组培苗瓶外生根技术研究进展

2022-08-15董晓宇常晓轲程志芳韩娅楠姚秋菊

湖北畜牧兽医 2022年4期

董晓宇，常晓轲，程志芳，韩娅楠，姚秋菊，刘卫

（河南省农业科学院园艺研究所，郑州 450002）

随着工厂化育苗的快速发展，组织培养技术作为植物快繁的重要手段已得到了广泛应用。在常规组培过程中，一般需经历外植体的采集和接种、继代培养、生根培养、移栽和驯化等过程［1］。在生根和移栽阶段，存在部分植物生根率较低、根系较弱和移栽不易成活等问题。与传统的植物组织培养相比，瓶外生根省去了瓶内生根再移栽练苗的过程，将生根培养与移栽驯化结合起来，瓶外生根技术是将组培过程中的生根培养和移栽驯化相结合，成为常规组培技术的简化版，缩短了育苗周期、节约了生产成本、加速了种苗繁育的过程，在越来越多的植物扩繁中得到应用，并取得了巨大进展。本研究对国内外组培苗瓶外生根的研究情况进行了综述，并对现存问题和未来发展进行展望。

1 瓶外生根应用植物种类情况

瓶外生根技术应用于组培苗生产中的植物种类约有近百种。其中大部分为木本植物，包括果树［2-13］、观赏植物［14-26］、药用植物［27-32］、经济林木［33-45］等。而草本植物相对较少，只有甘蔗［46］、香蕉［47，48］、魔芋［49］、草莓［50，51］、长寿花［52］、菊花［53，54］、满天星［55］、空心莲子草［56］等一些水果和观赏植物。木本植物在组培生根过程中分化不定根较草本困难，因此使用瓶外生根可获得更高的生根率，许多木本植物瓶外生根率和生根质量要高于瓶内生根。

2 瓶外生根所用的生根促进剂种类、浓度及使用方式

研究表明，生长素对根原基的启动和形成阶段起关键作用，而根原基的伸长和生长则可以在没有外源生长素的条件下实现［57，58］。在瓶外生根试验中，通常使用各种生长素作为生根促进剂对增殖苗处理，之后扦插培养，待其生根并正常生长。

在罗汉果［30］和满天星［55］的瓶外生根试验中，研究发现外源激素并不是生根所必须的，组培试管苗可自发生根。高遐虹等［55］认为生长素有利于植株提早发根和多发根，但浓度过高、处理时间过长，反而会抑制根系的生长。

生根促进剂使用种类主要包括IBA、NAA、ABT以及一些商用营养液和复合新材料。使用方法有单一激素使用、2 种或以上多种激素混合使用、基本培养基+激素等方式。扦插处理方式有浸泡、速蘸、配合滑石粉使用等。

2.1 生根促进剂种类

2.1.1 IBA IBA 被普遍认为是国内外瓶外生根中效果最好的生根促进剂。有研究认为IBA 能调控内源激素的合成与消耗，打破激素间比例关系，提高PPO 与POD 活性与代谢速度，抑制IAAO 活性升高。加快营养物质代谢速度与强度，促进淀粉及时水解为可溶性糖提供能量［59］。

2.1.2 NAA 使用NAA 作为生根促进剂的植物种类数量不多，有欧李［9］、红豆树［41］、散沫花［42］、轮冠木［31］等。散沫花和轮冠木的瓶外生根试验表明，使用NAA 和IBA 处理都可以达到同样的生根率，但NAA 的生根数量要优于IBA。

2.1.3 ABT ABT 作为国产的植物生长调节剂，被普遍使用。黑木相思［34］、澳洲茶树［35］、乌饭树［27］、千层金［20］、红叶石楠［21］、切花小菊［54］等植物部分品种试验表明，ABT 为其最佳瓶外生根激素。对于部分木本植物，ABT 效果优于IBA 和NAA。国外研究未见使用ABT 作为生根促进剂的报道。

2.1.4 混合使用常见的混合使用类型有IBA+NAA（非洲菊）［52］和IBA+ABT（山苍子）［38］等。

2.1.5 组培培养基使用组织培养时所使用的培养基作为生根促进剂，即“基本培养基+激素”的模式。如红双喜月季［15］使用1/6MS＋IBA 0.05 mg/L＋NAA 0.10 mg/L；苹果砧木M9［11］使用1/2 WPM+IBA 0.35 g/L；西洋杜鹃［19］使用Read 100 倍稀释液+GGR 60.5 mg/L。

2.1.6 其他新型药剂 Ambros 等［51］使用由生物硅和绿茶儿茶素组成的复合粉剂材料处理草莓插穗，取得了良好效果，其扦插生根率接近100%，增加了叶片气孔密度和气孔长度。

同一植物不同品种的最佳生根促进剂不同。雪文晶［54］研究发现，同为切花小菊，其中紫丹特、粉丹特瓶外生根最佳激素为IBA；科隆香水、阿茂菲和马蒂斯最佳激素为ABT；瑞白最佳激素则为NAA。

2.2 生根促进剂浓度及处理方式

2.2.1 生根促进剂浓度在采用相同种类生根促进剂的不同植物种类中，生根促进剂最适浓度的数值差异较大。使用IBA 作为生根促进剂的瓶外生根试验中，葡萄［10］的最适浓度最低，为0.3 mg/L，蓝浆果［2］的最适浓度最高，为2 000 mg/L。树莓［6］、魔芋［48］、满天星的最适浓度分别为5、10、75 mg/L；杉木［33］、沙棘［7］、马大杂种相思［36］、欧美杨［40］的最适浓度为100 mg/L；金花茶［18］、美国红梣［24］、椰子［13］、印度黄檀［44］的最适浓度为200 mg/L；山葵［37］、无患子［45］的最适浓度为500 mg/L；黑果腺肋花楸［17］、香蕉［47］的最适浓度为1 000 mg/L；蓝莓［3］的最适浓度为1 500 mg/L。

在使用ABT 为生根促进剂的瓶外生根试验发现，黑木相思［35］、红叶石楠［22］的最适浓度为50 mg/L；千层金［21］的最适浓度为100 mg/L；澳洲茶树［35］的最适浓度为400 mg/L；乌饭树［28］的最适浓度为500 mg/L。

研究发现，马大杂种相思的生根率随各生长素浓度的上升均呈现先上升后下降的趋势，推测不同的激素存在一个最佳浓度阈值，超过阈值会使生根率下降、生根效果变差［36］。曲芬霞等［20］认为适量浓度的生长素能诱导根原基形成，当浓度过低时，根原基的诱导受到限制，浓度过高时会抑制根原基形成，甚至产生毒害作用。

2.2.2 插穗的处理方式生根促进剂对插穗的处理，一般有速蘸、浸泡、配合滑石粉使用、浇灌入栽培基质中以及水培等几种方式。而插穗浸入生根促进剂的时间随浓度的增加而缩短，以IBA 为例，如使用浓度较低（5～100 mg/L）时，浸泡时间为0.5～2 h；IBA 浓度适中（200～500 mg/L）时，浸泡时间为2～7 min；IBA 浓度较高（200～500 mg/L）时，则采用速蘸的方式，时间一般为2～3 s。在使用其他种类的生根促进剂时，基本也采用相同的处理规律。

在澳洲茶树［35］和千层金［21］的瓶外生根中，使用ABT 溶液浸泡再速蘸滑石粉和药液混合浆的处理表现最优，这说明滑石粉有助于将生根促进剂附着于插穗表面，使其更长久有效发挥作用。在轮冠木的瓶外生根中，使用0.5 mg/L NAA 溶液水培25 d，获得较好效果［31］。

3 瓶外生根所使用的栽培基质类型及相关因素

瓶外生根所使用的基质类似于嫩枝扦插基质，要求其具有疏松透气、电导率和酸碱度适中等理化性状。不同种类植物所采用的基质种类不同，较常使用的是草炭、蛭石和珍珠岩等，此外，红心土、腐殖土、河沙、苔藓、椰棕、海绵等常也被使用。基质使用方式有单独使用和混配使用。单独使用如珍珠岩（栀子［14］、沙棘［7］、乌饭树［28］、红叶石楠［22］、葡萄［10］、魔芋［49］、草莓［50］）、蛭石（非洲菊［54］、山杨［39］、满天星［55］、罗汉果［30］）等；混配使用如泥炭∶蛭石∶珍珠岩=5∶4∶1（黑木相思［35］）、珍珠岩∶蛭石∶草炭=1∶1∶2（八仙花［16］）、草炭土∶苔藓=2∶1（笃斯越橘［8］）等。

除基质种类和配比外，还有基质其他相关因素的研究。潘虹虹等［14］研究发现，栀子的组培苗瓶外生根使用薄泡沫板作为载体时，其效果优于珍珠岩栽培；黄玉梅等［34］研究黑木相思瓶外生根时，在确定基质的最佳配比的同时，进行了基质含水量的测试，结果表明在基质含水量为50%时，其平均生根率、平均生根数与平均根长均达到最大值；叶伟等［2］在蓝浆果的瓶外生根试验中发现，使用某种粒径的多孔改良剂，可以提高基质内的氧气含量，组培苗茎段不易腐烂，从而提高生根率和生根质量。Bohra等［47］在研究香蕉组培苗瓶外生根时发现，先用IBA处理茎段，生根过程中用1/2MS 培养基溶液处理基质，结果表明当培养基溶液中的碳源为葡萄糖时，生根效果优于果糖和蔗糖。

4 环境因素对瓶外生根的影响

季节、温度、湿度、光照强度和光周期等也会对瓶外生根产生影响。肖玉菲等［35］在1 年中的不同时间进行澳洲茶树瓶外生根试验，结果表明夏季扦插生根效果最差，冬季扦插生根效果较好。吴幼媚等［38］研究发现，除7—9 月外，山苍子其他时间均可进行瓶外生根，生根率达80%以上。彭醒醒等［8］发现笃斯越橘的最佳瓶外生根时间为4—5 月，最佳空气湿度为80%、最佳光照时长为8～10 h/d。黄玉梅等［34］发现黑木相思组培苗在光照强度为45～135 μmol/（m2·s）时，光照越强，平均生根率也越高。卢慧颖等［39］研究发现，山杨在27～29 ℃条件下，根原基的形成、伸长和生长最快，污染和腐烂较少。朱玲［6］研究发现，树莓继代苗瓶外生根技术的关键是保证扦插后棚内的空气湿度，刚扦插的无根试管苗极为幼嫩，叶片水分蒸发量大而吸收能力弱，管理不及时极易造成植株萎蔫死亡。赵春莉等［15］研究发现，红双喜月季在空气湿度为90%时，其瓶外生根率最高，可达88.89%。Rahman 等［12］对菠萝蜜瓶外生根的研究表明，12 h/d 的光周期要优于8 和16 h/d。Hung 等［4］对不同LED 光源对蓝莓瓶外生根的效果进行研究，结果表明红光LED 的植株高度、根长、根数等最优，蓝光LED 的叶绿素含量最高。

5 组培苗材料对瓶外生根的影响

组培苗的取材部位、截取长度等也会对瓶外生根产生影响。王雪娇等［3］研究发现，蓝莓瓶外生根时，取组培苗的中下部进行扦插，效果较好。焦淑华［9］对欧李的瓶外生根研究发现，基部茎段的生根效果较好。时群等［29］研究发现，牛大力组培苗通过优化MS 培养基进行复壮，可增加继代苗的高度及茎的木质化程度，可为瓶外生根提供高质量的有效芽苗。Shiji 等［42］发现散沫花在瓶外生根时，所取组培苗茎段长度在4.1～5.0 cm 时，生根率最高。林治良等［30］通过罗汉果瓶外生根试验发现，芽苗高度在3 cm 以上时，生长粗壮，生根率均在90%以上，且发根数多而长。高方可等［17］对黑果腺肋花楸组培苗瓶外生根的试验发现，当试管苗长度为4.1～6.0 cm时，扦插苗成活率和生根率均达到最大，根长及根数也显著好于其他处理。

6 瓶外生根的优势

6.1 加快育苗速度，节约时间

与瓶内生根相比，瓶外生根减少了1 次无菌操作步骤，可显著缩短整体育苗时间。邓明琴等［50］发现草莓瓶外生根从扦插到定植需25～40 d，而常规瓶内生根到定植则需55～60 d，育苗周期缩短了20 d 左右。彭醒醒等［8］将瓶外生根技术应用于笃斯越橘后，育苗周期由瓶内生根的90 d 缩短至瓶外生根的30 d。高方可等［17］研究发现，黑果腺肋花楸在瓶内生根时间需30 d，移栽需10 d，而瓶外生根仅需20～25 d。徐航等［7］发现沙棘瓶外生根可使组培苗的生根周期缩短20 d 左右；肖玉菲等［35］发现，澳洲茶树瓶外生根时炼苗仅需7 d，扦插30～35 d 后即生根成活，生根成活率可达92%。

6.2 可利用已被污染的组培瓶苗，节约成本

在瓶内组培苗的增殖扩繁阶段，由于操作不当和环境原因，不可避免会出现瓶内污染现象。常规组培操作会将污染苗淘汰，造成了前期成本的损失。而肖玉菲等［35］、高方可等［17］、黄晓娜等［18］研究发现，瓶外生根可以选取已污染但生活力较强的组培瓶苗，经过简单的消毒处理，直接用于扦插生根，从而减少损失、节约成本。

6.3 瓶外生根根系较好，移栽成活率高

瓶外生根研究发现，部分植物的瓶外生根率高于瓶内，有些低于瓶内，但大多数瓶外生根的根系质量要高于瓶内生根，且移栽成活率要显著高于瓶内生根苗。刘敏等［40］用显微镜观察发现，欧美杨瓶内生根苗的根毛稀少，瓶外生根苗根毛发达；黄玉梅等［34］试验发现，与瓶外生根相比，黑木相思瓶内生根的根系发育较差，侧根少且短；黄晓娜等［18］对金花茶的研究表明，试管内生根的根系较细，可能是根系在琼脂培养基中生长，透气性较差，造成根系不发达的现象，试管外生根的根系较粗，根毛多，生长速度快，同时叶片角质层发达，极大提高了植物后期移栽的成活率。焦淑华［9］认为瓶外培养的植株由于减少了植株生长调节剂的使用，基本无畸形、变异等情况发生，植株具有生长速度快、生长发育均匀、根系良好等特点。徐航等［7］通过显微镜观察发现，沙棘瓶外生根苗的根毛发达，移栽苗更易成活。

王蓉等［10］研究发现，在培养基上诱导形成的根无根毛，恢复能力差。瓶外生根苗是木质根，着生大量须根，恢复能力较强，而瓶内生根的根系往往是肉质根，吸收功能很差。瓶外生根在生根过程中已逐步适应环境，经受了自然环境的锻炼，不适应环境的弱苗在生根过程中已经被淘汰，移栽苗抗逆性强的壮苗，容易成活。