全 文 ：植物生理学通讯 第 46卷 第 10期, 2010年 10月1050
收稿 2010-08-06 修定 2010-09-08
资助 辽宁省自然科学基金(辽科发 2 00 4 4 0)。
* 通讯作者(E-mail: dsuqiao@yahoo.com.cn; Tel: 0411-
8 4 7 0 6 3 5 6 )。
‘ 欧美杨 107’ 组培苗瓶外生根
刘敏, 苏乔 *, 刘纪文
大连理工大学生命科学与技术学院, 辽宁大连 116023
提要: ‘欧美杨107’是近年来重点推广的杨树品种之一, 但其组培苗存在移栽成活率不高的问题。本试验研究了‘欧美杨107’
组培苗的直接瓶外生根和瓶内复壮后瓶外生根两种生根方式, 结果表明, 两种方式蘸取IBA的最佳浓度分别为10 mg·L-1和
100 mg·L-1, 生根率分别达73.33%和81.67%, 移栽成活率分别为62.5%和93.33%。进一步研究发现生根的过程中外源补加
0.5 mg·L-1 IBA溶液能加速生根, 使生根周期缩短2周左右。添加1/2MS营养液可促进生根苗茎的生长和根的伸长, 有利于
移栽成活。瓶内生根苗的生根率高达到95%, 但是移栽难以成活, 显微镜观察发现瓶外生根苗比瓶内生根苗的根毛发达, 验
证了瓶外生根苗的根吸收功能更好。该研究对促进‘欧美杨107’组培苗及其转基因苗的推广应用具有重要的现实意义。
关键词: ‘欧美杨107’; 组培苗; 瓶外生根; 生根率; 移栽
Ex vitro Rooting of Populus×euramericana cv. Neva Microshoots
LIU Min, SU Qiao*, LIU Ji-Wen
School of Life Science and Biotechnology, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116023, China
Abstract: Populus×euramericana cv. Neva is one of the most widely used species in recent years, but its low
transplant-survival rate of in vitro rooted plantlets leads to limited application. We investigated ex vitro rooting of
Populus×euramericana cv. Neva in two ways, direct ex vitro rooting of microshoots and ex vitro rooting of
rootless microshoots pre-cultured in root induction media. The optimal concentrations of IBA were 10 mg·L-1
and 100 mg·L-1 for the two methods, respectively. The rooting percentage was 73.33% and 81.67%, transplant-
survival rate reached to 62.5% and 93.33%. Further, in the rooting process, rooting period was shorten by two
weeks by adding 0.5 mg·L-1 IBA, and elongation of stems and roots were promoted by adding 1/2MS nutrient
liquid. Rooting percentage of in vitro rooted plantlets reached up to 95%, but its transplant-survival rate was
low. We found that ex vitro rooted plantlets had more root hairs than those of in vitro rooting, which resulted in
better absorption. This study offers potential benefits in spread and application of test-tube plantlet of Populus×
euramericana cv. Neva.
Key words: Populus×euramericana cv. Neva; microshoots; ex vitro rooting; rooting percentage; transplantation
‘欧美杨 107’是国家 “七五 ”科技攻关 “欧美
杨胶合板材及纸浆材新品种选育 ”课题组从 17个
国家引进的331个无性系中选出的6个新品种之一,
具有速生、丰产、材性好、抗逆性强等优良特
性, 是目前广泛种植的一种杨树, 是优良的纸浆材
和生态防护林品种, 也是林木遗传改良研究的模式
树种。本实验室采用农杆菌叶盘转化法和组织培
养技术获得了具有良好耐盐性的‘欧美杨107’试管
苗, 在其应用研究过程中发现传统的生根方式(即瓶
内生根)存在生产成本高、育苗周期长、生根苗
移栽成活率低等不足。近年来瓶外生根技术在工
厂化育苗中得到越来越多的应用(Kim等 1998;
Almeida等 2005; Xu等 2008; 张红梅等 2009; Yan
等2010), 该技术不仅节省培养空间, 提高了繁殖系
数, 解决了组培工厂化育苗生根的难题, 而且减少
了一次无菌操作的步骤, 降低了生产成本, 吴国智
等(2010)认为诱导试管苗瓶内生根过程的费用占总
费用的 35%~75%。
由于目前还没有关于 ‘欧美杨 107’组培苗瓶
外生根的研究报道, 本文对 ‘欧美杨 107’试管苗进
行了瓶外生根研究, 短期内即获得大量的生根苗, 实
现了带土移栽, 移栽后成活率高而稳定, 还适于长
距离运输和异地移栽。
技术与方法 Techniques and Methods
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材料与方法
1 试验材料
试材为本实验室经多次继代增殖培养的转盐
角草(Salicornia europaea L.)胆碱单加氧酶基因
(SeCMO)的 ‘欧美杨 107’ (Populus×euramericana
cv. Neva)丛生芽苗, 生根试验选用生长旺盛、粗
壮, 长度约 2 cm的芽苗。
2 试验方法
2.1 生根方式 采用直接瓶外生根和瓶内复壮后瓶
外生根2种瓶外生根方式, 以瓶内生根方式为对照。
直接瓶外生根方法如下。剪取丛生芽苗, 将
切口直接在 IBA溶液中蘸 2 min, 插入蛭石和土壤
按 1:1混合的基质中, 插入深度 1 cm左右, 移栽后
立即浇 0.1%多菌灵溶液定根。扦插结束后, 搭小
拱棚覆盖塑料薄膜和遮阳网, 棚内相对湿度保持在
80%~90%, 温度控制在 20~28 ℃。一周后逐渐揭
去遮阳网, 加强通风, 降低棚内空气湿度, 每天对叶
片喷雾 1次, 每周喷施 1次 0.1%多菌灵溶液杀菌。
瓶内复壮后瓶外生根方法如下。首先将芽苗
在生根培养(1/2MS+0.05 mg·L-1 IBA+30 g·L-1 蔗糖+
6 g·L-1 琼脂粉, pH 5.8)上复壮培养10 d, 待试管苗长
出根原基(无不定根长出), 取出试管苗用清水将黏
附在苗木基部的培养基清洗干净, 然后再用IBA溶
液处理, 后期处理和管理与瓶外生根相同。
瓶内生根方法如下。剪取芽苗转接到生根培
养基(同上)上进行瓶内生根, 生根后转移到移栽环
境逐渐打开瓶盖, 缓苗 7 d后移栽。
2.2 瓶外生根激素浓度筛选 直接瓶外生根和瓶内
复壮后瓶外生根的芽苗扦插蘸取的IBA溶液均设置
4个浓度梯度: 0、1、10和 100 mg·L-1, 试管苗生
根培养 28 d后统计生根率、平均生根条数和平均
根长。
2.3 补充激素对瓶外生根速度的影响 自移栽后第
5天开始每周补加适量低浓度的IBA溶液, IBA溶液
设置 3个浓度梯度: 0、0.5和 1.0 mg·L-1, 每周统
计 1次生根率以观察生根速度。
2.4 外加矿物质对瓶外生根芽苗生长的影响 分别
用清水和1/2MS营养液浇灌幼苗, 移栽后每周浇营
养液 1次, 28 d后观察苗的生长状态并统计芽苗根
诱导率及平均苗高。
2.5 不同生根方式的移栽成活率比较 每处理均用
苗 60株, 3次重复, 1个月后统计移栽成活率。
实验结果
1 不同生根方式和激素浓度组合选择
试管苗生根培养 28 d后统计结果表明, 瓶内
生根的生根率为 95%。从表 1可以看出, 直接瓶外
生根方式的芽苗在 10 mg·L-1 IBA处理时生根率达
73.33%, 平均根条数和根长都优于其他浓度处理。
而瓶内复壮后瓶外生根方式的试管苗随IBA浓度的
增加, 生根率、平均生根条数和平均根长都逐渐增
加, 当IBA浓度达100 mg·L-1时生根率高达81.67%,
平均根长达到 2.05 cm。直接试管苗瓶外生根率较
低, 其主要原因是试管苗从无菌状态的高温、高
湿、弱光的环境过渡到有菌状态的自然条件, 一些
弱苗、小苗因不适应环境条件的变化, 导致出现基
部腐烂或叶片失水萎蔫而死。瓶内复壮后长出根
原基的生根苗即使不用IBA处理, 插入基质后生根
率也能达到 58.33%, 说明根原基启动后, 根原基的
表 1 不同生根方式和激素浓度对瓶外生根苗的影响
Table 1 Effects of rooting patterns and IBA concentrations on the ex vitro rooted plantlets
生根方式 IBA浓度 /mg·L-1 生根率 /% 平均根条数 /条 平均根长 /cm
直接瓶外生根 0 0 0 0
1 3 0 1.8 0.75
1 0 73.33 4.2 1.26
100 56.67 2.2 0.34
瓶内复壮后瓶外生根 0 58.33 6.9 1.12
1 6 0 8.2 1.33
1 0 68.33 9.7 1.78
100 81.67 10.6 2.05
植物生理学通讯 第 46卷 第 10期, 2010年 10月1052
伸长和根生长可以在没有外源生长素的条件下实
现, 但是为了达到高生根率补充生长素是必要的。
2 补充激素对瓶外生根的影响
本试验中直接瓶外生根和瓶内复壮后瓶外生
根两种方式所蘸取的 IBA浓度分别为 10 mg·L-1和
100 mg·L-1, 自移栽后5 d开始每周补加一次低浓度
(0.5和 1.0 mg·L-1)的 IBA溶液, 结果如表 2所示。补
充激素对瓶外生根的影响在生根处理14 d时最明显,
补加 0.5 mg·L-1 IBA使直接瓶外生根和瓶内复壮后
瓶外生根的生根率由35%分别提高到70%和80%,
与清水处理在28 d时的生根率相当, 可见每周补充
激素加快了生根速度, 使生根周期缩短了 2周左
右。从 14 d开始 0.5 mg·L-1和 1.0 mg·L-1 IBA处理
的苗的生根率差异均低于4%, 可见2种浓度的作用
效果差异不大, 从成本核算考虑以补充 0.5 mg·L-1
IBA为佳。
3 外加矿物质对瓶外生根的影响
如表3所示, 直接瓶外生根方式的苗在不外加
矿物质处理时, 均没有明显的生长, 基本保持了接
种时的高度(2 cm), 且茎和叶逐渐发黄(图 1), 而
1/2MS营养液处理的芽苗叶片呈健康的绿色, 平均
苗高达到 3.56 cm, 比清水处理的苗高 1.34 cm, 增
加了 60.36%, 说明该生根方式有必要外加矿物质。
芽苗经过瓶内复壮后苗高较高、茎较粗壮、叶片
伸展, 扦插生根后清水处理的苗叶片也能保持绿色,
清水处理的苗高为 3.94 cm, 外加 1/2MS营养液使
其高度仅增加了 4.82%, 该生根方式添加矿物质效
果不明显, 无需外加矿物质。
4 不同生根方式的移栽成活率比较
移栽结果表明直接瓶外生根和瓶内复壮后瓶
外生根两种方式的移栽成活率分别为 62.5% 和
93.33%。与预期结果不一致的是, 瓶内生根的试
管苗生根条件稳定营养充足, 移栽前小苗健壮, 生
长状态优于其他方式小苗, 但是移栽成活率却很低,
首先苗的根部逐渐干枯, 根枯死后茎和叶片开始失
水萎蔫, 整棵植株死亡。经过观察发现瓶内生根试
管苗基部先会产生一团愈伤组织, 不定根从愈伤组
织中伸出, 不定根易脱落, 但是为了防止根系附着
的琼脂造成的污染腐烂, 移栽前需要对根系进行清
理, 难免会对根系造成一定的机械伤害, 且移栽后
需要适应根际环境的变化。瓶外生根试管苗基部
无愈伤组织发生, 根直接从基部的侧面长出, 不易
脱落, 还可以带土移栽、不易发生机械损伤, 有利
于移栽成活。另外, 移栽前切取瓶内生根和瓶外生
表 3 补加 1/2MS营养液对瓶外生根苗的影响
Table 3 Effects of adding 1/2MS nutrient liquid on the ex vitro rooted plantlets
生根方式 处理 平均根长 /cm 平均苗高 /cm 叶片颜色
直接瓶外生根 清水 1.25 2.22 黄
1/2MS营养液 1.58 3.56 绿
瓶内复壮后瓶外生根 清水 1.30 3.94 绿
1/2MS营养液 1.71 4.13 绿
表 2 补充 IBA对瓶外生根苗生根率的影响
Table 2 Effects of adding IBA on the rooting percentage of ex vitro rooted plantlets
生根率 /%
生根方式 处理
7 d 14 d 21 d 28 d
直接瓶外生根 清水 16.67 3 5 6 5 73.33
0.5 mg·L-1 IBA 2 5 7 0 78.33 81.67
1.0 mg·L-1 IBA 2 5 71.67 8 0 83.33
瓶内复壮后瓶外生根 清水 1 0 3 5 7 5 81.67
0.5 mg·L-1 IBA 2 0 8 0 8 5 9 5
1.0 mg·L-1 IBA 21.67 8 0 88.33 9 5
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图 2 显微镜观察瓶内生根和瓶外生根苗的根毛
Fig.2 Microscope observation of root hairs of ex vitro rooted plantlets and in vitro rooted plantlets
A: 瓶内生根苗的根段; B : 瓶外生根苗的根段。图中横线代表 2.0 mm。
根苗的根段在载玻片上直接压平, 在光学显微镜下
观察根毛发生状况(图2), 观察结果发现瓶内生根苗
的根毛稀疏, 而瓶外生根的苗根毛发达, 说明瓶外
生根苗根系比瓶内生根苗根系的吸收功能更好。
图 1 瓶外生根苗的状态
Fig.1 Growth status of ex vitro rooted plantlets
A: 没有外加矿物质的直接瓶外生根苗; B: 外加矿物质的直接瓶外生根苗; C: 瓶内复壮后瓶外生根的苗。
讨 论
从本试验结果看‘欧美杨107’组培苗瓶内生根
苗的生根率高达到95%, 高于直接瓶外生根和瓶内
复壮后瓶外生根的生根率(73.33%和 81.67%)。大
量试验表明试管苗瓶外生根率普遍较瓶内生根率
低, 原因之一是瓶外生根的自然环境条件较瓶内的
微环境不易调控, 其二是芽苗瓶外生根诱导所需的
外源生长素及芽苗生长所需的养分没能及时得以补
充(徐振华等 2002)。不定根的发生和发育的整个
阶段都需要连续补充生长素, 生长素的存在有利于
根原基的诱导, 而且能够促进不定根的生长(黄学林
和李筱菊 1995)。因此本试验研究了外源补加 IBA
和1/2MS营养液对‘欧美杨107’组培苗瓶内生根的
影响, 结果表明外源补加 0.5 mg·L-1 IBA溶液能使
‘欧美杨 107’组培苗的生根周期缩短两周左右, 另
外补加营养液能有效促进芽苗的生长。尽管本试
验瓶内生根苗的生根率高于瓶外生根, 但是移栽成
活率低。显微镜观察发现瓶内生根苗的根毛稀少,
瓶外生根苗根毛发达, 部分解释了 ‘欧美杨 107’组
培苗瓶外生根苗移栽更易成活的原因。国内外也
开展了试管苗瓶外生根的解剖学研究, 发现瓶外生
根苗茎干皮层细胞个体较小, 液泡小; 叶片表皮角
质层发达, 皮孔开张角度小, 抗蒸腾作用和适应能
力增强, 海绵组织和栅栏组织分化程度高; 叶肉细
胞中叶绿素含量高, 光合性能优于瓶内生根苗(徐振
华等 1998; Hatzilazarou等2006)。这些研究从理论
上分析了瓶外生根的优势, 可见瓶外生根是一项值
得应用和推广的技术。
本试验研究了‘欧美杨107’的两种瓶外生根方
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式: 直接瓶外生根和瓶内复壮瓶外生根。把组培苗
生根与驯化有机地结合起来, 有效缩短了育苗周期,
节约生产成本, 节约室内空间, 提高了移栽成活率,
加速了种苗繁殖的进程。从生根率和移栽成活率
来看瓶内复壮后瓶外生根方式更好, 其生根率与瓶
内生根的生根率相当, 移栽成活率却显著高于瓶内
生根。该研究对促进 ‘欧美杨 107’组培苗及其转
基因苗的推广应用具有重要的现实意义, 对其他的
组培苗移栽难以成活的木本科植物也具有一定的参
考价值。
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