電場技術在植物非試管快繁技術中的運用
發(fā)布者：徐偉忠，陳銀華，曹鵬飛 發(fā)布日期：2006-04-13 點擊次數(shù)：1311290
文摘:
本文針對傳統(tǒng)組培育苗技術存在的弊端與不足，提出了一種新型開放式的植物光自養(yǎng)微繁技術---植物非試管快繁，并就開放條件下無菌環(huán)境的創(chuàng)造及光自養(yǎng)潛能的激發(fā)提出了新的技術路徑---空間電場技術，通過綜合分析了空間電場對離體材料發(fā)育所起的生物效應，形成了在生產(chǎn)中具體運用的相關措施，最后指出了尚需深入研究的技術課題及廣闊發(fā)展前景。
關鍵詞:
植物非試管快繁；組培育苗；離體材料；空間電場；光自養(yǎng)；酶；內(nèi)源激素；根原基
引言:
植物非試管快繁技術是近年我國發(fā)展起來的一項全新育苗技術，是對于原來試管內(nèi)組培技術的一種提升與發(fā)展，也是無糖組培的放大與提高。傳統(tǒng)組培技術由于在營養(yǎng)液的基質(zhì)配方中加入了糖等有機營養(yǎng)物質(zhì)，這就會給培養(yǎng)過程帶來操作上的繁瑣，也就是在接種離體材料時需創(chuàng)造絕對無菌的環(huán)境，還要求組培容器與外界空氣環(huán)境的嚴密隔絕，否則一旦器具或空氣中的細菌真菌進入組培試管內(nèi)，就會依賴培養(yǎng)基中的糖與蛋白質(zhì)等有機物為代謝能量而大量滋生繁殖，從而造成離體材料感染而導致組培的失敗。所以對于無菌操作這環(huán)節(jié)已成為組織培養(yǎng)技術操作上的關鍵，從而也大大增大了培養(yǎng)的投資。隨著人們研究及生產(chǎn)運用的不斷深入，發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)基中不加糖，除卻細菌及真菌滋生的條件，可以讓組培的環(huán)境要求及操作環(huán)節(jié)更加簡化，也更利于生產(chǎn)運用與推廣。這就是無糖組培嘗試與運用的開始，它在基質(zhì)中去糖后，再利用二氧化碳供給以彌補碳源的不足，同樣可以取得很好的培育效果，但在操作過程中還是離不開組培的各種器具及嚴格的人工環(huán)境，針對這些技術問題，一種新型的育苗技術在日本千葉大學產(chǎn)生了，命名為光自養(yǎng)微繁技術，它把容器再進一步放大，一個個敞開如浴缸一樣的大容器代替了組培的小試管，這種改變大大優(yōu)化了離體材料的光合自養(yǎng)條件，如透氣通風性、見光度都有了很大改善，使離體材料發(fā)育過程中的光合作用、呼吸代謝營養(yǎng)吸收、蒸騰作用等更為正常完善，不會像組培苗那樣，出現(xiàn)很多皮孔氣孔缺失、維管斷裂、玻璃化等纖弱少根的劣質(zhì)苗現(xiàn)象。在開放且光照充足的高濃度二氧化碳環(huán)境下培育的苗更接近自然，它的自養(yǎng)同化能力很容易在培養(yǎng)過程中良好建立，這樣就減免了傳統(tǒng)組培需嚴格煉苗的環(huán)節(jié)，一株發(fā)育好的種苗只需稍作煉苗培育就有較高的移栽成活率。
上述這兩種育苗技術如日本千葉大學開發(fā)的光自養(yǎng)及無糖組培在技術上有了很大的改進，但在操作上及投資上還是較高，生產(chǎn)的實用性還是比較欠缺，而且在無菌的控制上還是有較高的要求。針對這問題，我們在前人基礎上，開發(fā)了適于我國當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的實用型植物非試管快繁技術，它在技術上實現(xiàn)較大的創(chuàng)新與改進，使它在生產(chǎn)上能真正發(fā)揮作用。在殺菌方式上有了很大的發(fā)展與提高，從傳統(tǒng)化學殺菌改為電場物理殺菌，從密閉環(huán)境殺菌改為開放的空間殺菌，從小范圍殺菌改為大環(huán)境大空間殺菌，從組培的兼養(yǎng)改為光合效率最大化的全自養(yǎng)，從依賴于糖培養(yǎng)改為利用空氣中CO2碳源的同化培養(yǎng)[1]，從單純的依賴組培配方發(fā)育改為綜合利用物理電場與計算機控制以激發(fā)離體材料自身最大生理潛能的自養(yǎng)發(fā)育。這些殺菌及碳同化及酶激活等技術發(fā)展與改進，為種苗的快繁解決了污染及碳源供給的最重要問題，使該項技術在上的生產(chǎn)運用有了著實的保障。現(xiàn)就電場技術在植物快繁過程中的殺菌機理及生理效應在生產(chǎn)上運用作些簡要的綜述。
一、電場殺菌與代謝促進機理
地球上所有植物都是在地球空間電場作用的環(huán)境下進化與演變，一切生物都離不開地球電場的作用。植物也然，如采用電場屏蔽技術，在生長植物的上方施加一個屏蔽網(wǎng)，會大大影響植物的光合作用，這已被實驗所證實。究其原因在于，其實植物光合作用的過程就是一個光電反應的過程，在這個過程中施加電場可以直接影響與作用于光合生理，它通過影響電子的位移與躍遷來實現(xiàn)。根據(jù)這個機理，人們已開發(fā)成功用于調(diào)控光合作用的光合控制裝置，也就是植物電場發(fā)生器，通過給植物生長空間施加人為電場，可以使設施栽培環(huán)境下的瓜果蔬菜產(chǎn)量得以大幅度的提高，品質(zhì)得以改善，如黃瓜的產(chǎn)量可以提高20-30%，霜霉病及白粉病可以得到有效的控制。
這些電場效應的產(chǎn)生主要在于生物的任何生理代謝過程，都是一個電生理的過程[2]，包括光合作用、呼吸作用、酶促反應、離子吸收、膜的滲透等，而且都是在有一定電位差存在的情況下才能完成各種代謝。不管是生長發(fā)育、營養(yǎng)間的源庫關系調(diào)配、還是根系對外界離子的吸收，信息的轉(zhuǎn)錄與表達，本質(zhì)上都是細胞或物質(zhì)間電子獲得與失去的過程。外加電場自然影響到植物組成的各種不同組織細胞及物質(zhì)間電位變化，從而達到影響植物生理代謝與生長發(fā)育，這就是電場產(chǎn)生物效應的電生理學基礎，也是用于快繁促進生根發(fā)育的生理基礎。現(xiàn)就與植物快繁過程相關的抑菌殺菌效應及促進植物離體材料發(fā)育的生理效應進行分析，并闡明它的運用原理。
1、空間電場的殺菌機理。
在開放的植物非試管快繁苗床中，雖然采用了珍珠巖基質(zhì)可以有效地抑制菌類的滋生，但開放環(huán)境常
--來源：【浙江省農(nóng)科所農(nóng)業(yè)智能化快繁中心】