植物组培新技术

植物组织培养新技术研究进展 摘要:本文对植物组织培养过程中所采用的新技术进行了综述, 介绍了这些新技 术的应用现状, 并对植物组培新技术的应用前景进行了展望。 关键词:组织培养;新技术;研究进展 植物组织培养技术自20 世纪初建立以来在理论研究和应用技术上不断发展, 现已渗透到各个研究领域, 广泛应用于多种行业, 产生了巨大的经济效益和社会效益, 但是在传统组培技术下, 组培苗生长缓慢、污染严重、存活率低等导致成本过高, 不利于组培苗的大规模商品化生产, 无法满足市场对高质量低价位组培苗的需求, 为了解决这些问题, 很多学者对组培技术进行了改进, 采用了一些新技术, 获得了高品质低成本的组培苗。 1、传统组培技术存在的问题和缺陷 (1) 繁殖周期不稳定,生产难以安排; (2)组培苗之间的生长差异大,成品苗个体不能达到均匀一致; (3)驯化阶段苗的成活率低。而且为了阻止微生物侵入,通常使用小玻璃容器, 这不利于自动化控制、管理和操作以及不利于组培苗生产的规模化和商品化; (4)用于灭菌等的能量消耗较大, 生产成本偏高; 试管苗不生根或生根率低; 外 源激素的使用, 可能导致苗的变异; (5)传统组培所用光源为日光灯, 产生热量高, 占用空间大等导致成本费用偏高, 且光源被置于培养容器上方30- 40cm 处, 不利于试管苗的生长和进行光合作用; (6)由于传统的组培容器小,且密封要求严格,造成对环境因子的测量和调控 十分困难。 2、植物组培新技术的研究 2.1植物组培的光源研究 早在1991 年,维斯康星大学的Bula 等利用以红光660 nm 为发光中心的GAALAS LED 阵列及其辅助光蓝色荧光灯,栽培了GRAND Rapids lettace (lactucasativa L),这大概是世界上最早利用LED 作为光源进行植物栽培的试验实例。1993 年,日本香川大学的冈本和柳利用红色LED 进行菠菜栽培试验,此外还报道了有关利用红、蓝二维LED 阵列光源栽培莴苣苗的试验结果。1994 年,日本开始用发光二极管作照明光源对植物栽培技术进行研究。目前日本的全控型LED 植物工厂研究已进入实用化阶段。2000年5月,日本的科学家们试制了扩容性蓝、红及远红外所有半导体激光照明用元件光源,首次用脉冲照射法成功地进行了嫩叶萝卜的栽培试验。 目前,兼有红光和蓝光的白光LED 在日本已投入实际应用,其中福井大学的冈井成功地利用白光LED栽培番茄;而利用LED 作光源的大规模生产疏菜的工厂正在试运行阶段,其主光源为发光波长为660 nm 的LED 面板,并采用改进的水耕系统。此外,Tanaka 等利用LED 作为兰花组培苗光源,发现利用新型LED 光源比传统光源能明显促进组培苗生根和生长。有关研究表明,在 常用的植物光照光源中,LED 是最佳的人工照明光源。经LED 光源处理的组培苗鲜重增量、碳酸酐酶活性以及叶绿素含量等明显高于对照的日光灯处理组培苗。除LED 光源外,冷阴极荧光灯(CCFL)目前也在植物组织培养中作为光源展开应用研究。 2.2开放组培技术研究 植物开放式组织培养, 简称开放组培, 是在使用抗菌剂的条件下, 使植物组织培养脱离严格无菌的操作环境, 不需高压灭菌和超净工作台, 利用塑料杯代替组培瓶, 在自然开放的有菌环境中进行植物的组织培养, 从根本上简化组培环节, 降低组培成本。 开放组培主要是改造培养基, 解决传统组培过程中培养基的污染, 而改造培养基的关键是要找到一种或几种能够添加到培养基的广谱性抗菌剂。崔刚等采用中医理论, 遵循中药药性配伍的君、臣、佐、使原则, 从多种植物中提取具有杀菌、抗菌活性物质, 成功研制出了具有广谱性杀菌能力的抗菌剂,并对其有效浓度和使用方法作了大量探索性试验, 取得了理想的效果。何松林在培养基中添加杀菌剂( Naclo) 并在有菌条件下进行文心兰试管苗的接种, 研究表明在添加了适宜浓度Naclo 的培养基中, 文心兰试管苗在培养过程中未有污染现象的发生, 且多数试管苗可正常生长。已有研究报道通过开放组培方法成功建立了葡萄外植体的开放性培养。 2.3无糖组培技术研究 由于传统的组培技术中使用的是含糖培养基, 杂菌很容易侵入培养容器中繁殖, 造成培养基的污染。为了防止杂菌侵入, 通常将培养容器密闭, 这样则造成培养植物生长缓慢, 并 且容易出现形态和生理异常, 同时增加了费用。为了解决这些问题, 20 世纪80 年代末, 日本千叶大学古在丰树教授发明了一种全新的植物组培技术———无糖组培技术, 其特点在于将大田温室环境控制的原理引入到常规组织培养应用中, 用CO2 气体代替培养基中的糖作为组培苗生长的碳源, 采用人工环境控制的手段, 提供适宜不同种类组培苗生长的光、温、水、气、营养等条件, 促进植株的光合作用, 从而促进植物的生长发育, 达到快速繁殖优质种苗的目的。无糖组培技术解决了培养容器中气体环境( CO2 和乙烯) 差、易污染等问题; 与常规组织培养相比, 无糖组培主要引进了以下新技术: 去除培养基中的糖, 导入大型培养容器; 调节培养容器内的CO2 浓度;调节培养容器内的相对湿度; 提高光照度。无糖培养法具有很多优势, 如可大量生产遗传一致、生理一致、发育正常、无病毒的组培苗, 可缩短驯化时间, 降低成本等。无糖培养法对环境要求较高, 若无糖组培环境不能被控制并达到一定的精度,将会严重影响组培苗质量和经济效益。经无糖培养法培养出来的植株具有以下优点: 生长速度快, 生长发育均匀; 减少了因高温、弱光等引起的生理及形态的异常; 简化或省略了驯化过程; 减少了因污染引起的植物损失; 光合成和生根得以促进, 可减少生根植物生长调节剂的使用。 在我国,刘思九在闭口培养容器中利用特制灭菌粉沫材料覆盖外植体和培养基,让组培苗透过培养基直接暴露在室内环境中,并配置了特殊的补水装置,避免培养基干缩,结果组培苗生长势好、矮壮、色绿,气孔表皮纤毛发育良好,且无需驯化。昆明环境科学研究所自承担“无糖微繁殖技术引进”的研究课题以来, 对非洲菊等多种植物进行了无糖培养技术的研究,开发了大型的培养容器和CO2强制性供气系统并应用于生产。肖玉兰等研究了全套无糖组培快繁装置,该装置包括培养架、培养光照系统、提高光能系统,并且在100 cm ×50 cm ×50 cm 培养箱中,利用MS 无糖培养基在光照强度为2800~8000 lx 和CO2浓渡为3 920mg/m2 的条件下培育非洲菊组培,随后又培育了彩色马蹄莲、情人草、红掌、薯蓣等多种组培苗。丁永前等设计了CO2增施监控系统,并设计软件进行计算机监控,结果表明该系统工作稳定正常,培育出的苗具有抽叶多、植株健壮、节间距短、根系发达、干物重积累多、光合自养能力强等更优良的生物学性状。这些设备系统的研发简化了组培生产工艺,缩短了流程,降低了强度,更易于在规模化生产中推广应用。 3、植物组培新技术的展望 新型光源的应用将为组培苗的生长提供更加适宜的光照条件, 有利于试管苗的生长, 并且能延长光源的使用寿命, 大大降低生产成本, 新型光源还对试管苗栽培成活率有促进作用, 其高效、节能、节省空间等优点将成为未来组培光源发展的新方向。 开放组培技术首次使组织培养实现了脱离高压锅、超净工作台的开放式接种, 突破了组培必须无菌的概念, 使带菌组培成为现实; 突破了人工光源培养的限制, 实现了大规模自然光培养, 易于满足当今高速发展的农业现代化对大批量、高质量的种苗的需求, 因此具有极强的生命力, 是今后组培发展的一个有力方向。 植物组织无糖培养技术则根据容器内的小植株具有光合自养能力的原理,对培养基进行调整,去除糖分,增加CO2浓度,使容器内的CO2呈富集状态,这种更接近于自然状态的环境可以使组培苗生长更健壮、成活率更高。 通过调控培养室内CO2浓度、光质、光强、光周期、温度和湿度等环境因素,改善培养基成分和配方以及应用新型材料的培养容器,可实现降低组培苗污染率、改善组培苗的生长状况、缩短培养周期、提高培养效率、降低生产成本的目的。随着研究的不断深入,组织培养新技术将在植物工厂化、规模化生产中发挥重要的作用,为推进植物组培苗的生产应用开辟新的途径。 参考文献: [1] 李盟, 高亦珂. 植物组织培养新技术研究进展[J]. 广东农业科学, 2009,(03) [2] 岳岚, 张玉芳, 何松林, 闫新房. 植物组织培养新技术的应用现状与发展趋 势[J]. 农业科技与信息(现代园林) , 2008,(03) [3] 郝玉华. 我国植物组织培养的发展现状与前景展望[J]. 江苏农业科学, 2008,(04) [4] 张慎, 郭陶然, 邓志瑞, 黄俊逸. 植物开放式组织培养的研究进展[J]. 安徽农 业科学, 2010,(26) [5] 王家庆, 李晓燕. 植物组培新方向——开放组培与无糖暴露组培研究概况[J]. 辽宁农业科学, 2007,(01)