組培苗移栽前為什么要進行煉苗？機理為何？

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. 組培苗移栽前為什么要進行煉苗？機理為何？ #fontzoom span *{font-size:16px} 組培苗雖然具有一定的光合能力，處于高濕、弱光、低CO2、恒溫、異養(yǎng)條件下生長，其組織分化不完善，光合自養(yǎng)能力弱，適應性差，氣孔多而且不易關閉、葉綠素少、根毛少，煉苗過程為逐步改變其生長條件逐步促使其組織發(fā)育完全，以適應外界環(huán)境生活：葉綠素增多，改善氣孔的調(diào)節(jié)功能使蒸騰下降，根毛發(fā)育完善等，提高其對環(huán)境的適應能力。 詳見： 試管苗移栽易于死亡的理論基礎 離體繁殖的試管苗的能否大量應用于生產(chǎn)，特別是木本植物、名貴花卉能不能取得好的效益，取決于最后一關，即試管苗能否有高的移栽成活率。試管苗移栽過程復雜，在未掌握其有關理論和技術時，若盲目移栽，勢必造成高的死亡率，而導致前功盡棄。因此掌握有關理論和技術十分重要大力提高移栽成活率，建立高而穩(wěn)定的移栽工序和方法是十分重要的。 （一）試管苗移栽后易于死亡的原因 試管苗一般在高濕、弱光、恒溫下異養(yǎng)培養(yǎng)，出瓶后若不濕極易失水而萎蔫死亡。從形態(tài)解剖和生理功能兩方面分析其原因如下： 1、形態(tài)解剖方面 （1）根 ①無根 一些植物，特別是木本植物，試管繁殖中能不斷生長、增殖，但不生根而無法移栽。王際軒等（1989）和薛光榮等（1989）報道蘋果部分品種莖尖再生植株和花藥誘導的單倍體植株不生根或生根率極低，無法移栽而采用嫁接法解決。牡丹試管繁殖也因生根問題未解決而不能用于生產(chǎn)。 ②根與輸導系統(tǒng)不相通 Mccowm（1978）報道樺木從愈傷組織誘導的根，不與分化芽的輸導系統(tǒng)相通。李曙軒等發(fā)現(xiàn)花椰菜等蕓苔屬蔬菜第一次培養(yǎng)可誘導成苗，但培養(yǎng)的苗，根系是從愈傷組織上產(chǎn)生的，與莖葉維管束不相通，需將芽切下轉(zhuǎn)移到生根培養(yǎng)基上再長根，才與莖的維管束相通，移栽才能成活。Donnelly等（1985）觀察花椰菜植株，發(fā)現(xiàn)根與新枝連接處發(fā)育不完善，導致根枝之間水分運輸效率低。林靜芳（1985）在楊樹上，陳正華在橡膠上，Red（1982）在杜鵑上均發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象。 ③根無根毛或很少 Red（1982）報道杜鵑在培養(yǎng)基上產(chǎn)生的根細小，無根毛。趙惠祥等（1990）報道珠美海棠試管苗形成的根上也無根毛。Hasegawa（1979）報道玫瑰試管苗根系發(fā)育不良，根毛極少。曹孜義等報道葡萄試管苗生長在培養(yǎng)基內(nèi)的根上無根毛，而菊花試管苗在培養(yǎng)基內(nèi)上部根上生有大量根毛，下部則無，故有根毛的菊花試管苗移栽遠比葡萄容易。 （2）葉 在高濕、弱光和異養(yǎng)條件下分化和生長的葉，葉表保護組織不發(fā)達或無，易于失水萎蔫。這是因為： ①葉表角質(zhì)層、蠟質(zhì)層不發(fā)達或無 Ellen等（1974）用掃描電鏡觀察了香石竹莖尖再生植株和溫室苗的葉表皮蠟的細微結(jié)構(gòu)，前者96%—98%的植株葉表光滑，無結(jié)構(gòu)狀的表皮蠟，或有極少數(shù)棒狀蠟粒，經(jīng)過10d遮陰和彌霧煉苗，才誘導產(chǎn)生表皮蠟；而溫室苗成熟葉上下表面均覆蓋一層0.2μm0.2μm的棒狀蠟粒，幼葉片上也有，但少而小，沈孝喜（1989）用掃描電鏡觀察了梨試管苗葉片的表皮蠟的發(fā)生過程見到繼代增殖的試管苗小葉上無蠟質(zhì)，轉(zhuǎn)入生根培養(yǎng)基后，少數(shù)擴大葉片上偶而可見，馴化一周后尚未發(fā)生，經(jīng)2周煉苗后才見到大量表皮蠟。而溫室苗葉片角質(zhì)層加厚快于試管苗。 Grout和Aston（1977）認為是高濕造成的。Sutter 和Lomylems(1982)用甘蘭試管苗試驗，相對濕度降至35%，甘蘭試管苗就會產(chǎn)生具有蠟質(zhì)的葉表皮。Warolle等（1983）用干燥劑降低試管內(nèi)的濕度，使花椰菜試管苗葉表皮產(chǎn)生較多的蠟質(zhì)。但產(chǎn)生原因有人認為是高溫、高濕和低光造成的，也是人認為是激素影響的結(jié)果。 ②葉無表皮毛或極少 Donnelly等（1986）對比了黑色醋栗試管苗和溫室苗葉表皮毛的類型和數(shù)量，前者在葉柄和葉脈中存在有壽命極短的球形有柄毛和多細胞黏液毛，后者這種類型的毛極少，而單細胞毛較多。刺毛二者均有，但前者比后者少的多。試管苗葉表皮無毛或極少、或存在球形有柄毛和多細胞黏液毛，保濕、反光性均差，故易失水。 ③葉解剖結(jié)構(gòu)稀疏 Grout & Aston(1978)報道了花椰菜的試管苗葉片未能發(fā)育成明顯的柵欄組織。Brainerd等（1981）比較了李試管苗在馴化前后的和田間葉解剖結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)試管苗、溫室苗和田間苗的葉柵欄細胞厚度、葉組織間隙存在明顯差異，前者依次增加，而后者依次降低；上下表皮細胞長度差異不顯著。曹孜義等（1990）在葡萄煉苗過程中，馬寶焜等（1991）在蘋果試管苗煉苗過程中也觀察到類似情況。 馬寶焜等（1991）還對蘋果試管苗經(jīng)強光和未經(jīng)強光煉苗的莖進行了形態(tài)解剖對比，發(fā)現(xiàn)未經(jīng)強光閉瓶煉苗的試管苗，莖的維管束被髓線分割成不連續(xù)狀，導管少，莖表皮排列松散、無角質(zhì)，厚角組織也少。經(jīng)強光煉苗的莖，維管束發(fā)育良好，角質(zhì)和厚角組織增多，自身保護作用增強。 試管苗葉組織間隙大，柵欄組織薄，易失水，加之莖的輸導系統(tǒng)發(fā)育不完善，供水不足，易造成萎蔫，干枯死亡。 ④葉氣孔突起，氣孔口開張大 掃描電鏡觀察蘋果和玫瑰試管苗葉氣孔突起，氣孔保衛(wèi)細胞變圓，而溫室植株氣孔則下陷，保衛(wèi)細胞橢圓。 ⑤葉片存在排水孔 Donnelly等（1987）還報道了黑色樹莓試管苗葉片、葉尖和葉緣存在排水孔。曹孜義等（1993）在葡萄試管苗葉片上除見到排水孔外，還看到一些假性水孔，這都是長期在飽合濕度下形成的，一旦移至低溫下極易失水干枯。 由上可以看出，在形態(tài)解剖方面試管苗無根系或不發(fā)達；無根毛或極少；葉無保護組織或極差，且葉組織間隙大，氣孔開口大，故試管苗移栽后極易失水而干枯。 2、生理功能方面 （1）根無吸收功能或極低 Skolmen等移栽金合歡生根試管苗，在間歇噴霧下栽入蛭石和泥炭基質(zhì)中，很快干枯死亡。如果移栽前在Hoagland溶液中培養(yǎng)一個月，再栽入上述基質(zhì)，83%成活，認為液體培養(yǎng)可恢復根的吸收功能。 從表3中可見葡萄試管苗根系吸收功能極低，僅為沙培苗的1/18，溫室苗的1/39，低濕度下葉片大量失水，而根系又不能有效地吸水補充，故極易萎蔫、干枯。 （2）葉片極易散失水分 試管苗葉片無保護組織，加之細胞間隙大，氣孔開張大，移于低濕環(huán)境中失水極快。Brainerd等（1981）報道李試管苗葉片切下30min后即失水50%，而溫室苗要經(jīng)1.5h后才失水50%。 曹孜義等（1991）把處于不同煉苗階段的葡萄試管苗葉片切下，放在43%濕度下，試管苗葉片20min，光培苗1.5h，沙培苗8h，溫室苗15h后才萎蔫。試管苗葉片極易失水，保水力極差，經(jīng)過分步煉苗后，保水力才逐步增強。 （3）試管苗氣孔不能關閉，開口過大 離體繁殖和生長的小植株，與溫室和大田生長的小植株，氣孔結(jié)構(gòu)明顯不同。氣孔保衛(wèi)細胞較圓，呈現(xiàn)突起。從觀察的各類植物中，均報道試管苗的氣孔是開放的，這種開放的氣孔，用低溫，黑暗、高濃度Co2、ABA、甘露醇等誘導氣孔關閉的因素處理均無效，且氣孔開張很大。Donnelly等（1986）用掃描電鏡觀察黑色樹莓，發(fā)現(xiàn)試管苗葉氣孔開口很大，以至從氣孔口外部可看到氣室內(nèi)葉肉細胞的葉綠體。曹孜義等（1993）報道葡萄試管苗氣孔開口很大且呈圓形，甚至有些氣孔開口的橫徑大于縱徑。提出試管苗氣孔不能關閉的原因是氣孔過度開放，氣孔口橫徑的寬度過大，超過了兩個保衛(wèi)細胞膨壓變化的范圍，從而不能關閉。這種過度開放的氣孔，要經(jīng)逐步煉苗后，降低了開張度，才能誘導關閉。 Marin等（1998）發(fā)現(xiàn)移栽后的李度管苗離體葉片放在45%低濕環(huán)境中，葉氣孔關閉率高達80%，從表皮細胞微纖絲所產(chǎn)生的纖維素、果膠質(zhì)、角質(zhì)等的組織化學研究指出，試管苗葉氣孔是以非功能狀態(tài)存在，當在一定濕度下氣孔又以功能狀態(tài)出現(xiàn)。 Shackett等（1990）研究未損傷的蘋果試管苗，在移栽至90%濕度下，90%的氣孔可關閉，他們用氣孔計測定了移栽1d—3d內(nèi)，葉水分散失通過角質(zhì)層和氣孔散失水分，為小植株重的2倍—3倍。 試管苗葉片缺乏角質(zhì)和蠟質(zhì)，氣孔不能關閉，開口過大，那么其中哪個因素是主要的呢？Fuchigami等（1981）用李試管苗進行試驗，用硅膠涂在葉上、下表面，或只涂在上或下表面，與不涂的進行對比，發(fā)現(xiàn)不管上表面涂抹與否，只要下表皮涂抹即可明顯降低葉水分的散失，表明試管苗失水萎蔫的主要原因是氣孔不能關閉。 （4）試管苗葉光合作用能力極低 試管苗生長在含糖培養(yǎng)基中，光和氣體交換受到限制，因此光合能力很弱。李朝周等（1995）用光合系統(tǒng)儀測定了葡萄試管苗、沙培苗和溫室營養(yǎng)袋苗葉氣孔阻力、蒸騰速率、凈光合強度、葉綠素含量等，發(fā)現(xiàn)試管苗葉氣孔阻力小，蒸騰速率高，葉綠素含量低，弱光下凈光合速率呈現(xiàn)負值，而經(jīng)過煉苗的沙培苗和溫室營養(yǎng)袋苗，氣孔阻力逐漸增強，蒸騰速率下降，葉綠素含量增加，凈光合能力增強。Desjardins（1995）綜述了微繁植株光合效率，認為試管苗葉片類似于陰處生長的植物，柵欄細胞稀少而小，細胞間隙大，影響葉肉細胞中CO2的吸收和固定。又因試管苗氣孔存在反常功能，氣孔一直開放，導致葉片脫水而對光合器官造成持久的傷害。在含糖培養(yǎng)基中，糖對植物卡爾文碳素循環(huán)呈現(xiàn)反饋抑制，以及CO2的不足，使葉綠體類囊體膜上存過剩電子流，造成光抑制和光氧化致使光合作用極低（Capellddts等1991，Hdider和Desjardius，1994）。Group（1988）根據(jù)試管植物光合能力大小，將試管苗分為二類，一類是加糖培養(yǎng)基中不能進行有效光合作用，如草莓和花椰菜，另一類能積極進行光合作用并能自養(yǎng)，如天竹葵。 度管苗光合能力低，是由于培養(yǎng)基中加有蔗糖，小苗體內(nèi)吸收后，無機磷大幅度下降，減少了無機磷的循環(huán)，使RuBP羧化酶呈不活化狀態(tài)，無力固定CO2或極少固定。同時，由于蔗糖的刺激，促使試管苗的呼吸速率增強，呼吸作用又大于光合作用。De Rjek（1995）測定了在玫瑰的生根階段，玫瑰試管苗的光合作用與培養(yǎng)基中的蔗糖濃度有關，當蔗糖高至40g/L時，光合能力為250mgCO2m-2h-1，蔗糖為10g/L時，光合能力提高至350 mgCO2m-2h-1。玫瑰試管苗在生根階段，光合固定CO2的量占碳素營養(yǎng)的25%，其他75%來自培養(yǎng)基中的碳水化合物。因此持續(xù)提高容器中的CO2的濃度，可以提高試管苗的光合效率。 但關于組織培養(yǎng)中蔗糖濃度高低與光合作用能力強弱仍存在爭論，試驗和結(jié)論不一致。Cappelladts等（1991）報道玫瑰在含糖5%的培養(yǎng)基生長和適應性最好，馬寶焜等（1992）認為培養(yǎng)蘋果試管苗，增加糖濃度至3%—5%，光強達3.5104lx有利于培養(yǎng)壯苗，極顯著提高成活率。從試管苗光合特性來看，在移栽前進行較強光照閉瓶煉苗，促使小苗向自養(yǎng)轉(zhuǎn)化是有道理的。 試管苗光合能力低，RuBP酶活性低，而呼吸作用強，PEP酶活性高，促進了蔗糖的吸收和利用，有利于氨基酸和蛋白質(zhì)的合成，促使新的細胞和組織的形成。Hdider和Deesjardins（1994）測定了草莓試管苗PEP酶活性，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)5d—10d的植株比培養(yǎng)28d的植株高2倍—3倍，用14C測定CO2的吸收和轉(zhuǎn)化，首先出現(xiàn)在氨基酸上。 試管苗光合能力低也與葉綠體發(fā)育不良及基粒中葉綠素分子排列雜亂有關，除RuBP羧化酶活性低外（Tront，1988），光照和氣體交換不充分也是一個限制因素。如用白樺試管苗和溫室實生苗對比試驗，前者當光強由200μmolm-2s-1增加到1200μmolm-2s-1，凈光合強度未增加，但后者凈光合強度卻增加2倍 .