園藝植物組培育苗技術(shù)探析

劉育含　翟玉瑩

園藝植物組培育苗技術(shù)探析

劉育含翟玉瑩

（沈陽(yáng)工學(xué)院遼寧撫順113122）

文章論述了園藝植物組培育苗技術(shù)，包括技術(shù)概念、技術(shù)原理、實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃設(shè)計(jì)、基本設(shè)備、基本操作以及培養(yǎng)基組成、選擇、配制等，指出了園藝植物組培育苗技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問(wèn)題，分析了園藝植物組培育苗技術(shù)優(yōu)勢(shì)、影響因素和改進(jìn)措施。

園藝植物；組織培養(yǎng)；組培育苗技術(shù)；技術(shù)優(yōu)勢(shì)；影響因素；改進(jìn)措施；技術(shù)展望

組培育苗技術(shù)是利用植物細(xì)胞具有全能性的特點(diǎn)而發(fā)展出來(lái)的植物無(wú)性繁殖新技術(shù)。現(xiàn)階段組培育苗技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為工廠化育苗的主要技術(shù)方式，這一技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于我國(guó)育苗行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。植物組培育苗技術(shù)正在不斷提高，對(duì)于目前在技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題，主要使用改善培養(yǎng)環(huán)境條件等后續(xù)補(bǔ)救方式來(lái)解決，因此控制組培環(huán)境十分重要，高效的組培環(huán)境控制技術(shù)可以為組培育苗的創(chuàng)新發(fā)展提供條件，使組培育苗技術(shù)在未來(lái)能夠更好地發(fā)展。

1 園藝植物組培育苗技術(shù)

1.1 技術(shù)概念

組培育苗技術(shù)，全稱植物組織培養(yǎng)育苗技術(shù)，是指通過(guò)無(wú)菌操作將植物體的器官、組織、細(xì)胞接種于人工配制的培養(yǎng)基上，通過(guò)人工控制環(huán)境條件，使環(huán)境條件適于植物生長(zhǎng)發(fā)育，從而能夠分生成完整植株的育苗方法[1]。

無(wú)菌是指在整個(gè)植物組織培養(yǎng)過(guò)程中使用的器皿、容器、培養(yǎng)基、培養(yǎng)材料都處于不存在真菌、細(xì)菌、病毒的狀態(tài)；人工控制環(huán)境條件指植物組培材料都處于人工控制的適宜環(huán)境條件中，可以人為地對(duì)環(huán)境中的光照、溫度、濕度等條件進(jìn)行控制。培養(yǎng)的植物體的組織、器官、細(xì)胞要求與母體分離，培養(yǎng)的離體器官如根、莖、葉、花、果實(shí)等，組織如形成層、表皮、皮層、胚乳等，細(xì)胞如大孢子、小孢子、體細(xì)胞等。

1.2 技術(shù)原理

植物組織培養(yǎng)依據(jù)的原理是植物細(xì)胞具有全能性，即植物的每個(gè)細(xì)胞都包含著該物種的全部遺傳信息，從而具備發(fā)育成完整植株的遺傳能力。植物細(xì)胞全能性是植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)。

2 園藝植物組培育苗實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃設(shè)計(jì)

植物組培育苗的實(shí)驗(yàn)室被劃分為準(zhǔn)備室、無(wú)菌操作室、培養(yǎng)室以及溫室等。

2.1 準(zhǔn)備室

準(zhǔn)備室是進(jìn)行一些基本實(shí)驗(yàn)操作的場(chǎng)所，如實(shí)驗(yàn)常用器具的洗滌、干燥、存放，培養(yǎng)基的配制和滅菌等。同時(shí)存放常用的化學(xué)試劑、玻璃器皿，常用的儀器設(shè)備如冰箱、滅菌鍋、各種天平、烘箱、干燥箱。準(zhǔn)備室要配有水槽、蒸餾水制備設(shè)備、顯微鏡等工具，便于進(jìn)行器皿洗滌和實(shí)驗(yàn)觀察研究等工作。因此，準(zhǔn)備室的空間和工作臺(tái)都應(yīng)足夠大。

2.2 無(wú)菌操作室

無(wú)菌操作室主要用于植物材料的消毒、接種、培養(yǎng)物繼代轉(zhuǎn)移操作等。無(wú)菌操作室內(nèi)的主要設(shè)備是超凈工作臺(tái)。無(wú)菌室的滅菌一般采用定期蒸汽熏蒸和紫外光燈的照射，蒸汽熏蒸即利用甲醛與高錳酸鉀反應(yīng)產(chǎn)生蒸汽進(jìn)行熏蒸，紫外光燈應(yīng)在接種前半小時(shí)左右打開(kāi)進(jìn)行滅菌。要注意保持接種室無(wú)塵清潔，操作人員在進(jìn)入接種室時(shí)要更換工作服，避免帶入外界雜菌。

2.3 培養(yǎng)室

培養(yǎng)室用于接種后植物材料的培養(yǎng)。培養(yǎng)室的溫度、濕度都是人為控制的，溫度設(shè)置與培養(yǎng)材料有關(guān)，一般在20 ℃～30 ℃范圍，通常利用空調(diào)將培養(yǎng)溫度設(shè)置在25 ℃；相對(duì)濕度一般控制在30%～40%，濕度低時(shí)可以通過(guò)加濕器來(lái)增加濕度，濕度高時(shí)可以通過(guò)除濕器來(lái)降低濕度。光周期是通過(guò)定時(shí)器來(lái)進(jìn)行控制的，每天光照時(shí)間一般控制在10 h～16 h，光照強(qiáng)度控制在3 000 lx～6 000 lx。

2.4 溫室

在條件允許的情況下，應(yīng)配備溫室，保證試管苗可以進(jìn)行移栽生長(zhǎng)。溫室內(nèi)應(yīng)配有溫度控制裝置、噴霧裝置、光照調(diào)節(jié)裝置，并設(shè)置有通風(fēng)口，為植物提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，保證其正常生長(zhǎng)發(fā)育。

3 園藝植物組培育苗技術(shù)的基本設(shè)備和基本操作

3.1 基本設(shè)備

基本設(shè)備包括培養(yǎng)器皿和器械、儀器設(shè)備。常用的培養(yǎng)器皿有試管、三角瓶、培養(yǎng)皿等；器械包括金屬器械（如鑷子、剪刀）和其他器械（如燒杯、量筒、容量瓶）；常用的儀器設(shè)備包括超凈工作臺(tái)、高壓滅菌鍋、冰箱、離心機(jī)和不同類型的顯微鏡等。

3.2 基本操作

植物組織培養(yǎng)的基本操作包括各種玻璃器皿的洗滌和滅菌、培養(yǎng)基的配制和滅菌、無(wú)菌室消毒及接種操作、材料培養(yǎng)等。濕度、溫度、光照等物理環(huán)境因素，培養(yǎng)基組成、pH和滲透壓等化學(xué)環(huán)境因素，培養(yǎng)材料的種類、大小等生物因素都會(huì)影響植物組織的生長(zhǎng)和分化。由此可見(jiàn)，植物組織培養(yǎng)是受多種因素共同影響的，在培養(yǎng)過(guò)程中任何一個(gè)因素出現(xiàn)問(wèn)題都可能導(dǎo)致培養(yǎng)失敗。

4 園藝植物組培育苗技術(shù)的培養(yǎng)基組成、選擇、配制

組培中離體的植物材料生長(zhǎng)發(fā)育所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生長(zhǎng)環(huán)境均由培養(yǎng)基提供，因此，在組織培養(yǎng)過(guò)程中培養(yǎng)基是基礎(chǔ)，應(yīng)對(duì)其著重了解。

4.1 培養(yǎng)基組成

植物細(xì)胞全能性的表達(dá)需要在離體的基礎(chǔ)上具備適宜的營(yíng)養(yǎng)、環(huán)境和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)。組織培養(yǎng)中培養(yǎng)基的構(gòu)成包括水、無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分、生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)、天然有機(jī)物質(zhì)和其他添加物。其中，無(wú)機(jī)鹽包括大量元素和微量元素；有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分包括糖類、維生素、氨基酸；生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)包括生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素、赤霉素，經(jīng)常使用的是細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素。

4.2 培養(yǎng)基選擇

培養(yǎng)基根據(jù)其物理狀態(tài)可以分為固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基，二者區(qū)別在于是否加入凝固劑，添加了凝固劑的即為固體培養(yǎng)基，沒(méi)有添加凝固劑的即為液體培養(yǎng)基。目前，植物組織培養(yǎng)中常用的培養(yǎng)基是固體培養(yǎng)基，相比于液體培養(yǎng)基，固體培養(yǎng)基的優(yōu)點(diǎn)是有利于操作以及對(duì)培養(yǎng)材料的觀察。

4.3 培養(yǎng)基配制

針對(duì)不同植物材料常需要調(diào)整培養(yǎng)基的配方，如維持生長(zhǎng)與誘導(dǎo)細(xì)胞分裂和分化的培養(yǎng)基配方就不同，因此培養(yǎng)基配方的種類很多。目前，MS培養(yǎng)基為最常用的一種基本培養(yǎng)基，其有利于一般植物組織和細(xì)胞的快速生長(zhǎng)。MS培養(yǎng)基配制方法步驟如下：第一，取出母液按順序排列并逐一檢查，同時(shí)需要準(zhǔn)備擺放器皿；第二，先取適量的蒸餾水放入容器，然后將母液按順序加入，不斷攪拌；第三，加入生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)等，加入蔗糖，待蔗糖溶解后定容至所需體積；第四，調(diào)節(jié)pH；第五，分裝和標(biāo)記[2]。

5 園藝植物組培育苗技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

5.1 培育無(wú)毒苗

一些園藝植物自身會(huì)攜帶病毒，在園藝植物生長(zhǎng)過(guò)程中，病毒會(huì)在植物體內(nèi)積累，對(duì)植物產(chǎn)生一些不利影響，可能導(dǎo)致園藝植物發(fā)病，雖然不一定會(huì)造成園藝植物死亡，但會(huì)降低園藝植物的品質(zhì)和產(chǎn)量[3]。研究人員在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，病毒在植物體內(nèi)主要是沿維管束分布，植物莖尖分生組織的細(xì)胞分裂速度快，而病毒的移動(dòng)速度慢于細(xì)胞分裂的速度，因而莖尖分生組織不含病毒或病毒含量極少。因此，用莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)可以獲得無(wú)病毒植株，利用無(wú)病毒植株再進(jìn)行快速繁殖，則可以在短時(shí)間內(nèi)培養(yǎng)出大量的無(wú)病毒植株，可保證育苗生產(chǎn)的正常供應(yīng)。根據(jù)這一特性，進(jìn)行莖尖培養(yǎng)，可以培育出無(wú)毒苗，目前，無(wú)毒苗的培育已被廣泛應(yīng)用于草莓、馬鈴薯等的生產(chǎn)。

利用園藝植物組培育苗技術(shù)培育無(wú)毒苗的意義在于，在生產(chǎn)中使用無(wú)毒苗可以提高園藝植物的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時(shí)能夠有效地解決由病毒引起的植物品種退化問(wèn)題，提高經(jīng)濟(jì)效益，減少農(nóng)藥使用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

5.2 快速、大量繁殖優(yōu)良品種

傳統(tǒng)的無(wú)性繁殖技術(shù)繁殖系數(shù)小，同時(shí)還受外界條件如氣候、季節(jié)、基質(zhì)等的影響。而植物組織培養(yǎng)不受自然條件影響，繁殖速度快，因此可以快速、大量地進(jìn)行繁殖，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，能有效提高生產(chǎn)效率，從而產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。

5.3 制作人工種子

人工種子又稱人造種子，是使用植物組織培養(yǎng)的材料如胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等，通過(guò)人工薄膜包裝維持其良好的發(fā)芽能力，得到的類似于天然種子的結(jié)構(gòu)，是可代替天然種子的人工培養(yǎng)物。在適宜的條件下，人工種子能夠快速繁殖出新的植株，同時(shí)保持穩(wěn)定的遺傳特性，不改變植物原有性狀，可以保存及快速繁殖脫病毒苗，克服某些植物由于長(zhǎng)期營(yíng)養(yǎng)繁殖所積累的病毒病等。據(jù)報(bào)道，經(jīng)過(guò)冷凍保存的胡蘿卜胚狀體，在保存一年之后仍具有再生成植株的能力。

5.4 工廠化育苗

現(xiàn)今，植物組培育苗技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，因其繁殖速度快、植株長(zhǎng)勢(shì)整齊一致、不受環(huán)境限制、可以全年生產(chǎn)等特點(diǎn)，能夠獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)植物組織培養(yǎng)方法，能夠減少病害傳播，實(shí)現(xiàn)植物生產(chǎn)的工廠化，可以使單株植物全年繁殖幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)株，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并減少周圍環(huán)境對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，更好地滿足人們的需求[4]。目前，我國(guó)成功獲得組培苗并已進(jìn)行工廠化育苗的園藝植物有月季、菊花、山楂、獼猴桃、櫻桃等[5]。

6 園藝植物組培育苗技術(shù)存在的問(wèn)題

6.1 污染

植物組織培養(yǎng)中的污染指的是組織培養(yǎng)期間培養(yǎng)基、培養(yǎng)材料出現(xiàn)雜菌，造成培養(yǎng)失敗的現(xiàn)象。在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，污染是一種十分常見(jiàn)的現(xiàn)象。造成污染的原因有很多，包括培養(yǎng)基污染、培養(yǎng)材料污染、操作環(huán)節(jié)污染。培養(yǎng)基污染如培養(yǎng)基的滅菌不徹底、開(kāi)瓶時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等；培養(yǎng)材料污染如培養(yǎng)材料消毒不徹底；操作環(huán)節(jié)污染如接種用具滅菌不徹底、操作不規(guī)范等。

6.2 褐化現(xiàn)象

褐化現(xiàn)象在植物組織培養(yǎng)中十分常見(jiàn)，是由于植物材料自身分泌的酚類化合物的影響導(dǎo)致其褐變褐化。植物的褐化與植物品種及其生理狀態(tài)有關(guān)，還與培養(yǎng)的環(huán)境有關(guān)。當(dāng)培養(yǎng)條件不當(dāng)時(shí)，如培養(yǎng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、光照過(guò)強(qiáng)、溫度過(guò)高等，會(huì)提高多酚氧化酶的活性，加深植株材料褐變的程度[6]。

6.3 玻璃化現(xiàn)象

連續(xù)進(jìn)行離體繁殖時(shí)，部分培養(yǎng)物的嫩莖、葉片呈半透明水跡狀的現(xiàn)象稱為玻璃化。玻璃化現(xiàn)象是植物組織培養(yǎng)過(guò)程中的一種生理失調(diào)或生理病變，多數(shù)發(fā)生在植物莖尖培養(yǎng)和離體快繁過(guò)程中，其發(fā)生可能與光照、溫度、激素等有關(guān)。

6.4 黃化現(xiàn)象

造成植物材料出現(xiàn)黃化現(xiàn)象的原因很多，主要有培養(yǎng)基的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)、激素配比不均衡；培養(yǎng)環(huán)境通氣不良，有害氣體不斷積累；培養(yǎng)溫度不適宜、光照不足等。

7 園藝植物組培育苗技術(shù)優(yōu)勢(shì)、影響因素與改進(jìn)措施

7.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

相比其他的育苗方法，園藝植物組培育苗技術(shù)具有一定的優(yōu)勢(shì)，如管理方便，不受季節(jié)、地區(qū)限制，可以人為控制培養(yǎng)條件，生長(zhǎng)周期短，繁殖速度快等，使其能夠快速、廣泛地推廣。

（1）管理方便。植物組織培養(yǎng)管理方便，因在一定的場(chǎng)所和環(huán)境下人為提供生長(zhǎng)條件，如濕度、營(yíng)養(yǎng)、激素、溫度、光照等，培養(yǎng)時(shí)可以進(jìn)行集中管理，在實(shí)現(xiàn)省工省力的同時(shí)，還節(jié)省了土地資源，便于采取規(guī)模化、集約化、工廠化生產(chǎn)模式，也便于進(jìn)行自動(dòng)化控制生產(chǎn)。

（2）可以人為控制培養(yǎng)條件。植物組織培養(yǎng)是通過(guò)人工提供的生長(zhǎng)環(huán)境，避免了自然環(huán)境條件下如季節(jié)變化、晝夜變化、自然氣候?yàn)?zāi)害等對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，培養(yǎng)條件比較均一，有利于植物生長(zhǎng)，能穩(wěn)定進(jìn)行長(zhǎng)期、連續(xù)的培育。

（3）生長(zhǎng)周期短，繁殖速度快。植物組織培養(yǎng)可以通過(guò)人為控制生長(zhǎng)環(huán)境，使生長(zhǎng)條件更加適宜，因此培育速度較快，生長(zhǎng)周期較短，通常20 d～30 d為一個(gè)周期。同時(shí)，由于植物細(xì)胞具有全能性，可以在較小的空間、較短的時(shí)間內(nèi)利用少量的母本細(xì)胞生產(chǎn)大量的植株，對(duì)自然繁殖率低或不能滿足需求的園藝植物進(jìn)行快速繁殖。

7.2 影響因素

（1）外植體。根據(jù)植物品種、器官及生理狀況的不同，外植體的脫分化難度存在很大差異?；ê陀啄鄣慕M織脫分化較為容易，而植物的莖、葉和成熟的組織脫分化則較難。在選擇外植體時(shí)應(yīng)選取易脫分化的形成層。

（2）滅菌。植物組織培養(yǎng)的成功離不開(kāi)滅菌，滅菌可以減少污染，提高植物組織培養(yǎng)的成功率。因?yàn)楫?dāng)培養(yǎng)基上有細(xì)菌、真菌等微生物存在時(shí)，會(huì)影響培養(yǎng)材料的生長(zhǎng)，增加生產(chǎn)成本，因此在組織培養(yǎng)前必須對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行嚴(yán)格滅菌，并且要嚴(yán)格遵守?zé)o菌操作的原則。

（3）光照。光照條件是影響植物組織培養(yǎng)的一個(gè)重要因素，包含光照強(qiáng)度、光周期等。光照強(qiáng)度影響培養(yǎng)細(xì)胞的增殖和器官的分化，一般來(lái)說(shuō)，較強(qiáng)的光照強(qiáng)度有利于壯苗的培養(yǎng)，而光照強(qiáng)度較弱時(shí)幼苗容易徒長(zhǎng)成為徒長(zhǎng)苗，植株高、莖細(xì)，導(dǎo)致幼苗品質(zhì)下降。最常用的光周期是16 h光照+8 h黑暗，除某些材料誘導(dǎo)愈傷組織需要黑暗條件外，一般組織培養(yǎng)都需要一定的光照。

（4）生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)。生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)中的細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素的相對(duì)含量會(huì)影響根或芽的發(fā)生。當(dāng)細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素濃度比高時(shí)，有利于芽的發(fā)生；當(dāng)細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素濃度比低時(shí)，有利于根的發(fā)生。

7.3 改進(jìn)措施

（1）無(wú)菌操作。植物組培育苗技術(shù)離不開(kāi)無(wú)菌操作。因此，在每次接種前超凈工作臺(tái)都要用紫外光燈照射30 min，操作人員還要用含有70％酒精的酒精棉或酒精噴壺對(duì)手臂和臺(tái)面進(jìn)行消毒。在組培的過(guò)程中，除了培養(yǎng)基、接種材料、器皿等要保持無(wú)菌以外，接種時(shí)更要嚴(yán)格進(jìn)行無(wú)菌操作。

（2）植物材料。由于植物材料的品種、取材部位、取材大小等的不同，植物材料的帶菌量存在差別，因此，為了保證對(duì)植物材料的正確選擇，在選擇時(shí)應(yīng)嚴(yán)格把控。

（3）容器和器皿。一直以來(lái)，在植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行植物組培育苗大多選用玻璃材質(zhì)的容器和器皿。但在實(shí)際應(yīng)用中，玻璃器皿在運(yùn)輸時(shí)具有易碎、質(zhì)量大等缺點(diǎn)，不便于進(jìn)行運(yùn)輸。目前，塑料容器成為很多工廠育苗的首選，其具有質(zhì)輕、透明、不易破碎等優(yōu)點(diǎn)，使用塑料容器可以降低生產(chǎn)成本、運(yùn)輸成本[7]。

8 小結(jié)與展望

當(dāng)前，植物組培育苗技術(shù)已經(jīng)滲透到科研、生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，在許多方面得到了應(yīng)用，如植物脫毒無(wú)毒苗的培育、快繁技術(shù)快速繁殖優(yōu)良品種、工廠化育苗等[8]。植物組培育苗技術(shù)的發(fā)展為國(guó)家、社會(huì)、個(gè)人創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，也加快了植物繁殖速度，縮短了時(shí)間成本。為了促進(jìn)植物組織培養(yǎng)能夠在無(wú)塵潔凈的環(huán)境中更加高效地進(jìn)行，已有科研人員著手研究機(jī)器人接種操作、全密閉系統(tǒng)生產(chǎn)等等。目前，全國(guó)開(kāi)展植物組織培養(yǎng)工作的單位與小組超過(guò)3 000個(gè)，我國(guó)在該方面的發(fā)展上與國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)是一致的，同時(shí)在全世界的組培育苗領(lǐng)域中，我國(guó)的研究成果也位于前列[9]。但我國(guó)的植物組培育苗技術(shù)仍存在一些問(wèn)題有待解決，應(yīng)該積極尋找解決方法，不斷完善植物組培育苗技術(shù)。相信未來(lái)我國(guó)的植物組培育苗技術(shù)將能夠促進(jìn)國(guó)家生產(chǎn)、生活、科研等各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展。

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10.3969/j.issn.2095-1205.2022.01.28

S604.3

A

2095-1205(2022)01-82-03

劉育含（1999- ），女，漢族，遼寧大連人，本科在讀，研究方向?yàn)閳@藝。

翟玉瑩（1981- ）,女，漢族，河北昌黎人，碩士，講師，研究方向?yàn)閳@藝植物栽培與生理。