植物组织培养(第二版)
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必 备 知 识

一、试管苗的特点

组织培养获得的试管苗长期生长在试管或三角瓶等中,与外界环境相对隔离,形成了一个独特的生态系统。这个生态系统与外界环境相比具有以下四个特点。

1.高温且恒温

试管苗整个生长过程通常均采用恒温培养,温度一般控制在25℃±2℃,即使有变化,温差也是极小的;并且在培养过程中,有的植物需将温度控制得更高。

2.高湿

植物组织培养过程中一方面试管苗吸收的水分通过叶面气孔蒸腾到培养瓶中,另一方面培养基中的水分也向培养瓶中蒸发,而后水汽凝结又进入培养基,这种循环就是培养瓶内的水分循环,结果造成培养瓶内空气的相对湿度接近于100%,远远大于培养瓶外的空气湿度。

3.弱光

组织培养中的光强与太阳光相比一般较弱,因此幼苗一般生长较弱,经受不了太阳光的直接照射。

4.无菌

试管苗的培养是在无菌条件下的。而在移栽过程中试管苗要经历由无菌向有菌的转换。若不注意,就会导致试管苗移栽过程中的死亡。

另外,试管苗还处在一种特殊的气体环境中。以上这些特点决定了试管苗在移栽前需要进行一段时间的驯化。

二、试管苗驯化移栽的目的

高温、高湿、弱光和无菌条件下培育出来试管苗与实生苗相比形态结构和生理功能上存在一定的差异(表4-1),对逆境的适应和抵抗能力差。因此,已生根的试管苗在移栽前要先进行锻炼,使试管苗适应移栽后的环境并进行自养,这是一个逐步锻炼和适应的过程,这个过程叫驯化。驯化的目的在于通过人工控水、控肥、增光、降温等措施,使试管苗逐渐适应外界环境,提高试管苗对外界环境条件的适应性,提高其光合作用的能力,促使试管苗健壮,最终达到提高试管苗移栽成活率的目的。

表4-1 试管苗与实生苗形态结构与功能上的差异

三、驯化移栽的设施与设备

(一)保护栽培设施

1.现代化温室

试管苗生根后不能直接移入大田,需要移入温室过渡,而且要求温室有较好的栽培条件,尽量实现机械化、自动化。最好建成较先进的现代化温室,框架采用镀锌钢材,屋面用铝合金材料做桁条,覆盖物可采用玻璃、玻璃钢、塑料板材或塑料薄膜温室,温室借助纵向侧柱或柱网连接起来,相互通连,可以连续搭接成联栋的大型温室(图4-1),每栋可达数千至上万平方米。冬季通过热水、蒸汽、热风加温,夏季采用通风与遮阳相结合的方法降温。整栋温室的加温、通风、遮阳和降温等工作可全部或部分由电脑控制。内装喷灌设备和可移动苗床,有利于试管苗及优良种苗的大批量生产,但造价较高。

图4-1 现代化温室剖面图

2.日光温室

现代化温室造价较高,因此,如没有条件也可用日光温室代替(图4-2)。日光温室在北方地区应用较为广泛,又称钢拱式日光温室,主要利用太阳能作热源提高室内温度。跨度一般为5~7m,中高2.4~3.0m,后墙高1.6~2.0m,厚50~80cm,用砖砌成,每隔4~5m设通风口,采光、保温等性能较好,且建造成本较低。保护栽培设施的建造还要考虑到当地的气候条件,选择适宜的保护设施或对相关设施进行改进。

图4-2 辽沈Ⅰ型节能日光温室结构示意图(单位:m)

3.遮阴防雨拱棚

温室锻炼后的试管苗有些可以直接进入市场,有些还需要移入露地炼苗场作进一步驯化培养。露天炼苗场可以是完全露天,也可以建遮阴防雨棚,以防止太阳曝晒和大雨冲刷损伤幼苗,它是试管苗二次炼苗的场地,也是种苗等待进入市场的存放地。其最好建在地势较高,不淹水的地方,以防大雨淹没。其骨架一般可采用镀锌薄壁钢管拱棚(图4-3)、竹木结构拱棚(图4-4)、钢管结构焊接拱棚,在顶部盖塑料薄膜,四周通风,再覆盖遮阴材料。遮阴材料既可使用遮阳网,又可就地取材,用高粱秸、芦苇、香蒲等物编织成遮阴帘,甚至还可利用透光率较低的旧塑料棚膜等。

图4-3 镀锌薄壁钢管拱棚

图4-4 竹木结构拱棚示意图

1—棚门;2—立柱;3—拉杆;4—吊柱;

5—棚膜;6—拱杆;7—压杆;8—地锚

4.防虫纱网棚

若繁殖的苗木是脱毒苗则需要建造防虫纱网棚,目的是防止蚜虫侵入传播病毒病。一般防虫纱网棚以35~40目尼龙纱网为覆盖物。由于其质轻,因此,防虫纱网棚的骨架比塑料薄膜棚承重小,构建成本低。

(二)基质选用与消毒

1.基质类型

基质具有良好的物理特性和化学特性,在固定幼苗的同时还具有持水、缓冲和提供部分养分、改善根际透气性的能力。

基质种类分有机基质和无机基质。

有机基质主要有泥炭、炭化稻壳、花生壳、椰糠、木屑等。通常泥炭和炭化稻壳应用较为广泛。用花生壳、椰糠作为基质时需进行冲洗和高温消毒。而木屑由于含有毒成分,特别是酚类化合物,因此使用前最好进行水冲洗或高温焖制等预处理。

无机基质主要有炉渣、河沙、蛭石、珍珠岩等。充分燃烧的煤炭炉渣粉碎后先用3mm孔径的筛子过筛,再用2mm孔径的筛子筛出直径2~3mm的炉渣,用水冲洗备用。河沙粒径一般以0.1~2.0mm为宜。

2.基质的混配

上述基质除了单独应用外,也可根据当地资源优势,采用多种基质混合使用。一般选用2~3种基质混合使用,如泥炭∶蛭石=1∶1。

3.基质消毒

许多固体基质在使用前或长期使用过程中可能会含有一些病菌或虫卵,容易引发病虫害。因此,基质充分混匀后要进行消毒,如基质中混配有土,消毒更应严格。消毒的方法包括蒸汽消毒、微波消毒及药剂消毒。

(1)蒸汽消毒 蒸汽消毒可以防治猝倒病、立枯病、枯萎病、菌核病和黄瓜花叶病毒病等。基质量少时,可用容积1~2m3的柜或箱,箱内装好基质后进行喷湿处理,使基质含水量达到35%~45%,然后通入蒸汽,一般在70~90℃条件下,消毒15~30min,就能杀死病菌。如需消毒的基质量大,可将混匀后含水量达到35%~45%的基质堆成20cm高,长度依地形而定的,全部基质用防水耐高温的布盖住,通入70~90℃蒸汽1h。如基质中含有土则蒸汽的温度需达到90~100℃。这种方法消毒快,又没有残毒,是良好的消毒方法。

(2)微波消毒 微波消毒是用微波照射基质,能杀灭杂草、线虫和病菌。行走式微波消毒机由功率30kW发射装置和微波发射板组成,前进速度为0.2~0.4km/h,工作效率较高。

(3)药剂消毒

① 40%甲醛 甲醛是良好的杀菌剂,但杀虫效果较差。一般用40%的甲醛50倍液,按20~40L/m3的药液量进行消毒,消毒效果较好。基质消毒时要求工作人员操作时戴上口罩,做好防护工作。

② 高锰酸钾 高锰酸钾是强氧化剂,一般用在石砾、粗沙等没有吸附能力且较容易用清水冲洗干净的惰性基质上消毒,而不能用于泥炭等有较大吸附能力的活性基质或者难以用清水冲洗干净的基质。

③ 氯化苦 氯化苦能够有效防治线虫、昆虫及一些草籽。氯化苦熏蒸的适宜温度为15~20℃。熏蒸前要求基质稍湿润,将混匀的基质堆放成高30cm,长度根据具体条件而定的基质堆,在基质上方每隔30cm打一个深为10~15cm的孔,每孔注入氯化苦5mL,随即将孔堵住,第一层打孔放药后,再在其上堆同样的基质一层,打孔放药,共处理3~4层,然后覆膜。7~10d后揭膜,晾7~8d干燥后即可使用。氯化苦对活的植物组织和人有毒害作用,所以施用时要注意安全。

④ 福尔马林消毒 福尔马林能防治猝倒病和菌核病。用0.5%的福尔马林喷洒床土,混拌均匀,然后堆放并用塑料薄膜封闭5~7d,揭开塑料薄膜使药味彻底挥发后方可使用。

⑤ 65%的代森锌粉剂 每立方米苗基质用药60g,混拌均匀后用塑料薄膜盖2~3d,然后撤掉塑料薄膜,待药味散后即可使用。

⑥ 威百亩 威百亩是一种水溶性熏蒸剂,对杂草、大多数线虫和真菌有效,可作为喷洒剂通过供液系统洒在基质的表面。也可把1L威百亩加入10~15L水中,均匀喷洒在10m3的基质表面,施药后将基质密封,7~10d后可以使用。

四、驯化移栽

(一)炼苗

炼苗一般是将生根状态理想的试管苗(一般具有3~4条根,根长1~2cm)移入温室内,开始时保持与培养室比较接近的环境条件,适当遮光,提高湿度,以后逐渐撤除保护,使光照条件接近自然生长环境。经过一定时间的锻炼,打开封口材料,向瓶内加适量自来水,逐渐降低环境温度,转向有菌培养,使幼苗周围的环境逐步与自然环境相似。时间一般以7d左右为宜。

(二)移栽

1.常规移栽法

常规移栽法是指将试管苗在生长素浓度高的培养基上诱导生根,当获得大量的不定根后,打开培养瓶注入少量自来水,在半遮光下驯化3~5d,然后取出试管苗,在20℃的温水中浸泡10min,换水两次,将黏附于试管苗根部的培养基洗洗净,移栽到装有经过消毒处理基质的育苗盘或育苗钵中,保持一定的温度和水分,当长出2~3片新叶时,就可将其移栽到田间或盆钵内。移栽的基质要根据不同植物的栽培习性来进行配制,这样才能获得满意的栽培效果。

2.嫁接移栽法

嫁接移栽法是指取生长良好的同一植物的实生苗或幼苗作砧木,用试管苗作接穗进行嫁接的方法。试管苗的嫁接移栽法移栽成活率高、适用范围广、所需的时间短,有利于移栽植株的生长发育。

3.直接移栽法

直接移栽法是指直接将试管苗移栽到盆钵中的方法。

(三)成苗管理

试管苗移栽后1~2周为关键管理阶段,主要是光照、水分、通风、透气等方面的管理。根据试管苗的特点及其生境与田间环境差异,驯化应从温度、湿度、光照及有无菌等环境要素进行,前期创设与试管苗原来生境相似的条件,后期则要与移栽的条件相似,从而达到逐步适应的目的,有效提高移栽成活率。

1.温度

试管苗比较娇嫩,从培养瓶中移到温室中,温度要尽可能保持一致,不同作物对温度要求不同,一般植物生长的最适温度,喜温植物以25℃为宜,喜凉植物则以18~20℃为宜。同时如果基质温度(即苗床温度)高于空气温度2~3℃有利于促进生根和根系的发育。

2.湿度

培养瓶中相对湿度达到99%以上,虽然温室内处于相对密闭的状态,空气湿度较大,但仍达不到培养瓶中的空气湿度,故需人工喷雾调节。后期逐渐降湿保持相对湿度在70%~85%。

3.光照

试管苗在培养瓶内光合作用微弱,因此移栽前应逐渐加强光照,使叶片恢复光合作用能力。但初期不宜长时间照射强光,光照强度以1500~2000lx为宜,特别注意避开中午强光,以免损伤叶肉组织,致使小苗随着蒸腾失水而萎蔫。后期光照可加强到4000~5000lx,光线不足就会造成茎叶细长徒长,不利于培育壮苗。冬季光照弱,光照时间短,应加设人工光源来补充光照。

4.施肥

驯化期间幼苗施肥的主要方式是追肥。追肥与否、何时追肥应视栽培基质储肥多少和幼苗的生长状况而定。一般移栽一周后每隔3~5d叶面喷施营养液一次,可结合喷水喷施。追肥的种类、数量应依据苗木生长需要来确定,但浓度不宜过大,应勤施少施。

5.防止杂菌滋生

由于空气湿度高气温低,幼苗易感染立枯病、猝倒病、枯叶病,造成死亡,因此要及时喷药,防治病虫害。通常使用一定浓度的杀菌剂可以有效地保护幼苗,如百菌清、多菌灵等,浓度为1/1000~1/800。

(四)提高试管苗移栽成活率的途径

影响试管苗移栽成活率的因素有许多种,包括内因与外因。不同的植株和不同的试管苗种类对移栽的具体要求不同。但总的来说,提高试管苗移栽成活率的途径有以下几种。

1.试管苗的生理状况

试管苗的生理状况是影响移栽成活率的内在因素。同一种植物的试管苗,其壮苗比弱苗移栽后成活率高(表4-2)。

2.不同栽培基质及消毒处理

不同栽培基质对试管苗移栽的成活率有显著影响(表4-3)。因此,要根据植物的特性选择适宜的基质。就同一栽培基质而言,经过消毒处理的移栽效果较好,其总生长量、叶片重、根鲜重均明显高于未经消毒处理的。此外,采用有机基质比无机基质要好,复合基质要比单一基质好。

表4-2 试管苗自身生长状况对移栽成活率的影响(吴殿星,2004)

表4-3 不同基质对大蒜试管苗移栽成活率影响(吴殿星,2004)

3.肥料

除了少数作物的试管苗叶片光合能力较强外,大多数作物试管苗光合能力极低。因此,要及时补充养料,移栽一周以后,即可用营养液叶面喷施,来快速补充苗株体内养料,促进早生根。3~5d喷施一次,初期浓度低些,常用0.15%~0.2%磷酸二氢钾喷施。

4.环境因子

环境条件也影响试管苗移栽的效果,关键是控制好前10d的温湿度和光照。温度一般保持在25℃,移栽苗周围的相对湿度初期应保持90%~100%,以后逐渐降低,直至与自然环境相适应。试管苗移栽后,要由异养转化为自养,因此适宜的光照就成为组培苗进行光合作用的必要条件,但前期光照不能太强,要做好适当遮阳工作,避免太阳直射。

5.从无菌向有菌逐渐过渡

试管苗出培养瓶后,要将其上面的培养基洗净,以免杂菌滋长。第一次移栽时最好选用灭过菌的基质,特别是对于移栽后成活率比较困难的植物,以提高其移栽成活率。为此,小苗种好后要适当使用一定浓度的杀菌剂,如百菌清、多菌灵、托布津等,浓度为1/1000~1/800,7~10d喷施一次。

6.植物生长调节物质

一般来说,生长素具有促进生根的作用,因此也能提高试管苗移栽的成活率。但植物不同选用的生长素种类不同。如月季以NAA诱导生根和提高移栽成活率效果最好。

7.无机盐浓度

试验结果表明,降低无机盐的浓度对植物生根效果较好,有利于移栽成活。

8.活性炭

在生根培养中加入少量活性炭,对某些月季的嫩茎生根有良好作用,尤其是用酸、碱和有机溶剂洗过的活性炭,效果更佳。但活性炭对有些月季品种的促根生长无反应。