不定根发生机制

1.2.3 不定根发生机制的研究现状和发展趋势。

不定根发生机制的研究最早从形态学观察开始，随着显微技术的不断改进，人们逐步的了解了根在细胞水平的发生过程。

同时生长素作用的发现及作用机制深入的研究，为从生理生化水平开展不定根发生机制的研究提供了理论依据。

20世纪末特别是近年来，植物分子生物技术的发展和应用，又为其提供了新的研究手段，对不定根发生机制的认识深入到分子及基因水平。

1.2.3.1 不定根发生的解剖学研究。

不定根是植物按非正常的时序发生且发生部位不定的根，多发生于茎杆、叶子或老根等器官。

多半是因为植物的器官或组织受到伤害、激素或病原微生物等刺激，而由根原始体经过细胞分裂、分化发育为根原基，再由根原基发育而成。

大量研究表明，不定根发源于插穗内一些变成分生组织的细胞群，即根原始体。

不定根的根原始体有“潜伏根原始体”和“诱发根原始体”[6]。

潜伏根原始体在插条发育的早期未离体时，就已经产生，即在采条时已经存在。

扦插前，它一直处于休眠状态，直至插穗离体后，在适宜的条件下才解除休眠，继续发育成根原基和不定根。

潜伏根原始体多产于维管系统内的韧皮组织、形成层或髓射线中，芽隙、枝隙或叶隙常常是它的发生部位。

而植物的插条扦插后才分化而成的根原始体，称为“诱发根原始体”，多产生于插穗下端0.1～0.3 mm 范围内，从维管形成层、韧皮薄壁组织细胞、韧皮射线、髓射线及其复合组织等部位都可产生诱发根原始体,也可在愈伤组织中产生。

不定根形成的一个关键阶段是根原基的形成。

Jarvis[7]等(1986)将不定根形成过程分为促进期、起始早期、起始晚期和生长分化期四个阶段。

潘瑞炽认为不定根形成的步骤大致如下:薄壁细胞或维管束间细胞经过脱分化，形成潜在的根原始点，经过刺激开始细胞分裂，细胞增大，形成形成层，进一步形成根原基，根原基形成维管束并连接起来，生长，不定根露出表皮(潘瑞炽[8]，1998)。

李小方[9]（2001）等将不定根原基分为3类，即形成于原位的根原基，向着插条基部但不是在原初细胞分裂点处形成的根原基和形成于基部愈伤组织的根原基。

后两种情况根发生的最初解剖学事件之前需要细胞分裂。

根原基发生于原位的情况，已经定义了4个明显的阶段：⑴、新的分生组织位置的诱导；⑵、最初的细胞分裂；⑶、后期细胞分裂形成有组织的根原基（分生组织）；⑷、通过分生组织产生细胞并进行伸长生长完成根的发育。

肖尊安等[10](2002)则将不定根的形成过程分为五个时期:脱分化期、诱导期、细胞分裂成类分生组织期、根原基形成期和根伸长期，认为各期时间随植物而异。

不定根按其形成部位可分为皮层生根型、愈伤组织生根型和混合生根型三大类。

皮层生根型表现在不定根由插穗皮层、形成层、韧皮部、木质部等处产生根原基;愈伤组织生根型表现在不定根从插穗切口处愈伤组织内产生;混合生根型表现在皮层和愈伤组织内都可以产生不定根(杨青珍等[11]，2006)。

关于不定根发生机制的研究，多针对于扦插生根的研究，而其发生机理同样适用于压条繁殖，包括高压繁殖。

1.2.3.2 不定根发生机制的生理生化水平的研究。

1.2.3.2.1 内源激素水平与不定根的发生。

一.生长素与不定根形成关系。

关于生长素与不定根发生的研究很多，结果不一，但大多数的研究表明：根形成阶段需要较高浓度的内源IAA。

不定根形成过程中内源IAA变化规律为：插条离体后内源IAA含量降低，根原基形成阶段内源IAA含量上升，根的伸长阶段内源IAA含量又下降。

徐继忠和陈四维[12]发现在桃硬枝插穗愈伤组织的根原基形成过程中，内源IAA含量先下降，随后上升，在不定根突出表皮前，内源IAA含量上升到高峰，根突出后又下降。

在Maldinye(1986)[13]等用番茄下胚轴进行的组培试验以及詹亚光[14]等的白桦大树伐根萌条扦插试验和秦新民[15]的白花泡桐茎切断组培试验中都发现内源IAA含量的升高与不定根原基的诱导几乎同时发生。

此外张晓平[16]（2004）和迟彦[17]（2007）分别在杂交鹅掌揪夏季扦插过程中和测定芽变毛白杨及其亲缘种扦插生根过程中发现了IAA含量在不定根的促进期及表达期一直处于上升趋势。

虽然根形成阶段伴随着较高浓度的IAA，但并不能说明内源IAA是影响根发生的唯一因素，另有一些研究发现内源IAA与不定根发生能力之间并非成简单的正相关关系。

Isabel[18] (1996)和谈宏鹤[19](2000)分别在研究胡桃树胚的三种不同材料（即子叶、子叶与胚轴连接区、胚轴）以及甘蓝下胚轴不同切段的生根能力与内源IAA水平的关系时均发现，内源IAA水平与生根能力呈负相关或非正相关。

在上述试验中，材料或取材部位不同，而仅分析内源IAA和生根能力关系，得出内源IAA水平与生根能力呈负相关或非正相关的关系。

分析原因可能是较高水平的生长素对根的形成有抑制作用，内源IAA只在一定浓度范围内才与根的形成成正相关。

但试验本身存在问题，IAA并非影响不定根发生的唯一因素，不同的材料和部位本身就存在着对诱导生根的刺激或信号的感受力和生根能力的差异，试验中生根能力差异很可能受到其他因子影响。

还有一些研究表明：生根率最高的无性系在扦插前IAA质量分数最低，在扦插过程中也维持低水平状态，说明IAA在扦插过程中对生根不起主要作用，只是起协同作用(刘桂丰等[20]，2001)。

对于不同植物，内源IAA所起作用大小可能不同，但是此研究也表明了内源IAA并非影响植物不定根发生的唯一因素。

此外，最近有些研究显示通过施用外源激素，改变了不定根形成过程的内源IAA变化规律，但对不定根形成起到了促进作用。

刘明国[21]等在研究北美香柏插穗生根过程中内源激素变化时，就发现了经过外源激素处理的插穗，在扦插后13天即不定根的诱导期，IAA含量出现峰值，在表达期下降，随后根原基逐渐伸出插穗，IAA 含量又逐渐升高，而不施用外源激素的插条，生根过程中内源IAA变化符合一般的先升高后下降的规律。

文中虽然没有对这个现象进行分析，但其出现表明了单从植物不定根发生过程中内源激素变化来确定不定根发生过程中各个时期内源激素与根形成的关系，其结果有不确定性。

不定根伸长阶段，升高的内源IAA水平对根的形成没有起到抑制作用，甚至促进了根的伸长生长。

其原因可能是插穗对内源IAA感受力低或内源IAA的水平未达到抑制生根的水平。

也有可能影响插穗不定根发生的其他因子产生正作用大于内源IAA升高的负作用，表现出了根伸长期IAA升高，不定根易发生的假象。

二．细胞分裂素与不定根形成关系。

相对于生长素来讲，细胞分裂素与不定根形成的关系研究的较少。

一般认为，生根只需要较低的CTK水平，高浓度的细胞分裂素抑制不定根的形成。

不定根形成过程中细胞分裂素的变化过程在不同的研究中结果相差很大，没有确定的研究结果。

一些研究发现根的起始早期，细胞分裂素水平很低，一旦根原基形成，含量则增加。

如Bollmark[22]等(1986)发现，光下豌豆茎的基部，在根的起始早期，细胞分裂素水平低，一旦根原基形成，含量则增加，可能是满足活跃的细胞分裂的需要。

徐志平[23](2002)测定了绿豆下胚轴插条基部的CTK水平变化并发现根系切除后的第1天，ZR(细胞分裂素玉米素核昔)成分含量降低，当根原基形成后，ZR 含量急剧增加，认为ZR对根原基的发生没有明显的作用，但在根原基的进一步生长发育阶段中可能发挥着重要作用。

林士杰等[24]（2006）在研究黑林1号杨组培叶片不定根发生时，发现不定根发生过程中，ZR变化规律和徐志平等上述研究结果一致。

但是另一些研究表明，细胞分裂素的含量和根原基发生同步，根原基的形成达到高峰期时，细胞分裂素含量也达到最高水平，以后明显下降。

秦新民[15]等（1995）的白花泡桐组培实验和詹亚光[14]等（2001）的白桦扦插实验都有此方面的相关报道。

此外刘桂丰[20](2001)在落叶松杂种扦插试验中发现，在生根率较高的无性系插穗生根过程中，ZR的含量始终比生根率中等和生根率低的两组无性系的含量高，并且认为对插穗生根起主要作用。

三．脱落酸与不定根形成关系。

ABA对不定根形成的影响，因植物种类和取材部位的不同而异，关于这方面研究很多，但研究结果却不一致，有些研究表明ABA抑制不定根的形成；郭素娟等[25]（2004）在白皮松插穗生根的生理生化试验中分析了ABA含量与不定根发生关系，得出ABA含量与生根率成负相关。

于雪飞等[26]（2009）研究中美山杨组培生根过程激素变化时，发现初始的ABA含量与生根率成反比，影响着试管苗不定根形成，并且在根原基形成过程中ABA浓度均不断降低，待不定根生成后其含量在各无性系表现不同。

有些研究表明ABA促进根的发生；林士杰等[24]（2006）在研究黑林1号杨组培叶片不定根发生时，发现在整个不定根形成的过程中，内源ABA对不定根的形成是有利的，根原基的启动分化阶段与较高浓度的ABA相伴随，根原基的生长发育阶段与更高的ABA水平相关。

还有些研究表明ABA对不定根的发生与其浓度有关(徐志平[25]，2002;王金祥[27]，2002)；关于不定根发生过程中ABA变化，大多数研究认为ABA水平与IAA水平是此消彼长的关系。

在根原基诱导期含量下降，在表达期含量上升。

但是也有报道ABA含量在整个生根期持续下降。

如桃硬枝插条的生根期间，ABA含量持续下降(徐继忠[12]，1989)；白花泡桐组培成年型材料中内源ABA呈逐步下降趋势(秦新民[15]等，1995)；易生根的芽变毛白杨、大官杨和难生根的普通毛白杨，其在扦插期间的ABA含量均呈下降趋势(迟彦[17]，2007)。

四．赤霉素与不定根形成关系。

多数的研究表明赤霉素抑制插条不定根的形成，尤其是抑制根原基的发生。

Maldiney[13](1986)在番茄生根试验中发现根原基的形成初期，高水平的GA抑制根原基的细胞分裂，阻碍根原基的形成。

肖关丽[28]等(2001)对甘蔗继代培养绿苗中的内源激素进行测定分析，认为GA1/3与生根率呈显著的负相关。

黑林1号杨组培叶片不定根的发生与内、外源激素关系的研究（刘世杰[24]等，2006）表明在不定根的整个形成过程中，低含量的GA3有利于不定根的发生。

芽变毛白杨及其亲缘种扦插生根过程中内源激素含量的动态变化的研究（迟彦[17]等，2007）表明GA3抑制了毛白杨以及其亲缘种的插条不定根原基的发生。

但另有很少的研究表明，对于一些植物，赤霉素不是影响不定根发生的主要因素或者它与不定根发生关系甚微[25]、[26]。

五．乙烯与不定根形成的关系。

通过施用外源乙烯或分析不定根发生过程中内源乙烯变化规律，现在的研究认为乙烯对不定根的作用表现为3个方面：（1）、乙烯可以促进不定根的发生；（2）、乙烯抑制不定根的发生；（3）、施用外源乙烯对不定根的发生不起作用，分析原因可能是乙烯对特定的一些植物不定根发生不起作用，也可能因为植物内源乙烯已满足不定根发生的需要。