摘 要：北美紅杉的質(zhì)量優(yōu)良和生態(tài)價值顯著，在林業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)保護中占據(jù)重要的地位。然而傳統(tǒng)的繁殖方法難以滿足其快速擴繁的需求。而組培快繁技術(shù)可實現(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，在實際操作過程中，該技術(shù)面臨諸多問題與挑戰(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)境保護和林業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

關(guān)鍵詞：北美紅杉；組培快繁；問題；培養(yǎng)基成分

中圖分類號：S791 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）10–00-03

北美紅杉（Sequoia sempervirens）是一種快速生長的樹種，在林業(yè)和園藝領(lǐng)域，具有重要的生態(tài)價值和經(jīng)濟價值。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，在實際應(yīng)用中，北美紅杉組培快繁技術(shù)也面臨著一些問題和挑戰(zhàn)，例如，組培過程中，北美紅杉在煉苗前期適應(yīng)環(huán)境的能力弱、長勢不佳等[1]。因此，針對這些問題，制定相應(yīng)的對策顯得尤為重要。

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)的方式來實現(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），然后在無菌條件下，將分生組織部分進行消毒，并接種到含有生長素和細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。在此過程，需要嚴格控制培養(yǎng)基的營養(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菌環(huán)境，經(jīng)過一段適應(yīng)期后，就可以正常地生長壯大。

北美紅杉組培快繁的優(yōu)點是可以在較短時間內(nèi)，獲得大量優(yōu)良無病苗木。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，利用脫分化和再分化過程，有效擴大了繁殖系數(shù)，大幅提高了繁殖效率。此外，該技術(shù)還能在試管內(nèi)，進行品種改良和疾病篩選，進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題

2.1 外植體污染

外植體污染是北美紅杉組培快繁過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，很容易帶入各種微生物污染源，如細菌、真菌等，會嚴重影響后續(xù)培養(yǎng)過程。一般情況下，外植體污染主要來自以下3個方面：一是來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)生細菌和病毒，在外植體切取時，細菌和病毒極易進入培養(yǎng)系統(tǒng)。特別是一些潛伏期病毒，常常難以被檢測出來[2]。二是來自外部環(huán)境的污染。在切取和接種外植體的過程中，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，都可能會導(dǎo)致部分微生物進入培養(yǎng)系統(tǒng)。

一旦外植體發(fā)生污染，細菌和真菌會在培養(yǎng)基上迅速繁殖，不僅占用養(yǎng)分影響外植體生長，還會分泌有毒物質(zhì)，進而危及外植體存活。同時，病毒污染雖然癥狀不明顯，但會持續(xù)危害外植體和后續(xù)分生苗的生長發(fā)育。因此，控制外植體污染是組培快繁最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，通常需要采取以下措施：第一，嚴格消毒切取外植體，盡可能減少污染源進入；第二，無菌操作，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程中，組織褐變是指外植體在培養(yǎng)過程中，其器官或組織發(fā)生褐變或變黑，嚴重時甚至導(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個因素：

第一，氧化酶的活性過高是導(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，組織內(nèi)酚類物質(zhì)會被酚氧化酶氧化，進而產(chǎn)生醌類等黑色物質(zhì)，然后沉積在細胞內(nèi)，從而引起褐變，同時，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增強，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，鐵鹽過量，會與酚類物質(zhì)氧化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，形成黑色絡(luò)合物；而活性炭含量過高，也會導(dǎo)致外植體外表積累黑色物質(zhì)。此外，培養(yǎng)基中生長素濃度過高，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影響組織褐變。例如，光照過強，容易引起光氧化及自由基增多；而溫度過高，則會促進有害物質(zhì)的蓄積和酶活性增強等。同時，培養(yǎng)容器通氣不良，也會加重組織內(nèi)生化代謝紊亂。此外，隨著培養(yǎng)時間延長，外植體老化逐漸加重，細胞壁的完整性受損，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)，也會加重褐變風(fēng)險。

2.3 煉苗條件要求苛刻

在煉苗過程中，環(huán)境條件的不斷變化會導(dǎo)致幼苗成活率下降。其中，溫度、濕度、光照強度和光周期的波動，都會干擾組培苗的正常生長代謝，進而影響組培苗的正常生長過程。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程中需要較好地控制水分、營養(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 改進消毒方法

在北美紅杉組培快繁過程中，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，改進消毒方法、優(yōu)化消毒工藝，對提高北美紅杉外植體活力、減少污染風(fēng)險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)致植物生長發(fā)育受阻。同時，長期大量使用化學(xué)消毒劑，也會給環(huán)境帶來不利影響。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)生具有強氧化能力的活性氧及離子等活性粒子，以此來殺滅細菌，且對外植體基本無損傷。再如，采用強氧化劑，可以有效殺死細菌、真菌和病毒，同時對環(huán)境無污染。

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、茶樹油等，均具有較強的殺菌活性，且對外植體無副作用。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。除了改進消毒劑種類，消毒液的配制濃度、溫度、時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，要認真執(zhí)行消毒流程，定期維護無菌室環(huán)境，嚴格實行分區(qū)管理，以避免或減少交叉污染。

3.2 無菌操作規(guī)范

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

首先，需要無菌室的合理設(shè)計和布局。無菌室應(yīng)劃分為不同潔凈級別的區(qū)域，如無菌操作區(qū)、培養(yǎng)區(qū)等，然后，嚴格實行物料和人員單向流動，防止污染擴散。同時，無菌操作區(qū)應(yīng)配備專用通風(fēng)系統(tǒng)，保持正壓環(huán)境，定期對空氣和工作臺面進行消毒。

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)過專門培訓(xùn)，熟練掌握無菌操作技能，并且，在操作時，需佩戴口罩、無塵服等防護用品，勤洗手消毒，減少對外植體的接觸傳播污染，同時，操作動作要輕柔緩慢，避免劇烈運動帶來氣流擾動。此外，操作用具的準備和使用，也需嚴格遵守規(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，均需進行火焰消毒。

最后，外植體接種及傳代時的操作環(huán)節(jié)亦不可疏忽。接種時，操作人員要嚴格控制氣流流向，接種工序要緊湊高效。在切割外植體時，需要避免刀口反復(fù)接觸空氣，減少污染。若操作過程中發(fā)現(xiàn)異常，需要及時中止，以此來隔離污染源。對已受污染的外植體，應(yīng)立即剪除病變部位，采用耐藥性較強的殺菌劑（如抗生素）進行救治，而對無法救治的外植體，則可以將植株焚燒，嚴防污染擴散，同時，要詳細記錄原因及處理過程，總結(jié)經(jīng)驗教訓(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發(fā)育狀況。培養(yǎng)基的主要成分包括無機鹽、有機營養(yǎng)物質(zhì)和其他添加劑等。其中，無機鹽類提供細胞所需的氮源、硫源和其他礦物質(zhì)元素；有機營養(yǎng)物質(zhì)（糖類、氨基酸、維生素等）則作為細胞的碳源和能量源，滿足細胞的代謝需求；生長調(diào)節(jié)劑是控制外植體生長發(fā)育的“指揮棒”，其中，細胞分裂素可促進細胞分裂和生長，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，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；植物生長調(diào)節(jié)劑如菜苣酮等，也可用于調(diào)控生長發(fā)育。針對不同培養(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)提高細胞分裂素及生根素濃度，進而促進芽和根的分化；在生長期，則需控制生長素水平，注重營養(yǎng)供給；褐變嚴重的外植體可以適當(dāng)降低培養(yǎng)基中鐵鹽和生長素濃度。

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，進行個性化調(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狀況。組培瓶內(nèi)生長環(huán)境與外界環(huán)境差異較大，導(dǎo)致紅杉幼苗對環(huán)境變化極為敏感。因此，煉苗過程中，操作人員需嚴格控制環(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。

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度和周期變化較大。為減少光照變化對幼苗的負面影響，操作人員可在煉苗初期使用遮光網(wǎng)或半透明覆蓋物，逐步增加光照強度和時長，使幼苗逐漸適應(yīng)自然光照?？刂乒庹盏臐u變過程，有助于減小光照突變對幼苗造成的應(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。在組培瓶內(nèi)，溫度和濕度相對恒定，而外界環(huán)境的溫度和濕度變化較大。在煉苗過程中，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，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，確保空氣流通，從而降低瓶內(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)基提供的營養(yǎng)，而移栽后需要依賴土壤提供營養(yǎng)。因此，在煉苗階段，操作人員可適量添加生根劑，促進根系的生長和發(fā)育，使幼苗逐漸適應(yīng)土壤環(huán)境，增強移栽后的適應(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控制環(huán)境條件，如光照、溫度和濕度，使幼苗的細胞壁增厚，增強抗性。具體方法包括逐步增加光照強度、降低溫度和減少濕度等。硬化處理可以有效提高幼苗對外界環(huán)境的適應(yīng)能力，增強抗逆性，降低移栽后的死亡率。

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

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、硬化處理及病蟲害防治等方面。通過科學(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和良好發(fā)育。

4 結(jié)束語

通過深入分析北美紅杉組培快繁技術(shù)中存在的問題，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，并針對性地提出改進措施。這些問題的解決，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)的不斷進步及持續(xù)完善，北美紅杉組培快繁必將迎來新的發(fā)展機遇，進而推動北美紅杉資源的保護和利用，為生態(tài)環(huán)境保護和林業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻更大的力量。

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收稿日期：2024-07-11

作者簡介：田懷（1967—），女，貴州務(wù)川人，正高級講師，研究方向為植物組培技術(shù)。#通信作者：田興軍（1974—），男，貴州松桃人，高級講師，研究方向為園林技術(shù)，E-mail：704269038@qq.com。