高校農科植物組織培養實驗室的建設及管理探析

程 玲 周 瓊

1.長江大學農學院 湖北荊州 434025;2.廣西大學農學院 廣西南寧 530004

植物組織培養是指在無菌和人工控制的環境條件下,利用人工培養基,對植物的胚胎、器官或器官原基(如根、莖、葉、花、果實)、組織、細胞、原生質體進行精細操作與培養,使其按照人們的意愿增殖、生長或再生發育成完整植株的一門生物技術學科,又稱為離體培養,是現代生物技術中應用最廣泛的技術,它已成為現代植物生物技術和農業生產上重要的研究手段,廣泛應用于農業、林業、工業、醫藥衛生等行業,創造了巨大的經濟效益和社會效益。目前,植物組織培養技術在離體快繁、脫毒苗育種,人工種子培育、種質資源的保存與交換等方面均有所應用,同時具有技術含量較高、效果良好、經濟效益突出等特點[1]。“植物組織培養”課程已成為農林專業及生物學專業的重要課程,而植物組織培養技術也成為科研單位以及農業、生物等公司的常規技術手段。因此,農林類高校的組織培養實驗室作為大學生實踐的重要場所和科研平臺,其功能和作用地位越來越重要。如何使實驗室集教學、科研和生產化運作,實現以產養教、以科養教,是實驗室自我建設、自我完善、自我發展的有效途徑,可以形成“產學研”相互促進、共同發展的有機整體[2-3]。發揮本實驗室在農業生產和應用中的重要戰略意義,以便為地方經濟和鄉村振興發揮力所能及的作用。

本文基于筆者所工作的植物組織培養實驗室近20年的實踐,從以下幾個方面對該類實驗室的建設及管理進行總結和探討,以便更好促使該類型實驗室的功能和開放得到進一步的提高。

1 我國中西部地區植物組織培養實驗室現狀

本文選取我國中部地區省屬高校長江大學、西部一所綜合性高校的植物組織培養實驗室為調查對象,描述該類實驗室的現狀。作為湖北省地方性的綜合大學,長江大學農學院的植物組織培養實驗室已初見規模,特別是新農科大樓的投入使用,現其擁有設施完善、裝備一流的藥品儲藏室、準備室、滅菌室、超凈工作室、培養室及室外大型的溫室大棚及大學科技園區的大田苗圃基地。其使用場地面積和儀器設備的臺件套數能夠滿足本科大學生教學需求以及教師科研工作要求,規模已相當于一個中型的植物組織培養工廠。西部綜合性高校建設的植物組織培養實驗室也具有完善的設施,包括整個實驗流程中需要的工作室及相應設備,且完全能夠滿足在讀大學生課程需要以及部分教師科研需求。綜合來看,我國中西部省級高校均已建設設施完備、功能齊全且運轉合理的植物組織培養實驗室,完全能夠滿足教學及科研等需要;而對于經濟更發達、各項條件更好的東部及沿海地區的高校和科研單位來說,應該具有更完善的同類實驗室。因此,我國應該具備大范圍普及植物組織培養技術的軟硬件條件,以滿足社會經濟發展的需要。

2 所調查的植物組織培養實驗室存在的問題

在調查的兩個植物組織培養實驗室后發現,盡管我國中西部地區的高校已具備完善的植物組織培養實驗室,且日常運行正常,但仍然存在一些問題。首先,科學研究工作是枯燥的,如果不感興趣,大學生主動參與科研的能動性不強,創新意識缺乏。如何培養大學生的自主能動性和創新能力,是擺在高校培養人才任務中的第一難關。其次,相對于植物組織培養實驗室的規模,植物組織培養室場地和設施資源閑置時間相對較長,利用率和運轉率不高。高校投入各個實驗室的經費有限,而實驗室的水、電等能耗大,這也制約著實驗室的發展。由于不同單位的功能定位不同,高等院校植物組織培養實驗室主要是為了滿足本科和研究生實踐教學,同時承擔了部分教師科研工作,其余時間基本處于閑置狀態。最后,服務社會和促進地方經濟發展方面不足。鑒于所調查的兩個實驗室均來自高校,它們的重點均在于培養人才和完成科研任務方面,基本未涉及直接的社會服務和發展經濟功效。

3 植物組織培養室的建設及管理思考

3.1 提高大學生自主能動性和創新能力

高校是教書育人的重要場所,植物組織培養具有較強的實踐操作性,而植物組織培養實驗室是學生開展植物組織培養、操作技能訓練的重要實驗基地。如何讓枯燥的理論知識轉變成身邊活生生的成品,高校可以以大學生創業項目為前提,以科研興趣為啟發,讓大學生早日走進實驗室,在植物組織培養實踐中享受完成具體項目的成就感,并相應地學會各種實驗操作技能,這對以后發展他們的動手能力、職業能力和科研素養都有幫助。在有限的時間內,通過植物組織培養實驗室看到自己的科研材料成型出苗,體會到自己的“科研成果”以一種有形的東西呈現出來,這樣大大提高自己的價值感和成就感,激發了他們參與科學研究的興趣,學生的創新思維得到激發,最后的實踐成果得以應用于社會生產中,既讓學生在操作中享受到成果產生利潤的快樂,也讓大學生們真正體會到理論知識和實踐結合的價值體現,進一步提高他們的自主能動性和創新能力。

3.2 加強實驗室的管理,提高實驗室的“供血”功能和經濟效益

為了使植物組織培養實驗室常年高效運轉,使設備一直處于正常工作中,其中的水、電能耗和人工成本,是一筆不小的開支,如何提高實驗室自身的“供血”功能、提高經濟效益,是不得不考慮的問題。加強對實驗室的管理就顯得很有必要,如何開源節流,如何以最少的成本,創造最大的效益?現兩所高校農科植物組織培養實驗室的規格完全可以滿足訂單農業的需要,但由于高校的特殊性,實驗室主要承擔本科生的植物學、生物工程等學科的基礎性科研工作,如果僅從現有的實驗室日常管理經費和科研教師的課題經費中開支,遠遠不能滿足。如何讓植物組織培養實驗室發揮最大的功能,節省開支,又能提高其經濟效益,該實驗室可以直接考慮與社會相關企業聯合運營,這樣既解決了外面小型植物組織培養企業的研發經費,節省成本,也能利用高校植物組織培養實驗室攻關某些植物組織培養關鍵技術,生產出滿足市場需要的成品,或者直接用于企業生產需要,達到雙方互利共贏,這樣既提高設備和設施的利用效率,也能讓植物組織培養實驗室進入一個良性循環的“造血”機制中。筆者覺得利用高校組織培養實驗室給外面的企事業單位代工也是一個不錯的選擇。利用高校科學研究的優勢,讓植物組織培養實驗室走入市場,與外面的企業單位融合及互補,真正為社會經濟發展起到拓展作用。這樣不僅可以讓師生定期到植物組織培養的生產企業學習最前沿的生產技術、工藝流程等生產實踐知識,了解組織培養的最新熱點及最新資訊,也為學生的生產實習和就業提供了機會。

同時,作為生產企業代工的一個實習點,師生的實驗技能和實驗水平大大提高,而且植物組織培養實驗室常年高效運轉,也避免了長時間不用,重新啟用的耗時耗力,也讓植物組織培養實驗室進入了良性的運行機制中,實驗室工作人員多勞多得,積極性也會大大提高,構成教學、科研、應用一體化的實驗體系,為實驗室的科研創新和高效利用提供了強有力的經濟保障。實驗室自身的“供血”功能也得到大大的改善,實驗室進入一個良性的循環發展之中。

3.3 高效運轉“產學研”模式,振興鄉村農業,服務地方經濟,創造更高的社會效益

我國高等農林教育要走融合發展之路、多元發展之路、協同發展之路,因此,亟須因地制宜培育農林特色優勢專業集群,打造人才培養新模式,推進科教融合、產教融合和農科教結合,最終培養出具有較強實踐能力和創新能力的應用型人才,為我國農業的現代化發展打下良好基礎[4]。如何有效整合校企資源,促進植物組織培養實驗室科研工作及成果能滿足社會需要、服務地方經濟,有效對接社會化方面是擺在高校人才培養方案面前的又一新課題。

高校教師既有教學,又有科研任務,但科研主要依托國家自然科學基金及一些橫向課題,從事一些基礎的科研工作,與外面企業單位沒有建立共同的合作互惠機制,這樣就使得科研教師的一些創新科研成績轉化為科研成果的轉化率不高,沒有建立起“產學研”一體化的創新體系,也使得一些科研成果僅僅只局限于紙面上[5]。而高校植物組織培養實驗室是可以開發生產許多新的產品的,這是許多外面植物組織培養工廠所缺乏的,而植物組織培養實驗室如果開發生產產品,會創造較好的經濟效益,這是其他許多實驗室所欠缺的。高校應積極拓寬門路,特別是有農科的高校,可以利用自身的科研、人才和技術優勢,積極響應國家鄉村振興戰略,讓高校的科研成果盡快地滿足鄉村農業需求,積極打造高校農科特色。比如美麗鄉村建設中,“美麗經濟”作為鄉村振興的首要任務,大量農村合作社的玫瑰采摘園、草莓園、花卉基地、中藥材基地等,都可以通過植物組織培養技術達到快繁,而且離體快繁系數大。可以周年快繁,繁殖速度快,苗木成規模、整齊一致,這樣可以方便為更多的農戶提供優質種苗、花苗和中藥苗,特別是經濟作物生姜、土豆等。為了提供無毒種苗,只有組織培養技術才能做到這點。根據農戶需求和良種繁育中的技術難題,共同攻關,并使成果和技術得到迅速轉化,以科技服務為導向,生產符合市場需求的產品,給農民提供優質價廉的產品,提高產品的售后服務,為農民提供從生產到收獲的服務,對振興鄉村經濟、服務地方經濟做出不可估量的貢獻。比如,高校中農科“產學研”三結合做得比較好的華南農業大學農學院香蕉試管苗和浙江農林大學的杭州木木生物科技有限公司等[6],我校也學習了其成功的經驗和管理,在鄉村振興、服務三農的大環境下,越來越多的“產學研”模式創造了更大的社會效應和經濟效益。我校的劉奕清教授創立生姜“苗繁種”理論與生產應用技術體系,發明了無菌苗工廠化繁育與苗繁種技術,形成以無菌苗繁育為核心的種姜高效快繁技術體系,改變了“姜母”繁育種姜的傳統模式,建成第一個國家無菌種姜繁育綜合標準化示范區,使生產種帶菌率由35%降至1%,用種量比常規種減少35%,育成國內目前僅有的兩個抗姜瘟病菜姜新品種渝姜1號和渝姜2號,取得了巨大的經濟效益;還有我校周燚老師的白芪種苗育苗培養體系的建立及推廣帶動了當地農民的種植熱情和創收,現在已進入產業化種植模式中。這些成功的例子,可以進一步推廣在其他的種苗繁育中,讓植物組織培養實驗室的功能應用更廣泛,創造更大的社會效益。

3.4 拓展植物組織培養實驗室的應用范圍,凸顯高校農科特色,為國家的種業發展盡力

2022年中央一號文件提出,大力推進種源等農業關鍵核心技術攻關,全面實施種業振興行動方案;加快推進農業種質資源普查收集,強化精準鑒定評價;推進種業領域國家重大創新平臺建設[7]。啟動農業生物育種重大項目,如何打好種業翻身仗,培育出高產、優質、抗病的農作物品種,是擺在科研人員面前的一道道課題。而加快構建我國現代種業體系,提升現代種業工程建設是現代農業生產領域的重要環節。植物組織培養廣泛應用于現代種業體系,組織培養技術在種質創制、種苗繁育、種質資源保存、遺傳資源保存等方面得到了普遍的應用,已成為當代生物科學中最有生命力的一門學科。比如,水稻育種技術逐漸由單一的育種技術過渡到不同技術的相互作用,水稻花藥培養多采用先誘導出愈傷組織,國內已經通過花藥培養的方法培育出了多個優質的水稻品種,并且到現階段,已經逐漸結合其他選育手段來進行花藥培養選種[8];另外,植物組織培養技術的莖尖培養和熱處理與常規育種相比,可以獲得無病毒的苗木,從根本上防治作物病毒,這種無病毒苗木已在很多作物的常規生產上得到應用,等等。高校農科植物組織培養實驗室應該緊跟國家政策方針,大力拓展植物組織培養新技術應用和創新,為國家的種業助力,進一步凸顯高校農科的特色和優點。

結語

高校植物組織培養實驗室應采取有效的管理措施,進一步深化該實驗教學的內涵,拓寬實驗室的開放功能,努力提升該實驗室的管理水平和服務社會的能力,實現實驗室的自我“供血”的循環,促進高校科研和創收帶來的可持續性的良性發展,使得育人和服務社會兩不誤。同時,以植物組織培養技術課程實踐教學改革中獲得的成果,也能應用于其他應用性較強的課程實踐教學改革中,使該類實驗室社會服務的功能發揮到極致。