组培苗移栽前为什么要进行炼苗？机理为何？

    组培苗虽然具有一定的光合能力，处于高湿、弱光、低CO2、恒温、异养条件下生长，其组织分化不完善，光合自养能力弱，适应性差，气孔多而且不易关闭、叶绿素少、根毛少，炼苗过程为逐步改变其生长条件逐步促使其组织发育完全，以适应外界环境生活：叶绿素增多，改善气孔的调节功能使蒸腾下降，根毛发育完善等，提高其对环境的适应能力。

  离体繁殖的试管苗的能否大量应用于生产，特别是木本植物、名贵花卉能不能取得好的效益，取决于最后一关，即试管苗能否有高的移栽成活率。试管苗移栽过程复杂，在未掌握其有关理论和技术时，若盲目移栽，势必造成高的死亡率，而导致前功尽弃。因此掌握有关理论和技术十分重要大力提高移栽成活率，建立高而稳定的移栽工序和方法是十分重要的。

    （一）试管苗移栽后易于死亡的原因

    试管苗一般在高湿、弱光、恒温下异养培养，出瓶后若不湿极易失水而萎蔫死亡。从形态解剖和生理功能两方面分析其原因如下：

    1、形态解剖方面

    （1）根

    ①无根 一些植物，特别是木本植物，试管繁殖中能不断生长、增殖，但不生根而无法移栽。王际轩等（1989）和薛光荣等（1989）报道苹果部分品种茎尖再生植株和花药诱导的单倍体植株不生根或生根率极低，无法移栽而采用嫁接法解决。牡丹试管繁殖也因生根问题未解决而不能用于生产。

    ②根与输导系统不相通 Mccowm（1978）报道桦木从愈伤组织诱导的根，不与分化芽的输导系统相通。李曙轩等发现花椰菜等芸苔属蔬菜第一次培养可诱导成苗，但培养的苗，根系是从愈伤组织上产生的，与茎叶维管束不相通，需将芽切下转移到生根培养基上再长根，才与茎的维管束相通，移栽才能成活。Donnelly等（1985）观察花椰菜植株，发现根与新枝连接处发育不完善，导致根枝之间水分运输效率低。林静芳（1985）在杨树上，陈正华在橡胶上，Red（1982）在杜鹃上均发现此现象。

    ③根无根毛或很少 Red（1982）报道杜鹃在培养基上产生的根细小，无根毛。赵惠祥等（1990）报道珠美海棠试管苗形成的根上也无根毛。Hasegawa（1979）报道玫瑰试管苗根系发育不良，根毛极少。曹孜义等报道葡萄试管苗生长在培养基内的根上无根毛，而菊花试管苗在培养基内上部根上生有大量根毛，下部则无，故有根毛的菊花试管苗移栽远比葡萄容易。

    （2）叶 在高湿、弱光和异养条件下分化和生长的叶，叶表保护组织不发达或无，易于失水萎蔫。这是因为：

    ①叶表角质层、蜡质层不发达或无 Ellen等（1974）用扫描电镜观察了香石竹茎尖再生植株和温室苗的叶表皮蜡的细微结构，前者96%—98%的植株叶表光滑，无结构状的表皮蜡，或有极少数棒状蜡粒，经过10d遮阴和弥雾炼苗，才诱导产生表皮蜡；而温室苗成熟叶上下表面均覆盖一层0.2µm×0.2µm的棒状蜡粒，幼叶片上也有，但少而小，沈孝喜（1989）用扫描电镜观察了梨试管苗叶片的表皮蜡的发生过程见到继代增殖的试管苗小叶上无蜡质，转入生根培养基后，少数扩大叶片上偶而可见，驯化一周后尚未发生，经2周炼苗后才见到大量表皮蜡。而温室苗叶片角质层加厚快于试管苗。

    Grout和Aston（1977）认为是高湿造成的。Sutter 和Lomylems(1982)用甘兰试管苗试验，相对湿度降至35%，甘兰试管苗就会产生具有蜡质的叶表皮。Warolle等（1983）用干燥剂降低试管内的湿度，使花椰菜试管苗叶表皮产生较多的蜡质。但产生原因有人认为是高温、高湿和低光造成的，也是人认为是激素影响的结果。

    ②叶无表皮毛或极少 Donnelly等（1986）对比了黑色醋栗试管苗和温室苗叶表皮毛的类型和数量，前者在叶柄和叶脉中存在有寿命极短的球形有柄毛和多细胞黏液毛，后者这种类型的毛极少，而单细胞毛较多。刺毛二者均有，但前者比后者少的多。试管苗叶表皮无毛或极少、或存在球形有柄毛和多细胞黏液毛，保湿、反光性均差，故易失水。

    ③叶解剖结构稀疏 Grout & Aston(1978)报道了花椰菜的试管苗叶片未能发育成明显的栅栏组织。Brainerd等（1981）比较了李试管苗在驯化前后的和田间叶解剖结构，发现试管苗、温室苗和田间苗的叶栅栏细胞厚度、叶组织间隙存在明显差异，前者依次增加，而后者依次降低；上下表皮细胞长度差异不显著。曹孜义等（1990）在葡萄炼苗过程中，马宝焜等（1991）在苹果试管苗炼苗过程中也观察到类似情况。

    马宝焜等（1991）还对苹果试管苗经强光和未经强光炼苗的茎进行了形态解剖对比，发现未经强光闭瓶炼苗的试管苗，茎的维管束被髓线分割成不连续状，导管少，茎表皮排列松散、无角质，厚角组织也少。经强光炼苗的茎，维管束发育良好，角质和厚角组织增多，自身保护作用增强。

    试管苗叶组织间隙大，栅栏组织薄，易失水，加之茎的输导系统发育不完善，供水不足，易造成萎蔫，干枯死亡。

    ④叶气孔突起，气孔口开张大 扫描电镜观察苹果和玫瑰试管苗叶气孔突起，气孔保卫细胞变圆，而温室植株气孔则下陷，保卫细胞椭圆。

    ⑤叶片存在排水孔 Donnelly等（1987）还报道了黑色树莓试管苗叶片、叶尖和叶缘存在排水孔。曹孜义等（1993）在葡萄试管苗叶片上除见到排水孔外，还看到一些假性水孔，这都是长期在饱合湿度下形成的，一旦移至低温下极易失水干枯。

    由上可以看出，在形态解剖方面试管苗无根系或不发达；无根毛或极少；叶无保护组织或极差，且叶组织间隙大，气孔开口大，故试管苗移栽后极易失水而干枯。

    2、生理功能方面

    （1）根无吸收功能或极低 Skolmen等移栽金合欢生根试管苗，在间歇喷雾下栽入蛭石和泥炭基质中，很快干枯死亡。如果移栽前在Hoagland溶液中培养一个月，再栽入上述基质，83%成活，认为液体培养可恢复根的吸收功能。

    从表3中可见葡萄试管苗根系吸收功能极低，仅为沙培苗的1/18，温室苗的1/39，低湿度下叶片大量失水，而根系又不能有效地吸水补充，故极易萎蔫、干枯。

    （2）叶片极易散失水分 试管苗叶片无保护组织，加之细胞间隙大，气孔开张大，移于低湿环境中失水极快。Brainerd等（1981）报道李试管苗叶片切下30min后即失水50%，而温室苗要经1.5h后才失水50%。

    曹孜义等（1991）把处于不同炼苗阶段的葡萄试管苗叶片切下，放在43%湿度下，试管苗叶片20min，光培苗1.5h，沙培苗8h，温室苗15h后才萎蔫。试管苗叶片极易失水，保水力极差，经过分步炼苗后，保水力才逐步增强。

    （3）试管苗气孔不能关闭，开口过大 离体繁殖和生长的小植株，与温室和大田生长的小植株，气孔结构明显不同。气孔保卫细胞较圆，呈现突起。从观察的各类植物中，均报道试管苗的气孔是开放的，这种开放的气孔，用低温，黑暗、高浓度Co2、ABA、甘露醇等诱导气孔关闭的因素处理均无效，且气孔开张很大。Donnelly等（1986）用扫描电镜观察黑色树莓，发现试管苗叶气孔开口很大，以至从气孔口外部可看到气室内叶肉细胞的叶绿体。曹孜义等（1993）报道葡萄试管苗气孔开口很大且呈圆形，甚至有些气孔开口的横径大于纵径。提出试管苗气孔不能关闭的原因是气孔过度开放，气孔口横径的宽度过大，超过了两个保卫细胞膨压变化的范围，从而不能关闭。这种过度开放的气孔，要经逐步炼苗后，降低了开张度，才能诱导关闭。

    Marin等（1998）发现移栽后的李度管苗离体叶片放在45%低湿环境中，叶气孔关闭率高达80%，从表皮细胞微纤丝所产生的纤维素、果胶质、角质等的组织化学研究指出，试管苗叶气孔是以非功能状态存在，当在一定湿度下气孔又以功能状态出现。

    Shackett等（1990）研究未损伤的苹果试管苗，在移栽至90%湿度下，90%的气孔可关闭，他们用气孔计测定了移栽1d—3d内，叶水分散失通过角质层和气孔散失水分，为小植株重的2倍—3倍。

    试管苗叶片缺乏角质和蜡质，气孔不能关闭，开口过大，那么其中哪个因素是主要的呢？Fuchigami等（1981）用李试管苗进行试验，用硅胶涂在叶上、下表面，或只涂在上或下表面，与不涂的进行对比，发现不管上表面涂抹与否，只要下表皮涂抹即可明显降低叶水分的散失，表明试管苗失水萎蔫的主要原因是气孔不能关闭。

    （4）试管苗叶光合作用能力极低 试管苗生长在含糖培养基中，光和气体交换受到限制，因此光合能力很弱。李朝周等（1995）用光合系统仪测定了葡萄试管苗、沙培苗和温室营养袋苗叶气孔阻力、蒸腾速率、净光合强度、叶绿素含量等，发现试管苗叶气孔阻力小，蒸腾速率高，叶绿素含量低，弱光下净光合速率呈现负值，而经过炼苗的沙培苗和温室营养袋苗，气孔阻力逐渐增强，蒸腾速率下降，叶绿素含量增加，净光合能力增强。Desjardins（1995）综述了微繁植株光合效率，认为试管苗叶片类似于阴处生长的植物，栅栏细胞稀少而小，细胞间隙大，影响叶肉细胞中CO2的吸收和固定。又因试管苗气孔存在反常功能，气孔一直开放，导致叶片脱水而对光合器官造成持久的伤害。在含糖培养基中，糖对植物卡尔文碳素循环呈现反馈抑制，以及CO2的不足，使叶绿体类囊体膜上存过剩电子流，造成光抑制和光氧化致使光合作用极低（Capellddts等1991，Hdider和Desjardius，1994）。Group（1988）根据试管植物光合能力大小，将试管苗分为二类，一类是加糖培养基中不能进行有效光合作用，如草莓和花椰菜，另一类能积极进行光合作用并能自养，如天竹葵。

    度管苗光合能力低，是由于培养基中加有蔗糖，小苗体内吸收后，无机磷大幅度下降，减少了无机磷的循环，使RuBP羧化酶呈不活化状态，无力固定CO2或极少固定。同时，由于蔗糖的刺激，促使试管苗的呼吸速率增强，呼吸作用又大于光合作用。De Rjek（1995）测定了在玫瑰的生根阶段，玫瑰试管苗的光合作用与培养基中的蔗糖浓度有关，当蔗糖高至40g/L时，光合能力为250mgCO2m-2h-1，蔗糖为10g/L时，光合能力提高至350 mgCO2m-2h-1。玫瑰试管苗在生根阶段，光合固定CO2的量占碳素营养的25%，其他75%来自培养基中的碳水化合物。因此持续提高容器中的CO2的浓度，可以提高试管苗的光合效率。

    但关于组织培养中蔗糖浓度高低与光合作用能力强弱仍存在争论，试验和结论不一致。Cappelladts等（1991）报道玫瑰在含糖5%的培养基生长和适应性最好，马宝焜等（1992）认为培养苹果试管苗，增加糖浓度至3%—5%，光强达3.5×104lx有利于培养壮苗，极显著提高成活率。从试管苗光合特性来看，在移栽前进行较强光照闭瓶炼苗，促使小苗向自养转化是有道理的。

    试管苗光合能力低，RuBP酶活性低，而呼吸作用强，PEP酶活性高，促进了蔗糖的吸收和利用，有利于氨基酸和蛋白质的合成，促使新的细胞和组织的形成。Hdider和Deesjardins（1994）测定了草莓试管苗PEP酶活性，发现培养5d—10d的植株比培养28d的植株高2倍—3倍，用14C测定CO2的吸收和转化，首先出现在氨基酸上。

    试管苗光合能力低也与叶绿体发育不良及基粒中叶绿素分子排列杂乱有关，除RuBP羧化酶活性低外（Tront，1988），光照和气体交换不充分也是一个限制因素。如用白桦试管苗和温室实生苗对比试验，前者当光强由200μmolm-2s-1增加到1200μmolm-2s-1，净光合强度未增加，但后者净光合强度却增加2倍。