植物非试管快繁技术体系的核心与技术路径

2012/5/2 19:07:59

从某种解度来说植物组培技术或者无性繁殖技术核心就是环境控制技术，一切都是为了给植物离体材料创造最佳的温光气热营养激素环境，这些环境因素只要能适合地创造，就可解决种苗培育的技术问题。随着计算机环境控制技术及物理杀菌技术和生物技术的发展，在创造环境的手段上有了大的发展与突破，植物非试管快繁技术体系的建立也是建立在这些交叉学科发展的基础上面形成的，如果离开了这些也难以实现植物培养过程中最佳环境的模拟创造，也难以实现种苗的开放式光自养培育。现就各项技术的实现方法与技术路线进行分析，让大家了解认识植物非试管快繁技术的核心与技术路径。

宽敞通风苗床取代试管
组培中试管内环境是离体材料发育的主要空间，在这个密封的空间内，具有饱和的湿度与不流通的气体环境，从而导致管内二氧化碳及氧气的缺乏，而这两种气体成份又是光合作用呼吸作用最为重要的参予者。而在非试管快繁技术体系中，苗床环境代替了试管环境，让离体材料处于通风透气良好，水分蒸发叶片蒸腾正常的开放环境中，离体材料发育能获取更多的代谢氧与光合碳，同时因离体材料在有湿度变化的环境下发育，可以建立正常的气孔开闭与蒸腾模式，有利于成苗后对环境有更好的适应性。

自然光照取代人工补光
植物非试管快繁技术是在全光照的自然光下进行快繁，比组培室的人工光照强度更大，更接近自然，更利于离体材料光合作用与生长，克服了因光照不足，纤弱徒长的问题。而且在自然光下比人工光的光谱更多，光质更佳，而且含有一定最的紫外线，对于壮苗炼苗有明显的促进作用，在水分及二氧化碳充足供给的情况下，光强决定光合效率，但也不要太强，不宜超过光饱和点以上，如在夏季高温强光环境下，可采用适当蔗阴的方法，以改善光照条件；在冬季或阴雨绵绵季节，可开启人工补光进行适当的补充，更利于离体材料的发育。

珍珠岩代替琼脂培养基
苗床里铺上珍珠岩基质代替组培的琼脂培养基，具有透气性更好特点，有利于根系的发育；更关键的是珍珠岩中不含有机物，能够抑制菌类的滋生蔓延，这是抑菌方法上的一次根本性改造。在这样的基质条件下，即使有病菌侵入也不会像加糖培养基那样快速滋生蔓延，菌类因不能从外界获取碳源而抑制了它的发育，这是实现开放式快繁最为关键性的改进。除此外，珍珠岩还具有保温性，有利于基质温度的稳定性。

物理杀菌取代常规灭菌
采用电功能水、磁、电场三种结合的物理杀菌方法，创造苗床及生产场所的无菌环境。其中电功能水是利用0.1%的氯化钾溶液经电功能水发生装置电解分离产生两种水，即强酸性氧化水与强碱性还原水，其中具有高氧化电位的强酸水具有很强的杀菌灭菌能力，喷洒后能够让苗床或环境中细菌真菌在10分钟内致死，有些菌类几秒钟内就会因胞膜的氧化穿透而死，具有比化学杀菌更快的速度与更彻底更广谱的效果，而且不会让菌类产生如化学杀菌一样的抗药性，在自然环境下又会很快还原成普通的水，对环境无残留对离体材料无药害，是当前用于杀菌消毒最为有效的方法。在快繁时，可以用于苗床基质消毒，也可以用于离体材料及生产场所的消毒，是成本最低的物理杀菌方法。具体运用时，可以是喷酒或浇灌苗床，可以是每批苗移栽后进行基质彻底消毒，也可以是培育其间离体材料的防病杀菌。但如果用于直接喷施离体材料表面，最好与还原性的强碱水交替使用，如喷了强酸水后，半小时至一小时后再喷还原水，这样即利于中和苗床酸碱度，又可以防止一些敏感植物的药害，因为强酸水是由电解产生的亚次氯酸再加上高氧化电位而产生杀菌功效的，有些植物对氯较敏感。另外，还原性碱水可作为叶面肥进行根外喷施，对生根后促进种苗生长与芽的萌发效果明显。运用电功能水杀菌技术为开放环境离体材料的培育创造了无菌环境，为离体材料开放培养技术体系的建立起到了极为重要的作用。

除了上述的电功能水的人工杀菌外，于苗床底部及上方还铺埋了磁铁与架设了电场网，其中埋于珍珠岩基质底部的磁铁，可以使苗床内的水磁化，为离体材料发育创造了磁场环境，操作时，于苗床底部均匀铺放0.8T的永磁体3块/m2，从而产生了生物磁效应，对于离体材料愈伤组织发育，根原基形成，根系的生长都具有很大的促进作用。磁能激发过氧化物酶、淀粉酶等活性，能促进离体材料体内IAA、GA、CTK的形成，同时又可抑制ABA的产生，这些生理作用对于离体材料发育及生根都具有较大的促进作用。除了促进离体材料发育外，0.8T的磁还能对基质中部份细菌有抑制作用，可以抑制苗床细菌类的滋生，特别是放线菌具有更明显的效果。那么架设于苗床上的电场网又是起什么作用呢？运用电场发生器能在苗床与网间产生几万伏的高压直流电场，直流电场所产生的电场效应，可以使苗床内水分子团结构变小，能使离体材料内的电子产生位移，而激发各种酶的活性，还可以使离体材料对基质中矿质离子吸收速度加快，同时对变小的水分子团吸收更有利于离体材料的吸收，另外，还起到促进气孔开放，提高二氧化碳吸收速度与光合速率的作用，电场产生的能量可以加快光合作用的光电反应过程，对于促进离体材料获取更多光合碳源起到较为重要的作用。

这些物理技术的结合对于苗床无菌环境创造及离体材料生理生化促进上都起到了极为有效的正效应作用，是植物非试管快繁技术突破创新的一项重要革新。

环控技术代替人工环境
作为离体材料发育所涉及的温光气热水环境的创造，在开放多变的环境下，只能运用实时在线的计算机环控技术来实现。如湿度、温度、光照强度、水分、二氧化碳浓度等相关指标，都可以利用计算机控制系统中的在线传感器进行实时准确的信号采集，又可以通过自动控制技术实施最佳参数的模拟控制。如苗床温度过高超过33度时，计算机发出指令自动开启微喷降温系统，当二氧化碳传感器检测到浓度低于最佳设定值时，会自动开启二氧化碳补充系统。也就是苗床环境所涉的各项参数都可按不同离体材料发育所需的最佳因子要求去模拟创造。利用这种动态的模拟控制能为离体材料的发育提供了最适的环境条件，比在组培室内的稳定环境因子更为有利，培育的苗更能适应多变的自然环境。

一叶一芽代替组培茎尖
用于植物种苗扩繁的组培技术大多采用尖茎作为离体材料，这种材料具有细胞活性强脱分化容易的优点，但同时也存在自养能力弱，需全赖人工培养基为其提供一切发育所需的矿质营养与碳源的缺点。而非试管快繁技术所采用离体材料可以是带叶的茎或芽，这种带芽的一叶一芽离体材料比茎尖有更强的环境抗逆性，能在开放自然的环境下进行自养发育。更重要的是所带的叶片就是芽与茎继续发育的最好天然培养基，叶片的光合作用启动能为芽、茎、切口的发育源源不断地提供碳水化合物、内源激素及其他生根促进物，比茎尖培养具有更佳的生理适应性。因为人工培养基与天然自身产生的营养激素相比，自身产生的营养激素更利于离体材料发育，所以许多组培不能培育的植物，采用非试管快繁技术都能培育的原因所在。这种方法也同样具备组培技术材料省繁殖系数高的优点，具有更广的生产实用性。

光合自养代替人工异养
据研究表明，植物体具有强大的自养能力，一株刚萌芽的小苗通过自养能变成一株参天大树。同样只有20mm2光合面积的微小离体组织材料也能在适宜环境下形成自养生长的机制，这种适宜的环境在常规下是难以达到的，只有在高浓度二氧化碳情况下，再加上适宜的光照及其它光合相关的因子，这已被试验所证明。也就是说微小的植物离体材料的发育成苗完全可以通过环境创造，通过自养来完成，不一定要在试管里凭藉人工培养基进行异养代谢才可建立完整植株，植物非试管快繁技术就是以环控技术为中心，为离体材料模拟创造适合环境，让其最大化地发挥自养代谢潜能，来完成植株或器官的发育。自养条件下比异养环境形成的植株或器官在自然环境下有更强的适应性。

二氧化碳代替组培碳源
要发挥离体材料自养能力最大化，其中高浓度二氧化碳的供给是关键，现在国内大多研究光自养微繁技术的单位也是采用强制供气的方法来实现，但这种方法需在相对密闭的大容器或培养箱内完成，而非试管快繁技术是在开放的环境下，实现高浓度二氧化碳的供给，这就给施放二氧化碳气带来难度。但如果把二氧化碳经高压装置转化为碳酸水，再用碳酸水来给植物的离体材料进行喷洒，这样就可以有效地解决开放环境与供气的矛盾。植物非试管快繁技术就是利用这个原理来实现的。而植物离体材料一旦能从环境中获取高浓度二氧化碳，其自养能力就会几倍地得以提高，比如说当外环境二氧化碳浓度达1000-1500ppm时，光合效率就可提高3-5倍，这样高的光合效率就足够可供给离体材料发育对碳源的需求，这也是植物非试管快繁技术能在不加糖的条件下获取碳源进行发育的主要机理所在。碳源是一切基因表达所需的能量源，只有充足的碳源供给才能培育出健壮的克隆苗。而组培过程离体材料发育只能由人工培养基供给，这也就成为试管苗易污染病原菌的原因所在，加入的糖给菌的发育提供了充足的能量源。而非试管快繁技术用间接的二氧化碳光合产物来为材料提供发育所需的碳源，这是一种新的技术解决路径，通过二氧化碳光合产生碳源就形成了不加糖也能为离体材料发育提供能量的技术体系，就是光自养微繁体系。

纯氧补充代替通风增氧
除了二氧化碳供给是快繁体系中最重要的技术环节外，在氧气缺乏的情况下，或基质因水分过多的环境下，都会导至离体材料切口发育不良，成苗成活率降低的现象。从某种角度来说二氧化碳与氧气是同样重要的，因为它是呼吸作用的主要参予者，离体了它，离体材料就会因缺氧而表现出切口腐烂，从而影响种苗的生根成活率。但是氧气的补充与二氧化碳供给具有同样的道理，难以在开放环境下实现。而采用高压强制溶入方法后，飘移不定的氧气就可变成富氧水，它在基质上的浇施运用，为离体材料下切口创造了最佳有氧呼吸的能量代谢，具有能量转换率比琼脂及自然环境中更高的特点，切

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