32.3: 无性繁殖

培养技能

• 比较自然和人工无性繁殖的机制和方法
• 描述自然和人工无性繁殖的优缺点
• 讨论植物的寿命

许多植物能够利用无性繁殖进行自我繁殖。 这种方法不需要花卉生产、吸引传粉者或寻找种子传播手段所需的投资。 无性繁殖产生的植物在基因上与亲本植物相同，因为雄配子和雌配子不会混合。 传统上，与有性繁殖产生的植物相比，这些植物在稳定的环境条件下存活得很好，因为它们携带的基因与亲本的基因相同。

许多不同类型的根都表现出无性繁殖图$\PageIndex{1}$。 剑兰和大蒜使用球茎。 灯泡，例如百合花中的鳞状灯泡和水仙花中的被囊动物灯泡，是其他常见的例子。 马铃薯是茎块茎，而欧洲防风草则从 taproot 中繁殖。 生姜和虹膜会产生根茎，而常春藤使用不定根（一种源自主根或初级根以外的植物部分），草莓植物有茎，也称为跑步者。

图$\PageIndex{1}$：不同类型的茎允许无性繁殖。 (a) 大蒜植物的球茎看起来像（b）郁金香球茎，但球茎是固体组织，而球茎由围绕地下茎的改性叶子层组成。 球茎和球茎都可以自我繁殖，从而产生新的植物。 (c) 生姜形成大量称为根茎的茎，可以产生多种植物。 (d) 马铃薯植物形成肉质茎茎。 茎块茎中的每只眼睛都能生出一株新植物。 (e) 草莓植物形成茎：茎生长在土壤表面或地下，可以产生新的植物。 （来源 a：德怀特·西普勒对作品的修改；来源 c：美国农业部 ARS Albert Cahalan 对作品的修改；来源 d：理查德·诺斯对作品的修改；来源 e：朱莉·玛格罗对作品的修改）

有些植物无需施肥即可产生种子。 无论是胚珠还是子房的一部分，本质上是二倍体，都会产生新的种子。 这种繁殖方法被称为 apomixis。

无性繁殖的一个优势是，由此产生的植物将更快地成熟。 由于新植物是由成年植物或植物部分产生的，因此它也将比幼苗更坚固。 无性繁殖可以通过自然或人工（由人辅助）的方式进行。

无性繁殖的自然方法

无性繁殖的自然方法包括植物为自我繁殖而开发的策略。 许多植物，例如生姜、洋葱、剑兰和大丽花，继续从茎表面的芽中生长。 在某些植物中，例如红薯、不定根或跑步者可以产生新的植物 Figure$\PageIndex{2}$。 在 Bryophyllum 和 kalanchoe 中，叶子的边缘有小芽。 当它们脱离植物时，它们会长成独立的植物；或者，如果叶子接触土壤，它们可能会开始长成独立的植物。 有些植物可以单独通过插条繁殖。

图$\PageIndex{2}$：stolon 或跑步者是沿着地面延伸的茎。 在节点，它形成不定根和芽，长成新植物。

无性繁殖的人工方法

这些方法经常被用来培育新的，有时是新颖的植物。 它们包括嫁接、切割、分层和微繁殖。

嫁接

嫁接长期以来一直被用来生产新品种的玫瑰、柑橘类和其他植物。 在嫁接中，使用两种植物物种；理想植物的一部分茎被嫁接到一种叫做种群的有根植物上。 嫁接或附着的部分称为接穗部分。 两者都以倾斜角度（直角以外的任何角度）切割，彼此密切接触，然后固定在一起图$\PageIndex{3}$。 尽可能紧密地匹配这两个表面非常重要，因为它们将使植物凝聚在一起。 两种植物的血管系统生长并融合，形成移植物。 一段时间后，接穗开始生芽，最终开始生花和果实。 嫁接广泛用于葡萄栽培（葡萄种植）和柑橘行业。 能够生产特定水果品种的接穗被磨碎到具有特定抗病性的根茎上。

图$\PageIndex{3}$：嫁接是一种无性繁殖的人工方法，用于生产将良好的茎特征和良好的根系特征相结合的植物。 要嫁接的植物的茎被称为接穗而根被称为种群。

切割

诸如彩叶和金钱植物之类的植物是通过茎插繁殖的，其中一部分含有节和节间的茎被放置在潮湿的土壤中并允许生根。 在某些物种中，即使只放在水中，茎也可以开始产生根。 例如，如果在水中不受干扰地保存数周，非洲紫罗兰的叶子就会生根。

分层

分层是一种将附着在植物上的茎弯曲并用土壤覆盖的方法。 可以轻松弯曲而不会受伤的幼茎是首选。 茉莉花和九重葛花（纸花）可以通过这种方式繁殖 Figure$\PageIndex{4}$。 在一些工厂中，采用了一种改良的分层形式，称为空气分层。 去掉树皮的一部分或茎的最外层覆盖物，用苔藓覆盖，然后用胶带粘住。 一些园丁还使用生根激素。 过了一段时间，根就会出现，植物的这一部分可以被移除并移植到单独的花盆中。

图$\PageIndex{4}$：在分层中，茎的一部分被掩埋以形成新的植物。 （来源：皮尔逊·斯科特·福雷斯曼对作品的修改，捐赠给维基媒体基金会）

微传播

微繁殖（也称为植物组织培养）是一种在实验室条件下在短时间内从单株植物中繁殖大量植物的方法$\PageIndex{5}$。 这种方法允许繁殖稀有、濒危物种，这些物种在自然条件下可能难以生长，具有经济重要性，或者作为无病植物有需求。

图$\PageIndex{5}$：微繁殖用于在无菌条件下繁殖植物。 （来源：Nikhilesh Sanyal）

要开始植物组织培养，可以使用植物的一部分，例如茎、叶、胚胎、花药或种子。 使用针对该物种标准化的化学处理方法组合对植物材料进行彻底消毒。 在无菌条件下，将植物材料置于植物组织培养基上，该培养基含有植物所需的所有矿物质、维生素和激素。 植物部分通常会产生一种称为愈伤组织的未分化团块，一段时间后，单个幼苗从中开始生长。 它们可以分离，首先在温室条件下种植，然后再转移到田间条件。

植物寿命

从植物发育开始到死亡的时间长度称为其寿命。 另一方面，生命周期是植物从种子发芽到成熟植物种子生产所经历的各个阶段的顺序。 有些植物，例如一年生植物，只需要几周时间即可生长、产生种子和死亡。 其他植物，例如刚毛松，可以存活数千年。 据记录，一些刚毛松树的年龄为4,500年图$\PageIndex{6}$。 尽管植物的某些部分，例如含有分生组织的区域（由能够分裂细胞的未分化细胞组成的活跃植物生长区域）继续生长，但某些部分会发生程序性细胞死亡（细胞凋亡）。 例如，茎上的软木塞和木质部的导水组织是由死细胞组成的。

图$\PageIndex{6}$：这里展示的刚毛松树位于加利福尼亚东部怀特山脉的古老的刚毛松树林中，已知可以存活4500年。 （来源：Rick Goldwaser）

在一个季节内完成生命周期的植物物种被称为一年生植物，例如拟南芥或鼠耳水芹。 胡萝卜等双年展在两个季节内完成其生命周期。 在两年生的第一个季节，该植物处于营养期，而在下一个季节，它完成了繁殖阶段。 商业种植者在生长的第一年后就收获胡萝卜根，不允许植物开花。 多年生植物，例如木兰，将在两年或更长时间内完成其生命周期。

在另一种基于开花频率的分类中，单果植物一生中只开花一次；例子包括竹子和丝兰。 在生命周期的营养期（某些竹种可能长达120年），这些植物可能会无性繁殖并积累大量食物，这些食物是它们千载难逢的开花和受精后播种所必需的。 开花后不久，这些植物就会死亡。 P@@ olycarpic 植物一生中会多次开花。 果树，例如苹果树和橘树，是多果树；它们每年都开花。 其他 polycarpic 物种，例如多年生植物，在其生命周期内会开花好几次，但不是每年开花。 通过这种方式，该植物不需要每年将其所有营养物质用于开花。

与所有活生物体一样，遗传学和环境条件在决定植物的寿命方面起着作用。 易患疾病、不断变化的环境条件、干旱、寒冷和对养分的竞争是决定植物存活的一些因素。 尽管存在软木塞等死组织，但植物仍在继续生长。 植物的各个部分，例如花朵和树叶，具有不同的存活率。 在许多树上，较老的树叶变黄，最终从树上掉下来。 落叶是由光合效率降低、上叶遮蔽或光合反应引起的氧化损伤等因素引发的。 待脱落部分的组成部分由工厂回收用于其他工艺，例如种子发育和储存。 这个过程被称为养分回收。

植物的老化及所有相关过程被称为衰老，其特征是几种复杂的生化变化。 衰老的特征之一是叶绿体的分解，其特征是叶片变黄。 叶绿体含有光合机制的成分，例如膜和蛋白质。 叶绿体还含有 DNA。 蛋白质、脂质和核酸被特定的酶分解成较小的分子，然后由植物回收以支持其他植物组织的生长。

植物内部养分回收的复杂途径尚不清楚。 众所周知，激素在衰老中起着作用。 细胞分裂素和乙烯的应用会延缓或防止衰老；相比之下，脱落酸会导致衰老过早发作。

摘要

许多植物既有无性繁殖，也有性繁殖。 在无性繁殖中，母株的一部分用于生成新植物。 移植、分层和微繁殖是用于人工无性繁殖的一些方法。 新植物在基因上与提取种群的母株相同。 无性繁殖植物在稳定的环境中生长良好。

植物有不同的寿命，取决于物种、基因型和环境条件。 植物的一部分，例如含有分生组织的区域，继续生长，而其他部分则经历程序性细胞死亡。 作为衰老的一部分，不再具有光合作用活性的叶子会从植物中脱落，这些叶子中的营养物质被植物回收利用。 众所周知，其他因素，包括激素的存在，在延缓衰老方面起着作用。

词汇表

无融合症

在没有精子和卵子受精的情况下生产种子的过程

切割

无性繁殖方法，其中茎的一部分含有音符，节间放置在潮湿的土壤中然后生根

嫁接

无性繁殖方法，将一种植物物种的茎拼接到另一种植物上

分层

通过在土壤下弯曲茎来繁殖植物的方法

微传播

从植物部位繁殖理想的植物；在实验室进行

monocarpic

一生中开过一次花的植物

聚氨酯的

一生中多次开花的植物

接穗子

植物中嫁接到另一株植物的根系上的部分

衰老

描述植物组织老化的过程