以及一些药用植物、芳香植物等许多植物种类的试管外生根技术。

20世纪90年代以来，随着组培商业化育苗的发展，国内开展了组培苗试管外生根的解剖学观察[30，33]、试管外生根的影响因素以及技术方法的研究，并且将其应用于生产，取得了一定的成绩。目前我国仍以试管内生根诱导为主，效果差，成本高，而试管外生根尚处于起始阶段，部分物种可以通过组培试管外生根进行大量的苗木繁育，但大部分物种还远未形成成熟的技术体系。目前，已经先后在狗头枣[23]、切花月季[29]、金线莲[11]、一品红[12]、牡丹[35]、三倍体毛白杨[50]、黄金槐[51]、杂种酸模[52]、无花果[53]、84K杨树[54]、美国红栌[55]、葡萄[56]、香果树[57]、奥地利黑松[58]、罗汉果[59]、红叶石楠[60]、非洲堇[6-7]、蓝莓[61]、欧美山杨杂种[62]、草莓[63]和栝楼[64]等植物上进行了初步研究和应用。

笔者所在研究组曾得到国家林业局“948” 引进项目“组织培养茎芽试管外生根技术的引进”资金的支持，并从国外引进颤杨、杜鹃、欧洲丁香、紫叶白桦优良组培系。首先利用引进的试管外生根技术，并采用最佳组培系对这些品系进行了扩繁;同时针对几个乡土树种如花楸、新疆杨、丁香（紫丁香、暴马丁香和黄叶丁香等）和风箱果等也进行了尝试研究，并建立了相应的试管外生根技术体系;同时对相关技术进行了技术示范和推广应用。

试管外生根是组培商业化育苗中一项具有很大发展潜力的实用技术。随着苗木商品化和育苗设施的发展，尤其是计算机微域环境控制技术以及现代物理、化学调控技术的发展和温室管理技术的进步，采用环控大棚进行试管苗瓶外生根育苗以及推行瓶外生根标准化生产将成为未来试管苗瓶外生根的發展趋势。

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