浅谈林木植物组织培养技术中存在的问题及对策

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　　摘 要：该文从褐化、玻璃化、生根困难、组培成本较高等方面分析了林木植物组织培养技术存在的主要问题，介绍了植物无糖组培技术，以期提升林木植物组织培养技术水平，为该领域的研究提供参考。
　　关键词：林木植物;组织培养技术;问题;对策
　　中图分类号 S723.132 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2020）05-0024-02
　　自细胞全能性理论于1902年被提出以来，人们对植物组织培养技术的研究已有100多年的历史，并且研究成果在不断增加，对细胞全能性理论的利用也越来越广泛。长期以来，对于植物组织培养主要是从外植体方面进行相关的研究，同时也对完善培养基和提高增殖率方面加强了研究。我国在研究植物组织培养的方面较早，最初在组培技术方面的利用是对欧洲赤松进行胚胎培养，20世纪70年代以后，一些研究成果已处于世界领先水平。近年来，我国开始利用小型化的培养材料和试管苗，为在小空间培育出大量植物幼苗提供了条件。组织培养最显著的特点是“快”，以1个茎尖或少量的叶片为基数，可以在组织培养下增殖10000～100000株/年。目前，相较于花卉、草本植物，移植存活率更低、生长周期更长的林木植物在组培研究中受到褐化、玻璃化、生根困难、组培成本较高等因素的影响，需要通过相关研究解决这些难题。
　　1 林木植物组织培养存在的主要问题
　　1.1 褐化 褐化又被称为酚污染，出现这一情况不仅会影响培养组织的再分化，也会影响外植体脱分化，对林木植物的组织培养具有重要的影响。褐化包括酶促褐化和非酶促褐化2个方面，通常酶促褐化是常见的病变。在正常生长发育的植物组织细胞中，多酚类物质不会与多酚氧化酶接触，所以不存在褐化的问题。植物体在切割后，可以发现伤口处分泌出酚类化合物，这类物质的在氧化反应后会形成醌类化合物，通过复杂的生物反应和化学变化，对植物的生长不利。此外，受到温度的影响，会导致细胞坏死，出现非酶促褐化，并且酚类物质出现。总体看来，褐化与培养基、外植体材料的关系密切[1]。
　　1.1.1 外植体材料 外植体材料的年龄、取材时间、大小等均与褐化有关。从年龄的角度讲，不同物种之间会体现出不同程度的褐化，比如，高度分化的茎尖、叶片更容易褐化，年龄老以及木质化程度高也容易出现褐化，幼龄材料褐化的程度较低;从温度的角度讲，这一因素会影响到多酚氧化酶的活跃度，林木植物在冬春季节取材褐化偏低;从大小的角度讲，较小的外植体褐化情况会更加严重。
　　1.1.2 培养基 培养基中含有的成分、状态以及pH值、硬度均对褐化率产生了一定的影响，比如，无机盐浓度过高会加剧褐化。防止褐化主要是使用纸板培养，其次是选择液体培养基，而固体培养基的效果最差。同时，在一定的范围内，当培养基硬度变大，相应的褐化率也会降低。培养基的酸碱度降低，也会抑制褐化[2]。
　　1.2 玻璃化 当前，主要把组培苗玻璃化视为苗适应性生理问题，不过在自然界很少出现玻璃化的陆生植物，多数是以茎尖、不定芽出现的。林木已经生长完全的组织、器官则不会伴随玻璃化出现。目前，对玻璃化的研究主要体现在培养过程中激素平衡、水势的影响和矿质元素平衡供应等方面。不同的植物种类在玻璃化上的成因也是不同的，不过均会造成木质素合成受阻和细胞分化受阻，需要对这一问题加以解决。
　　1.3 污染 在组培中常出现污染材料，这是导致培养失败的重要因素之一。为此，需要在选材和接种前、接种期间投入大量的人力和物力。从污染情况上看，出现接种前污染主要是接种人员、接种工具问题，也与接种环境有关。在接种后同样也会造成污染，这主要是接种室的超净工作台不干净，或者在转接操作过程中不规范导致的，需要对这些问题加以重视[3]。
　　1.4 成本高 对于植物组织培养技术的利用而言，主要可以实现林木的快速繁殖，进而实现良好的经济效益和生态价值。而要想实现产业化的发展，花费的成本将会很高，其成本主要包括劳动力、培养基、能耗、蔗糖等。同时，长期采用的组培技术还存在增值系数低和出苗率不高的问题，这也导致最终成本偏高。
　　1.5 配套设施不健全 相较于一些欧美国家，我国在组培自动化技术的开发和利用上仍有些落后。在植物组织培养技术的利用期间，多数是采用人工的方法，配套设施较为缺乏。相信随着我国科技的不断发展，会在自动化技术上加强和组培技术的结合，这也是今后组培的研究大方向[4]。
　　2 植物无糖组培技术
　　在我国生物技术不断进步的背景下，我国植物组织培养开始出现植物无糖组培技术，该技术又被称为光自养微繁殖技术，对我国的林业发展起到了巨大的促进作用。具体而言，该技术出现于20世纪90年代，通过小植株借助光合作用，以此满足自养能力的无糖培养。这项技术具有显著的优势，主要是培养基中不含蔗糖，可有效解决污染问题，提升试管苗的生根能力和出苗成功率。从经济型的角度讲，对该技术的利用，可以节约组培成本，有利于实现产业化的发展[5]。研究表明，无糖培养与光照条件、CO2浓度有关，在光自养生根培养过程中，可以对CO2浓度进行调整，然后影响到生根率。具体表现在容器里CO2的浓度一旦超出补偿点就会通过对光强提升对试管苗的光合作用起到改善作用，实现良好生长。在对林木植物无糖培养过程中，发现培养容器也会对无糖组培产生一定的影响。如果大型培养容器得到使用，不仅保证了容积，也会显著提升空气流通性，有利于苗的生长;不过也需要保证相对湿度较小。在最新的研究中发现，高分子膜材料可以凭借透气性高的优势加速内外的气体交换[6]。
　　植物无糖组培技术主要使用抗菌剂，可在开放的、有菌环境中进行培养。该技术对环境的要求较低，可以不使用灭菌锅及超净工作台，从而极大地优化了组培环节，显著降低了成本，这一研究的发现使带菌组培及培养基进入工业化生产成为了可能。要想实现开放式光自养微繁技术的利用，需要提供抗菌剂，但高质量的抗菌剂很难找到，这也是我国开发该技术的一大难题。不同种类的植物存在适宜的抗菌剂，相关研究发现，在植物中对广谱性抗菌活性物质进行提取，可以达到理想的效果，不过抗菌剂对组培苗的发育影响还要从生、理、化不同的角度分析。开放式的光自养微繁技术，也就是在无糖组培的容器内部以及在开放培养环境下培育，具有培育技术多种优势。对该技术的利用是在培养基中添加广谱抗菌剂，进而对操作的环境要求降低，实现对培养环境的改善。目前，光自养、光照条件影响植物生长研究方面还需要加强，主要方向是通过提升自动化程度对培养环境中的光照、温度、湿度实现自动化调控，以及积极利用新型材料，进而为规模化的林木培育提供条件[7]。
　　3 结语
　　当今，我国对林业事业的发展越来越重视，研究林木植物的组织培养技术，可以实现林木的快速繁殖、良种选育，对培育优质苗木起着重要的作用。随着林木植物组织培养技术的不断发展，在植物的遗传育种、品种繁育等多个方面均实现了突破，在很大程度上解决了褐化、玻璃化、污染、成本高等问题。相信今后随着我国生物工程的大力支持以及工厂化育苗的实施，林木植物组织培养技术必将日趋完善。
　　参考文献
　　[1]黄烈健，王鸿.林木植物组织培养及存在问题的研究进展[J].林业科学研究，2016，29（3）：464-471.
　　[2]汤晓辛，陈后英.植物组织培养实验在本科教育中存在的问题及对策[J].亚太教育，2016（29）：292.
　　[3]付为国，韦晨，王醒.苹果属植物组织培养的研究进展[J].分子植物育种，2019（4）：1320-1325.
　　[4]吴多.植物组织培养技术在林业生产中的应用[J].民营科技，2015（3）：229.
　　[5]林茜，韩晓华，高营营.红豆杉组织培养中的褐化现象及防控策略[J].南方园艺，2015（2）：45-47.
　　[6]肖小君，陈文年.珙桐科植物组织培养研究进展[J].内江师范学院学报，2015（8）：20-24.
　　[7]蘇铭昊.植物组织培养无菌技术的改进研究[J].中学生物教学，2016（7）：65-66.
　　（责编：张宏民）
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