园艺植物组培育苗技术探析

刘育含　翟玉莹

园艺植物组培育苗技术探析

刘育含翟玉莹

（沈阳工学院辽宁抚顺113122）

文章论述了园艺植物组培育苗技术，包括技术概念、技术原理、实验室规划设计、基本设备、基本操作以及培养基组成、选择、配制等，指出了园艺植物组培育苗技术的应用现状和存在问题，分析了园艺植物组培育苗技术优势、影响因素和改进措施。

园艺植物；组织培养；组培育苗技术；技术优势；影响因素；改进措施；技术展望

组培育苗技术是利用植物细胞具有全能性的特点而发展出来的植物无性繁殖新技术。现阶段组培育苗技术已经发展成为工厂化育苗的主要技术方式，这一技术的应用对于我国育苗行业的发展具有重要意义。植物组培育苗技术正在不断提高，对于目前在技术应用过程中存在的问题，主要使用改善培养环境条件等后续补救方式来解决，因此控制组培环境十分重要，高效的组培环境控制技术可以为组培育苗的创新发展提供条件，使组培育苗技术在未来能够更好地发展。

1 园艺植物组培育苗技术

1.1 技术概念

组培育苗技术，全称植物组织培养育苗技术，是指通过无菌操作将植物体的器官、组织、细胞接种于人工配制的培养基上，通过人工控制环境条件，使环境条件适于植物生长发育，从而能够分生成完整植株的育苗方法[1]。

无菌是指在整个植物组织培养过程中使用的器皿、容器、培养基、培养材料都处于不存在真菌、细菌、病毒的状态；人工控制环境条件指植物组培材料都处于人工控制的适宜环境条件中，可以人为地对环境中的光照、温度、湿度等条件进行控制。培养的植物体的组织、器官、细胞要求与母体分离，培养的离体器官如根、茎、叶、花、果实等，组织如形成层、表皮、皮层、胚乳等，细胞如大孢子、小孢子、体细胞等。

1.2 技术原理

植物组织培养依据的原理是植物细胞具有全能性，即植物的每个细胞都包含着该物种的全部遗传信息，从而具备发育成完整植株的遗传能力。植物细胞全能性是植物组织培养的理论基础。

2 园艺植物组培育苗实验室规划设计

植物组培育苗的实验室被划分为准备室、无菌操作室、培养室以及温室等。

2.1 准备室

准备室是进行一些基本实验操作的场所，如实验常用器具的洗涤、干燥、存放，培养基的配制和灭菌等。同时存放常用的化学试剂、玻璃器皿，常用的仪器设备如冰箱、灭菌锅、各种天平、烘箱、干燥箱。准备室要配有水槽、蒸馏水制备设备、显微镜等工具，便于进行器皿洗涤和实验观察研究等工作。因此，准备室的空间和工作台都应足够大。

2.2 无菌操作室

无菌操作室主要用于植物材料的消毒、接种、培养物继代转移操作等。无菌操作室内的主要设备是超净工作台。无菌室的灭菌一般采用定期蒸汽熏蒸和紫外光灯的照射，蒸汽熏蒸即利用甲醛与高锰酸钾反应产生蒸汽进行熏蒸，紫外光灯应在接种前半小时左右打开进行灭菌。要注意保持接种室无尘清洁，操作人员在进入接种室时要更换工作服，避免带入外界杂菌。

2.3 培养室

培养室用于接种后植物材料的培养。培养室的温度、湿度都是人为控制的，温度设置与培养材料有关，一般在20 ℃～30 ℃范围，通常利用空调将培养温度设置在25 ℃；相对湿度一般控制在30%～40%，湿度低时可以通过加湿器来增加湿度，湿度高时可以通过除湿器来降低湿度。光周期是通过定时器来进行控制的，每天光照时间一般控制在10 h～16 h，光照强度控制在3 000 lx～6 000 lx。

2.4 温室

在条件允许的情况下，应配备温室，保证试管苗可以进行移栽生长。温室内应配有温度控制装置、喷雾装置、光照调节装置，并设置有通风口，为植物提供适宜的生长环境，保证其正常生长发育。

3 园艺植物组培育苗技术的基本设备和基本操作

3.1 基本设备

基本设备包括培养器皿和器械、仪器设备。常用的培养器皿有试管、三角瓶、培养皿等；器械包括金属器械（如镊子、剪刀）和其他器械（如烧杯、量筒、容量瓶）；常用的仪器设备包括超净工作台、高压灭菌锅、冰箱、离心机和不同类型的显微镜等。

3.2 基本操作

植物组织培养的基本操作包括各种玻璃器皿的洗涤和灭菌、培养基的配制和灭菌、无菌室消毒及接种操作、材料培养等。湿度、温度、光照等物理环境因素，培养基组成、pH和渗透压等化学环境因素，培养材料的种类、大小等生物因素都会影响植物组织的生长和分化。由此可见，植物组织培养是受多种因素共同影响的，在培养过程中任何一个因素出现问题都可能导致培养失败。

4 园艺植物组培育苗技术的培养基组成、选择、配制

组培中离体的植物材料生长发育所需营养物质和生长环境均由培养基提供，因此，在组织培养过程中培养基是基础，应对其着重了解。

4.1 培养基组成

植物细胞全能性的表达需要在离体的基础上具备适宜的营养、环境和生长调节物质。组织培养中培养基的构成包括水、无机盐、有机营养成分、生长调节物质、天然有机物质和其他添加物。其中，无机盐包括大量元素和微量元素；有机营养成分包括糖类、维生素、氨基酸；生长调节物质包括生长素、细胞分裂素、赤霉素，经常使用的是细胞分裂素和生长素。

4.2 培养基选择

培养基根据其物理状态可以分为固体培养基和液体培养基，二者区别在于是否加入凝固剂，添加了凝固剂的即为固体培养基，没有添加凝固剂的即为液体培养基。目前，植物组织培养中常用的培养基是固体培养基，相比于液体培养基，固体培养基的优点是有利于操作以及对培养材料的观察。

4.3 培养基配制

针对不同植物材料常需要调整培养基的配方，如维持生长与诱导细胞分裂和分化的培养基配方就不同，因此培养基配方的种类很多。目前，MS培养基为最常用的一种基本培养基，其有利于一般植物组织和细胞的快速生长。MS培养基配制方法步骤如下：第一，取出母液按顺序排列并逐一检查，同时需要准备摆放器皿；第二，先取适量的蒸馏水放入容器，然后将母液按顺序加入，不断搅拌；第三，加入生长调节物质等，加入蔗糖，待蔗糖溶解后定容至所需体积；第四，调节pH；第五，分装和标记[2]。

5 园艺植物组培育苗技术应用现状

5.1 培育无毒苗

一些园艺植物自身会携带病毒，在园艺植物生长过程中，病毒会在植物体内积累，对植物产生一些不利影响，可能导致园艺植物发病，虽然不一定会造成园艺植物死亡，但会降低园艺植物的品质和产量[3]。研究人员在研究过程中发现，病毒在植物体内主要是沿维管束分布，植物茎尖分生组织的细胞分裂速度快，而病毒的移动速度慢于细胞分裂的速度，因而茎尖分生组织不含病毒或病毒含量极少。因此，用茎尖进行组织培养可以获得无病毒植株，利用无病毒植株再进行快速繁殖，则可以在短时间内培养出大量的无病毒植株，可保证育苗生产的正常供应。根据这一特性，进行茎尖培养，可以培育出无毒苗，目前，无毒苗的培育已被广泛应用于草莓、马铃薯等的生产。

利用园艺植物组培育苗技术培育无毒苗的意义在于，在生产中使用无毒苗可以提高园艺植物的质量和产量，同时能够有效地解决由病毒引起的植物品种退化问题，提高经济效益，减少农药使用，保护生态环境。

5.2 快速、大量繁殖优良品种

传统的无性繁殖技术繁殖系数小，同时还受外界条件如气候、季节、基质等的影响。而植物组织培养不受自然条件影响，繁殖速度快，因此可以快速、大量地进行繁殖，在实际生产中应用十分广泛，能有效提高生产效率，从而产生较大的经济效益。

5.3 制作人工种子

人工种子又称人造种子，是使用植物组织培养的材料如胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等，通过人工薄膜包装维持其良好的发芽能力，得到的类似于天然种子的结构，是可代替天然种子的人工培养物。在适宜的条件下，人工种子能够快速繁殖出新的植株，同时保持稳定的遗传特性，不改变植物原有性状，可以保存及快速繁殖脱病毒苗，克服某些植物由于长期营养繁殖所积累的病毒病等。据报道，经过冷冻保存的胡萝卜胚状体，在保存一年之后仍具有再生成植株的能力。

5.4 工厂化育苗

现今，植物组培育苗技术被广泛地应用于实际生产中，因其繁殖速度快、植株长势整齐一致、不受环境限制、可以全年生产等特点，能够获得可观的经济效益。通过植物组织培养方法，能够减少病害传播，实现植物生产的工厂化，可以使单株植物全年繁殖几万到几百万株，提高市场竞争力，并减少周围环境对植物生长的影响，更好地满足人们的需求[4]。目前，我国成功获得组培苗并已进行工厂化育苗的园艺植物有月季、菊花、山楂、猕猴桃、樱桃等[5]。

6 园艺植物组培育苗技术存在的问题

6.1 污染

植物组织培养中的污染指的是组织培养期间培养基、培养材料出现杂菌，造成培养失败的现象。在植物组织培养过程中，污染是一种十分常见的现象。造成污染的原因有很多，包括培养基污染、培养材料污染、操作环节污染。培养基污染如培养基的灭菌不彻底、开瓶时间过长等；培养材料污染如培养材料消毒不彻底；操作环节污染如接种用具灭菌不彻底、操作不规范等。

6.2 褐化现象

褐化现象在植物组织培养中十分常见，是由于植物材料自身分泌的酚类化合物的影响导致其褐变褐化。植物的褐化与植物品种及其生理状态有关，还与培养的环境有关。当培养条件不当时，如培养时间过长、光照过强、温度过高等，会提高多酚氧化酶的活性，加深植株材料褐变的程度[6]。

6.3 玻璃化现象

连续进行离体繁殖时，部分培养物的嫩茎、叶片呈半透明水迹状的现象称为玻璃化。玻璃化现象是植物组织培养过程中的一种生理失调或生理病变，多数发生在植物茎尖培养和离体快繁过程中，其发生可能与光照、温度、激素等有关。

6.4 黄化现象

造成植物材料出现黄化现象的原因很多，主要有培养基的矿质营养、激素配比不均衡；培养环境通气不良，有害气体不断积累；培养温度不适宜、光照不足等。

7 园艺植物组培育苗技术优势、影响因素与改进措施

7.1 技术优势

相比其他的育苗方法，园艺植物组培育苗技术具有一定的优势，如管理方便，不受季节、地区限制，可以人为控制培养条件，生长周期短，繁殖速度快等，使其能够快速、广泛地推广。

（1）管理方便。植物组织培养管理方便，因在一定的场所和环境下人为提供生长条件，如湿度、营养、激素、温度、光照等，培养时可以进行集中管理，在实现省工省力的同时，还节省了土地资源，便于采取规模化、集约化、工厂化生产模式，也便于进行自动化控制生产。

（2）可以人为控制培养条件。植物组织培养是通过人工提供的生长环境，避免了自然环境条件下如季节变化、昼夜变化、自然气候灾害等对植物生长的影响，培养条件比较均一，有利于植物生长，能稳定进行长期、连续的培育。

（3）生长周期短，繁殖速度快。植物组织培养可以通过人为控制生长环境，使生长条件更加适宜，因此培育速度较快，生长周期较短，通常20 d～30 d为一个周期。同时，由于植物细胞具有全能性，可以在较小的空间、较短的时间内利用少量的母本细胞生产大量的植株，对自然繁殖率低或不能满足需求的园艺植物进行快速繁殖。

7.2 影响因素

（1）外植体。根据植物品种、器官及生理状况的不同，外植体的脱分化难度存在很大差异。花和幼嫩的组织脱分化较为容易，而植物的茎、叶和成熟的组织脱分化则较难。在选择外植体时应选取易脱分化的形成层。

（2）灭菌。植物组织培养的成功离不开灭菌，灭菌可以减少污染，提高植物组织培养的成功率。因为当培养基上有细菌、真菌等微生物存在时，会影响培养材料的生长，增加生产成本，因此在组织培养前必须对培养基进行严格灭菌，并且要严格遵守无菌操作的原则。

（3）光照。光照条件是影响植物组织培养的一个重要因素，包含光照强度、光周期等。光照强度影响培养细胞的增殖和器官的分化，一般来说，较强的光照强度有利于壮苗的培养，而光照强度较弱时幼苗容易徒长成为徒长苗，植株高、茎细，导致幼苗品质下降。最常用的光周期是16 h光照+8 h黑暗，除某些材料诱导愈伤组织需要黑暗条件外，一般组织培养都需要一定的光照。

（4）生长调节物质。生长调节物质中的细胞分裂素与生长素的相对含量会影响根或芽的发生。当细胞分裂素与生长素浓度比高时，有利于芽的发生；当细胞分裂素与生长素浓度比低时，有利于根的发生。

7.3 改进措施

（1）无菌操作。植物组培育苗技术离不开无菌操作。因此，在每次接种前超净工作台都要用紫外光灯照射30 min，操作人员还要用含有70％酒精的酒精棉或酒精喷壶对手臂和台面进行消毒。在组培的过程中，除了培养基、接种材料、器皿等要保持无菌以外，接种时更要严格进行无菌操作。

（2）植物材料。由于植物材料的品种、取材部位、取材大小等的不同，植物材料的带菌量存在差别，因此，为了保证对植物材料的正确选择，在选择时应严格把控。

（3）容器和器皿。一直以来，在植物组织培养实验室中进行植物组培育苗大多选用玻璃材质的容器和器皿。但在实际应用中，玻璃器皿在运输时具有易碎、质量大等缺点，不便于进行运输。目前，塑料容器成为很多工厂育苗的首选，其具有质轻、透明、不易破碎等优点，使用塑料容器可以降低生产成本、运输成本[7]。

8 小结与展望

当前，植物组培育苗技术已经渗透到科研、生产和生活的各个领域，在许多方面得到了应用，如植物脱毒无毒苗的培育、快繁技术快速繁殖优良品种、工厂化育苗等[8]。植物组培育苗技术的发展为国家、社会、个人创造了巨大的经济效益，也加快了植物繁殖速度，缩短了时间成本。为了促进植物组织培养能够在无尘洁净的环境中更加高效地进行，已有科研人员着手研究机器人接种操作、全密闭系统生产等等。目前，全国开展植物组织培养工作的单位与小组超过3 000个，我国在该方面的发展上与国际发展趋势是一致的，同时在全世界的组培育苗领域中，我国的研究成果也位于前列[9]。但我国的植物组培育苗技术仍存在一些问题有待解决，应该积极寻找解决方法，不断完善植物组培育苗技术。相信未来我国的植物组培育苗技术将能够促进国家生产、生活、科研等各个领域进一步发展。

[1]单春生.园艺植物组培育苗技术与改善对策[J].广东蚕业,2021(7):75-76.

[2]陈小兰.植物组织培养技术在农业生产中的应用探究[J].农技服务,2015,32(5):208.

[3]马兰.植物组织培养技术在花卉生产中的应用[J].江西农业,2019(10):11.

[4]王鑫.植物组织培养在农业中的应用[J].农家参谋,2020(12):157,159.

[5]周权男,张慧君,戴雪梅,等.植物组织培养在农业生产中的应用研究进展[J].北方园艺,2014(13):196-199.

[6]那倩,韩琳.浅谈植物组织培养技术及应用[J].广东蚕业,2021(5):23-24.

[7]吴晓荣.植物组织培养技术在园艺上的应用及提升措施研究[J].种子科技,2020,38(7):51-52.

[8]陈红.植物组织培养技术的现状及发展趋势[J].生物化工,2018,4(5):137-139.

[9]赵玉峰.植物组织培养技术在育苗中的应用[J].山西林业,2005(4):23.

10.3969/j.issn.2095-1205.2022.01.28

S604.3

A

2095-1205(2022)01-82-03

刘育含（1999- ），女，汉族，辽宁大连人，本科在读，研究方向为园艺。

翟玉莹（1981- ）,女，汉族，河北昌黎人，硕士，讲师，研究方向为园艺植物栽培与生理。