植物组织培养技术在观赏植物中的应用

植物组织培养技术在观赏植物中的应用

植物组织培养是指对植物器官、组织、细胞、胚胎和原生质体的生物技术进行人工制备的培养基，以刺激医学科学产生的疾病、干部等。因为它是通过试管培养的。根据植物来源和栽培条件，它也被称为离体培养或试管培养。从1902年Habertandt提出植物细胞全能性的概念,到1958年Steward和Reinert用胡萝卜髓细胞培养成株证实细胞的全能性以来,组织培养技术在基础理论和实际应用方面都获得了飞快的发展,已广泛应用于快速繁殖、种苗脱毒、遗传育种、种质资源保存与交换、人工种子、基因工程研究等,通过组培再生成株的植物种类和品种日益增多.自1960年法国Morel将植物组培技术应用于兰花的快速繁殖并取得成功以来,至今有关花卉组培方面的研究很多,能进行组织培养的花卉已达成百上千种,并且还不断有新的报道.组织培养在观赏植物中的应用主要在三个方面:离体快速繁殖;脱毒苗培育和新品种培育.1受病毒污染严重,易感染病毒植物传统的播种方法和常规无性繁殖生产,往往受繁殖材料及季节的影响,繁殖系数较低,生产周期长,而且长期进行无性繁殖,微劣突变容易积累,也易感染病毒,严重影响花卉的产量和质量,使得花卉的商品价值大幅度下降;对于一些难以生根、短时无法大量繁殖的名贵品种和母株来源不足的品种,传统的繁殖方法更不能及时满足生产和市场的需要.因此,如何提高名优花卉的繁殖速度,为市场提供整齐一致、无病虫害的优良苗木是当前花卉生产的迫切之需.离体快速繁殖就是目前解决这些问题的有效技术之一,目前我国已有近200种观赏植物能通过组织培养途径进行快速繁殖.1.1快速繁殖的优势1.1.1不受地区和气候的影响由于组织培养的过程几乎都是在人工控制的环境下进行的,排除了自然因素如季节、温度、光照等的影响,可进行周年繁殖,便于工厂化生产.1.1.2放养的种类和密度只要建立起快速繁殖增殖体系,培养材料将按几何级数增殖,增殖系数因植物种类不同而有差异,多在5~10之间,且4~6周即可繁殖一代,使种苗繁殖速度和产量大幅度提高,比常规繁殖方法提高数千至数十万倍.同时,由于环境、养分等繁殖条件差异较小,苗木生长一致性好,因而具有较好的商品性.1.1.3植物的生长培养用于组培的材料即外植体来源广泛,植物的根、茎、叶、花、果实、种子等均可作为培养材料,用于快繁的外植体多选择茎和叶,所以,取材时间基本不受限制.1.1.4利用培养室的空间组织培养时,培养瓶或试管等可放置于多层培养架上,高度利用培养室的空间,从而减小了培养物的占地面积,在20~30m2的培养室里,一年就可以生产十几万至几十万株苗,同传统的花卉育苗相比较减少了大量的土地使用面积.1.2顶芽和腋芽的发育途径快速繁殖再生植株的方式由于选择途径不同,种类较多,一般认为有4种,即:顶芽和腋芽的发育,不定芽的发育,体细胞胚状体的发生与发育,原球茎的发育.通过顶芽和腋芽的发育途径,因其相对简单易行,是快速繁殖的主要方式,而且培育出的植株后代遗传性状稳定,缺点是繁殖系数相对较低.下面介绍其基本过程.1.2.1无菌菌株的建立1.2.1.注重花料的选择,注重花材种的选择选择材料时,应选商品价值较高的新、奇、优、特品种,或能预见其具有商业开发前景的花卉品种.在选取用于培养的外植体时,应采摘具有较好品种特征且生长健壮的植株的幼嫩部位.在快速繁殖中,一般都以带顶芽或腋芽的幼嫩茎段或枝条作外植体.1.2.1.微生物的消毒和消毒先用自来水冲洗数小时,冲洗时可加入适量的洗洁精,以去除材料上的尘土和部分微生物,清洗时注意不要损伤和弄掉嫩芽.洗净后放入无菌室或超净工作台进行消毒,之后用无菌水冲洗4~5次,再用无菌纸吸干水分.常用的消毒剂有70%乙醇、0.1%~0.2%升汞、漂白粉、次氯酸钠等,消毒时间因外植体不同而异.1.2.1.基上诱导成芽将消毒后的外植体在无菌条件下切割成适当大小(一般以长0.5~1cm为宜),并接种到诱导培养基上,外植体在此培养基上诱导成芽.诱导培养基成分一般为基本培养基+细胞分裂素+生长素+附加成分,基本培养基一般选择MS配方,激素的种类和浓度则因所培养的花卉种类和品种不同,具有较大的差异,所选激素种类和浓度配比是否适宜于培养物,是快繁能否成功的关键,也是人们研究的主要内容之一.培养条件:温度22~28℃,光强1000~4000lx,光照12~16h.1.2.2在自然条件下,通过多次继代循环培养,实现幼苗的增殖,并将其作为诱导培养基的原料组成中,其增殖培养基及增殖培养基组成.把在诱导培养基上分化出的幼芽转到增殖培养基上进行培养,这是使幼芽快速增殖的关键环节.幼芽经一段时间的生长(4~5周)后即形成许多新的幼芽,将这些幼芽进行切割,并转接到新的增殖培养基上培养,如此,经多次继代循环,即可实现幼苗在数量上的扩增.通过扩繁,1棵幼苗1年内可以增殖几千乃至数万棵苗.研究表明,由于花卉种类和品种不同,增殖培养基中的激素浓度与诱导培养基有所差异,但有些花卉,其增殖培养基成分与诱导培养基成分近乎相同.1.2.3壮苗培养基与增殖培养基的制备将增殖的幼苗培养到一定大小时(一般高于2cm),转到壮苗培养基使其生长粗壮.壮苗培养基与增殖培养基不同之处在于不添加激素或尽可能降低激素的浓度,因为此阶段不再是为了增殖苗数而是使组培苗生长健壮.1.2.4生根培养基生长素把生长健壮的组培苗转入生根培养基,使其分化生根,长成完整的植株.生根培养基多采用1/2MS同时添加低浓度的生长素(NAA或IBA).1.2.5苗木移栽的管理生根苗的移栽是组织培养育苗的重要一环,只有移栽成活,才能达到快速育苗的目的.由于组织培养苗是在人工控制的理想环境下生长,与外界环境差别很大,幼苗抗病和抗干旱等能力较弱,一旦出瓶种植,生长环境发生了较大的变化,幼苗的生长会受到很大的影响,使移栽成活率降低,所以移栽初期的管理是移栽成功的关键.幼苗移栽前最好在温度为25℃左右的温室中先炼苗3~5天,即移栽前先把培养瓶的塞子打开,使嫩苗与外界接触,增强对外界不良因素的抵抗力,此间逐渐增强光照,使苗粗壮,以利于移栽成活.将长到一定大小(5~6片真叶或苗高4~5cm)、生4~5条根的组培苗经开瓶炼苗后,洗掉苗上的培养基,移栽到保水、透气性好的基质或苗床土中.理想的基质是蛭石,一般为河沙、蛭石、园土等按一定比例混合而成.移栽后的组培苗前期宜生长在适温、适湿的环境中,逐渐使其适应外界环境.为使幼苗正常生长,每3~5天可叶面喷施营养液一次,7~10天应给基质浇营养液一次.2茎尖组培脱毒法自然界中存在很多病毒,已发现的病毒超过500种,很多观赏植物易受病毒侵染,发生品质下降,花朵变小,色泽暗淡,产量降低等.长期无性繁殖的花卉,在繁殖过程中病毒可通过营养体进行传递,逐代累积,使病毒病的危害更为严重.为消除病毒的危害,20世纪80年代人们就广泛采用了茎尖组培脱毒的方法.茎尖生长点通常没有或只有很少病毒,以茎尖为材料或加以适当的热处理,在无菌条件下培养即可获得脱毒植株,然后通过快繁得到大量无毒苗.脱毒后的植株生长势强,花朵大,色泽鲜艳,抗逆性强,产花数量高,能够保持品种的优良特性.目前,利用组织培养对花卉进行脱毒并扩大繁殖,已被各国观赏园艺界广泛应用.3植物组织培养为观赏植物育种提供了新的途径植物细胞或原生质体经愈伤组织诱导再生植株的过程中,可能伴随着广泛的变异,这种变异称为体细胞无性系变异.业已证明,植物体细胞无性系变异是遗传变异的重要来源之一,它具有变异广泛、后代较稳定、基本保持原品种特性等优点.多种观赏植物的组织培养研究结果表明,一个组织培养周期内可产生1%~3%的无性系变异机率,远远高于自然突变频率.组织培养中无性系变异产生的主要原因有生理因素、遗传因素和生化因素,以获得变异为目的的组培还存在人为因素.通过组织培养产生的体细胞无性系变异(常规育种中不可能出现的变异),为观赏植物的品种改良和新品种的选育提供了新的途径.在世界范围内,由组织培养技术选育出的优良品种己产生了巨大的商业效益,如荷兰每年有千余种观赏植物新品种源自植物组织培养,通过组织培养选育出了多种具有优良性状的花卉,如玫瑰、菊花、香石竹等.由此可见,植物组织培养对植物品种改良和选育新品种起到了重要的作用.20世纪80年代初,在全世界范围内,利用植物组织、细胞培养,形成了一个新兴的花卉产业——工厂化育苗,如国外相继建立起来的兰花工业,世界上80%~85%的兰花是通过组织培养进行脱毒和快繁的,利用试管培养建立的兰花工厂使新加坡、泰国每年出口创汇数百万美元,据报道,全球有1000多家组培公司.植物组织培养在90年代已在我国掀起了应用高潮,一大批组培育苗工厂相继建成,如国内较大的新会组培育苗厂、海南热带植物组织培养研究中心、海南万恒种苗公司、云南省农科院园艺所等,已进行组培工厂化育苗并商品化的花卉有兰花、香石竹、满天星、勿忘我等.花卉是21世纪的绿色产业和朝阳产业,随着人们物质、精神生活水平的提高,花卉对人们的生活和工作所产生的影响将