美國(guó)夏威夷組織培養(yǎng)技術(shù)考察報(bào)告

鄒積鑫 周建南 林位夫

摘 要 對(duì)美國(guó)夏威夷組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用及現(xiàn)狀進(jìn)行考察學(xué)習(xí)，及時(shí)總結(jié)，以期對(duì)我國(guó)組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞 組織培養(yǎng) ；技術(shù)應(yīng)用 ；夏威夷

中圖分類號(hào) S-3

Abstract This paper reports the tissue culture technology applications in Hawaii of US， as well as learn from the experience of the application of tissue culture techniques.

Key words tissue culture ；application ；Hawaii

為了解美國(guó)夏威夷植物組織培養(yǎng)技術(shù)科研現(xiàn)狀，深入探討高效組織培養(yǎng)的關(guān)鍵技術(shù)方法，學(xué)習(xí)國(guó)外組培技術(shù)的商業(yè)化運(yùn)行模式和技術(shù)的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所周建南副所長(zhǎng)帶隊(duì)一行3人于2015年8月4日至8日赴美國(guó)夏威夷進(jìn)行了為期5 d的考察?？疾旖M分別參觀和訪問了夏威夷大學(xué)、夏威夷農(nóng)業(yè)研究中心、加利福尼亞與夏威夷葉用植物種植公司以及夏威夷本地2位農(nóng)戶苗圃，聽取了上述相關(guān)單位負(fù)責(zé)人對(duì)熱帶經(jīng)濟(jì)植物組織培養(yǎng)技術(shù)研發(fā)等介紹，實(shí)地考察了組織培養(yǎng)苗圃和組培苗商業(yè)化生產(chǎn)工廠，并與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶進(jìn)行了座談，現(xiàn)將調(diào)研結(jié)果報(bào)告如下。

1 美國(guó)夏威夷自然環(huán)境條件

夏威夷群島位于太平洋中部，北緯19.5°，西經(jīng)155.5°附近，由132個(gè)島嶼組成。陸地面積1.67萬km2，其中只有8個(gè)比較大的島可供人居住，由于都是火山島，夏威夷群島各個(gè)島嶼都是地勢(shì)起伏的縱橫山地、丘陵，平原很少。夏威夷屬于熱帶海島型氣候，終年有季風(fēng)調(diào)節(jié)，終年溫度為26-31 ℃，雨水充足，植被豐富。夏威夷州的經(jīng)濟(jì)主要以旅游業(yè)和農(nóng)業(yè)為主，產(chǎn)甘蔗、菠蘿、咖啡、香蕉等熱帶經(jīng)濟(jì)作物。

2 美國(guó)夏威夷組織培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用研究現(xiàn)狀

由于美國(guó)夏威夷地處熱帶地區(qū)，物種資源十分豐富，相對(duì)于美國(guó)本土是天然的繁殖育種基地，因此在夏威夷島上分布著多個(gè)國(guó)有和企業(yè)開辦的育種育苗基地。根據(jù)這些育苗基地對(duì)種苗的品種和數(shù)量的不同需求，夏威夷州大約有30家從事組織培養(yǎng)技術(shù)的公司和科研單位，本次考察組主要參觀了美國(guó)夏威夷州政府直屬的2家科研機(jī)構(gòu)，即美國(guó)夏威夷大學(xué)馬諾分校熱帶農(nóng)業(yè)與土壤科學(xué)學(xué)院和夏威夷農(nóng)業(yè)研究中心。

2.1 夏威夷大學(xué)馬諾分校熱帶農(nóng)業(yè)與土壤科學(xué)學(xué)院

美國(guó)夏威夷大學(xué)馬諾分校熱帶農(nóng)業(yè)與土壤科學(xué)學(xué)院成立于1907年，主要從事熱帶作物的生物學(xué)研究，在熱帶作物遺傳育種、細(xì)胞生物學(xué)等研究領(lǐng)域具有較強(qiáng)科研實(shí)力，其中Dr.Kheng博士及其實(shí)驗(yàn)室是專門從事植物組織培養(yǎng)相關(guān)工作的科研團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)了40多種經(jīng)濟(jì)作物的組織培養(yǎng)技術(shù)，并取得了良好的商業(yè)開發(fā)利用。目前，該實(shí)驗(yàn)室采用比較先進(jìn)的組織培養(yǎng)技術(shù)有2方面：

①花序組織培養(yǎng)技術(shù)?；ㄐ蚪M織是棕櫚植物進(jìn)行組織培養(yǎng)最佳的外植體材料之一，它方便采集、外層佛焰苞包裹不易污染、組織幼嫩易于分化和脫分化，以花序作為實(shí)驗(yàn)材料，不經(jīng)過愈傷組織培養(yǎng)而直接建立由花序到胚的培養(yǎng)途徑，生產(chǎn)可用于增殖和進(jìn)一步誘導(dǎo)的油棕體細(xì)胞胚。確定母樹后，采集其花序進(jìn)行培養(yǎng)，篩選外植體材料的種類、發(fā)育階段以及適宜部位進(jìn)行培養(yǎng)，采用固體培養(yǎng)基添加植物外源激素，篩選最佳的配比和培養(yǎng)條件，最終獲得胚。夏威夷大學(xué)運(yùn)用該技術(shù)成功地培養(yǎng)椰子的花序，獲得了椰子的胚。培養(yǎng)時(shí)間由常規(guī)培養(yǎng)1年的時(shí)間縮短到了6個(gè)月。

②懸浮培養(yǎng)技術(shù)。通過振蕩或轉(zhuǎn)動(dòng)裝置使細(xì)胞始終處于分散懸浮于培養(yǎng)液內(nèi)的培養(yǎng)方法，它首先通過培養(yǎng)獲得的愈傷組織或者初生胚狀體，采用液體培養(yǎng)基懸浮的方法對(duì)其進(jìn)行增殖培養(yǎng)，篩選培養(yǎng)液的營(yíng)養(yǎng)配比和植物外源激素的濃度梯度，可以在短時(shí)間內(nèi)增殖獲得大量的胚。采用懸浮培養(yǎng)技術(shù)相對(duì)常規(guī)培養(yǎng)技術(shù)具有時(shí)間短、增值效率高、節(jié)省培養(yǎng)空間，節(jié)約人力物力等優(yōu)勢(shì)。

2.2 夏威夷農(nóng)業(yè)研究中心

夏威夷農(nóng)業(yè)研究中心肇始于1895年成立的夏威夷甘蔗種植者協(xié)會(huì)（HSPA），主要是提升夏威夷的甘蔗產(chǎn)業(yè)，1996年改為現(xiàn)名，現(xiàn)在已成為國(guó)際公認(rèn)的研究中心，是一個(gè)非營(yíng)利機(jī)構(gòu)。目前，該研究中心研究的作物除了甘蔗外還涉及林業(yè)、咖啡、可可、牧草、蔬菜、熱帶果樹及許多其它作物。在園林作物領(lǐng)域開展的研究包括農(nóng)學(xué)與植物營(yíng)養(yǎng)、植物生理學(xué)、育種、基因工程和組培，該中心通過成立各種科研應(yīng)急團(tuán)隊(duì)為夏威夷農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)提供服務(wù)，也幫助其它當(dāng)?shù)?、?guó)家及國(guó)際機(jī)構(gòu)，滿足他們?cè)诳蒲?、咨詢和培?xùn)等方面的需求。同時(shí)，該中心還利用夏威夷有利的氣象條件為美國(guó)大陸的種子公司進(jìn)行冬季繁殖、育種及測(cè)試。

2008年該中心的試驗(yàn)站、實(shí)驗(yàn)室和行政辦公室從位于Aiea地區(qū)的Robert L. Cushing樓搬遷到了Kunia地區(qū)。現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)儀器和設(shè)備供中心的農(nóng)學(xué)專家、雜草專家、病理專家、分子生物技術(shù)專家、園藝學(xué)專家、植物育種專家、甘蔗技術(shù)專家、化學(xué)專家和自然環(huán)境保護(hù)專家使用；大樓內(nèi)有一個(gè)技術(shù)資料圖書館可供科研人員使用；所有的單位記錄、通信聯(lián)系、栽培合同、財(cái)務(wù)記錄、人事和工資記錄、生產(chǎn)記錄等可追朔到1850年，這些及不同完整度的許多種植園的記錄都捐贈(zèng)給了夏威夷大學(xué)的馬諾圖書館，作為HSPA種植園檔案。

該中心設(shè)有一個(gè)2 000 m2的組織培養(yǎng)技術(shù)研發(fā)中心，研發(fā)甘蔗、菠蘿、咖啡、木瓜等經(jīng)濟(jì)作物的組織培養(yǎng)技術(shù)并取得了成功。特別是近年來通過開發(fā)半浸透式液體培養(yǎng)技術(shù)，突破了咖啡高效組織培養(yǎng)技術(shù)，該技術(shù)是以法國(guó)研發(fā)的RITA 系統(tǒng)為培養(yǎng)方法，通過水泵抽取營(yíng)養(yǎng)液對(duì)培養(yǎng)物自動(dòng)化培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)了效率高、成本低的全自動(dòng)化培養(yǎng)模式。該方法克服了傳統(tǒng)培養(yǎng)過程中1-2月需要不斷更換培養(yǎng)基進(jìn)行繼代的繁瑣方式，可實(shí)現(xiàn)持續(xù)供給植物營(yíng)養(yǎng)，獲得的質(zhì)量也有明顯的提高。中心還通過組織培養(yǎng)技術(shù)建立了高效的番木瓜轉(zhuǎn)基因體系，獲得了抗病基因番木瓜植株。

3 美國(guó)夏威夷組培技術(shù)的商業(yè)化運(yùn)行模式和技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用情況

組培技術(shù)作為一種高效的植物快速繁殖技術(shù)具有很高的商業(yè)開發(fā)價(jià)值，特別是對(duì)于一些特殊的種質(zhì)資源和優(yōu)異的良種，組培技術(shù)的應(yīng)用可以帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，通過考察了解到，在夏威夷組織培養(yǎng)技術(shù)的研發(fā)是與市場(chǎng)緊密聯(lián)系在一起的，采用一種多方協(xié)作共贏的全新商業(yè)運(yùn)行模式，在品種資源擁有者、組織培養(yǎng)研發(fā)機(jī)構(gòu)和種苗企業(yè)之間協(xié)作開發(fā)植物組織培養(yǎng)優(yōu)良品種。根據(jù)市場(chǎng)的需求，育種者提供優(yōu)良的品種，科研機(jī)構(gòu)開發(fā)組培技術(shù)，種植公司種植產(chǎn)品并出售獲利，然后按照三方的預(yù)先協(xié)議以一定的比例分享利潤(rùn)。

這種模式的優(yōu)勢(shì)在于將整條產(chǎn)業(yè)鏈條的各個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最大，也就是說育種者多渠道培育新品種，組培技術(shù)機(jī)構(gòu)技術(shù)開發(fā)高效，種苗種植企業(yè)迅速獲利，合作三方不必再考慮產(chǎn)業(yè)鏈條其他部分的問題，實(shí)現(xiàn)組培良種的高效快捷商業(yè)開發(fā)?？疾旖M在當(dāng)?shù)剞r(nóng)民Sam的農(nóng)場(chǎng)，了解到其對(duì)豬籠草非常有興趣，收集了全世界100多種豬籠草品種，并通過自己雜交獲得了20多種新品種，由于當(dāng)?shù)氐男枨罅糠浅Ｐ?，新品種沒有市場(chǎng)。Sam將新品種提供給夏威夷大學(xué)專家進(jìn)行組培研發(fā)，并通過夏威夷大學(xué)與某海外企業(yè)聯(lián)系，獲得了300萬株的訂單，由于品種新穎，市場(chǎng)的預(yù)期需求量很大，前景良好。這樣三方通過協(xié)議迅速實(shí)現(xiàn)了組培良種的市場(chǎng)化，三方實(shí)現(xiàn)了共贏。

4 體會(huì)

夏威夷大學(xué)及夏威夷農(nóng)業(yè)研究中心的研究面向產(chǎn)業(yè)，為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展升級(jí)提供周到的服務(wù)?？疾旖M在交流中明顯感覺到，科研為產(chǎn)業(yè)服務(wù)的意識(shí)非常濃厚，育種專家如何培育更好的品種，如何通過快繁技術(shù)，解決生產(chǎn)急需的種植材料問題，如何提高產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，思路非常開闊，這個(gè)過程中非常注重企業(yè)的參與，為企業(yè)的需求服務(wù)。

夏威夷科研人員的合作精神令人向往。在他們做的報(bào)告和交流中，他們引以為傲的是最后列舉的合作團(tuán)隊(duì)，不僅有同單位的其它領(lǐng)域的專家參加，還列舉了其它科研機(jī)構(gòu)參與研究的科研人員。重視多領(lǐng)域多團(tuán)隊(duì)的合作。在交流中有曾參與過相關(guān)項(xiàng)目的專家，或是不同領(lǐng)域的專家參加，他們提供了該領(lǐng)域更專業(yè)的解釋，知識(shí)沒有斷鏈，體現(xiàn)一種合作密切的態(tài)度，對(duì)專業(yè)的尊重。