劉文靜 徐俊杰

摘 要：該文從褐化、玻璃化、生根困難、組培成本較高等方面分析了林木植物組織培養(yǎng)技術存在的主要問題，介紹了植物無糖組培技術，以期提升林木植物組織培養(yǎng)技術水平，為該領域的研究提供參考。

關鍵詞：林木植物;組織培養(yǎng)技術;問題;對策

中圖分類號 S723.132 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2020）05-0024-02

自細胞全能性理論于1902年被提出以來，人們對植物組織培養(yǎng)技術的研究已有100多年的歷史，并且研究成果在不斷增加，對細胞全能性理論的利用也越來越廣泛。長期以來，對于植物組織培養(yǎng)主要是從外植體方面進行相關的研究，同時也對完善培養(yǎng)基和提高增殖率方面加強了研究。我國在研究植物組織培養(yǎng)的方面較早，最初在組培技術方面的利用是對歐洲赤松進行胚胎培養(yǎng)，20世紀70年代以后，一些研究成果已處于世界領先水平。近年來，我國開始利用小型化的培養(yǎng)材料和試管苗，為在小空間培育出大量植物幼苗提供了條件。組織培養(yǎng)最顯著的特點是“快”，以1個莖尖或少量的葉片為基數，可以在組織培養(yǎng)下增殖10000～100000株/年。目前，相較于花卉、草本植物，移植存活率更低、生長周期更長的林木植物在組培研究中受到褐化、玻璃化、生根困難、組培成本較高等因素的影響，需要通過相關研究解決這些難題。

1 林木植物組織培養(yǎng)存在的主要問題

1.1 褐化 褐化又被稱為酚污染，出現(xiàn)這一情況不僅會影響培養(yǎng)組織的再分化，也會影響外植體脫分化，對林木植物的組織培養(yǎng)具有重要的影響。褐化包括酶促褐化和非酶促褐化2個方面，通常酶促褐化是常見的病變。在正常生長發(fā)育的植物組織細胞中，多酚類物質不會與多酚氧化酶接觸，所以不存在褐化的問題。植物體在切割后，可以發(fā)現(xiàn)傷口處分泌出酚類化合物，這類物質的在氧化反應后會形成醌類化合物，通過復雜的生物反應和化學變化，對植物的生長不利。此外，受到溫度的影響，會導致細胞壞死，出現(xiàn)非酶促褐化，并且酚類物質出現(xiàn)?？傮w看來，褐化與培養(yǎng)基、外植體材料的關系密切[1]。

1.1.1 外植體材料 外植體材料的年齡、取材時間、大小等均與褐化有關。從年齡的角度講，不同物種之間會體現(xiàn)出不同程度的褐化，比如，高度分化的莖尖、葉片更容易褐化，年齡老以及木質化程度高也容易出現(xiàn)褐化，幼齡材料褐化的程度較低;從溫度的角度講，這一因素會影響到多酚氧化酶的活躍度，林木植物在冬春季節(jié)取材褐化偏低;從大小的角度講，較小的外植體褐化情況會更加嚴重。

1.1.2 培養(yǎng)基 培養(yǎng)基中含有的成分、狀態(tài)以及pH值、硬度均對褐化率產生了一定的影響，比如，無機鹽濃度過高會加劇褐化。防止褐化主要是使用紙板培養(yǎng)，其次是選擇液體培養(yǎng)基，而固體培養(yǎng)基的效果最差。同時，在一定的范圍內，當培養(yǎng)基硬度變大，相應的褐化率也會降低。培養(yǎng)基的酸堿度降低，也會抑制褐化[2]。

1.2 玻璃化 當前，主要把組培苗玻璃化視為苗適應性生理問題，不過在自然界很少出現(xiàn)玻璃化的陸生植物，多數是以莖尖、不定芽出現(xiàn)的。林木已經生長完全的組織、器官則不會伴隨玻璃化出現(xiàn)。目前，對玻璃化的研究主要體現(xiàn)在培養(yǎng)過程中激素平衡、水勢的影響和礦質元素平衡供應等方面。不同的植物種類在玻璃化上的成因也是不同的，不過均會造成木質素合成受阻和細胞分化受阻，需要對這一問題加以解決。

1.3 污染 在組培中常出現(xiàn)污染材料，這是導致培養(yǎng)失敗的重要因素之一。為此，需要在選材和接種前、接種期間投入大量的人力和物力。從污染情況上看，出現(xiàn)接種前污染主要是接種人員、接種工具問題，也與接種環(huán)境有關。在接種后同樣也會造成污染，這主要是接種室的超凈工作臺不干凈，或者在轉接操作過程中不規(guī)范導致的，需要對這些問題加以重視[3]。

1.4 成本高 對于植物組織培養(yǎng)技術的利用而言，主要可以實現(xiàn)林木的快速繁殖，進而實現(xiàn)良好的經濟效益和生態(tài)價值。而要想實現(xiàn)產業(yè)化的發(fā)展，花費的成本將會很高，其成本主要包括勞動力、培養(yǎng)基、能耗、蔗糖等。同時，長期采用的組培技術還存在增值系數低和出苗率不高的問題，這也導致最終成本偏高。

1.5 配套設施不健全 相較于一些歐美國家，我國在組培自動化技術的開發(fā)和利用上仍有些落后。在植物組織培養(yǎng)技術的利用期間，多數是采用人工的方法，配套設施較為缺乏。相信隨著我國科技的不斷發(fā)展，會在自動化技術上加強和組培技術的結合，這也是今后組培的研究大方向[4]。

2 植物無糖組培技術

在我國生物技術不斷進步的背景下，我國植物組織培養(yǎng)開始出現(xiàn)植物無糖組培技術，該技術又被稱為光自養(yǎng)微繁殖技術，對我國的林業(yè)發(fā)展起到了巨大的促進作用。具體而言，該技術出現(xiàn)于20世紀90年代，通過小植株借助光合作用，以此滿足自養(yǎng)能力的無糖培養(yǎng)。這項技術具有顯著的優(yōu)勢，主要是培養(yǎng)基中不含蔗糖，可有效解決污染問題，提升試管苗的生根能力和出苗成功率。從經濟型的角度講，對該技術的利用，可以節(jié)約組培成本，有利于實現(xiàn)產業(yè)化的發(fā)展[5]。研究表明，無糖培養(yǎng)與光照條件、CO2濃度有關，在光自養(yǎng)生根培養(yǎng)過程中，可以對CO2濃度進行調整，然后影響到生根率。具體表現(xiàn)在容器里CO2的濃度一旦超出補償點就會通過對光強提升對試管苗的光合作用起到改善作用，實現(xiàn)良好生長。在對林木植物無糖培養(yǎng)過程中，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)容器也會對無糖組培產生一定的影響。如果大型培養(yǎng)容器得到使用，不僅保證了容積，也會顯著提升空氣流通性，有利于苗的生長;不過也需要保證相對濕度較小。在最新的研究中發(fā)現(xiàn)，高分子膜材料可以憑借透氣性高的優(yōu)勢加速內外的氣體交換[6]。

植物無糖組培技術主要使用抗菌劑，可在開放的、有菌環(huán)境中進行培養(yǎng)。該技術對環(huán)境的要求較低，可以不使用滅菌鍋及超凈工作臺，從而極大地優(yōu)化了組培環(huán)節(jié)，顯著降低了成本，這一研究的發(fā)現(xiàn)使帶菌組培及培養(yǎng)基進入工業(yè)化生產成為了可能。要想實現(xiàn)開放式光自養(yǎng)微繁技術的利用，需要提供抗菌劑，但高質量的抗菌劑很難找到，這也是我國開發(fā)該技術的一大難題。不同種類的植物存在適宜的抗菌劑，相關研究發(fā)現(xiàn)，在植物中對廣譜性抗菌活性物質進行提取，可以達到理想的效果，不過抗菌劑對組培苗的發(fā)育影響還要從生、理、化不同的角度分析。開放式的光自養(yǎng)微繁技術，也就是在無糖組培的容器內部以及在開放培養(yǎng)環(huán)境下培育，具有培育技術多種優(yōu)勢。對該技術的利用是在培養(yǎng)基中添加廣譜抗菌劑，進而對操作的環(huán)境要求降低，實現(xiàn)對培養(yǎng)環(huán)境的改善。目前，光自養(yǎng)、光照條件影響植物生長研究方面還需要加強，主要方向是通過提升自動化程度對培養(yǎng)環(huán)境中的光照、溫度、濕度實現(xiàn)自動化調控，以及積極利用新型材料，進而為規(guī)?；牧帜九嘤峁l件[7]。

3 結語

當今，我國對林業(yè)事業(yè)的發(fā)展越來越重視，研究林木植物的組織培養(yǎng)技術，可以實現(xiàn)林木的快速繁殖、良種選育，對培育優(yōu)質苗木起著重要的作用。隨著林木植物組織培養(yǎng)技術的不斷發(fā)展，在植物的遺傳育種、品種繁育等多個方面均實現(xiàn)了突破，在很大程度上解決了褐化、玻璃化、污染、成本高等問題。相信今后隨著我國生物工程的大力支持以及工廠化育苗的實施，林木植物組織培養(yǎng)技術必將日趨完善。

參考文獻

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[7]蘇銘昊.植物組織培養(yǎng)無菌技術的改進研究[J].中學生物教學，2016（7）：65-66.

（責編：張宏民）