組培苗移栽前為什么要進(jìn)行煉苗？機(jī)理為何？

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. 組培苗移栽前為什么要進(jìn)行煉苗？機(jī)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(zhǎng)，其組織分化不完善，光合自養(yǎng)能力弱，適應(yīng)性差，氣孔多而且不易關(guān)閉、葉綠素少、根毛少，煉苗過程為逐步改變其生長(zhǎng)條件逐步促使其組織發(fā)育完全，以適應(yīng)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(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。 詳見： 試管苗移栽易于死亡的理論基礎(chǔ) 離體繁殖的試管苗的能否大量應(yīng)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(guān)，即試管苗能否有高的移栽成活率。試管苗移栽過程復(fù)雜，在未掌握其有關(guān)理論和技術(shù)時(shí)，若盲目移栽，勢(shì)必造成高的死亡率，而導(dǎo)致前功盡棄。因此掌握有關(guān)理論和技術(shù)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(wú)根 一些植物，特別是木本植物，試管繁殖中能不斷生長(zhǎng)、增殖，但不生根而無(wú)法移栽。王際軒等（1989）和薛光榮等（1989）報(bào)道蘋果部分品種莖尖再生植株和花藥誘導(dǎo)的單倍體植株不生根或生根率極低，無(wú)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(dǎo)系統(tǒng)不相通 Mccowm（1978）報(bào)道樺木從愈傷組織誘導(dǎo)的根，不與分化芽的輸導(dǎo)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(dǎo)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(zhǎng)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(dǎo)致根枝之間水分運(yùn)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(wú)根毛或很少 Red（1982）報(bào)道杜鵑在培養(yǎng)基上產(chǎn)生的根細(xì)小，無(wú)根毛。趙惠祥等（1990）報(bào)道珠美海棠試管苗形成的根上也無(wú)根毛。Hasegawa（1979）報(bào)道玫瑰試管苗根系發(fā)育不良，根毛極少。曹孜義等報(bào)道葡萄試管苗生長(zhǎng)在培養(yǎng)基內(nèi)的根上無(wú)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(wú)，故有根毛的菊花試管苗移栽遠(yuǎn)比葡萄容易。 （2）葉 在高濕、弱光和異養(yǎng)條件下分化和生長(zhǎng)的葉，葉表保護(hù)組織不發(fā)達(dá)或無(wú)，易于失水萎蔫。這是因?yàn)椋? ①葉表角質(zhì)層、蠟質(zhì)層不發(fā)達(dá)或無(wú) 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(xì)微結(jié)構(gòu)，前者96%—98%的植株葉表光滑，無(wú)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(dǎo)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(wú)蠟質(zhì)，轉(zhuǎn)入生根培養(yǎng)基后，少數(shù)擴(kuò)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(rèn)為是高濕造成的。Sutter 和Lomylems(1982)用甘蘭試管苗試驗(yàn)，相對(duì)濕度降至35%，甘蘭試管苗就會(huì)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(rèn)為是高溫、高濕和低光造成的，也是人認(rèn)為是激素影響的結(jié)果。 ②葉無(wú)表皮毛或極少 Donnelly等（1986）對(duì)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(xì)胞黏液毛，后者這種類型的毛極少，而單細(xì)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(wú)毛或極少、或存在球形有柄毛和多細(xì)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(bào)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(xì)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(xì)胞長(zhǎng)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(duì)蘋果試管苗經(jīng)強(qiáng)光和未經(jīng)強(qiáng)光煉苗的莖進(jìn)行了形態(tài)解剖對(duì)比，發(fā)現(xiàn)未經(jīng)強(qiáng)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(dǎo)管少，莖表皮排列松散、無(wú)角質(zhì)，厚角組織也少。經(jīng)強(qiáng)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(hù)作用增強(qiáng)。 試管苗葉組織間隙大，柵欄組織薄，易失水，加之莖的輸導(dǎo)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(xì)胞變圓，而溫室植株氣孔則下陷，保衛(wèi)細(xì)胞橢圓。 ⑤葉片存在排水孔 Donnelly等（1987）還報(bào)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(zhǎng)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(wú)根系或不發(fā)達(dá)；無(wú)根毛或極少；葉無(wú)保護(hù)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(wú)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(gè)月，再栽入上述基質(zhì)，83%成活，認(rèn)為液體培養(yǎng)可恢復(fù)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(bǔ)充，故極易萎蔫、干枯。 （2）葉片極易散失水分 試管苗葉片無(wú)保護(hù)組織，加之細(xì)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(bào)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(qiáng)。 （3）試管苗氣孔不能關(guān)閉，開口過大 離體繁殖和生長(zhǎng)的小植株，與溫室和大田生長(zhǎng)的小植株，氣孔結(jié)構(gòu)明顯不同。氣孔保衛(wèi)細(xì)胞較圓，呈現(xiàn)突起。從觀察的各類植物中，均報(bào)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(dǎo)氣孔關(guān)閉的因素處理均無(wú)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(xì)胞的葉綠體。曹孜義等（1993）報(bào)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(guān)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(gè)保衛(wèi)細(xì)胞膨壓變化的范圍，從而不能關(guān)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(dǎo)關(guān)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(guān)閉率高達(dá)80%，從表皮細(xì)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(xué)研究指出，試管苗葉氣孔是以非功能狀態(tài)存在，當(dāng)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(guān)閉，他們用氣孔計(jì)測(cè)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(guān)閉，開口過大，那么其中哪個(gè)因素是主要的呢？Fuchigami等（1981）用李試管苗進(jìn)行試驗(yàn)，用硅膠涂在葉上、下表面，或只涂在上或下表面，與不涂的進(jìn)行對(duì)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(guān)閉。 （4）試管苗葉光合作用能力極低 試管苗生長(zhǎng)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(cè)定了葡萄試管苗、沙培苗和溫室營(yíng)養(yǎng)袋苗葉氣孔阻力、蒸騰速率、凈光合強(qiáng)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(fù)值，而經(jīng)過煉苗的沙培苗和溫室營(yíng)養(yǎng)袋苗，氣孔阻力逐漸增強(qiáng)，蒸騰速率下降，葉綠素含量增加，凈光合能力增強(qiáng)。Desjardins（1995）綜述了微繁植株光合效率，認(rèn)為試管苗葉片類似于陰處生長(zhǎng)的植物，柵欄細(xì)胞稀少而小，細(xì)胞間隙大，影響葉肉細(xì)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(dǎo)致葉片脫水而對(duì)光合器官造成持久的傷害。在含糖培養(yǎng)基中，糖對(duì)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(jìn)行有效光合作用，如草莓和花椰菜，另一類能積極進(jìn)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(wú)機(jī)磷大幅度下降，減少了無(wú)機(jī)磷的循環(huán)，使RuBP羧化酶呈不活化狀態(tài)，無(wú)力固定CO2或極少固定。同時(shí)，由于蔗糖的刺激，促使試管苗的呼吸速率增強(qiáng)，呼吸作用又大于光合作用。De Rjek（1995）測(cè)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(guān)，當(dāng)蔗糖高至40g/L時(shí)，光合能力為250mgCO2m-2h-1，蔗糖為10g/L時(shí)，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(yíng)養(yǎng)的25%，其他75%來(lái)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(guān)于組織培養(yǎng)中蔗糖濃度高低與光合作用能力強(qiáng)弱仍存在爭(zhēng)論，試驗(yàn)和結(jié)論不一致。Cappelladts等（1991）報(bào)道玫瑰在含糖5%的培養(yǎng)基生長(zhǎng)和適應(yīng)性最好，馬寶焜等（1992）認(rèn)為培養(yǎng)蘋果試管苗，增加糖濃度至3%—5%，光強(qiáng)達(dá)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(lái)看，在移栽前進(jìn)行較強(qiáng)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(qiáng)，PEP酶活性高，促進(jìn)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(xì)胞和組織的形成。Hdider和Deesjardins（1994）測(cè)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(cè)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(guān)，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(gè)限制因素。如用白樺試管苗和溫室實(shí)生苗對(duì)比試驗(yàn)，前者當(dāng)光強(qiáng)由200μmolm-2s-1增加到1200μmolm-2s-1，凈光合強(qiáng)度未增加，但后者凈光合強(qiáng)度卻增加2倍 .