植物无糖培养技术

6） 节省投资，降低生产成本。与传统的微繁殖 技术相比，种苗生产综合成本平均降低30％。 7） 组培生产工艺的简单化，流程缩短，技术和 设备的集成度提高，降低了操作技术难度和劳动 作业强度，更易于在规模化生产上推广应用。 8） 培养不受培养容器的限制，可实现穴盘苗商 业化生产，也可实现大规模容器自动工厂化生产。 只需用一个非常简单的微繁殖基础上的穴盘苗生 产系统，便可进行穴盘苗商业化生产。
力，或者由于环境条件抑制了其进行光合作用。
小植株表现为生长速度慢、徒长、发育差、生理形
态异常、个体差异大、变异性增加、成活率降低。
植物无糖培养快繁技术是由日本设施园
艺与环境控制专家古在丰树教授在20世
纪80年代末提出的，是一种全新的植物 组织培养技术。
定义
植物无糖组培快繁技术：又称为光自养微繁
殖技术，是指在植物组织培养中改变碳源的
小植株生理和形态方面的紊乱，种苗质量显
著提高。
5、植物无糖组培快繁技术应用前景
无糖组织培养微繁殖技术作为一项高新技术，在基
础科学研究和实践生产中均具有广阔的应用前景。
1．在无糖组织培养过程中，主要是通过环境调节
来促进试管苗生长。因此，可以从环境调节角度来
研究试管苗形态建成、生长发育机理等方面的基础
植物无糖组培系统数据采集与控制器
系统数据采集与控制计算机界面
以大豆、海棠、核桃、生姜、甘薯、香 蕉等20多种植物为材料的植物无糖培养 试验表明，无糖组培苗的移栽成活率可 提高10%以上，培养周期缩短了25%以
上，生产成本降低了35%以上。
植物无糖培养快繁的目标是在短时间内获 得大量的遗传基因相同、生理一致、生长 发育正常、无病无毒的群体植株。 要求植株有高的光合能力或光独光合速率最高。
3.光量子通量、培养容器换气次数等环境因子均对试
管苗生长产生影响。
到目前为止，植物无糖组织快繁技术已经在 60余种植物中获得成功。与有糖培养相比， 无糖组织培养技术显示出其特有的优势。特
别是对于木本植物来说，无糖组织培养技术
能显著改善根的质量，提高生根率，消除了
植物无糖培养技术
植物体生长方式
一是植物体靠光合作用进行自然生长（自养） 二是植物体靠培养基中的糖进行生长（异养）
传统的组培中都必须加糖，为小植株提供碳
源或能源。
一般的组培苗生长不好的原因
由于小植株长期靠培养基中的糖进行异养而导致叶
片表层结构发育差，气孔开闭功能差，叶片小，叶
绿素含量降低，继而使小植株丧失了光合作用的能
科学研究。
2．无糖组织快繁技术可有效解决藤木、木本植物
生根难的问题，可进行这方面的应用基础研究。
3. 可进行试管苗继代、生根、驯化同步研究，缩短
培养周期。
4．可进行濒危珍稀植物及高附加值植物的人工培
育等方面研究。
5．可进行种质资源保存方面的研究。
6．随着材料科学、物理农业的发展，以及植物无
糖组织培养技术理论体系的成熟，这一技术将以低
力（能利用空气中的CO2作主要的碳源）。
一、植物无糖组培快繁的技术特点
与有糖培养微繁技术的根本区别在于碳源
的供给方式不同而引起的植株生理、形态、
生长、发育方面有很多的不同。
在简陋的温室中都能成活，生长成本低，
能进行自动化环境控制和很少的人工操作。
1. CO2代替了糖作为植物体的碳源
在一般的有糖培养微繁殖中，小植物是以糖（如蔗 糖、白砂糖、果糖等）作为主要碳源进行异养或兼 养生长。 而无糖培养微繁殖是以CO2作为小植株的唯一碳源， 通过自然或强制性换气系统供给小植株生长所需 CO2，促进植物的光合作用进行自养生长。
成本生产高质量种苗的优势，应用于植物种苗工厂
化生产。
数字植物工厂不占用农用耕地，产品
安全无污染，操作省力，机械化程度高， 单位面积产量可达露地的几十倍甚至上 百倍，因此又被认为是21世纪解决人口、 资源、环境问题的重要途径，也是未来 航天工程、月球和其他星球探索过程中 实现食物自给的重要手段。
3） 大幅度减少了植物微繁殖生产过程中的微生物
污染率。
培养基中除去糖以后，微生物失去了最佳繁殖的营
养条件，污染的机率减少。由此极大 地减少了植物 的损失；并可减轻工人工作的劳动负荷，从而提高 劳动生产率；降低生产成本。 在无糖培养中，可以允许一些有益的微生物存在，
只有它们不是病原菌。
4） 消除了小植株生理和形态方面的紊乱，种苗 质量显著提高。 通过人为的环境控制来为小植株的生长提供各种 适宜的光照、温度、湿度、CO2、营养、促进容 器内空气的流通速度等生长条件，并且可以不使 用激素或只使用很少的激素，因此，在无糖培养 微繁殖中，小植株生理和形态发育正常。
2.在植物无糖组织培养中，培养基质对试管苗生长来 说也是一个非常重要的因素。Afreen-Zobayed等 （1999）对甘薯进行了琼脂、gellan gum、蛭石、 cellulose和Florialite等五种不同培养基质的无糖培养比 较试验，研究结果表明，以Florialite为培养基质生产 的试管苗质量优于以琼脂作为培养基质产生的试管苗， 其中叶、根鲜重分别是后者的2.4和2.9倍，干重分别是
植物（海棠）无糖培养与常规培养的试验对照
三、植物无糖组培快繁技术的限制因素
1) 需要相对复杂的微环境（容器内环境）控制的知识和技巧
实际应用还是受到一定的限制，原因就是需要应用微环境控
制方面专业的技术。没有充分理解容器中小植株的生理特性， 容器内的环境，容器外的环境，培养容器的物理或构造特性 之间的关系，将不可能成功地应用光自养微繁殖系统，使用 最少的能源和原料生产高品质的植株。光自养微繁殖控制系
度、温度等环境条件，提高植株的光合速率，促
进了植株的生长发育，苗齐、苗壮。例如：康乃
馨（Kozai，1988），烟草（Fujiwara，1993），
马铃薯（Heo,1999），咖啡(Nguyen,1997),西红柿
(Kubota,2000),等等。
2） 继代与生根培养过程合二为一，培养周期缩短 了40％以上。
种类，以CO2 代替糖作为植物体的碳源，通
过输入CO2 气体作为碳源，并控制影响试管
苗生长发育的环境因子，促进植株光合作用， 使试管苗由兼养型转变为自养型，进而生产 优质种苗的一种新的植物微繁殖技术。
植物无糖培养控制系统主体硬件构造
植物无糖组培室、大型培养箱及其环境控制系统
环境（温度、湿度、CO2）传感器
3 使用多功能大型培养容器 在传统的组织培养中，由于培养基中糖的存 在，为了防止污染，一般使用或者说只能使用
小的培养容器。
而无糖培养在培养过程中不使用糖及各类有 机物质，极大地避免了污染的发生，可以使用 各种类型的培养容器，小至试管，大至培养室。
4 多孔的无机材料作为培养基质
•在传统的组织培养中，通常使用琼脂作为培养 基质；
1.在植物无糖组织快繁技术的应用中，CO2的供给和浓
度的调控是其关键技术之一。
CO2补充方式：是在密封的容器上使用透气膜，通过
自然换气方式提供小植株光合作用所需的CO2。随着
无糖组织培养培养容器的不断增大，强制性换气系统
得到了应用。与自然换气相比，强制性换气具有CO2
浓度容易控制，操用方便，植物生长发育加快等特点。
•而无糖培养主要是采用多孔的无机物质，如蛭
石、珍珠岩、纤维、Florialite（一种蛭石和纤
维的混合物）作为培养基质，可以极大地提高
小植株的生根率和生根质量（肖玉兰，2003）。
5 闭锁型培养室
传统组织培养中的培养室是半开放的，有许多的窗 户以利于阳光直接进入培养室，但自然光在进入培养 室的同时也增加了降温的成本，而且，一年四季、春 夏秋冬，晴天、阴天、雨天，早晨、中午、下午、光 的强度和分布是不均匀的。 而无糖培养采用的是闭锁型的培养室，通过人工或 自动调控整个培养室环境，能周年进行稳定的生产。
2 环境控制促进植株的光合速率
在传统的组织培养中，很少对植株生长的微环境进
行研究，研究的重点是放在培养基的配方以及激素
的用量和有机物质的添加上；
而无糖组织培养技术是建立在对培养容器内环境控 制的基础上，根据容器中植株生长所需的最佳环境 条件（如光照强度、CO2浓度、环境湿度、温度、培 养基质等）来对植株生长的微环境进行控制，最大 限度地提高小植株的光合速率，促进植株的生长。
5） 提高了植株的生根率和生根质量，特别是对于
木本植物来说，极大地植株的生根率和生根质量，
试管苗移栽成活率显著提高。
情人草和马铃薯小植株在容器内培养和移植到温室
驯化后的成活率得出：马铃薯的最终成苗率，在无
糖培养的条件下是96%，在有糖培养的条件下是
72%，情人草在无糖培养的条件下是91%，在有糖
培养的条件下是62%。
统的复杂性会导致设施设计的失败，必须在充分认识和理解
了光自养微繁殖的原理后，才能取得成功。
2） 培养的植物材料受到限制 与一般的微繁殖相比，光自养微繁殖需要较 高质量的芽和茎，外植体需具有一定的叶面 积，带绿色子叶的体细胞胚也可进行光自养 生长。外植体的质量越好培养效果越佳。
四、植物无糖组培快繁技术研究进展
洁净植物无糖培养室 大型植物无糖培养装置
二、植物无糖组培快繁技术的优势
植物无糖组织培养技术改革了传统的用糖 和瓶子作为碳源营养和生存空间的技术方 法，增加了植物生长和生化反应所需的物 质流的交换和循环，促进植株的生长和发
育，实现了优质苗低成本的生产。
1） 通过人工控制动态调整优化植物生长环境， 为种苗繁殖生长提供最佳的CO2浓度、光照、湿