北美紅杉組培快繁中存在的問(wèn)題與對(duì)策

摘 要：北美紅杉的質(zhì)量?jī)?yōu)良和生態(tài)價(jià)值顯著，在林業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)保護(hù)中占據(jù)重要的地位。然而傳統(tǒng)的繁殖方法難以滿足其快速擴(kuò)繁的需求。而組培快繁技術(shù)可實(shí)現(xiàn)植物的快速繁殖，為北美紅杉的規(guī)?；敝程峁┝诵碌穆窂?。然而，在實(shí)際操作過(guò)程中，該技術(shù)面臨諸多問(wèn)題與挑戰(zhàn)?；诖?，闡述了北美紅杉組培快繁的基本原理，分析了北美紅杉組培快繁中存在的問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上，提出了北美紅杉組培快繁優(yōu)化策略，以期促進(jìn)北美紅杉的人工繁殖和林業(yè)生產(chǎn)，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)和林業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：北美紅杉；組培快繁；問(wèn)題；培養(yǎng)基成分

中圖分類號(hào)：S791 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）10–00-03

北美紅杉（Sequoia sempervirens）是一種快速生長(zhǎng)的樹(shù)種，在林業(yè)和園藝領(lǐng)域，具有重要的生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。作為一種高效的繁殖技術(shù)，組培快繁為北美紅杉的大規(guī)模繁殖提供了有效的途徑。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，北美紅杉組培快繁技術(shù)也面臨著一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)，例如，組培過(guò)程中，北美紅杉在煉苗前期適應(yīng)環(huán)境的能力弱、長(zhǎng)勢(shì)不佳等[1]。因此，針對(duì)這些問(wèn)題，制定相應(yīng)的對(duì)策顯得尤為重要。

1 北美紅杉組培快繁的基本原理

北美紅杉組培快繁是一種采用組織培養(yǎng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)快速繁殖北美紅杉的技術(shù)。其基本原理是利用植物細(xì)胞和組織的全能性，在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基和環(huán)境條件下，誘導(dǎo)植物細(xì)胞或組織分生和分化，形成完整的植株。

北美紅杉組培快繁技術(shù)的核心是利用植物細(xì)胞和組織的脫分化和再分化的能力。首先，從母本植株上取下幼芽、幼葉等含有分生組織的部位（作為外植體），然后在無(wú)菌條件下，將分生組織部分進(jìn)行消毒，并接種到含有生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素等激素的培養(yǎng)基上。在這些激素的誘導(dǎo)下，外植體會(huì)發(fā)生脫分化，形成不定芽或不定胚。這些不定芽或不定胚被稱為胚狀體，具有無(wú)限分裂增殖的能力。其次，將胚狀體轉(zhuǎn)移至另一種含有誘導(dǎo)分化激素的培養(yǎng)基上，可以誘導(dǎo)胚狀體分化，重新形成完整的植株。在此過(guò)程，需要嚴(yán)格控制培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分、光照、溫度等環(huán)境因素。最后，完整分化的植株被移出無(wú)菌環(huán)境，經(jīng)過(guò)一段適應(yīng)期后，就可以正常地生長(zhǎng)壯大。

北美紅杉組培快繁的優(yōu)點(diǎn)是可以在較短時(shí)間內(nèi)，獲得大量?jī)?yōu)良無(wú)病苗木。相比種子繁殖和傳統(tǒng)的嫁接繁殖，其避免了遺傳性狀的分化，保持親本的優(yōu)良特性，同時(shí)，利用脫分化和再分化過(guò)程，有效擴(kuò)大了繁殖系數(shù)，大幅提高了繁殖效率。此外，該技術(shù)還能在試管內(nèi)，進(jìn)行品種改良和疾病篩選，進(jìn)而為紅杉良種選育提供重要的手段。

2 北美紅杉組培快繁中存在的問(wèn)題

2.1 外植體污染

外植體污染是北美紅杉組培快繁過(guò)程中面臨的一大難題。外植體直接源于野外母本植株，在消毒接種時(shí)，很容易帶入各種微生物污染源，如細(xì)菌、真菌等，會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)培養(yǎng)過(guò)程。一般情況下，外植體污染主要來(lái)自以下3個(gè)方面：一是來(lái)自母本植株本身的內(nèi)源性污染。植株體內(nèi)存在部分內(nèi)生細(xì)菌和病毒，在外植體切取時(shí)，細(xì)菌和病毒極易進(jìn)入培養(yǎng)系統(tǒng)。特別是一些潛伏期病毒，常常難以被檢測(cè)出來(lái)[2]。二是來(lái)自外部環(huán)境的污染。在切取和接種外植體的過(guò)程中，空氣中的浮塵、操作人員的呼吸等，都可能帶入各類污染源。三是培養(yǎng)基、培養(yǎng)容器等材料本身的污染。例如，培養(yǎng)基配制不當(dāng)、滅菌不徹底、容器清洗消毒不足等因素，都可能會(huì)導(dǎo)致部分微生物進(jìn)入培養(yǎng)系統(tǒng)。

一旦外植體發(fā)生污染，細(xì)菌和真菌會(huì)在培養(yǎng)基上迅速繁殖，不僅占用養(yǎng)分影響外植體生長(zhǎng)，還會(huì)分泌有毒物質(zhì)，進(jìn)而危及外植體存活。同時(shí)，病毒污染雖然癥狀不明顯，但會(huì)持續(xù)危害外植體和后續(xù)分生苗的生長(zhǎng)發(fā)育。因此，控制外植體污染是組培快繁最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，通常需要采取以下措施：第一，嚴(yán)格消毒切取外植體，盡可能減少污染源進(jìn)入；第二，無(wú)菌操作，防止室內(nèi)污染；第三，改良培養(yǎng)基配方，添加抗生素等抑菌劑。

2.2 組織褐變

在北美紅杉組培快繁過(guò)程中，組織褐變是指外植體在培養(yǎng)過(guò)程中，其器官或組織發(fā)生褐變或變黑，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致死亡的現(xiàn)象。一般情況下，組織褐變的發(fā)生主要有以下3個(gè)因素：

第一，氧化酶的活性過(guò)高是導(dǎo)致組織褐變的主要原因之一。其中，在外植體切割或受到創(chuàng)傷時(shí)，組織內(nèi)酚類物質(zhì)會(huì)被酚氧化酶氧化，進(jìn)而產(chǎn)生醌類等黑色物質(zhì)，然后沉積在細(xì)胞內(nèi)，從而引起褐變，同時(shí)，若外植體處于應(yīng)激狀態(tài)，酚類物質(zhì)的積累和酚氧化酶活性則會(huì)增強(qiáng)，加劇褐變程度。

第二，培養(yǎng)基中某些成分誘發(fā)組織褐變。例如，鐵鹽過(guò)量，會(huì)與酚類物質(zhì)氧化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，形成黑色絡(luò)合物；而活性炭含量過(guò)高，也會(huì)導(dǎo)致外植體外表積累黑色物質(zhì)。此外，培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素濃度過(guò)高，或組合搭配不當(dāng)，也容易加重褐變癥狀[2]。

第三，培養(yǎng)環(huán)境中一些不利因素同樣會(huì)影響組織褐變。例如，光照過(guò)強(qiáng)，容易引起光氧化及自由基增多；而溫度過(guò)高，則會(huì)促進(jìn)有害物質(zhì)的蓄積和酶活性增強(qiáng)等。同時(shí)，培養(yǎng)容器通氣不良，也會(huì)加重組織內(nèi)生化代謝紊亂。此外，隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)，外植體老化逐漸加重，細(xì)胞壁的完整性受損，酚類物質(zhì)更容易被釋放，并發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致褐變加劇。此外，不當(dāng)?shù)牟僮?，如外植體分割不當(dāng)，也會(huì)加重褐變風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 煉苗條件要求苛刻

在煉苗過(guò)程中，環(huán)境條件的不斷變化會(huì)導(dǎo)致幼苗成活率下降。其中，溫度、濕度、光照強(qiáng)度和光周期的波動(dòng)，都會(huì)干擾組培苗的正常生長(zhǎng)代謝，進(jìn)而影響組培苗的正常生長(zhǎng)過(guò)程。此外，培養(yǎng)容器的通氣性、含水量等因素，若控制不當(dāng)，也易引發(fā)異常，從而影響煉苗的成活率。因此，北美紅杉在煉苗的過(guò)程中需要較好地控制水分、營(yíng)養(yǎng)、溫度、光照、透氣性等環(huán)境因素。

3 北美紅杉組培快繁的優(yōu)化策略

3.1 改進(jìn)消毒方法

在北美紅杉組培快繁過(guò)程中，消毒是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響后續(xù)培養(yǎng)的成敗。因此，改進(jìn)消毒方法、優(yōu)化消毒工藝，對(duì)提高北美紅杉外植體活力、減少污染風(fēng)險(xiǎn)具有十分重要的作用。

傳統(tǒng)的消毒方法主要依賴化學(xué)消毒劑，但這些化學(xué)藥劑一般具有一定的毒性，很容易損傷外植體組織，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)發(fā)育受阻。同時(shí)，長(zhǎng)期大量使用化學(xué)消毒劑，也會(huì)給環(huán)境帶來(lái)不利影響。為此，操作人員可以嘗試采用更加環(huán)保高效的新型消毒方法，例如，利用等離子體技術(shù)，能夠產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的活性氧及離子等活性粒子，以此來(lái)殺滅細(xì)菌，且對(duì)外植體基本無(wú)損傷。再如，采用強(qiáng)氧化劑，可以有效殺死細(xì)菌、真菌和病毒，同時(shí)對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

此外，操作人員還可以將天然的植物源抗菌物質(zhì)作為消毒劑，如薄荷油、茶樹(shù)油等，均具有較強(qiáng)的殺菌活性，且對(duì)外植體無(wú)副作用。因此，操作人員可將植物源抗菌劑與低濃度化學(xué)消毒劑復(fù)合使用，以發(fā)揮協(xié)同增效作用。除了改進(jìn)消毒劑種類，消毒液的配制濃度、溫度、時(shí)間及與外植體接觸方式等環(huán)節(jié)的優(yōu)化，同樣十分重要。對(duì)此，操作人員還可以考慮采用聲波聯(lián)合消毒、電離射線輻射消毒等物理方式，以減少化學(xué)藥劑的使用。同時(shí)，要認(rèn)真執(zhí)行消毒流程，定期維護(hù)無(wú)菌室環(huán)境，嚴(yán)格實(shí)行分區(qū)管理，以避免或減少交叉污染。

3.2 無(wú)菌操作規(guī)范

無(wú)菌操作規(guī)范是確保北美紅杉組培快繁成功的重要環(huán)節(jié)。良好的無(wú)菌操作能夠有效避免外植體在操作過(guò)程中被微生物污染，從而降低污染風(fēng)險(xiǎn)，提高成活率。

首先，需要無(wú)菌室的合理設(shè)計(jì)和布局。無(wú)菌室應(yīng)劃分為不同潔凈級(jí)別的區(qū)域，如無(wú)菌操作區(qū)、培養(yǎng)區(qū)等，然后，嚴(yán)格實(shí)行物料和人員單向流動(dòng)，防止污染擴(kuò)散。同時(shí)，無(wú)菌操作區(qū)應(yīng)配備專用通風(fēng)系統(tǒng)，保持正壓環(huán)境，定期對(duì)空氣和工作臺(tái)面進(jìn)行消毒。

其次，操作人員的衛(wèi)生習(xí)慣和工作規(guī)范，同樣至關(guān)重要。操作人員需要經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)，熟練掌握無(wú)菌操作技能，并且，在操作時(shí)，需佩戴口罩、無(wú)塵服等防護(hù)用品，勤洗手消毒，減少對(duì)外植體的接觸傳播污染，同時(shí)，操作動(dòng)作要輕柔緩慢，避免劇烈運(yùn)動(dòng)帶來(lái)氣流擾動(dòng)。此外，操作用具的準(zhǔn)備和使用，也需嚴(yán)格遵守規(guī)范，其中，所有器皿、工具等均需高壓滅菌消毒，培養(yǎng)基及增殖劑原液需過(guò)濾除菌，注射器等耗材首選一次性使用。并且，所有藥品和器皿操作前，均需進(jìn)行火焰消毒。

最后，外植體接種及傳代時(shí)的操作環(huán)節(jié)亦不可疏忽。接種時(shí)，操作人員要嚴(yán)格控制氣流流向，接種工序要緊湊高效。在切割外植體時(shí)，需要避免刀口反復(fù)接觸空氣，減少污染。若操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常，需要及時(shí)中止，以此來(lái)隔離污染源。對(duì)已受污染的外植體，應(yīng)立即剪除病變部位，采用耐藥性較強(qiáng)的殺菌劑（如抗生素）進(jìn)行救治，而對(duì)無(wú)法救治的外植體，則可以將植株焚燒，嚴(yán)防污染擴(kuò)散，同時(shí)，要詳細(xì)記錄原因及處理過(guò)程，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)[3]。

3.3 調(diào)節(jié)培養(yǎng)基成分

培養(yǎng)基是組培快繁系統(tǒng)中的關(guān)鍵一環(huán)，其成分直接決定著外植體的生長(zhǎng)發(fā)育狀況。培養(yǎng)基的主要成分包括無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其他添加劑等。其中，無(wú)機(jī)鹽類提供細(xì)胞所需的氮源、硫源和其他礦物質(zhì)元素；有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（糖類、氨基酸、維生素等）則作為細(xì)胞的碳源和能量源，滿足細(xì)胞的代謝需求；生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是控制外植體生長(zhǎng)發(fā)育的“指揮棒”，其中，細(xì)胞分裂素可促進(jìn)細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)，生根素有助于誘導(dǎo)生根形成，脫落酸、赤霉酸等則能夠誘導(dǎo)有性芽分化[4-5]。

同時(shí)，特殊添加劑也發(fā)揮著不可或缺的作用。其中，活性炭可以吸附酚類等有毒物質(zhì)，緩解組織褐變；瓊脂是常用的凝固劑；植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑如菜苣酮等，也可用于調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育。針對(duì)不同培養(yǎng)階段的需求，操作人員需調(diào)節(jié)不同成分的比例[6-7]。例如，在誘導(dǎo)期，可以適當(dāng)提高細(xì)胞分裂素及生根素濃度，進(jìn)而促進(jìn)芽和根的分化；在生長(zhǎng)期，則需控制生長(zhǎng)素水平，注重營(yíng)養(yǎng)供給；褐變嚴(yán)重的外植體可以適當(dāng)降低培養(yǎng)基中鐵鹽和生長(zhǎng)素濃度。

此外，培養(yǎng)基的pH值、滲透壓等理化性質(zhì)，同樣至關(guān)重要。操作人員需要嚴(yán)格將其控制在適宜范圍內(nèi)，且根據(jù)不同基源和基型的外植體的需求，進(jìn)行個(gè)性化調(diào)節(jié)。

3.4 改善培養(yǎng)環(huán)境，提高煉苗成活率

煉苗的成功與否直接關(guān)系到組培苗移栽后的成活率和生長(zhǎng)狀況。組培瓶?jī)?nèi)生長(zhǎng)環(huán)境與外界環(huán)境差異較大，導(dǎo)致紅杉幼苗對(duì)環(huán)境變化極為敏感。因此，煉苗過(guò)程中，操作人員需嚴(yán)格控制環(huán)境因素，以確保幼苗能夠順利適應(yīng)外界條件并茁壯成長(zhǎng)。

第一，光照是影響煉苗成活率的關(guān)鍵因素之一。在組培環(huán)境中，紅杉幼苗通常處于恒定、較弱的光照條件下，而外界自然光照的強(qiáng)度和周期變化較大。為減少光照變化對(duì)幼苗的負(fù)面影響，操作人員可在煉苗初期使用遮光網(wǎng)或半透明覆蓋物，逐步增加光照強(qiáng)度和時(shí)長(zhǎng)，使幼苗逐漸適應(yīng)自然光照。控制光照的漸變過(guò)程，有助于減小光照突變對(duì)幼苗造成的應(yīng)激反應(yīng)，提升煉苗成活率。

第二，溫度和濕度的控制也是煉苗成功的重要條件。在組培瓶?jī)?nèi)，溫度和濕度相對(duì)恒定，而外界環(huán)境的溫度和濕度變化較大。在煉苗過(guò)程中，操作人員應(yīng)逐步調(diào)整溫度和濕度，使其逐漸接近外界環(huán)境。同時(shí)，合理通風(fēng)是控制濕度的重要手段。操作人員可以設(shè)置通風(fēng)口或使用風(fēng)扇，確?？諝饬魍?，從而降低瓶?jī)?nèi)濕度，減少病害的發(fā)生。

第三，培養(yǎng)基的調(diào)整也是提高煉苗成活率的關(guān)鍵措施之一。在組培階段，紅杉幼苗依賴于培養(yǎng)基提供的營(yíng)養(yǎng)，而移栽后需要依賴土壤提供營(yíng)養(yǎng)。因此，在煉苗階段，操作人員可適量添加生根劑，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)和發(fā)育，使幼苗逐漸適應(yīng)土壤環(huán)境，增強(qiáng)移栽后的適應(yīng)能力。

第四，硬化處理也是提高煉苗成活率的重要步驟。硬化處理指的是通過(guò)控制環(huán)境條件，如光照、溫度和濕度，使幼苗的細(xì)胞壁增厚，增強(qiáng)抗性。具體方法包括逐步增加光照強(qiáng)度、降低溫度和減少濕度等。硬化處理可以有效提高幼苗對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)能力，增強(qiáng)抗逆性，降低移栽后的死亡率。

第五，病蟲(chóng)害防治也是煉苗過(guò)程中不可忽視的環(huán)節(jié)。由于煉苗過(guò)程中環(huán)境條件變化較大，容易引發(fā)病蟲(chóng)害。因此，在煉苗階段，操作人員應(yīng)加強(qiáng)病蟲(chóng)害的監(jiān)控和預(yù)防，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理病蟲(chóng)害問(wèn)題?？赏ㄟ^(guò)噴灑適量的殺菌劑或殺蟲(chóng)劑，預(yù)防病蟲(chóng)害的發(fā)生。同時(shí)，保持煉苗環(huán)境的清潔和衛(wèi)生，減少病蟲(chóng)害的滋生。

總之，改善培養(yǎng)環(huán)境包括綜合考慮光照、溫度、濕度、培養(yǎng)基調(diào)整、硬化處理及病蟲(chóng)害防治等方面。通過(guò)科學(xué)合理地控制這些環(huán)境條件，可以有效提高北美紅杉組培苗的煉苗成活率，確保其在移栽后的健康生長(zhǎng)和良好發(fā)育。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)深入分析北美紅杉組培快繁技術(shù)中存在的問(wèn)題，相關(guān)部門及工作人員可以更好地理解該技術(shù)的瓶頸所在，并針對(duì)性地提出改進(jìn)措施。這些問(wèn)題的解決，不僅有助于提高北美紅杉的組培快繁效率，還能為其他難繁植物的組培提供一定的借鑒。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步及持續(xù)完善，北美紅杉組培快繁必將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，進(jìn)而推動(dòng)北美紅杉資源的保護(hù)和利用，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)和林業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)更大的力量。

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收稿日期：2024-07-11

作者簡(jiǎn)介：田懷（1967—），女，貴州務(wù)川人，正高級(jí)講師，研究方向?yàn)橹参锝M培技術(shù)。#通信作者：田興軍（1974—），男，貴州松桃人，高級(jí)講師，研究方向?yàn)閳@林技術(shù)，E-mail：704269038@qq.com。