三、杓兰的繁殖

三、杓兰的繁殖

相对于常见的热带兰来说,杓兰是人工繁殖非常困难的地生兰种类。杓兰幼苗直至现今还没形成大规模的商业化生产,主要原因之一便是种子人工繁育幼苗和组织培养的技术难题还没有得到很好解决。

早期杓兰的人工繁殖是利用分株方法进行的,分株繁殖方法简单易行,每个兰花爱好者都可以操作,但不方便大批量生产。1949年,杓兰种子无菌萌发的先驱者Curtis在自己配制的培养基中,首先成功获得了杓兰幼苗,为杓兰的种子无菌繁殖研究开辟了道路。20世纪90年代末,美国的Steele总结前人的研究成果,简化了种苗快繁方法,小批量繁殖生产10多种杓兰幼苗获得成功。从此杓兰的种子无菌繁殖技术逐渐地应用到了商业化生产中。相对来说,杓兰的组织培养难度更大,目前还很少有从茎尖等外植体获得幼苗的成功报道,可以说杓兰的组织培养难题还有待于攻克。在中国,对杓兰属植物的人工繁育以及相关开发研究一直是空白,直至中国科学院昆明植物研究所近年来通过生物技术成功繁殖了黄花杓兰等3种野生杓兰,目前黄花杓兰幼苗已能进行规模化生产。特别值得一提的是,来自德国的生态学家Holger Perner博士一生热爱兰花,他自2001年来到四川黄龙后便被当地的杓兰深深吸引,从此更是扎根在这里开展兰科植物的保育工作,历时8年成功研发了杓兰属、兜兰属等兰科代表植物的种子无菌繁育技术,在杓兰的种子资源收集和种苗繁育等方面作出了尤为重要的贡献。

(一)种子无菌萌发

要进行杓兰种子的无菌萌发,第一步要获得种子,并了解种子的特性。以黄花杓兰来说,蒴果具三心皮,果实略呈三棱形。一个蒴果具有约1万~2万颗种子。当种子成熟时,蒴果开裂,种子释放出来。黄花杓兰的种子是典型的兰花种子,种子非常微小,长约0.5mm,宽约0.1mm。种子通常呈纺锤形,种皮是一种膜质的壳,上有网状纹络。膜质的种皮使得种子不易透水,并能漂浮于水面。种子的底部有开口,这可能是共生真菌侵入种子与种子形成共生关系,并促使种子萌发的通道。成熟种子的胚是由十几到几十个形态不分化的细胞构成。黄花杓兰的种子毫无疑问是靠风力传播的,种子胚很小,种子的体积和胚的体积比可达90多倍。因此,种子内有很大体积的空气,利于种子在空气中传播。种子在未成熟的时候是白色的,成熟的种子一般呈黄褐色。

一般来说,黄花杓兰种子在受精后4个月成熟。由于种子非常细小且内有较大体积的空气,种子成熟蒴果开裂时,种子散落出来随风飘散。当种子落到一个适宜的生存环境时,一个新的黄花杓兰个体将产生。种子的萌发通常发生于春天和初夏。在适宜的温度和水分条件下,在土下2~5cm的杓兰种子胚开始吸水膨胀,并最终萌发形成原球茎。原球茎是淡绿色的,并逐渐产生长长的假根,假根是共生真菌感染的地方。种子萌发的第一个夏天,第一条根开始从芽尖的下方伸出,整个夏天和秋天根都在生长。相对来说,芽生长缓慢,几乎没有变化。当寒冷的冬天来临时,原球茎停止生长,在土层和苔藓层下越冬。第二年春天原球茎继续生长,第一片叶出现在第二年的夏天。

由于黄花杓兰种子十分细小,以及幼苗生长发育期时间相对较长,目前还没有针对在自然界中黄花杓兰从萌发到成年开花植株所需要的生长发育时间的研究工作。从人工繁殖所得的实生苗生长发育过程来看,黄花杓兰从种子萌发到成年开花植株所需要的时间一般在4年左右。黄花杓兰的生长发育均有明显的季节性,在春天3~4月开始萌芽生长,5~7月开花,秋天结实,在严冬来临之前地上部分逐渐死亡。在开花结实的同时,根状茎的顶端逐渐形成新的芽,它是第二年地上部分的来源。

在规模化繁育黄花杓兰种子无菌实生苗过程中,种子的质量是至关重要的因素。有胚率和胚活力是衡量种子质量的关键性指标,一般来说,种子有胚率达到80%以上,胚活力70%以上才可以作为规模化种子繁育实生苗的材料。在人工授粉条件下,黄花杓兰的结实率可达100%,但并不是这些蒴果的种子都能达到种子繁育的要求。实际生产中能达到要求的黄花杓兰蒴果约20%左右。这就需要一套完备的优质种子制备和筛选的技术,作为成功繁育黄花杓兰实生苗的基础。

授粉后120d左右,黄花杓兰蒴果完全成熟,此时种子内部休眠物质已经形成。成熟种子可以储存相对长的一段时间,通过物理及化学方法处理后进行人工无菌播种,种子可以正常萌发。因此,规模化幼苗生产一般采用成熟种子。

用刀片将蒴果采切下,并将顶端花部残留物小心切除。蒴果置于自来水下冲洗15min后,在无菌条件下将蒴果浸泡在75%的酒精中30min,取出后用无菌滤纸吸干水分。将蒴果剖开后把种子装入无菌小玻璃瓶中,密封后置于4℃冰箱中保存。(https://www.daowen.com)

成熟种子内部的休眠物质已经形成,需要对其进行预处理,解除休眠状态,种子才能正常萌发。将种子置于4℃的冰箱中冷存处理3~4个月,则可以达到解除种子休眠的效果。种子无菌播种一般在每年的1~2月份,将冷处理后的种子从冰箱中取出,浸泡在0.5%的次氯酸钠溶液中15min,无菌水冲洗5次。无菌状态下将种子用接种针接种于CYP-m培养基表面(500mL兰花瓶,50mL培养基/瓶)。培养物在温度23℃±2℃、暗培养条件下培养。

播种后35d左右,可见种子胚膨大并突破种皮,种子开始萌发,形成尚未分化的白色原球茎。当原球茎生长至直径0.5mm时,则需要用接种针将其从CYP-m培养基上挑出,转接于CYP-y培养基上培养。原球茎之间约0.6cm的距离,每瓶接种量为80粒原球茎,在温度23℃±2℃、暗培养条件下培养。

当原球茎生长至直径1.0mm时,原球茎开始分化出芽,同时第一条根也开始分化。种子萌发后2个月左右,原球茎已经形成幼苗,芽已生长至0.5~1.0cm长,同时分化出幼叶,并具有1~2条根。此时将幼苗转接于新的CYP-y培养基上培养。幼苗之间约1.0cm的距离,每瓶接种量为50个幼苗,在温度23℃±2℃、光培养条件下培养(光照2000lx,12h/d)。一周后,幼苗叶片转绿,进入快速生长时期。光照培养约1个月后,幼苗约有5cm高,已具有2~3片叶,2~3条根,可以进行幼苗冷藏处理或移栽。

(二)组织培养

杓兰的试管繁殖目前还很困难,虽有少量利用种子萌发的原球茎诱导愈伤组织并再生植株获得了成功的报道,但尚未见适用于规模化快繁的组织培养技术。这里以黄花杓兰为例来说明根杓兰属植物组织培养技术。

每年4月份将根茎上尚未萌动的休眠芽用刀片完整切下,放入肥皂水中浸泡半个小时,然后用软毛刷刷洗干净,于流水下冲洗10min,蒸馏水浸泡10min,后放入75%酒精中表面消毒1min,再以0.1%的HgCl溶液灭菌8~10min,用无菌水冲洗4~5次。在无菌条件下用滤纸吸干水分,接种于培养基上。

以改良Harvais培养基为基本培养基,添加1mg/L的6-BA。蔗糖浓度为3%,培养基添加马铃薯提取液(即将20g马铃薯切片于200mL沸水中煮15min后所得的提取液),培养基pH为5.6,121℃下灭菌17min。黄花杓兰暗培养条件为23℃±2℃;光培养条件为每天连续光照12h,光照强度2000lx,培养温度为23℃±2℃。接种4d后就有休眠芽开始萌动,萌动20d左右可看见基部有小白点形成,1个半月左右休眠芽周边的小白点生长分化为侧芽。

无菌条件下将丛芽分切,接种于继代培养基中,每一兰花瓶接种20个丛芽。继代培养基为改良Harvais培养基,添加1mg/L的6-BA。培养基中添加5%马铃薯提取液。培养条件为每天连续光照12h,光照强度2000lx,温度为23℃±2℃。60d后丛芽增殖明显,继代培养的繁殖系数约为2.69。

无菌条件下将丛芽分切,接种于生根培养基中,每一兰花瓶接种40个丛芽。生根培养基为改良Harvais培养基,添加0.5mg/L的6-BA和0.5%活性炭。培养条件为每天连续光照12h,光照强度2000lx,温度为23℃±2℃。60d后,黄花杓兰幼苗生根率达到83.33%,且每一幼苗上生成2~4条根,每条根的直径约为0.8mm,长度约为3cm。此时,黄花杓兰幼苗即可进行冷藏处理或出瓶移栽。