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组培降成本技术之简化组培简介

时间:2009-9-7 浏览数:7602

      植物组织培养技术始于20世纪初,是以植物生理学为基础发展起来的一门新兴技术。早在1902年,德国著名的植物学家Haberlandt就根据细胞理论预言了细胞的全能性。90多年来,经许多研究者的辛勤探索,该技术日趋完善,并在科学研究与现代化农业生产中充分显示出其优越性。它具有可以快速繁殖优良品种、改良品质、节省劳力、充分利用空间、全年试验生产、不受自然条件限制等特点。所培养的组培苗体积小,便于携带和资源交流。该项技术在推动农业现代化方面已经取得巨大的经济、社会和生态效益,被认为是一项很有潜力的高新技术。目前世界上,植物组织培养技术在不少国家和地区已由实验室研究阶段一跃而成为大规模成批量的工厂化生产方法。“优良无性繁殖系的快速繁殖和试管品种的商品化,是目前植物组织培养和细胞培养在应用上的主流之一”,六、七十年代以来,国外组培苗发展很快,欧洲许多国家纷纷建立起植物微繁公司。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个植物微繁公司,重点是繁殖那些经济价值较高的观赏植物,如洋兰、香石竹、月季、安祖花、唐菖蒲、玉簪、蕨类、大花萱草等30余种。自80年代以来,以商品生产为目的的组培苗年产量以20%~30%的速度递增。这些公司年产组培苗在10万株以上的约占50%,大于50万株的约占25%,整个西欧年产试管苗达20多亿株。亚洲许多国家组培苗商品化也极为普遍。我国植物组培水平较高,许多单位结合脱毒和微体嫁接进行的微体快繁也初具规模,现已作为一种试验系统广泛应用于科研和生产中。但是,组培苗商品化起步较晚,该产业与国外相比还有一定差距,仍需加大在这方面的研究工作。据预测,市场在未来的10年内对组培苗的需求量将以7~8%的速度递增,这为植物组织培养快繁技术提供了广阔的前景。

       从目前植物组织快繁技术的现状来看,大部分单位或公司采用的是外植体诱导芽分化、继代培养、生根、炼苗、移栽等组培程序。组培材料以培养基内糖类作为能源,在恒温、恒光强、封闭无菌的环境中,建立了适生的实验室异养生态系统, 当苗木形成后再转移到自养生态系统时,也既实验室手段快繁和大田移栽相结合使两种系统的转化有时过快,必然会暴露出商业化生产方式中一些急需解决的问题。第一,无菌外植体获得较难,材料带菌或褐变,均会影响外植体的分化,增加投入;第二,组培苗是在全封闭的无菌环境中培养,操作程序繁杂,培养时间较长,而且每个环节都有可能增加杂菌的污染机会,耗费大量的人力、物力、财力;第三,配置培养基所用药品种类繁多且价格较高,培养过程对设备要求精细;第四,全部过程耗费大量电力,特别是漫长的灯光培养更是提高了成本;第五,目前的生根方法和移栽成活率不理想,生根后把试管苗从优越的无菌环境条件下,经过炼苗后,移栽在光照强、变温、多菌的室外环境条件中,其适应能力差,移栽成活率低。诸如此类问题,导致试管苗要比普通苗价格高几倍或几十倍,严重限制了该技术在广大基层单位的普遍推广,致使许多植物品种仍保存在试管内,得不到开发利用。要使组培快繁从实验室走向产业化,形成一种商品化的技术手段,让更多的植物组培品种走向市场,必须对现有组培快繁体系进行改革,简化程序,降低成本,缩短周期。针对上述问题,许多科研单位和公司积极投资加强这一方面的研究。近几年来,虽然取得了一些进展,可是,就目前的研究报道而言,均局限于极少数植物组培快繁过程中某一环节的改进,不具有普遍性,仍存在一些缺点,并且对于简化组培快繁体系的系统性研究,国内外均未见报道。针对组培快繁体系中所面临的难题,简化程序、降低成本、方便操作、提高移栽成活率从而最终降低组培苗的价格,建立起一套实用的组培快繁体系,以便普及推广,给现代化农业生产注入新的活力,是一项势在必行的工作。我们生物技术研究室,针对当前植物组培快繁过程中所出现的问题,于1997~2000年以林木(花椒、杨树)、果树(樱桃colt砧木、珠美海棠、草莓、平邑甜茶、冬枣、茶树)、花卉(大岩桐、一品红、月季)、和农作物甘薯等几十种植物为试材,对组培快繁技术体系进行了简化程序、降低成本、提高移栽成活率及相关生理活性等方面的研究。

      主要成果如下: 1.获得了快速建立无菌外植体的方法。通过磁力震荡、外部喷药和及时抢救处理,延长灭菌时间,实施彻底灭菌,同时可减轻对外植体的伤害,降低死亡率和褐变率,获得无菌体的成功率高达86.5%,比常规灭菌提高30%。2.筛选净化自来水和卡拉胶等廉价的替代品用于组培生产,其培养物能正常分化生长,培养基的成本降低为常规的12.2%;3。利用自然光替代人工辅助光照,设计类型多样的自然光照培养室,研究结果证明在变温(15~30℃)、变光强(1000~3000lux)的条件下,组培苗在变化的环境中得到锻炼,形成壮苗,节约了电能,培养成本降为常规的73.5%。4.采用培养小筒和滤纸桥生根法。组培苗生根率高、长根快、根系健壮、程序简化、操作方便、运输安全、可直接移植在配有一定有机质和腐叶土的壤土中,移栽成活率高达90%以上,成本降低为常规的13.26%。5.瓶外生根苗的生理活性高。通过瓶外与瓶内培养所获得的生根苗经生理活性测定相比较,瓶外生根苗生理活性高于瓶内生根25.6%,证实了瓶外培养生根后移栽成活率高于培养瓶内生根的内在原因。6建立起植物组培快繁技术新体系。高效建立无菌外植体,利用廉价替代品和自然光进行快繁;创造新型生根途径等措施。经成本核算,应用该体系所获组培苗的价格只为常规的29.12%,大幅度降低了组培苗成本。建立起全方位、多方法、整套技术程序简化的植物组培快繁产业化技术新体系。多项创新填补了国内外该领域的空白。经省内外专家鉴定,该项研究达到国际先进水平。2002年获山东省科学技术进步二等奖。该研究成果已向全国进行推广应用。

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