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中国组培网网络教程之植物组织培养产业现状

时间:2015-10-16 浏览数:8870
植物组织培养是以植物细胞培养技术为前提的一项生物技术,也是快速繁殖植物新品种的最重要方法,它起始于20世纪30年代,经历30多年的基础研究和技术完善,于60年代形成商业性产业,得到了最广泛应用和产生了较大经济效益。自1960年Morel成功对兰花进行组织培养,目前已发展到大约有35属150种兰科植物可用组织培养技术,现在蝴蝶兰、大花蕙兰、石斛兰、文心兰等可进行兰花工厂化生产。

经过20世纪70年代美国的兰花工业,80年代组培快繁已被认为是能够带来全球经济利益的产业。全世界组培苗的年产量从1985年的1.3亿株猛增到1991年的5.13亿株,现在已超过10亿株。由于组培苗越来越多地被生产者所接受,导致了组培新公司的诞生就像它们繁殖的植株数量一样以指数增长。据估计,目前全球有关生物技术产业的年交易额约为1500亿美元,其中50%~60%与农业有关。植物组培苗的贸易额约占总额的10%,即150亿美元,并以每年15%速度递增。目前已在水稻、小麦、玉米、谷子、高梁、棉花、烟草、大豆、马铃薯、石刁柏、花卉、林木、蔬菜等200多种植物上利用。


如今,通过组织培养快速繁殖建立商业性的生产体系,已成为最具开发前景的产业。    然而组培苗作为科技开发的商品,在国外市场上进行流通,还仅仅是开始,尚存在不少问题,特别是在建立高效益的生产性体系,广泛开拓销售渠道以及组培苗的检疫、包装、运输规范化等方面都有待改进。


一、国际组培产业现状
70年代以来,国外组培苗生产发展很快,欧洲许多国家纷纷建立植物繁殖公司,重点是繁殖那些经济价值较高的观赏植物。例如:洋兰、香石竹、丝石竹、扶郎花、月季、杜鹃、百合、大花萱草,安祖花、唐菖蒲、玉簪、蕨类、六出花等30余种。据欧洲及地中海植物保护组织(EPPO)1991年公报,西欧国家共有248个植物微繁殖公司。

80年代以来,以商品为目的组培苗生产量以20%-30%的速度递增,年产组培苗在10万株以上的植物微繁殖公司约占50%,年产量大于50万株的公司约占25%,整个西欧年产组培苗达2亿多株。荷兰的许多公司都具有很强的组培苗生产能力,年生产组培苗达6100万株。


以色列的组培苗生产同样发展很快,全国有6个组培公司,其中SHEMI的香石竹种苗公司专门从事香石竹的育种及种苗生产,组培繁殖的技术以及设备均属先进。其他国家如美国Ball园艺公司和IVerson植物园,每年在世界各地组织生产大量组培苗,供市场需求。此外,印尼、马来西亚、泰国、新加坡以及台湾等国家和地区,组培苗商业化生产极为普遍,特别是热带兰、火鹤芋、玫瑰、香石竹以及各种观叶植物的组培苗,成为这些国家和地区的花卉拳头产品。


应用组织培养进行国际间无性繁殖材料的种质交换,始于20世纪70年代。将植物材料以组培形式保存在培养容器内运输,开展国际间或地区间的种质交换,能够节省时间,节省空间,降低运输成本,尤其能减少因从田间采集种子或其无性繁殖材料携带有害生物的危险性。第一个以组培苗引种的作物是石刁柏,以后,甘蔗、生姜、甘薯及多种花卉等在国际间也采用同样形式进行商品交流。1972年以前肯尼亚、乌干达和坦桑尼亚等国,由于线虫、昆虫、病毒等危险性有害生物的原因,禁止石刁柏进口,后来随着石刁柏组织培养的成功和病毒指示植物作为检疫手段得到承认,石刁柏开始以试管苗的形式进口。


(1)美国的Wyford国际公司设有4个组培室,并都建有配套的温室,研究和培育出的新品种达1000余个,年产组培苗3000万株。包括观赏花卉、蔬菜、果树及林木幼苗,主要供应本国市场,也有的进入了西欧和日本市场。公司对所有产品中的每个品种,都提供成苗、开花或结果时的精美照片或图片,供顾客欣赏和选购参考。对质量保证、付款方式等问题也有明确的做法,并开展网上订货与付款等电子商务。


(2)以色列的Benzur苗圃25年前就开始从事商业植物组培苗生产,现有的设施包括一座现代化组培室,一个炼苗圃和一个附属的一代球茎生产基地,公司年产组培苗800万株,其中60%的产品由公司直接发售给顾客。产品种类包括香蕉、切花植物和盆栽观叶植物10个属(海芋属、铁角蕨属、花叶芋属、朱蕉属、花叶万年青属、榕属、黄檗属、鹅掌柴属、苞叶芋属、合果芋属等)。公司自己不培育新品种,依靠与育种公司紧密结合,不断推出过经PBR(plant  breeder  right,植物育种者权力)登记的品种,为育种者和顾客生产各种新品种的组培苗。


以上两个公司都是国际上的知名公司,最大区别是前者靠自己培育出新品种,后者依靠其他育种公司的新品种发展生产。但是在发达国家,植物组培苗的生产成本与效益的维持已开始出现困难,导致近年来该产业在这些国家的发展出现停滞现象。以美国尤为突出,由于昂贵的动力成本,组培设施的生产能力只有一半被利用。反之,发展中国家低廉的工资能够生产出低成本的试管植物,尽管起步比西方国家晚,但产量及生产规模却增加很快,如印度1988年组培苗的产量仅500万株,到1996年已跃升到1.9亿株,企业数量相应地从4家发展到75家,其生产设备的先进程度能与世界领先的荷兰、美国相媲美。


(3)印度AVT生物技术实验室成立于1984年,是印度建立的第一个商业性植物组培实验室。它现在的生产能力是年产800万株植物,设备情况是无菌室面积612m2,生长室(培养室)面积1928m2,接种工作台56个,雇员120人。其产品出口到哥伦比亚、厄瓜多尔、美国、荷兰、德国、匈牙利、西班牙、以色列、日本、马来西亚、新西兰和澳大利亚等国家。产品种类包括香蕉、菠萝、枣椰、咖啡、划莓、马铃著、葱、石刁柏、泡桐、桉树、榕树和30多个属(亮丝草属、海芋属、山姜属、六出花属、花烛属、花叶万年青属、捕蝇草属、百合属、扶郎花属、苣苔花属、毛茛属、绣球属、补血草属、万寿菊属、兰属、天竺葵属、黄檗属、杜鹃花属、千里光属、苞叶芋属、合果芋属、柚木属、香果兰属等)的观赏植物。上述每一种植物的组培苗,哪一年向哪一个国家出口了多少,公司都有详尽的资料介绍,透明度很高。出口的组培苗也有良好的质量控制和销售系统,发往欧美和远东的经过包装的产品,都可以在48h内空运到。


(4)印度Harrisons  Malayalam有限公司是另一个附属于大型企业集团的商业性植物组培工厂,其母公司是印度最大的天然橡胶公司和印度南方第二大茶叶公司。这个组培工厂雇用人员数为100人,每天两班倒,自1992年以来每年生产组培植物400万株,大部分是花卉植物与观叶植物,销往国外。在经营方式上,可供应试管苗,并承诺根据合同,为外单位秘密进行育种材料的微繁殖,保护育种者应有的权益。


(5)马来西亚的热带实验室与温室苗圃,堪称是合理开发利用本国植物资源的典范。他们在国家林业行政部门的协助下,人工快繁本地区珍稀植物,尤其是猪笼草属热带植物,这一方面减轻了野生资源受破坏的压力,另一方面又为本地区人民创造了就业机会。他们可供应猪笼草属80多个品种的小苗,这些小苗都是从组培瓶中取出后又在温室里驯养了3~6个月的裸根苗,株高一般达十几厘米,报价在每株10~80美元不等,某些珍稀品种报价高达125美元。


二、我国组培产业现状

植物组培快繁技术在我国也得到广泛应用,其配套技术的成熟及普及性,在国际上都居先进水平,上至中央和省级研究单位、大型花卉公司,下至村、乡级农业技术单位都能够组培生产各种花卉种类及品种。由科研单位完成的花卉病毒病快速检测技术;花卉脱毒种苗培育技术;通过不同浓度灭菌液处理,提高外植体入瓶率技术;筛选不同培养基提高外植体增殖率技术;调整环境因子促进组培苗健壮生长及提高生根率技术;探讨不同试管苗玻璃化、畸形化、黄化、变异等形成机理及预防办法技术;研究适合当地气候条件的花卉组培苗移栽技术;不同花卉种类需求的基质类型技术;环境调控及过渡苗培育设施技术;组培苗的栽培技术;组培苗的包装、储运及销售措施等实用技术的广泛应用,对促成这一常规生物技术在花卉种苗的生产供应中发挥了极大的作用。


中国组培快繁应用最好的在两广、海南、云南。两广、海南以香蕉、甘蔗和花卉为主,云南以花卉为主。我国八十年代初,国家科委和广西自治区联合投资完成了第一个甘蔗试管苗工厂,年产达200万株,推广面积21万亩,比对照每亩增产1.9吨,增加产值8000万元/年,近年来,两广在试管繁殖香蕉方面也达到产业化,产量有数千万株,广大农户已普及,每年种植试管苗,并出口国外,获得较好的经济效益。


除香蕉、甘蔗外,广州花卉中心对100多个花卉观叶植物进行组织培养,在培养苗配制、污染率控制、繁殖系数提高、移栽成活率等技术指标处于国内领先,种苗公司生产50多个品种年产500万苗,在华南地区建立150多家组培公司,组培苗在华南所占份额由10%提高到60%。


早在五十年代,在我国植物组织培养创始人之一、知名教授罗士韦先生的创导下,即在中科院上海植物生理研究所开展了组织培养的研究,至今已有长足的进展和丰硕的研究成果。例如花卉植物中兰属中的气生兰和地生兰;蕨类有波士顿蕨、狼尾蕨和日本蕨;阴生植物中有花叶芋、芦荟、观叶菠萝、白掌、观叶海棠等;观花植物有菊花属,石竹属、百合属、扶郎属等九十个品种,经济植物有油菜、水稻、小麦、烟草、甘蔗、杨树等,蔬菜类有大豆、马铃薯、石刁柏、花椰菜、辣椒及草莓等,药用植物有毛地黄、贝母、枸杞、小蔓长春花等十余个品种。


从60年代开始的我国传统药材离体培养和试管繁殖研究,到目前为止已有100多种药用植物经离体培养获得试管植株,其中有的还利用试管繁殖技术生产用于栽培种植药材,如苦丁茶、芦荟、怀地黄、枸杞、金钱莲、石斛等。宁夏利用试管繁殖与嫩枝扦插相结合的方法繁殖新品种“宁杞一号”和“宁杞二号”苗木100多万株,加速了该品种的推广。此项技术今后对于中药材的优良种质和濒危品种的繁殖、保存、良种选育、缩短栽培年限等方面,均可发挥出巨大的作用。

果树组织培养繁殖的研究,始于20世纪40年代。中国起步较晚,但发展较快。已在苹果、葡萄、柑橘、草莓、猕猴桃、菠萝、枇杷等树种上开展了组培脱毒和苗木繁殖工作,建立了苹果、葡萄、草莓、猕猴桃等果树的组培苗木果园。"七五"期间,我国建成了葡萄、苹果、香蕉和柑橘等快速生产线共11条,供应试管苗1000万株。


我国八十年代初,国家科委和广西自治区联合投资完成了第一个甘蔗试管苗工厂,年产达200万株,推广面积21万亩,比对照每亩增产1.9吨,增加产值8000万元/年,近年来,两广在试管繁殖香蕉方面也达到产业化,广大农户已普及,每年种植试管苗,并出口国外,获得较好的经济效益。


广州对100多个花卉观叶植物进行组织培养,种苗公司生产50多个品种年产500万苗,在华南地区建立150多家组培公司,组培苗在华南所占份额由10%提高到60%。


茎尖培养脱病毒技术以及离体快繁技术已趋成熟,建立了一批工厂化试管苗繁育基地,在马铃薯、草莓、香蕉、甘蔗、桉树、杨树以及一些花卉上已有商业化的试管苗生产体系,产生了良好的经济及社会效益,形成了“兰花工业”、“香蕉工业”。如从1986年到1992年春,我国香蕉主产区的香蕉组培苗栽培总面积达18万多hm2,与对照相比,组培苗一般可增产30%~50%。仅2000年,全国香蕉组培苗商品量达1亿株左右,占全国商品组培苗总量的2/3。马铃薯作为重要的经济作物,其脱毒苗增产可达60%,脱毒种苗的生产也越来越被知名企业看好,如百事可乐公司投资在中国农科院建立的脱毒种薯组培生产车间。据2000年12月在兰州举行的植物组培效益与前景高级研讨会报道,目前我国约有2000个组培室,在上千种植物中建立了组培再生技术,年产组培苗几亿株。


但是由于长期以来,我国的科技人员停留在重研究、轻转化、重论文、轻效益的旧思维模式上,只重视科研成果的学术水平,而较少考虑市场的需求,对科研成果产业化的重要性认识不够,至今还有认为既搞科研又搞经营太累,甚至是不务正业的意识。其次,科技主管部门的研究经费太多投入在愈伤组织或胚状体的形成、器官分化和试管再生的前期基础研究上,而对中试和进一步产业化的投入则远远不足。相反,国外发达国家在实验研究、开发推广和生产试验上的经费投入之比为1:10:100。因此导致致我国目前植物组培的产业化程度不高,据不完全统计,目前我国试管苗的年产量约为0.5亿株,与发达国家或花卉产业发展快的印度等发展中国家相比,存在着较大差距。

我国的植物组培生产性研究工作,是从马铃薯去病毒,建立马铃薯无病毒薯基地开始的。以后中科院上海植生所与广东、广西、四川、福建等省有关农林院校与研究所合作开展廿蔗、香蕉等的组培苗商业性生产。林科院亚林所采用组培方法培育杉木无性系,第一个将杉木组培苗进行人工造林,取得了良好的社会与经济效益;广西利用商业化       生产的桉树组培苗,营造大面积人工林获得成功。中科院北京遗传所等单位,利用组培脱毒技术,获得去病毒唐菖蒲脱毒苗。山东、湖北、河南等省的果树研究所为建立无病毒柑橘、葡萄、苹果母本,提高水果品质取得了成功。广东、广西及深圳、兰州等地为热带兰组培苗商品化生产作了大量工作,大批组培苗远销海外。上海培育的香石竹、丝石竹、扶郎花、勿忘我等组培苗已广泛应用于生产与外销,年产达100万株以上。并与美国、日本有关公司合作,组织生产大量组培脱毒苗,出口日本、美国和以色列。据不完全统计,目前我国每年向国外出口花卉组培苗约500万株。


这里值得一提的是,带动我国组培苗商品化发展的重要原因是为外方提供“组培苗代加工”业务。外方提供新培育的无病毒植物种源,经过我国组培快速增殖后成为商品苗,再返销国外。这种三角关系为我国组培技术与国际接轨,使我国组培苗成为国际性商品提供了极好的机遇。目前,我国为国外代加生产或直接出口的组培苗品种有百合、玉簪、大花萱草、唐菖蒲、丝石竹、菊花、蕨类,热带兰、勿忘我、扶郎花、金线莲、小蔓长春藤、甘蔗、香蕉、安祖花、观音莲、花叶芋、竹芋、银苞芋、橡皮树、榕树、翡翠、凤梨、万年青、朱蕉、非洲紫罗兰、金边瑞香、彩色马蹄莲、芦荟等多种观赏植物。


当今,在劳动力成本已成为发达国家降低试管苗生产成本的重要制约因素前提下,组培产业的东移(主要是东南亚国家)和南移(拉美国家)将成为一大趋势。我国在地理气候,植物资源及技术储备上,有许多条件与印度相似。我们应该利用本土资源优势培育特色产品,近期以国内市场为主,不断研究培育及引进筛选国际流行新品种,生产适销对路产品,努力开拓国际市场,促进我国组培产业规模化发展,提高组培产业规模化发展,提高组培技术成果的商业性转化。

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