继代时间对不同植物的繁殖率影响不一。有的材料长期继代仍可保持原来的再生能力和增殖率;而有的经过一段时间继代培养后才有分化再生能力;还有的随继代时间加长而分化再生能力降低。
一般来说,能达到每月继代增殖3~10倍的植物材料,即可用于大量繁殖。但切不可盲目追求过高的增殖倍数,原因有两点:一是所产生的苗小而弱,给生根、移栽带来很大困难;二是可能会引起遗传性不稳定,造成不良后果。
二、壮苗与生根
当继代苗增殖到一定数量后,就要使部分苗分流,进入壮苗与生根阶段。
(一)壮苗培养
继代培养过程中,向培养基中添加细胞分裂素有助于提高增殖系数,而且二者呈正相关。但随着增殖系数的提高,形成的芽往往出现生长势减弱,不定芽短小、细弱的现象,无法继续进行生根培养,即使能够生根,移栽成活率也不高,所以必须经过壮苗培养,从中将生长较好的不定芽分成单株培养,而将一些尚未成型的芽分成几个芽丛继续培养。
一般来说,通过改变植物激素的配比即可影响增殖和壮苗。比如在杜鹃快繁研究中发现,ZT/IAA或ZT/IBA的比值升高,增殖系数增加,但壮苗效果却降低。所以,适当降低培养基中细胞分裂素的浓度,并增加生长素的浓度,就能达到壮苗培养的目的。而在实际生产中,通常用较低浓度的细胞分裂素与生长素组成合理的比例,并将有效增殖系数控制在3.0~5.0,即可实现增殖和壮苗的双重目的。
(二)生根培养
生根培养分为培养容器内生根与培养容器外生根两种方式。
1.培养容器内生根
是将成丛的组培苗分离成单株,转接到生根培养基上诱导生根的方法。一般来说,生根效果的好坏主要表现在根系质量(粗度、长度)和根系数量(条数)两个方面。好的生根效果不仅要求根比较粗壮,更重要的是要有较多的毛细根,以扩大根的吸收面积,增强根的吸收能力,从而提高移栽成活率,但根的长度不宜过长。
在生根阶段需要对培养基和培养条件进行调整,来减轻离体组织对异养条件的依赖,以便逐步增强光合作用的能力,慢慢由异养型向自养型过渡。
第一,生根培养基中蔗糖浓度减少一半。
第二,降低培养基中矿质元素的浓度。
第三,添加适当的生长素,其中最常用的是NAA和IBA,浓度一般为0.1~10.0mg/L。但有些组培苗也很容易在无生长素的培养基上生根,如唐菖蒲、水仙和草莓等。
第四,提高光照强度,刺激小植株自身进行光合作用制造有机物,在这种条件下,植物能较好地生根,对水分胁迫和疾病的抗性也会有所增强,
第五,生根阶段采用自然光照比灯光照明所形成的小苗更能适应外界环境条件。
2.培养容器外生根
有些植物在培养容器内难以生根,或有根但与茎的维管束不相通,或有根而无根毛,从而导致吸收能力极弱,移栽后不易成活,这就需要采用培养容器外生根的方法。具体的做法是将已经完成壮苗培养的小苗,用一定浓度的生长素或生根粉浸蘸处理,然后栽入疏松透气的基质中进行生根。该法是一种降低生产成本的有效措施,不仅可以减少无菌操作的工时消耗,而且减少了培养基制备材料与能源消耗。
【任务实施】
一、继代培养生长调节剂筛选
(一)使用上一任务中筛选出的基本培养基,在此基础上添加生长调节剂,每种培养基各配制35瓶,每瓶约30mL。
(二)将初代培养成功的组培苗接种在培养基中培养。
(三)观察和分析继代苗的生长情况,筛选出最佳生长调节剂浓度。
【知识拓展】
人工种子(artificial seeds)又称合成种子或体细胞种子,是指通过组织培养技术,将植物的体细胞诱导成在形态上和生理上均与合子胚相似的结构,然后再包埋于有一定营养成分和保护功能的介质中,组成便于播种的类似种子的单位。
一、人工种子的发展现状
人工种子是细胞工程中最年轻的一项新兴技术,最初是由英国科学家于1978年提出的。该科学家认为,利用体细胞胚发生的特征,把它包埋在胶囊中,可以形成具有种子的性能并直接在田间播种。这一设想引起人们极大兴趣。20世纪80年代,美、日、法等国相继开展了人工种子的研究。美国加州一家植物遗传公司在开展胡萝卜等多种植物的人工种子研制过程中,率先在人工种皮的研究上申请了专利。瑞士、法国的一些大公司集中力量研制开发蔬菜人工种子和胚芽生产。匈牙利在马铃薯、欧洲共同体在非洲海枣研究上均获得较大进展。欧洲多个国家联合攻关的尤利卡计划中,也把人工种子研制作为生物技术研究的重点项目。我国从1987年开始将人工种子研究纳入国家高新技术发展计划(863计划)项目,并先后在胡萝卜、芹菜、黄连、苜蓿等植物上获得了阶段性成果。
二、人工种子的特点
第一,培养条件可以人为控制,不受自然灾害性气候的影响。
第二,繁殖量大、性状优良、遗传性稳定。
第三,可大量繁殖无病毒材料,以提高植物抗性、产量和品质。
第四,制作人工种子时可加入菌肥、微生物、农药等来抵抗外来病毒和微生物的浸染。
第五,克服了生育周期长、育性不良等植物难于获取种子的难题。
第六,体积小,贮藏、运输方便。
第七,如天然种子一样,具有坚硬的种皮,适于机械化播种。
三、人工种子基本制作流程
四、人工种子的分类
根据包被的程度可将人工种子分为三类。
(一)裸露的或休眠的繁殖体
适当干燥的体细胞胚(如鸭毛草的体细胞胚)、休眠的微鳞茎和微块茎等,它们在不加包被的情况下也具有较高的成株率。
(二)人工种皮包被的繁殖体
一些体细胞胚、原球茎等虽不能过度干燥,但只需人工种皮包被即可维持良好的发芽状态,如胡萝卜体细胞胚。
(三)水凝胶包埋再包被人工种皮的繁殖体
大多数体细胞胚、不定芽、茎尖等均需要先包埋在半液态凝胶中,再经人工种皮包裹才能避免失水,从而维持良好的发芽能力。
五、人工种子的贮藏与萌发
因农业生产的季节性制约,需要人工种子能贮藏一定的时间。但人工种子含水量大,常温下易萌发,也易失水干缩,故贮藏难度较大。
目前人工种子的贮存方法主要有低温法、干燥法、抑制法、液体石蜡法等,以低温和干燥结合应用最多。此外,对人工种子进行脱落酸、蔗糖、脯氨酸处理,也可延长贮藏时间。
六、人工种子的发展前景
人工种子从根本上说是植物离体快繁技术的延伸和发展。与常规离体快繁相比,除了有离体繁殖所具备的优势外,在应用上还具有更多潜在的优点。比如,可贮藏、可直接播种、可机械化操作、可长距离运输等。可同时也存在着一些问题,如成本高。
不过,我们相信,随着研究的深入,限制其广泛应用的问题将逐步得到解决,实现其诱人的应用前景,必将对作物遗传育种、良种繁育和栽培等起到巨大的推进作用。
任务五组培苗的驯化与移栽
【任务目标】
1.掌握组培苗驯化、移栽的理论和方法。
2.掌握提高组培苗移栽成活率的措施。
3.能够进行炼苗、移栽和移栽后的管理。
【任务设置】
对非洲紫罗兰生根苗进行驯化与移栽。
【相关知识】
植物组织培养获得的组培苗能否大量应用于生产,获得经济效益,取决于最后一关,即驯化与移栽。其中,提高移栽成活率,对于建立高效而稳定的移栽工序和方法是十分重要的。
一、组培苗的特点
经植物组织培养而培育出来的小苗通常称为组培苗或试管苗。由于其长期生长在试管或三角瓶等培养器皿中“与世隔绝”,从而形成了一个与外界环境不同的独特生态系统,即高温、高湿、弱光和无菌。这样的生长环境也就使组培苗具备与实生苗不同的特点。
(一)根
首先,有些组培苗的根是通过愈伤组织形成的,与实生苗相比,水分及养分的运输能力相对较差,而且这样的根还很容易从愈伤组织的连接处折断。
其次,组培苗的根上没有根毛或根毛很少,这样就造成了根系的吸收能力极低,从而难以满足小苗蒸腾作用的消耗,使小苗体内的水分难以达到平衡。
(二)叶
在高湿、弱光和无菌条件下生长和分化的叶,其叶表保护组织不发达甚至完全没有,非常容易失水萎蔫,同时光合能力也较差。
(三)其他
组培苗的组织较幼嫩、结构较松散、细胞含水量较高、机械组织很不发达、对病虫害特别敏感,因此稍有不慎,就会发生茎叶甚至整株腐烂。
二、炼苗与移栽
(一)炼苗
移栽前对组培苗进行驯化、锻炼就是炼苗。如果直接将组培苗从培养容器中取出栽到温室或大田中,绝大多数组培苗都会因为难以适应剧烈的环境变化而死亡。所以,必须对组培苗进行驯化、锻炼,才能移栽。
具体的方法是将装有组培苗的试管或三角瓶由培养室转移到半遮阴的自然光下进行锻炼,使其在自然光下逐渐恢复光合作用能力,然后开瓶并注入少量自来水,使小苗逐渐适应环境温度和有菌环境,一般炼苗进行1~2周。
(二)移栽
将驯化好的组培苗栽植在基质或土壤中的过程,叫做移栽。
1.移栽方法
(1)常规移栽法
首先将组培苗转接到生根培养基上诱导生根,当获得大量不定根后,开瓶注入少量自来水,于半遮光条件下驯化3~5d,然后取出放在水中将黏附于根部的培养基洗净,这样就可以移栽到装有经过消毒处理的基质中了。待小苗当长出2~3片新叶时,还可根据需要将其种植到田间继续生长。
(2)嫁接移栽法
先选取生长良好的同属植物幼苗作砧木,然后把组培苗取出直接嫁接到砧木上即可。该法成活率高、适用范围广、所需时间短,非常有利于幼苗的生长发育。
(3)直接移栽法
即直接将组培苗从培养容器中取出,然后移栽到盆钵中的方法。
2.移栽时期
最好选择该种植物的自然生长季节进行移栽,这样既容易成活,又能保证及时开花。比如,菊花宜在春末夏初移栽,不但移栽成活率高,而且可保证当年开花。
3.移栽容器
移栽容器可选用6cm×6cm至10cm×10cm的软塑料钵,也可选用育苗盘。前者占地大,且耗用大量基质,但能实现一次成苗;而后者虽然需要二次移苗,但省空间、省基质。此外,苗床也可作为组培苗移栽的场所。移栽后,小苗最好放在温室中培养。
4.移栽基质
适合栽种组培苗的基质要具备透气性、保湿性和保肥性的特点,而且要容易灭菌或消毒。常用的有蛭石、珍珠岩、粗砂、炉渣、谷壳、锯末屑、苔藓等,单独使用或混合使用均可。但混合使用时需按比例搭配,一般采用1:1:1的草炭、蛭石、锯末屑,或1:1:1的草炭、蛭石、珍珠岩,或6:4的炉渣、草炭等。在使用前,这些基质都应先进行灭菌或消毒处理。
三、提高移栽成活率的措施
影响组培苗移栽成活率的因素有许多种,主要分为内因和外因两类。虽然不同的组培苗对移栽的具体要求不同,但是总的来说提高移栽成活率的途径有以下几种。
第一,壮苗。组培苗的生理状况是影响移栽成活率的重要内在因素。很显然,生理强壮的组培苗要比生理羸弱的组培苗的成活率高许多。
第二,调整培养基。具有适宜的生长素种类、适量的生长素浓度、低盐、少量活性炭的培养基能够显着地促进根的发生,进而提高组培苗的移栽成活率。
第三,控制环境因子。环境条件是影响组培苗移栽成活率的重要外在因素,最关键的是控制好前10d的温度、湿度和光照。温度一般保持在25℃左右为宜,若过高,蒸腾作用加强,使水分供需失去平衡,若过低,则使幼苗生长迟缓或不易成活;相对空气湿度一般在初期保持90%左右,以后逐渐降低,直至与自然环境相同,否则组培苗一时难以适应外界低湿环境而干枯死亡;同样,移栽初期光照不可太强,要做好遮阴工作,否则会使叶绿素遭到破坏,后期随苗的生长需要,光照逐渐增强,使小苗成功地由异养转化为自养。
第四,防止菌类滋生。组培苗原来生长的环境是无菌的,但移栽的环境难以保持这种状态,为此可适当使用一定浓度的杀菌剂来有效地保护幼苗,如百菌清、多菌灵、托布津等。
第五,减少伤口。无论是从培养容器中取出组培苗还是移栽,都应尽量小心操作,以减少对组培苗造成创伤,这是因为伤口过多和根系损伤过多都是造成死苗的重要原因。
第六,肥水管理。对移栽小苗浇水时可在水中加入0.1%的肥料或用1/2MS大量元素的水溶液作追肥,能够加快苗的生长与成活。
【任务实施】
一、配制移栽基质
二、炼苗
将已生根的非洲紫罗兰组培苗搬到温室,在自然光照下锻炼3~4d,使其适应日光照射和变温环境,但要注意防止培养容器内温度过高,超过30℃时要遮阴降温。然后开瓶炼苗2~3d,使其适应较低湿度的环境。
三、移栽
从培养容器中取出组培苗,用自来水洗掉根部黏着的培养基,以防残留培养基滋生杂菌。注意清洗动作要轻,避免伤根。洗净后将小苗在800倍50%多菌灵溶液中浸泡3~5min。捞出稍晾干,栽植到营养钵中,每种基质100棵,栽好后浇水。
四、管理
温度一般控制在15~25℃,空气相对湿度保持在90%左右,并适当遮阴。3d以后每天通风,慢慢降低湿度和增加光照,待小苗长出2~3片新叶后就可种植到花盆中。