无糖组培技术的应用及发展前景

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专题论述
中国种业
!#$% 开始通入气流量为 #& ’ ()* 的 +,- 混合 气体， 相对湿度 /01 +,- 浓度保持在 #$$$ " #-$$(. ’ &， 培养 ## " #0%， 光照条件 3$$$ " 0$$$ &4 5 3 只日 " 201 ； 气流量为 7& ’ ()*， 光灯 6 ， +,- 浓度可在 #$$$ " #-$$(. ’ & 保持不变，相对湿度在 /01 " 2$1 ；出苗前期在其它 条件不变的情况下， 空气流量可调至 7 " 0& ’ ()*。在整 个培养期间培养室温度保持 -$8 9 -8 。 无糖培养的组培生根苗质量显著优于常规组培生 根苗。植株生长速度快， 生长发育均匀， 根系良好， 在 工厂化组培种苗的生产中可以减化或省略驯化过程， 易于大田种植的驯化。 #$ % 自动调控专用设施的研发 在无糖培养技术中 为改善组培苗的质量，培养环境的调控是很重要的。 目前在使用箱式容器的无糖培养室内，温度由空调及 其控制器调节；光照强度取决于打开的日光灯只数 （ ；影响植株生长的湿度因子，受箱体 # " 3 只内选择） 内部的相对湿度影响，调控措施主要是增减强制性通 气的次数；人为补加的 +,- 气体通过强制性通气系统 进入箱式容器内，其浓度由限制钢瓶 +,- 气体流速及 各层的流量计来调控。在无糖培养模式中，为了确保 湿度、 温度、 植株的健壮生长， 进行培养箱内 +,- 浓度、 光照强度的自动监测及综合调控，是确保植株的健壮 生长的关键。由于各类组培种苗所需的培养条件有差 异，培养容器内环境因子对培养植物的生长及形态影 响方面还有很多问题没有弄清楚，自动调控的无糖培 养专用设施也正在研发。
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常规组培技术与无糖组培技术的比较
!# ! 培养容器 培养容器是小植株生长的场所，它 直接影响小植物的生长发育。在传统的组织培养微繁 殖中， 由于培养基中糖的存在， 一般是采用小的培养容 器以防止微生物的污染，因此容器中的植株生长在较 高的相对湿度、较低的光照强度和稀薄的 89! 浓度条 件下， 光合能力较弱、 处于贫乏生长的状态。 无糖培养技术在培养基质中去除糖以降低污染率 的同时，使用了大型的培养容器。该容器由无糖培养 技术的引进单位昆明市环境科学研究所开发 （ 专利号 ， 为有效利用光源和培养面积， 降低 :; "" ! !’77!< &） 培养能耗、 投资和运行成本， 容器尺寸根据日光灯管的 长 度 和 培 养 架 的 宽 度 设 定 ， 体 积 #!";， 培 养 面 积 可多层立体式培养。 容器内的 89! 浓度、 气体 &=#"2>! ， 流速、 温度和相对湿度等因素可进行调控。 !# $ 培养基质 组织培养的基质直接影响组培植株 的生根率和根系生长状态。在常规组培中，通常以琼 脂、 卡那胶等凝胶状物质作培养基质， 小植株根系发育 细弱， 移栽时容易损伤。在无糖培养技术中可用蛭石、 珍珠岩、 砂、 塑料泡沫、 石棉、 陶棉、 纤维素等多孔的无 机材料作培养基质。由于其良好的透气性， 使植物的根 区环境中有较高的氧浓度，从而促进了植株根系的发 育， 而且多孔的无机材料较价格昂贵的琼脂成本低。 !# % 强制性 &’$ 气体的输入 无糖培养技术的一个 重要特征是由 89! 气体代替糖作为组培小植株的碳 源， 以减少微生物的污染和促进小植株的光合作用。但 仅靠容器内的 89! 浓度远远不能满足小植株生长的需 求， 需要人为输入 89! 气体。昆明市环境科学研究所研
基金项目： 国家科技部项目 !""#$%&"’$("’
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无糖组培技术的应用
$# ! 无糖组培技术的应用现状 昆明环境科学研究 所自承担 “ 无糖微繁殖技术引进” 的课题任务以来， 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 89! 强制性供气系统应用于生 产， 并取得了一定的效果。 云南省农业科学院园艺作物 研究所在取得相关技术专利使用权后，进行了 #@">! 无糖培养室的改造。 以百合、 蝴蝶兰、 红掌、 非洲菊、 情人 草、 勿忘我、 彩色马蹄莲等昆明当地常规组培种苗生产 种类为材料， 对无糖培养技术原材料使用、 环境控制、 光 能利用率、 生产工序、 生产成本、 生长速度、 生产效率、 移栽成活率等进行了验证及实验。 在这些应用研究中， 组培种苗的无糖培养仅限于增殖苗的生根培养阶段。 $# $ 组培苗无糖培养最佳生长环境条件的研究 研 究结果表明，在大多数种类的无糖生根培养中，以蛭石 为基质效果最好；培养液以 3A 的大量元素为主；培养 基质与营养液的比例为 !： 相对通用的培养条件 # 较适。 控制程序为在培养的 " B &C， 光照条件 !""" B !&"" ;D E ! 只日光灯 F ，培养箱内不通气，相对湿度保持在6"G 以
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无糖组培技术在应用中存在的问题
无糖组培生产种苗的技术和设备的集成度提高，
流程缩短，在一定程度上降低了组培的操作技术难度 和劳动作业强度。但现有的无糖培养设施及技术在组 培种苗的中试生产中仍存在一定的局限性。 %$ ! 无糖组培技术的应用需要闭锁性较好的培养室 及专用的培养装置，培养室改造及相关设备的安装投 资较高， 前期投入较大。 %$ # 箱式培养容器相对密闭， 温度不易调控， 在一定 范围内进行控制时成本较高； 在箱式培养的初期， 设想 到了培养容器的相对无菌性，在大多数情况下不宜打 开容器。但在实际的操作中，种苗的不同生长阶段需 人工进行温湿度的调控，现有的无糖培养设施未考虑 到相关设备， 苗期管理不便。 %$ % 培养容器经培养一批成苗后，需进行灭菌处理 及清洗。由于培养室及培养容器的密闭性，使用的灭 菌剂残留不易清除。 %$ & 培养箱最多成苗 #0$$ " -$$$ 株，一个 -2(- 的无糖培 培养容器的面积有限， 在一个培养周期内， 一个
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发展前景
组培快繁种苗生产作为一种高新技术，具有较大
的市场潜力。 采用无糖培养技术， 培养的组培种苗与常 规相比， 在种苗质量及生产成本上具有明显的优势， 在 组培种苗的生产中具有一定的应用前景。在对无糖培 养技术的应用实施过程中，云南省农业科学院园艺作 物研究所针对无糖培养技术所存在的问题，主要在组 培种苗的生根阶段采用无糖培养技术，简化了操作程 序， 而且在箱式培养的基础上， 对整间闭锁培养室内无 糖组培种苗生根的培养条件及培养效果进行了试验。 结果证明， 通过培养基质配比、 不同培养阶段的培养条 件如温湿度、 光照强度、 通气时间、 气流速度 +,- 浓度、 等相关因子的调控可生产出优于常规组培的种苗。在 此基础上， 采用可进行温、 湿、 光、 +,- 控制和具备灌溉 系统及其它先进设备的可控温室进行优质组培种苗的 专业化生产是可行的。 在常规的组织培养中，培养瓶内的环境相对是不 变的， 培养室内的可控因子 5 光照强度、 温度 6 相对固 定， 在培养过程中无需进行培养条件的调控。 而在无糖 培养中，不同生长阶段的环境因子直接影响植株的生 长状况， 可控因子较多， 培养操作过程较为繁琐， 操作 中易受人为因素的影响。 只有提高操作人员的素质， 建 立无糖培养环境控制的操作规程， 使培养过程规范化， 才能使无糖培养技术应用于组培种苗的工厂化生产。 目前我国花卉组培种苗的培育规模比较小，产业化程 度不高， 为了促进花卉业的发展， 应适当增加投入， 在 重视选育良种的同时，大量应用组织培养进行优良品 种的快繁生产， 完善先进设备和技术， 形成生物技术快 繁和温室配套育苗体系进行规模化优质种苗的生产。 无糖培养技术的发展需进一步与产业化生产相结 合， 开发温室自控无糖培养生产工艺及成套设施设备， 通 过温室环境控制系统， 充分利用自然光， 进行温度、 湿度、 +,- 浓度调控，仅在组培室内进行组培增殖以前的操作 程序， 开展组培苗微型扦插技术的研究， 实现组培生根苗 的一次性成苗生产。从而使这项技术真正向规模化、自 动化、低成本、易操作且适合我国国情的产业化方向发 展。常规组培技术和无糖培养技术的结合，将给组培种 苗的生产注入新的生机与活力。5 收稿日期： -$$7:$;:$! 6
养室一个月内最多可生产种苗 #$ 万多株， 难以适宜产 业化生产； 室内培养空间有限， 植株在培养苗盘内采用 密植的方式， 培养 -$% 左右生根后， 需进行移栽。 主要是 %$ ’ 无糖技术的原理及箱式培养容器的发明， 针对植物组培快繁阶段的环境调控，所以在技术操作 过程中， 强调培养容器、 培养基质、 操作器具、 通入气体 及培养外界环境的无菌要求， 隔离操作规程较为繁琐。
发的强制性换气系统 （ 专利号 :; "" ! !’77#? 7） ，利用 机械力的作用进行培养容器内外 89! 气体的交换，根 据不同植物 89! 的补偿点、饱和点以及光的补偿点和 饱和点来调节 89! 浓度和光照强度，在一定范围内提 供小植株生长所需的 89! 浓度，以促进植株的生长发 育， 缩短培养周期。 !# ( 培养技术研究 在传统的组织培养技术中，培 养基的配方一直是研究的重点。 包括培养基的类型、 植 物激素的种类、各种植物激素在培养基中的含量及比 例等。无糖培养技术是根据植株的生理特性和光合作 用原理， 采用环境控制的方法， 用 89! 气体代替糖作为 植株生长所需的碳源，为植株的生长提供适宜的 89! 浓度、 光照强度以及最佳的环境条件， 以促进植株自身 的光合作用，在短时间和低成本的条件下快速繁殖遗 传优良、 生理一致、 发育正常的群体植株。培养技术的 研究重点偏向于培养基质比例、 小植株的密度、 光照强 度及持续时间、 温湿度控制、 89! 浓度及培养容器内空 气流速度等环境因素对小植株的生长发育的影响。
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