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植物组织培养快繁技术简介

【摘要】:植物组培快繁的关键是植物在组织培养中再分化器官发生类型,也是组织培养中间繁殖体增殖的类型。植物组织培养中间繁殖体的类型是多种多样的,再生方式也不统一,其类型关系到繁殖速度和繁殖数量。美国红栌、叶子花、樱桃砧木等木本植物通过这种器官发生类型进行组培快繁,速度快。杨树、半夏、海棠、菊花等植物的快繁都可以通过这种器官发生类型增殖。图5-2-4原球茎发生型图5-2-5植物组织培养再分化植株的类型与繁殖途径

植物组培快繁的关键是植物在组织培养中再分化器官发生类型,也是组织培养中间繁殖体增殖的类型。植物组织培养中间繁殖体的类型是多种多样的,再生方式也不统一,其类型关系到繁殖速度和繁殖数量。采取何种再分化形式,应根据植物的生理特性决定,如果对某种植物的再分化类型采取强制性措施,就可能导致植物种类的变异,影响再分化能力,减少生产量。因此,在植物组培快繁过程中,正确选择快繁类型和诱导中间繁殖体是很关键的。

组培快繁器官发生类型(中间繁殖体类型)有如下几种。

1.无菌短枝型

又称无菌微型扦插。用顶芽和侧芽培养建立无性繁殖体系。

这一途径可表示为:顶芽和腋芽萌发→幼枝→顶芽和腋芽→切段扦插幼枝→顶芽和腋芽→幼苗生根→移栽。

无菌微型扦插可在短时间内重复芽、枝、苗的再生过程,形成许多小植株。这个过程不经过愈伤组织阶段,遗传性状稳定,培养过程简单,成苗快。生产中通过这种器官发生类型产生再生植株的植物有月季、康乃馨、马铃薯等。

图5-2-1 无菌短枝型

2.丛生芽增殖型

茎尖或初代培养的芽在适宜的培养基上诱导,不断产生腋芽,形成丛生芽,然后转入生根培养基,生根成苗,扩大繁殖。腋芽存在于叶片的叶腋中,每个腋芽都有发育成枝条的潜在能力。自然条件下,腋芽受到顶端优势的抑制,处于休眠状态,在离体培养条件下,由于培养基中细胞分裂素的作用,顶端优势被打破,腋芽萌发并生长。在这个过程中,由于细胞分裂素的持续作用,腋芽不断分化和生长,结果培养基上原来的外植体逐渐形成芽丛,把芽丛分割后转移到新鲜培养基上又可重复以上的增殖过程,从而在短期内获得大量的芽。

图5-2-2 丛生芽增殖型

利用腋芽分化和生长这一增殖途径时,培养基中必须加入一定的细胞分裂素,有时也同时加入少量生长素;外植体必须是顶芽、侧芽或带芽的茎切段。这种增殖方式开始时速度较慢,但每经历一个培养周期,芽的数量都以对数方式增加,因此其年增殖率是相当可观的。这一方式最大的优点是能保持遗传的稳定性,因为茎尖的细胞都是均一的二倍体细胞,它不会因培养条件的影响而发生变异,因而在植物快速繁殖领域应用日益普遍。美国红栌、叶子花、樱桃砧木等木本植物通过这种器官发生类型进行组培快繁,速度快。

这一途径可表示为:外植体→产生丛生芽→生根培养→形成完整小植株→移栽。

3.器官发生型

凡是在茎尖或叶腋以外其他部位所形成的芽统称为不定芽。在自然条件下,许多植物的某些器官可产生不定芽;在离体培养条件下,培养基中植物激素的作用可加强这些器官形成不定芽的能力,还能使自然条件下不产生不定芽的器官产生不定芽。(www.chuimin.cn)

图5-2-3 器官发生型

这一途径可表示为:外植体→产生不定芽→生根培养→完整小植株→移栽。由于不定芽产生的数量大、速度快,因此诱导不定芽这一途径的繁殖系数高于腋芽萌发途径,但其后代变异率也较高。

不定芽也可在愈伤组织上产生,其过程是外植体细胞脱分化形成愈伤组织,然后在愈伤组织上再分化产生不定芽,即外植体→愈伤组织→产生不定芽→生根培养→完整小植株→移栽。但以这种方式繁殖的后代遗传性不稳定,而且愈伤组织多次继代后器官发生能力逐渐降低以至完全丧失,所以在进行快繁生产时,如果可能应当避免形成愈伤组织,而应采用在外植体上直接诱导产生不定芽的方式。

植物的许多器官都可作为诱导不定芽的外植体。杨树、半夏、海棠、菊花等植物的快繁都可以通过这种器官发生类型增殖。在诱导产生不定芽时,一般要求培养基中细胞分裂素的浓度高于生长素,但有时也采用二者的浓度比值接近一的配比。

4.胚状体发生型

胚状体是由体细胞形成的,类似但不同于生殖细胞形成的合子胚的体细胞胚。诱导胚状体形成时一般将胚、茎尖、叶片或子房、花药等作为外植体,要求培养基中含有还原态氮化物和一定量的生长素,其中最常用的是2,4-D,胚状体的发育则要求生长素浓度较低或不含生长素的培养基。

胚状体途径的优点是增殖率高,而且胚状体是双极性的,结构完整,一旦形成,一般都可直接萌发形成小植株,因此成苗率高。如果用人工合成的营养物和保护物将发育到一定程度的胚状体包裹起来,还可制成“人工种子”直接用于播种,因此,胚状体途径是非常理想的快速繁殖途径。但由于目前多数植物还不能形成胚状体,其发生机理尚不清楚,有的还存在一定变异,因此在应用上还有很大的局限性,目前只有柑橘、油棕、咖啡等少数植物采用这一途径。

5.原球茎发生型

兰科植物在组培过程中,由茎尖或侧芽产生原球茎,原球茎不断增殖,逐渐形成小植株。原球茎是兰花种子发芽过程中的一种形态学构造。种子萌发初期并不出现胚根,只是胚逐渐增大,之后种皮一端破裂,胀大的胚呈小圆锥状,称作原球茎。原球茎可以理解为缩短的、呈珠粒状的嫩茎器官。兰花从顶芽和侧芽培养中产生的都是这样的原球茎。一个芽的周围能产生几个到几十个原球茎,培养一定时间后,原球茎逐渐变绿,相继长出毛状假根,进一步培养,使其再生、分化,形成完整植株。扩大繁殖时,应在转绿前将原球茎切割成小块或给予针刺损伤,转接到培养基上,增殖出几倍、几十倍甚至几百倍的原球茎。兰科植物诱导产生原球茎是快繁的主要途径,这是兰花工业取得成功的重要技术。

图5-2-4 原球茎发生型

图5-2-5 植物组织培养再分化植株的类型与繁殖途径