植物组织培养新技术的应用现状与发展前景

植物组织培养新技术的应用现状与发展前景

摘要:植物组织培养是以细胞全能性为理论基础建立的一种离体培养技术，它作为一种基本的试验技术和基础的研究手段，已经显示出了巨大的应用价值。自其诞生以来得到了迅速发展，为了加快组培苗的生长速度，提高其质量，改善其品质，并降低生产成本，国内外的学者将环境控制技术和组培技术有机的结合起来做了大量研究, 改善组培苗的生长环境。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, 并提出了植物组培技术发展的前景。

关键词: 组织培养、新技术、应用现状、发展前景

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，广泛应用于植物的快速繁殖、品种改良、基因工程育种、种质资源保存、次生代谢产物生产等方面，产生了巨大的经济效益和社会效益，对现代农业和医药等领域产生了深刻影响,。但这些传统组培技术, 培育出的苗生长缓慢、污染严重、存活率低等，会导致成本过高, 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。随着对植物组织培养技术的不断深入研究，一些新的培养方法和技术不断出现，不断将这些问题解决。

1 传统组培技术存在的问题和缺陷

植物外植体在组织培养过程中, 许多环境因素如光照、CO2 浓度、温度、相对湿度和培养基组成成分等对试管苗的生长发育有较大影响。在相对密闭的培养容器中,容器内外环境差异极大。传统组培容器环境特征使得在其内生长的组培苗蒸腾速率下降, 光合作用能力低下, 水和CO2 以及其他营养成分的吸收率低, 暗期呼吸作用增强, 受污染的机会增加导致组培苗的生长缓慢, 损失率高。另外，驯化阶段的小苗存活率低，难以实现规模化生产，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, 由此造成繁殖周期不稳定、生产计划难以安排,且传统组培用于灭菌等的能量消耗较大, 所用光源为日光灯, 占用空间大等导致成本费用偏高。

2 植物组培新技术的应用

2.1 开放组培技术

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。开放组培与传统组培主要不同在于培养基, 来解决培养基的污染问题。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, 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。现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。

2.2 无糖组培技术

无糖组培技术又称为光独立培养法，这种方法解决了污染率高的问题。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，造成培养基的污染。而为了防止杂菌的侵入, 传统方法常常将培养容器密闭, 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。然而这些问题随着无糖组培技术出现得到解决, 原因在于这种技术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、CO2浓度，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,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等。但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。昆明环境科学研究所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 强制性供气系统应用于生产, 并取得了一定的效果。

2.3 新型光源的应用

光是影响植物生长发育的重要因素之一，光质对植物的生长、形态建成、光合作用、物质代谢以及基因表达均有调控作用。因此，新型的照明光源的发光二极管（light emitting diode，LED）应运而生，其波长正好与植物光合成和光形态建成的光谱范围吻合，光能有效利用率可达80%～90%，并能对不同光质和发光

强度实现单独控制。最新研究发现, 光质比例和光照强度可调的LED光源比通常植物组织培养使用的荧光灯更能有效地促进试管苗的光合作用和生长发育。因此在植物组织培养中采用LED 提供照明，调控光质和光合光量子通量密度，不仅能够调控组培植物的生长发育和形态建成，缩短培养周期，还能节约能耗，降低生产成本。除此之外，LED 还具有体积小、寿命长、耗能低、波长固定、发热低等优点，而且还能根据植物的生长需要进行发光光谱的精确配置，实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能。但目前，对LED的研究主要集中在光质和光强对组培苗生长的影响方面，而对光周期的研究较少。LED 在农业和生物领域的应用已经显示出旺盛的活力和巨大的应用潜力。随着半导体光源工程的启动、LED 技术的不断成熟、制造成本的逐渐降低以及国家对节能工程的进一步重视，相信不久的将来LED 会在农业与生物的众多领域得到更广泛应用。除了LED光源外，冷阴极荧光灯（CCLF）也开始受到人们的关注，其在植物组织培养方面的应用研究正在进行中。

3 研究展望

新技术的研发为植物组织培养技术的不断优化和发展提供了很大的帮助。开放组培技术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。而无糖培养改革了传统用糖作为碳源的培养模式, 通过增加CO2浓度，创造更接近于自然状态的植物生长环境，从而提高了组培苗的成活率和生长发育速度，不仅降低组培苗生产成本, 还有利于实施组培微生态环境的自动化监测和控制, 有利于生产管理自动化。因此, 植物无糖组培技术将会有非常广阔的应用前景, 由此而构建的全新组培快繁技术新体系, 将使植物组培实现规模化和产业化。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。

这些方法无疑解决了传统植物组培技术中存在的诸多问题，但仍存在一些问题急待解决，如植物开放式组培技术虽通过降糖或减少有机物的添加量或添加抗