植物生产从哪里开始?
植物生产总得从某个地方开始。确实,它从合理的规划、场地设计、设备采购与安装等环节开始,但真正意义上的生产始于……“起始体”。在本文中,“起始体”是指通过有性或无性繁殖所获得的植物初始体。
繁殖的类型
- 有性繁殖:涉及两个亲本的基因组合,形成一个胚胎。这种胚胎可能被包裹在种皮中(种子),也可能没有,过程包括两套不同基因的融合。
- 无性繁殖:利用母株的部分组织,生成一株与原植物完全相同的新植株,包括其任何局部突变或特性。
- 克隆(Cloning):是无性繁殖的一种特殊形式,通过将一个未分化的细胞诱导分化为完整植物,使所有衍生植株在基因上完全一致。通常采用组织培养技术(Tissue Culture)实现。
有性繁殖
所有植物的有性繁殖都涉及两套不同的基因组合,有时来自两个个体,有时来自同一株植物。
在被子植物(如番茄、仙人掌、禾本科)中,胚胎包裹在种子中以供保护;而在裸子植物(如松树、云杉)中,新植物体则裸露在外。
开花植物通过花粉(雄性)传递到雌蕊的子房(包含胚珠)中,完成受精过程,形成种子。(见图 1)
这一过程带来了极大的遗传多样性。在精子和卵细胞形成过程中,每个细胞原本包含两套基因(如控制花瓣形状),在形成配子时各分离一套。结合后,新的种子便拥有来自两个亲本的基因集合。
因此,从种子长出的植物具有不可预测性。例如,两棵看似相同的苹果树可能产出的果实一个又小又苦,另一个则大而甜。
虽然种子繁殖能大量且高效地生产植株,而且易于储存,但由于基因组合不稳定,种植者无法精确控制最终植株的表现特性。
无性繁殖
无性繁殖是利用现有植物的一部分组织或完整基因组来繁殖出相同或相似的植株。
本文重点是扦插繁殖 —— 种植者用于确保作物一致性最常用、最重要的方式之一。
在展开讨论前,请牢记三点:
- 植物基因随时可能突变
高能光照、细胞分裂、化学作用、时间等因素都可能影响基因表达,导致新生细胞与最初受精卵的基因组产生差异。这种突变可能表现为果实更甜、叶型改变、颜色变化等。 - 生根是组织再分化的过程
植物器官中的细胞大多已经特化,例如叶片表皮细胞只会复制成同种细胞。要让这些细胞转变为根部组织,必须先“去分化”再“重新分化”,才能生成新的根或完整植株。 - 基因的“年龄”不会重置
举例:一棵苹果树某枝条因突变产生更好的果实。如果取该枝进行扦插繁殖,新树会继承此优良特性。但所有新树的基因年龄仍等同于原树。随着时间推移,基因会逐渐疲劳、突变,最终整条品系趋于衰退。
克隆
广义上说,所有无性繁殖(包括扦插)都属于克隆。但在园艺行业中,通常将“克隆”专指组织培养技术。
流程如下:
- 从母株取下一段组织
- 诱导其回到未分化状态(称为愈伤组织 Callus)
- 分离成单个细胞(基因几乎完全一致)
- 诱导细胞再分化为新植物
组织培养可以一次性产出大量植株,特别适合大规模商业化生产。但过程复杂、设备要求高、失败率高,不适合家庭园艺或小规模使用。
除了典型的组织培养,还有:
- 顶端分生组织培养(Meristem Culture)
- 微型扦插(Micro-cuttings)
优势包括:病毒清除、品种保真、病害筛选等,但成本高昂,而且每种植物对该技术的反应都不同。
成功关键在于:
- 精准配方
- 完美激素比例
- 严格无菌操作
- 精细时间控制
营养繁殖(扦插)
在可能的情况下,扦插是最实用、最高效的无性繁殖方式。并非所有植物都适合扦插,但大部分都可以。
营养繁殖方式包括:
- 根部分裂:如某些植物根部自身冒出新芽
- 茎段扦插:选择带叶片、顶芽或叶芽的茎段
- 休眠枝条扦插:含有顶芽或腋芽的枝条
这些植物体的分生组织(如顶芽、腋芽)可以通过表皮细胞重塑或愈伤组织形成,诱导出新的根分生组织,最终连接到维管系统形成完整植株。
有些植物(如榕树)还能在茎节、气生根等部位生根。
不同植物反应各不相同
不同植物对扦插反应不同,有些植物具有多种繁殖方式。
当新根形成后,如果植物有明显的“根冠(Crown)”,则会在根与茎之间的连接处形成新冠。注意:
- 根冠是高能耗区域
- 需要大量氧气支持
- 若埋得太深,容易腐烂或不生根
根的形成受多种因素影响:
- 光照水平变化
- 激素积累或消失
- 淀粉积累
- 压力刺激
例如:榕树属(Ficus spp.) 在高湿度、低光照环境下会从茎部或节点生出气根,这些气根最终接触地面后转化为正常根。
生根结构也会根据所处环境(水培或土培)而变化。
图 7(右): 不定根与愈伤组织形成的根共同发展。
总结
植物天生具有繁殖能力。这是一种古老的生存机制,使它们能持续延续自己的基因。
为了保留所有理想性状,最可靠的方法是无性繁殖。虽然稳定基因的非杂交种子也可达到接近效果,但突变风险更高。
此外,通过无性繁殖获得的植株成熟得更快,因为其组织的生理年龄与母株一致(如成年 vs. 幼年组织)。
最终,繁殖方法有很多种,有的简单,有的复杂。种植者应根据具体植物种类、目标与资源选择最实用、最适合的方式。