組培苗瓶外生根技術(shù)研究進(jìn)展

董曉宇，常曉軻，程志芳，韓婭楠，姚秋菊，劉 衛(wèi)

（河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，鄭州 450002）

隨著工廠化育苗的快速發(fā)展，組織培養(yǎng)技術(shù)作為植物快繁的重要手段已得到了廣泛應(yīng)用。在常規(guī)組培過程中，一般需經(jīng)歷外植體的采集和接種、繼代培養(yǎng)、生根培養(yǎng)、移栽和馴化等過程［1］。在生根和移栽階段，存在部分植物生根率較低、根系較弱和移栽不易成活等問題。與傳統(tǒng)的植物組織培養(yǎng)相比，瓶外生根省去了瓶?jī)?nèi)生根再移栽練苗的過程，將生根培養(yǎng)與移栽馴化結(jié)合起來，瓶外生根技術(shù)是將組培過程中的生根培養(yǎng)和移栽馴化相結(jié)合，成為常規(guī)組培技術(shù)的簡(jiǎn)化版，縮短了育苗周期、節(jié)約了生產(chǎn)成本、加速了種苗繁育的過程，在越來越多的植物擴(kuò)繁中得到應(yīng)用，并取得了巨大進(jìn)展。本研究對(duì)國(guó)內(nèi)外組培苗瓶外生根的研究情況進(jìn)行了綜述，并對(duì)現(xiàn)存問題和未來發(fā)展進(jìn)行展望。

1 瓶外生根應(yīng)用植物種類情況

瓶外生根技術(shù)應(yīng)用于組培苗生產(chǎn)中的植物種類約有近百種。其中大部分為木本植物，包括果樹［2-13］、觀 賞 植 物［14-26］、藥 用 植物［27-32］、經(jīng) 濟(jì)林木［33-45］等。而草本植物相對(duì)較少，只有甘蔗［46］、香蕉［47，48］、魔芋［49］、草莓［50，51］、長(zhǎng)壽花［52］、菊花［53，54］、滿天星［55］、空心蓮子草［56］等一些水果和觀賞植物。木本植物在組培生根過程中分化不定根較草本困難，因此使用瓶外生根可獲得更高的生根率，許多木本植物瓶外生根率和生根質(zhì)量要高于瓶?jī)?nèi)生根。

2 瓶外生根所用的生根促進(jìn)劑種類、濃度及使用方式

研究表明，生長(zhǎng)素對(duì)根原基的啟動(dòng)和形成階段起關(guān)鍵作用，而根原基的伸長(zhǎng)和生長(zhǎng)則可以在沒有外源生長(zhǎng)素的條件下實(shí)現(xiàn)［57，58］。在瓶外生根試驗(yàn)中，通常使用各種生長(zhǎng)素作為生根促進(jìn)劑對(duì)增殖苗處理，之后扦插培養(yǎng)，待其生根并正常生長(zhǎng)。

在羅漢果［30］和滿天星［55］的瓶外生根試驗(yàn)中，研究發(fā)現(xiàn)外源激素并不是生根所必須的，組培試管苗可自發(fā)生根。高遐虹等［55］認(rèn)為生長(zhǎng)素有利于植株提早發(fā)根和多發(fā)根，但濃度過高、處理時(shí)間過長(zhǎng)，反而會(huì)抑制根系的生長(zhǎng)。

生根促進(jìn)劑使用種類主要包括IBA、NAA、ABT以及一些商用營(yíng)養(yǎng)液和復(fù)合新材料。使用方法有單一激素使用、2 種或以上多種激素混合使用、基本培養(yǎng)基+激素等方式。扦插處理方式有浸泡、速蘸、配合滑石粉使用等。

2.1 生根促進(jìn)劑種類

2.1.1 IBA IBA 被普遍認(rèn)為是國(guó)內(nèi)外瓶外生根中效果最好的生根促進(jìn)劑。有研究認(rèn)為IBA 能調(diào)控內(nèi)源激素的合成與消耗，打破激素間比例關(guān)系，提高PPO 與POD 活性與代謝速度，抑制IAAO 活性升高。加快營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝速度與強(qiáng)度，促進(jìn)淀粉及時(shí)水解為可溶性糖提供能量［59］。

2.1.2 NAA 使用NAA 作為生根促進(jìn)劑的植物種類數(shù)量不多，有歐李［9］、紅豆樹［41］、散沫花［42］、輪冠木［31］等。散沫花和輪冠木的瓶外生根試驗(yàn)表明，使用NAA 和IBA 處理都可以達(dá)到同樣的生根率，但NAA 的生根數(shù)量要優(yōu)于IBA。

2.1.3 ABT ABT 作為國(guó)產(chǎn)的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，被普遍使用。黑木相思［34］、澳洲茶樹［35］、烏飯樹［27］、千層金［20］、紅葉石楠［21］、切花小菊［54］等植物部分品種試驗(yàn)表明，ABT 為其最佳瓶外生根激素。對(duì)于部分木本植物，ABT 效果優(yōu)于IBA 和NAA。國(guó)外研究未見使用ABT 作為生根促進(jìn)劑的報(bào)道。

2.1.4 混合使用 常見的混合使用類型有IBA+NAA（非洲菊）［52］和IBA+ABT（山蒼子）［38］等。

2.1.5 組培培養(yǎng)基 使用組織培養(yǎng)時(shí)所使用的培養(yǎng)基作為生根促進(jìn)劑，即“基本培養(yǎng)基+激素”的模式。如紅雙喜月季［15］使用1/6MS＋I(xiàn)BA 0.05 mg/L＋NAA 0.10 mg/L；蘋果砧木M9［11］使用1/2 WPM+IBA 0.35 g/L；西 洋 杜 鵑［19］使 用Read 100 倍 稀 釋 液+GGR 60.5 mg/L。

2.1.6 其他新型藥劑 Ambros 等［51］使用由生物硅和綠茶兒茶素組成的復(fù)合粉劑材料處理草莓插穗，取得了良好效果，其扦插生根率接近100%，增加了葉片氣孔密度和氣孔長(zhǎng)度。

同一植物不同品種的最佳生根促進(jìn)劑不同。雪文晶［54］研究發(fā)現(xiàn)，同為切花小菊，其中紫丹特、粉丹特瓶外生根最佳激素為IBA；科隆香水、阿茂菲和馬蒂斯最佳激素為ABT；瑞白最佳激素則為NAA。

2.2 生根促進(jìn)劑濃度及處理方式

2.2.1 生根促進(jìn)劑濃度 在采用相同種類生根促進(jìn)劑的不同植物種類中，生根促進(jìn)劑最適濃度的數(shù)值差異較大。使用IBA 作為生根促進(jìn)劑的瓶外生根試驗(yàn)中，葡萄［10］的最適濃度最低，為0.3 mg/L，藍(lán)漿果［2］的最適濃度最高，為2 000 mg/L。樹莓［6］、魔芋［48］、滿天星的最適濃度分別為5、10、75 mg/L；杉木［33］、沙棘［7］、馬大雜種相思［36］、歐美楊［40］的最適濃度為100 mg/L；金花茶［18］、美國(guó)紅梣［24］、椰子［13］、印度黃檀［44］的最適濃度為200 mg/L；山葵［37］、無患子［45］的最適濃度為500 mg/L；黑果腺肋花楸［17］、香蕉［47］的最適濃度為1 000 mg/L；藍(lán)莓［3］的最適濃度為1 500 mg/L。

在使用ABT 為生根促進(jìn)劑的瓶外生根試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，黑木相思［35］、紅葉石楠［22］的最適濃度為50 mg/L；千層金［21］的最適濃度為100 mg/L；澳洲茶樹［35］的最適濃度為400 mg/L；烏飯樹［28］的最適濃度為500 mg/L。

研究發(fā)現(xiàn)，馬大雜種相思的生根率隨各生長(zhǎng)素濃度的上升均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，推測(cè)不同的激素存在一個(gè)最佳濃度閾值，超過閾值會(huì)使生根率下降、生根效果變差［36］。曲芬霞等［20］認(rèn)為適量濃度的生長(zhǎng)素能誘導(dǎo)根原基形成，當(dāng)濃度過低時(shí)，根原基的誘導(dǎo)受到限制，濃度過高時(shí)會(huì)抑制根原基形成，甚至產(chǎn)生毒害作用。

2.2.2 插穗的處理方式 生根促進(jìn)劑對(duì)插穗的處理，一般有速蘸、浸泡、配合滑石粉使用、澆灌入栽培基質(zhì)中以及水培等幾種方式。而插穗浸入生根促進(jìn)劑的時(shí)間隨濃度的增加而縮短，以IBA 為例，如使用濃度較低（5～100 mg/L）時(shí)，浸泡時(shí)間為0.5～2 h；IBA 濃度適中（200～500 mg/L）時(shí)，浸泡時(shí)間為2～7 min；IBA 濃度較高（200～500 mg/L）時(shí)，則采用速蘸的方式，時(shí)間一般為2～3 s。在使用其他種類的生根促進(jìn)劑時(shí)，基本也采用相同的處理規(guī)律。

在澳洲茶樹［35］和千層金［21］的瓶外生根中，使用ABT 溶液浸泡再速蘸滑石粉和藥液混合漿的處理表現(xiàn)最優(yōu)，這說明滑石粉有助于將生根促進(jìn)劑附著于插穗表面，使其更長(zhǎng)久有效發(fā)揮作用。在輪冠木的瓶外生根中，使用0.5 mg/L NAA 溶液水培25 d，獲得較好效果［31］。

3 瓶外生根所使用的栽培基質(zhì)類型及相關(guān)因素

瓶外生根所使用的基質(zhì)類似于嫩枝扦插基質(zhì)，要求其具有疏松透氣、電導(dǎo)率和酸堿度適中等理化性狀。不同種類植物所采用的基質(zhì)種類不同，較常使用的是草炭、蛭石和珍珠巖等，此外，紅心土、腐殖土、河沙、苔蘚、椰棕、海綿等常也被使用?；|(zhì)使用方式有單獨(dú)使用和混配使用。單獨(dú)使用如珍珠巖（梔子［14］、沙棘［7］、烏飯樹［28］、紅葉石楠［22］、葡萄［10］、魔芋［49］、草莓［50］）、蛭石（非洲菊［54］、山楊［39］、滿天星［55］、羅漢果［30］）等；混配使用如泥炭∶蛭石∶珍珠巖=5∶4∶1（黑木相思［35］）、珍珠巖∶蛭石∶草炭=1∶1∶2（八仙花［16］）、草炭土∶苔蘚=2∶1（篤斯越橘［8］）等。

除基質(zhì)種類和配比外，還有基質(zhì)其他相關(guān)因素的研究。潘虹虹等［14］研究發(fā)現(xiàn)，梔子的組培苗瓶外生根使用薄泡沫板作為載體時(shí)，其效果優(yōu)于珍珠巖栽培；黃玉梅等［34］研究黑木相思瓶外生根時(shí)，在確定基質(zhì)的最佳配比的同時(shí)，進(jìn)行了基質(zhì)含水量的測(cè)試，結(jié)果表明在基質(zhì)含水量為50%時(shí)，其平均生根率、平均生根數(shù)與平均根長(zhǎng)均達(dá)到最大值；葉偉等［2］在藍(lán)漿果的瓶外生根試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，使用某種粒徑的多孔改良劑，可以提高基質(zhì)內(nèi)的氧氣含量，組培苗莖段不易腐爛，從而提高生根率和生根質(zhì)量。Bohra等［47］在研究香蕉組培苗瓶外生根時(shí)發(fā)現(xiàn)，先用IBA處理莖段，生根過程中用1/2MS 培養(yǎng)基溶液處理基質(zhì)，結(jié)果表明當(dāng)培養(yǎng)基溶液中的碳源為葡萄糖時(shí)，生根效果優(yōu)于果糖和蔗糖。

4 環(huán)境因素對(duì)瓶外生根的影響

季節(jié)、溫度、濕度、光照強(qiáng)度和光周期等也會(huì)對(duì)瓶外生根產(chǎn)生影響。肖玉菲等［35］在1 年中的不同時(shí)間進(jìn)行澳洲茶樹瓶外生根試驗(yàn)，結(jié)果表明夏季扦插生根效果最差，冬季扦插生根效果較好。吳幼媚等［38］研究發(fā)現(xiàn)，除7—9 月外，山蒼子其他時(shí)間均可進(jìn)行瓶外生根，生根率達(dá)80%以上。彭醒醒等［8］發(fā)現(xiàn)篤斯越橘的最佳瓶外生根時(shí)間為4—5 月，最佳空氣濕度為80%、最佳光照時(shí)長(zhǎng)為8～10 h/d。黃玉梅等［34］發(fā)現(xiàn)黑木相思組培苗在光照強(qiáng)度為45～135 μmol/（m2·s）時(shí)，光照越強(qiáng)，平均生根率也越高。盧慧穎等［39］研究發(fā)現(xiàn)，山楊在27～29 ℃條件下，根原基的形成、伸長(zhǎng)和生長(zhǎng)最快，污染和腐爛較少。朱玲［6］研究發(fā)現(xiàn)，樹莓繼代苗瓶外生根技術(shù)的關(guān)鍵是保證扦插后棚內(nèi)的空氣濕度，剛扦插的無根試管苗極為幼嫩，葉片水分蒸發(fā)量大而吸收能力弱，管理不及時(shí)極易造成植株萎蔫死亡。趙春莉等［15］研究發(fā)現(xiàn)，紅雙喜月季在空氣濕度為90%時(shí)，其瓶外生根率最高，可達(dá)88.89%。Rahman 等［12］對(duì)菠蘿蜜瓶外生根的研究表明，12 h/d 的光周期要優(yōu)于8 和16 h/d。Hung 等［4］對(duì)不同LED 光源對(duì)藍(lán)莓瓶外生根的效果進(jìn)行研究，結(jié)果表明紅光LED 的植株高度、根長(zhǎng)、根數(shù)等最優(yōu)，藍(lán)光LED 的葉綠素含量最高。

5 組培苗材料對(duì)瓶外生根的影響

組培苗的取材部位、截取長(zhǎng)度等也會(huì)對(duì)瓶外生根產(chǎn)生影響。王雪嬌等［3］研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)莓瓶外生根時(shí)，取組培苗的中下部進(jìn)行扦插，效果較好。焦淑華［9］對(duì)歐李的瓶外生根研究發(fā)現(xiàn)，基部莖段的生根效果較好。時(shí)群等［29］研究發(fā)現(xiàn)，牛大力組培苗通過優(yōu)化MS 培養(yǎng)基進(jìn)行復(fù)壯，可增加繼代苗的高度及莖的木質(zhì)化程度，可為瓶外生根提供高質(zhì)量的有效芽苗。Shiji 等［42］發(fā)現(xiàn)散沫花在瓶外生根時(shí)，所取組培苗莖段長(zhǎng)度在4.1～5.0 cm 時(shí)，生根率最高。林治良等［30］通過羅漢果瓶外生根試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，芽苗高度在3 cm 以上時(shí)，生長(zhǎng)粗壯，生根率均在90%以上，且發(fā)根數(shù)多而長(zhǎng)。高方可等［17］對(duì)黑果腺肋花楸組培苗瓶外生根的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試管苗長(zhǎng)度為4.1～6.0 cm時(shí)，扦插苗成活率和生根率均達(dá)到最大，根長(zhǎng)及根數(shù)也顯著好于其他處理。

6 瓶外生根的優(yōu)勢(shì)

6.1 加快育苗速度，節(jié)約時(shí)間

與瓶?jī)?nèi)生根相比，瓶外生根減少了1 次無菌操作步驟，可顯著縮短整體育苗時(shí)間。鄧明琴等［50］發(fā)現(xiàn)草莓瓶外生根從扦插到定植需25～40 d，而常規(guī)瓶?jī)?nèi)生根到定植則需55～60 d，育苗周期縮短了20 d 左右。彭醒醒等［8］將瓶外生根技術(shù)應(yīng)用于篤斯越橘后，育苗周期由瓶?jī)?nèi)生根的90 d 縮短至瓶外生根的30 d。高方可等［17］研究發(fā)現(xiàn)，黑果腺肋花楸在瓶?jī)?nèi)生根時(shí)間需30 d，移栽需10 d，而瓶外生根僅需20～25 d。徐航等［7］發(fā)現(xiàn)沙棘瓶外生根可使組培苗的生根周期縮短20 d 左右；肖玉菲等［35］發(fā)現(xiàn)，澳洲茶樹瓶外生根時(shí)煉苗僅需7 d，扦插30～35 d 后即生根成活，生根成活率可達(dá)92%。

6.2 可利用已被污染的組培瓶苗，節(jié)約成本

在瓶?jī)?nèi)組培苗的增殖擴(kuò)繁階段，由于操作不當(dāng)和環(huán)境原因，不可避免會(huì)出現(xiàn)瓶?jī)?nèi)污染現(xiàn)象。常規(guī)組培操作會(huì)將污染苗淘汰，造成了前期成本的損失。而肖玉菲等［35］、高方可等［17］、黃曉娜等［18］研究發(fā)現(xiàn)，瓶外生根可以選取已污染但生活力較強(qiáng)的組培瓶苗，經(jīng)過簡(jiǎn)單的消毒處理，直接用于扦插生根，從而減少損失、節(jié)約成本。

6.3 瓶外生根根系較好，移栽成活率高

瓶外生根研究發(fā)現(xiàn)，部分植物的瓶外生根率高于瓶?jī)?nèi)，有些低于瓶?jī)?nèi)，但大多數(shù)瓶外生根的根系質(zhì)量要高于瓶?jī)?nèi)生根，且移栽成活率要顯著高于瓶?jī)?nèi)生根苗。劉敏等［40］用顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，歐美楊瓶?jī)?nèi)生根苗的根毛稀少，瓶外生根苗根毛發(fā)達(dá)；黃玉梅等［34］試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與瓶外生根相比，黑木相思瓶?jī)?nèi)生根的根系發(fā)育較差，側(cè)根少且短；黃曉娜等［18］對(duì)金花茶的研究表明，試管內(nèi)生根的根系較細(xì)，可能是根系在瓊脂培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，透氣性較差，造成根系不發(fā)達(dá)的現(xiàn)象，試管外生根的根系較粗，根毛多，生長(zhǎng)速度快，同時(shí)葉片角質(zhì)層發(fā)達(dá)，極大提高了植物后期移栽的成活率。焦淑華［9］認(rèn)為瓶外培養(yǎng)的植株由于減少了植株生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的使用，基本無畸形、變異等情況發(fā)生，植株具有生長(zhǎng)速度快、生長(zhǎng)發(fā)育均勻、根系良好等特點(diǎn)。徐航等［7］通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，沙棘瓶外生根苗的根毛發(fā)達(dá)，移栽苗更易成活。

王蓉等［10］研究發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)基上誘導(dǎo)形成的根無根毛，恢復(fù)能力差。瓶外生根苗是木質(zhì)根，著生大量須根，恢復(fù)能力較強(qiáng)，而瓶?jī)?nèi)生根的根系往往是肉質(zhì)根，吸收功能很差。瓶外生根在生根過程中已逐步適應(yīng)環(huán)境，經(jīng)受了自然環(huán)境的鍛煉，不適應(yīng)環(huán)境的弱苗在生根過程中已經(jīng)被淘汰，移栽苗抗逆性強(qiáng)的壯苗，容易成活。

6.4 經(jīng)濟(jì)效益比較

Debergh 等［60］研究發(fā)現(xiàn)，瓶外生根可使總費(fèi)用降低35%～75%。馮學(xué)贊等［61］研究認(rèn)為，組培試管苗如果采用瓶外生根技術(shù)，生產(chǎn)成本可以降低70%左右；施瓊等［36］研究發(fā)現(xiàn)，10 000 株馬大雜種相思增殖苗通過瓶外生根要比瓶?jī)?nèi)生根增加收益1 288.26 元。

7 小結(jié)

生根條件的協(xié)調(diào)及后期生根環(huán)境的調(diào)控是瓶外生根在應(yīng)用中存在的主要問題。影響瓶外生根的生根率和生根質(zhì)量的因素眾多，如用于瓶外生根的瓶?jī)?nèi)增殖苗的生長(zhǎng)質(zhì)量、扦插處理時(shí)所用的生根促進(jìn)劑的種類和濃度、用于生根的基質(zhì)等。尚未有針對(duì)某種植物而制定出一整套科學(xué)合理的瓶外生根流程用于其標(biāo)準(zhǔn)的工廠化育苗。

瓶外生根時(shí)，溫度、濕度、光照等因素都對(duì)生根后期的苗木生長(zhǎng)起到重要作用。組培增殖苗的擴(kuò)繁在室內(nèi)可控條件下進(jìn)行，可實(shí)現(xiàn)周年化生產(chǎn)，若瓶外生根的環(huán)境因素也能夠得到良好控制，使整體的苗木生產(chǎn)流程都實(shí)現(xiàn)工廠化周年生產(chǎn)，可以使苗木繁殖周期縮短而降低成本，成為工廠化育苗的重要方式。