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植物组织无糖培养实现途径

 论文栏目:热带植物论文     更新时间:2019/2/2 9:46:33   

摘要:本文总结了植物组织无糖培养的5种途径和方法,包括透气盖法、强制换气法、化学物质添加法、二氧化碳捕集剂法和特殊装置培养法。

关键词:植物组织;无糖培养;光合自养

传统植物组织培养,依靠添加的糖进行异养或提供能量,致使植物在培养中叶片退化,叶片表皮结构发育差,气孔开闭功能差,叶片变小,叶绿素含量降低,出现白化苗等现象,使植物光合作用受到抑制。植物组织无糖培养自20世纪90年代末,由日本环境控制专家古在丰树教授提出,经过近20年的发展和摸索,植物无糖培养基本形成了5种途径和办法。植物组织的无糖培养实质上是植物组织培养的光合自养,这种培养方式的改进能够提高植物组培试管苗叶片光合作用能力,能够解决组培苗易污染、玻璃化、炼苗难度大、难生根的问题,为植物组培产业的健康发展提供了极为重要的思路和途径。

1透气盖法

在植物组培常规培养中,会有培养植株徒长、弱小、玻璃化、难生根等问题,尤其是应用现代材料制成的塑料瓶,加之瓶盖不透气,在生产中造成试管苗质量差、炼苗不易成活的现象尤其突出。此时换用相应尺寸的透气瓶盖有利于改善瓶内气体环境,促进植物组织培养在异养状态逐步向自养状态转变,使植物在继代培养中同时具备异养、自养两种状态和能力,植物试管苗叶片气孔功能不至于退化,及早唤醒无糖培养光合自养能力,锻炼植物叶片气孔的闭合、开张能力,为壮苗生根提供自养光合产物,为炼苗过渡奠定良好的无糖培养光合自养基础。试验采用普朗特生物的单孔透气盖、北京振泰的5档透气盖,在培养的红掌、竹芋、大花蕙兰、高山杜鹃、河北杨、钙果、薰衣草、玉簪、马铃薯、草莓、美国红栌、红叶椿等组培苗中都取得了比较好的实质性生产植物组织无糖培养效果。利用透气盖,常规环境无糖培养,二氧化碳自然弥漫,尤其是5档透气盖,可以根据瓶内的水汽状态、苗木壮实程度进行自由调节。比如,培养初期瓶内湿度大,可以开成5档,培养15d左右,可以关上2档,使水汽和空气中的二氧化碳相协调,利于组培苗叶片进行光呼吸无糖培养锻炼,加强光合自养能力,实现良好的壮苗生根与过渡炼苗。

2强制换气法

强制换气法适于封闭换气比较好的组培室,用二氧化碳气瓶给整个培养室充气,以便使二氧化碳浓度高于普通空气中的浓度,通过瓶盖透气孔弥漫到植物组培叶片,光合作用的二氧化碳浓度向光饱和点接近,促使植物组织无糖培养、光合自养,促进植物正常发育形成完整植株。这种方法更适合炼苗过渡的试管苗,可以直接打开瓶盖,让组培苗叶片在适宜的二氧化碳浓度中最大程度的无糖培养,进行光合作用,并逐步提高光照强度,达到光饱和点,最大限度地积累光合产物,使苗木更加健壮、更有利于组培炼苗向自然状态过渡。

3化学物质添加法

配置利于光合作用的化学物质做培养基,通过植物组织吸收,促进植物组织无糖培养。例如在培养基中添加一定浓度的谷氨酸,谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位,参与植物的许多重要化学反应。通过一系列的生化反应增加叶绿素a的含量,降低气孔限制值,提高吸收光强的能力,更有利于植物组培光合作用向无糖培养转变[1,2]。这种方法是最直接、最好控制的方法,可以配合透气盖法实现异养和自养两种状态,更进一步加速促进植物组织培养生长速度。当然利于植物无糖培养光合自养的硫酸亚铁、硫酸锰、硝酸钾、维生素类等都是必不可少的,都可促进光合代谢产物的合成。

4二氧化碳捕集剂法

近年来二氧化碳捕集剂技术迅速发展,引起世界研究热潮。以小球藻为核心的生物制剂安全可靠[3],有利于喷施到植物茎叶上捕集空气中的二氧化碳,提高浓度,进而提高光合效率。此捕集剂也适于植物组织无糖培养,能够促进植物组织光合自养,可完全用于植物试管外生根、炼苗,将没有生根或不易生根的微枝直接接种到培养基质中,根据不同植物组织掌握二氧化碳饱和点,事先做好浓度试验,在微枝叶片上按一定浓度喷施,利于抑制暗呼吸,促进光呼吸,并形成较高浓度无糖培养二氧化碳环境,不利于菌类和虫害滋生,使植物组培微枝有充分的光合环境,促进植物光合产物的充分形成,利于将养分输送到基部,促进根的进一步发育形成,达到以叶促根的目的,最终形成植物组织无糖培养完整植株。

5特殊装置培养法

经过我国植物组织无糖培养专家肖玉兰教授团队的不懈努力,研究成功了多代无糖培养成套装置,能够实现植物组织无糖培养的工厂化生产,而且比较稳定。目前研制成功的最新装置已获得国家专利,由上海离草科技生产推广。这套装置一次性投入成本比较高,适合订单比较稳定的大企业配合炼苗出苗时做大规模生产使用,目前为国内科研院所、生产企业装配的这套装置设备比较稳定,由无糖培养基、培养盒、培养架、培养光源、充气装置、自控系统等组成,实现了难生根植物蔷薇科苹果、樱桃、猕猴桃等经济作物的大规模稳定生产。利用该装置,一是生长速度快,缩短了生产周期;二是接种效率高,对接种要求不严;三是苗木商品率高,生长整齐,是目前能够大规模进行无糖培养生产组培苗最稳定的成套装置。综上所述,传统植物组培培养的实质是有糖异养,在植物初代培养和增殖方面具有重要作用,可增大植物基数,是不可替代的。植物组织无糖培养实质是无糖光合自养,在植物壮苗、生根、炼苗、防止污染和玻璃化等方面具有重要作用。二者各有所长,只有配合使用才能实现高效生产。建议上述5种方法,在实际植物组培生产中,根据实际生产量提前推算增殖基数,在传统植物组培各阶段中灵活掌握,配合使用,在组培苗炼苗移栽前,一定要用有糖和无糖兼用的方法,提前促进微枝健壮,以便逐步过渡到植物组织无糖培养阶段,最终实现完整健壮植株的自然生长,达到理想的培养效果。

参考文献

[1]吴有光,刘焕英.实用有菌环境植物组培快繁技术[M].北京:中国林业出版社,2018.

[2]孙刚忠,谭启玲.聚-r-谷氨酸对小白菜生长和光合作用的影响[J].华中农业大学学报,2012,(2).

[3]王观亚,李艳芳,慕鹏飞.二氧化碳捕集利用的进展[J].应用能源技术,2017,(11).

作者:胡相伟 单位:甘肃省兰州市生态林业试验总场

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