園藝植物組培育苗技術探析

劉育含　翟玉瑩

園藝植物組培育苗技術探析

劉育含翟玉瑩

（沈陽工學院遼寧撫順113122）

文章論述了園藝植物組培育苗技術，包括技術概念、技術原理、實驗室規劃設計、基本設備、基本操作以及培養基組成、選擇、配制等，指出了園藝植物組培育苗技術的應用現狀和存在問題，分析了園藝植物組培育苗技術優勢、影響因素和改進措施。

園藝植物；組織培養；組培育苗技術；技術優勢；影響因素；改進措施；技術展望

組培育苗技術是利用植物細胞具有全能性的特點而發展出來的植物無性繁殖新技術。現階段組培育苗技術已經發展成為工廠化育苗的主要技術方式，這一技術的應用對于我國育苗行業的發展具有重要意義。植物組培育苗技術正在不斷提高，對于目前在技術應用過程中存在的問題，主要使用改善培養環境條件等后續補救方式來解決，因此控制組培環境十分重要，高效的組培環境控制技術可以為組培育苗的創新發展提供條件，使組培育苗技術在未來能夠更好地發展。

1 園藝植物組培育苗技術

1.1 技術概念

組培育苗技術，全稱植物組織培養育苗技術，是指通過無菌操作將植物體的器官、組織、細胞接種于人工配制的培養基上，通過人工控制環境條件，使環境條件適于植物生長發育，從而能夠分生成完整植株的育苗方法[1]。

無菌是指在整個植物組織培養過程中使用的器皿、容器、培養基、培養材料都處于不存在真菌、細菌、病毒的狀態；人工控制環境條件指植物組培材料都處于人工控制的適宜環境條件中，可以人為地對環境中的光照、溫度、濕度等條件進行控制。培養的植物體的組織、器官、細胞要求與母體分離，培養的離體器官如根、莖、葉、花、果實等，組織如形成層、表皮、皮層、胚乳等，細胞如大孢子、小孢子、體細胞等。

1.2 技術原理

植物組織培養依據的原理是植物細胞具有全能性，即植物的每個細胞都包含著該物種的全部遺傳信息，從而具備發育成完整植株的遺傳能力。植物細胞全能性是植物組織培養的理論基礎。

2 園藝植物組培育苗實驗室規劃設計

植物組培育苗的實驗室被劃分為準備室、無菌操作室、培養室以及溫室等。

2.1 準備室

準備室是進行一些基本實驗操作的場所，如實驗常用器具的洗滌、干燥、存放，培養基的配制和滅菌等。同時存放常用的化學試劑、玻璃器皿，常用的儀器設備如冰箱、滅菌鍋、各種天平、烘箱、干燥箱。準備室要配有水槽、蒸餾水制備設備、顯微鏡等工具，便于進行器皿洗滌和實驗觀察研究等工作。因此，準備室的空間和工作臺都應足夠大。

2.2 無菌操作室

無菌操作室主要用于植物材料的消毒、接種、培養物繼代轉移操作等。無菌操作室內的主要設備是超凈工作臺。無菌室的滅菌一般采用定期蒸汽熏蒸和紫外光燈的照射，蒸汽熏蒸即利用甲醛與高錳酸鉀反應產生蒸汽進行熏蒸，紫外光燈應在接種前半小時左右打開進行滅菌。要注意保持接種室無塵清潔，操作人員在進入接種室時要更換工作服，避免帶入外界雜菌。

2.3 培養室

培養室用于接種后植物材料的培養。培養室的溫度、濕度都是人為控制的，溫度設置與培養材料有關，一般在20 ℃～30 ℃范圍，通常利用空調將培養溫度設置在25 ℃；相對濕度一般控制在30%～40%，濕度低時可以通過加濕器來增加濕度，濕度高時可以通過除濕器來降低濕度。光周期是通過定時器來進行控制的，每天光照時間一般控制在10 h～16 h，光照強度控制在3 000 lx～6 000 lx。

2.4 溫室

在條件允許的情況下，應配備溫室，保證試管苗可以進行移栽生長。溫室內應配有溫度控制裝置、噴霧裝置、光照調節裝置，并設置有通風口，為植物提供適宜的生長環境，保證其正常生長發育。

3 園藝植物組培育苗技術的基本設備和基本操作

3.1 基本設備

基本設備包括培養器皿和器械、儀器設備。常用的培養器皿有試管、三角瓶、培養皿等；器械包括金屬器械（如鑷子、剪刀）和其他器械（如燒杯、量筒、容量瓶）；常用的儀器設備包括超凈工作臺、高壓滅菌鍋、冰箱、離心機和不同類型的顯微鏡等。

3.2 基本操作

植物組織培養的基本操作包括各種玻璃器皿的洗滌和滅菌、培養基的配制和滅菌、無菌室消毒及接種操作、材料培養等。濕度、溫度、光照等物理環境因素，培養基組成、pH和滲透壓等化學環境因素，培養材料的種類、大小等生物因素都會影響植物組織的生長和分化。由此可見，植物組織培養是受多種因素共同影響的，在培養過程中任何一個因素出現問題都可能導致培養失敗。

4 園藝植物組培育苗技術的培養基組成、選擇、配制

組培中離體的植物材料生長發育所需營養物質和生長環境均由培養基提供，因此，在組織培養過程中培養基是基礎，應對其著重了解。

4.1 培養基組成

植物細胞全能性的表達需要在離體的基礎上具備適宜的營養、環境和生長調節物質。組織培養中培養基的構成包括水、無機鹽、有機營養成分、生長調節物質、天然有機物質和其他添加物。其中，無機鹽包括大量元素和微量元素；有機營養成分包括糖類、維生素、氨基酸；生長調節物質包括生長素、細胞分裂素、赤霉素，經常使用的是細胞分裂素和生長素。

4.2 培養基選擇

培養基根據其物理狀態可以分為固體培養基和液體培養基，二者區別在于是否加入凝固劑，添加了凝固劑的即為固體培養基，沒有添加凝固劑的即為液體培養基。目前，植物組織培養中常用的培養基是固體培養基，相比于液體培養基，固體培養基的優點是有利于操作以及對培養材料的觀察。

4.3 培養基配制

針對不同植物材料常需要調整培養基的配方，如維持生長與誘導細胞分裂和分化的培養基配方就不同，因此培養基配方的種類很多。目前，MS培養基為最常用的一種基本培養基，其有利于一般植物組織和細胞的快速生長。MS培養基配制方法步驟如下：第一，取出母液按順序排列并逐一檢查，同時需要準備擺放器皿；第二，先取適量的蒸餾水放入容器，然后將母液按順序加入，不斷攪拌；第三，加入生長調節物質等，加入蔗糖，待蔗糖溶解后定容至所需體積；第四，調節pH；第五，分裝和標記[2]。

5 園藝植物組培育苗技術應用現狀

5.1 培育無毒苗

一些園藝植物自身會攜帶病毒，在園藝植物生長過程中，病毒會在植物體內積累，對植物產生一些不利影響，可能導致園藝植物發病，雖然不一定會造成園藝植物死亡，但會降低園藝植物的品質和產量[3]。研究人員在研究過程中發現，病毒在植物體內主要是沿維管束分布，植物莖尖分生組織的細胞分裂速度快，而病毒的移動速度慢于細胞分裂的速度，因而莖尖分生組織不含病毒或病毒含量極少。因此，用莖尖進行組織培養可以獲得無病毒植株，利用無病毒植株再進行快速繁殖，則可以在短時間內培養出大量的無病毒植株，可保證育苗生產的正常供應。根據這一特性，進行莖尖培養，可以培育出無毒苗，目前，無毒苗的培育已被廣泛應用于草莓、馬鈴薯等的生產。

利用園藝植物組培育苗技術培育無毒苗的意義在于，在生產中使用無毒苗可以提高園藝植物的質量和產量，同時能夠有效地解決由病毒引起的植物品種退化問題，提高經濟效益，減少農藥使用，保護生態環境。

5.2 快速、大量繁殖優良品種

傳統的無性繁殖技術繁殖系數小，同時還受外界條件如氣候、季節、基質等的影響。而植物組織培養不受自然條件影響，繁殖速度快，因此可以快速、大量地進行繁殖，在實際生產中應用十分廣泛，能有效提高生產效率，從而產生較大的經濟效益。

5.3 制作人工種子

人工種子又稱人造種子，是使用植物組織培養的材料如胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等，通過人工薄膜包裝維持其良好的發芽能力，得到的類似于天然種子的結構，是可代替天然種子的人工培養物。在適宜的條件下，人工種子能夠快速繁殖出新的植株，同時保持穩定的遺傳特性，不改變植物原有性狀，可以保存及快速繁殖脫病毒苗，克服某些植物由于長期營養繁殖所積累的病毒病等。據報道，經過冷凍保存的胡蘿卜胚狀體，在保存一年之后仍具有再生成植株的能力。

5.4 工廠化育苗

現今，植物組培育苗技術被廣泛地應用于實際生產中，因其繁殖速度快、植株長勢整齊一致、不受環境限制、可以全年生產等特點，能夠獲得可觀的經濟效益。通過植物組織培養方法，能夠減少病害傳播，實現植物生產的工廠化，可以使單株植物全年繁殖幾萬到幾百萬株，提高市場競爭力，并減少周圍環境對植物生長的影響，更好地滿足人們的需求[4]。目前，我國成功獲得組培苗并已進行工廠化育苗的園藝植物有月季、菊花、山楂、獼猴桃、櫻桃等[5]。

6 園藝植物組培育苗技術存在的問題

6.1 污染

植物組織培養中的污染指的是組織培養期間培養基、培養材料出現雜菌，造成培養失敗的現象。在植物組織培養過程中，污染是一種十分常見的現象。造成污染的原因有很多，包括培養基污染、培養材料污染、操作環節污染。培養基污染如培養基的滅菌不徹底、開瓶時間過長等；培養材料污染如培養材料消毒不徹底；操作環節污染如接種用具滅菌不徹底、操作不規范等。

6.2 褐化現象

褐化現象在植物組織培養中十分常見，是由于植物材料自身分泌的酚類化合物的影響導致其褐變褐化。植物的褐化與植物品種及其生理狀態有關，還與培養的環境有關。當培養條件不當時，如培養時間過長、光照過強、溫度過高等，會提高多酚氧化酶的活性，加深植株材料褐變的程度[6]。

6.3 玻璃化現象

連續進行離體繁殖時，部分培養物的嫩莖、葉片呈半透明水跡狀的現象稱為玻璃化。玻璃化現象是植物組織培養過程中的一種生理失調或生理病變，多數發生在植物莖尖培養和離體快繁過程中，其發生可能與光照、溫度、激素等有關。

6.4 黃化現象

造成植物材料出現黃化現象的原因很多，主要有培養基的礦質營養、激素配比不均衡；培養環境通氣不良，有害氣體不斷積累；培養溫度不適宜、光照不足等。

7 園藝植物組培育苗技術優勢、影響因素與改進措施

7.1 技術優勢

相比其他的育苗方法，園藝植物組培育苗技術具有一定的優勢，如管理方便，不受季節、地區限制，可以人為控制培養條件，生長周期短，繁殖速度快等，使其能夠快速、廣泛地推廣。

（1）管理方便。植物組織培養管理方便，因在一定的場所和環境下人為提供生長條件，如濕度、營養、激素、溫度、光照等，培養時可以進行集中管理，在實現省工省力的同時，還節省了土地資源，便于采取規模化、集約化、工廠化生產模式，也便于進行自動化控制生產。

（2）可以人為控制培養條件。植物組織培養是通過人工提供的生長環境，避免了自然環境條件下如季節變化、晝夜變化、自然氣候災害等對植物生長的影響，培養條件比較均一，有利于植物生長，能穩定進行長期、連續的培育。

（3）生長周期短，繁殖速度快。植物組織培養可以通過人為控制生長環境，使生長條件更加適宜，因此培育速度較快，生長周期較短，通常20 d～30 d為一個周期。同時，由于植物細胞具有全能性，可以在較小的空間、較短的時間內利用少量的母本細胞生產大量的植株，對自然繁殖率低或不能滿足需求的園藝植物進行快速繁殖。

7.2 影響因素

（1）外植體。根據植物品種、器官及生理狀況的不同，外植體的脫分化難度存在很大差異。花和幼嫩的組織脫分化較為容易，而植物的莖、葉和成熟的組織脫分化則較難。在選擇外植體時應選取易脫分化的形成層。

（2）滅菌。植物組織培養的成功離不開滅菌，滅菌可以減少污染，提高植物組織培養的成功率。因為當培養基上有細菌、真菌等微生物存在時，會影響培養材料的生長，增加生產成本，因此在組織培養前必須對培養基進行嚴格滅菌，并且要嚴格遵守無菌操作的原則。

（3）光照。光照條件是影響植物組織培養的一個重要因素，包含光照強度、光周期等。光照強度影響培養細胞的增殖和器官的分化，一般來說，較強的光照強度有利于壯苗的培養，而光照強度較弱時幼苗容易徒長成為徒長苗，植株高、莖細，導致幼苗品質下降。最常用的光周期是16 h光照+8 h黑暗，除某些材料誘導愈傷組織需要黑暗條件外，一般組織培養都需要一定的光照。

（4）生長調節物質。生長調節物質中的細胞分裂素與生長素的相對含量會影響根或芽的發生。當細胞分裂素與生長素濃度比高時，有利于芽的發生；當細胞分裂素與生長素濃度比低時，有利于根的發生。

7.3 改進措施

（1）無菌操作。植物組培育苗技術離不開無菌操作。因此，在每次接種前超凈工作臺都要用紫外光燈照射30 min，操作人員還要用含有70％酒精的酒精棉或酒精噴壺對手臂和臺面進行消毒。在組培的過程中，除了培養基、接種材料、器皿等要保持無菌以外，接種時更要嚴格進行無菌操作。

（2）植物材料。由于植物材料的品種、取材部位、取材大小等的不同，植物材料的帶菌量存在差別，因此，為了保證對植物材料的正確選擇，在選擇時應嚴格把控。

（3）容器和器皿。一直以來，在植物組織培養實驗室中進行植物組培育苗大多選用玻璃材質的容器和器皿。但在實際應用中，玻璃器皿在運輸時具有易碎、質量大等缺點，不便于進行運輸。目前，塑料容器成為很多工廠育苗的首選，其具有質輕、透明、不易破碎等優點，使用塑料容器可以降低生產成本、運輸成本[7]。

8 小結與展望

當前，植物組培育苗技術已經滲透到科研、生產和生活的各個領域，在許多方面得到了應用，如植物脫毒無毒苗的培育、快繁技術快速繁殖優良品種、工廠化育苗等[8]。植物組培育苗技術的發展為國家、社會、個人創造了巨大的經濟效益，也加快了植物繁殖速度，縮短了時間成本。為了促進植物組織培養能夠在無塵潔凈的環境中更加高效地進行，已有科研人員著手研究機器人接種操作、全密閉系統生產等等。目前，全國開展植物組織培養工作的單位與小組超過3 000個，我國在該方面的發展上與國際發展趨勢是一致的，同時在全世界的組培育苗領域中，我國的研究成果也位于前列[9]。但我國的植物組培育苗技術仍存在一些問題有待解決，應該積極尋找解決方法，不斷完善植物組培育苗技術。相信未來我國的植物組培育苗技術將能夠促進國家生產、生活、科研等各個領域進一步發展。

[1]單春生.園藝植物組培育苗技術與改善對策[J].廣東蠶業,2021(7):75-76.

[2]陳小蘭.植物組織培養技術在農業生產中的應用探究[J].農技服務,2015,32(5):208.

[3]馬蘭.植物組織培養技術在花卉生產中的應用[J].江西農業,2019(10):11.

[4]王鑫.植物組織培養在農業中的應用[J].農家參謀,2020(12):157,159.

[5]周權男,張慧君,戴雪梅,等.植物組織培養在農業生產中的應用研究進展[J].北方園藝,2014(13):196-199.

[6]那倩,韓琳.淺談植物組織培養技術及應用[J].廣東蠶業,2021(5):23-24.

[7]吳曉榮.植物組織培養技術在園藝上的應用及提升措施研究[J].種子科技,2020,38(7):51-52.

[8]陳紅.植物組織培養技術的現狀及發展趨勢[J].生物化工,2018,4(5):137-139.

[9]趙玉峰.植物組織培養技術在育苗中的應用[J].山西林業,2005(4):23.

10.3969/j.issn.2095-1205.2022.01.28

S604.3

A

2095-1205(2022)01-82-03

劉育含（1999- ），女，漢族，遼寧大連人，本科在讀，研究方向為園藝。

翟玉瑩（1981- ）,女，漢族，河北昌黎人，碩士，講師，研究方向為園藝植物栽培與生理。